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Applicazione della termografia ad infrarossi per la rete elettrica

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Applicazione della termografia a infrarossi per la rete elettrica

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Il sistema elettrico è composto da generazione, trasmissione, trasformazione, distribuzione e consumo di energia. Le sottostazioni sono il fulcro del sistema e sono responsabili della trasformazione della tensione regionale e della fornitura di energia. Di conseguenza, è fondamentale garantirne il funzionamento in sicurezza. Con l'evoluzione del sistema elettrico verso l'alta capacità e l'alta tensione, il funzionamento stabile dei dispositivi diventa fondamentale nella gestione O&M.
I dispositivi elettrici si guastano in varie forme, la maggior parte delle quali è accompagnata da surriscaldamento. Pertanto, il monitoraggio della temperatura in tempo reale è un mezzo efficace per garantire l'affidabilità dell'alimentazione. La tecnologia di imaging termico a infrarossi è un metodo di rilevamento avanzato che consente il monitoraggio online senza contatto, permettendo di rilevare tempestivamente i punti di surriscaldamento anomali.
raythink Technology offre una serie di prodotti per il rilevamento a infrarossi, pensati per il settore dell'energia. Questi prodotti sono ampiamente applicabili in scenari quali trasformatori, cavi e generatori, fornendo prestazioni eccezionali nella valutazione dello stato dei dispositivi, nell'indagine dei difetti e nella manutenzione preventiva, contribuendo al funzionamento sicuro e stabile della rete.
Applicazione della termografia per la rete elettrica
1. Rilevamento dei guasti del corpo principale del trasformatore
Il trasformatore è uno dei componenti più critici del sistema elettrico. È il principale responsabile della trasmissione di energia e della trasformazione della tensione. È costituito dal corpo principale, dal sistema di raffreddamento, dal dispositivo di regolazione della tensione, dai dispositivi di protezione (come il relè a gas, il conservatore dell'olio e il dispositivo di misurazione della temperatura), dalle boccole di uscita, ecc.
Attualmente, la misurazione della temperatura a infrarossi è ampiamente utilizzata per valutare lo stato di funzionamento dei trasformatori come metodo di rilevamento in tensione senza contatto. La tecnologia di termografia a infrarossi può essere utilizzata per identificare efficacemente vari aumenti di temperatura anomali e anomalie nel corpo principale del trasformatore, nel conservatore dell'olio, nelle boccole, nei raffreddatori e nei circuiti di controllo.
Il corpo principale di un trasformatore è costituito da nucleo, avvolgimenti, serbatoio dell'olio, olio isolante, ecc. A causa della sua grande struttura e del complesso sistema interno di circolazione dell'olio, è difficile riconoscere i difetti interni del trasformatore. Tuttavia, la termografia a infrarossi è in grado di riconoscere efficacemente le anomalie esterne, come il surriscaldamento localizzato causato dal flusso di dispersione magnetica. I difetti più comuni di surriscaldamento possono essere presentati visivamente attraverso le immagini termiche, che possono essere utilizzate per contribuire all'analisi e alla segnalazione dei guasti.
2. Rilevamento dei guasti alle boccole dei trasformatori
Le boccole dei trasformatori sono componenti isolanti utilizzati per collegare i cavi ad alta e bassa tensione di un trasformatore all'esterno del serbatoio dell'olio. Oltre a fornire l'isolamento tra i conduttori e la terra, servono anche a fissare i conduttori consentendo una corrente di carico continua.
In base alla loro struttura, le boccole possono essere classificate rispettivamente in capacitive, a olio e in porcellana. Tra queste, le boccole capacitive sono costituite da un'asta conduttiva, uno schermo capacitivo, un olio isolante e un manicotto esterno in porcellana e sono utilizzate principalmente nei trasformatori che operano a una tensione di 35kV e oltre, dove la probabilità di guasto è relativamente alta.
La tecnologia di rilevamento a infrarossi può essere utilizzata per riconoscere efficacemente vari difetti, come bassi livelli di olio nella boccola e perdite dielettriche anomale nell'isolamento principale. I più comuni difetti di surriscaldamento possono essere presentati in modo vivido attraverso le immagini termiche, come mostrato nella figura seguente.
3. Rilevamento dei guasti dei trasformatori di corrente
I trasformatori di corrente sono componenti critici che collegano il sistema primario con il sistema secondario. Convertono principalmente alta tensione e alta corrente in bassa tensione e bassa corrente per la misurazione e la protezione da parte dei dispositivi secondari. Il sistema di alimentazione ospita molti trasformatori di corrente, le cui prestazioni influiscono direttamente sull'affidabilità del sistema di alimentazione.
In base al tipo di mezzo isolante, i trasformatori di corrente possono essere classificati in trasformatori capacitivi in olio, trasformatori con isolamento in gas SF₆ e trasformatori con isolamento solido, adatti per una tensione di 35kV o inferiore. Tra questi, i trasformatori di corrente capacitivi in olio sono i più utilizzati. Sono costituiti principalmente dal circuito conduttivo primario, dallo schermo capacitivo, dall'olio isolante, dalla bobina secondaria e dal guscio esterno in porcellana.
La tecnologia di rilevamento a infrarossi può essere utilizzata per identificare efficacemente i difetti termici causati dalla corrente, come il surriscaldamento dei terminali primari, e i difetti termici causati da problemi di tensione, come l'eccessiva perdita dielettrica. Le tendenze di variazione della temperatura del dispositivo possono essere presentate in modo vivido combinando la tecnologia con l'analisi delle curve di temperatura storiche, fornendo un supporto intuitivo e affidabile per la valutazione dello stato di funzionamento del dispositivo.
4. Rilevamento dei guasti del trasformatore di tensione
I trasformatori di tensione sono componenti chiave che collegano il sistema primario della rete con il sistema secondario. Convertono proporzionalmente i segnali ad alta tensione in segnali standard a bassa tensione per la misurazione, la protezione e il controllo da parte dei dispositivi secondari.
In base alla loro struttura, i trasformatori di tensione possono essere suddivisi in elettromagnetici e capacitivi. Tra questi, i trasformatori di tensione capacitivi, grazie alle loro eccellenti prestazioni, sono ampiamente utilizzati nei sistemi di alimentazione a 110kV e oltre che utilizzano il punto neutro per la messa a terra diretta. Questo tipo di trasformatore è costituito da un'unità condensatore di divisione della tensione e da un'unità elettromagnetica, che svolge sia funzioni di misura che di protezione.
Poiché i trasformatori di tensione capacitivi operano in ambienti ad alta tensione, possono subire un riscaldamento interno anomalo dovuto a problemi di tensione. La tecnologia di rilevamento a infrarossi può essere utilizzata per riconoscere efficacemente vari difetti termici nei trasformatori di tensione capacitivi causati da problemi di tensione, fornendo prove importanti per il funzionamento sicuro e la segnalazione di guasti del dispositivo.
5. Rilevamento delle perdite di gas SF₆
Il gas esafluoruro di zolfo (SF₆) è attualmente il mezzo di isolamento e di estinzione dell'arco più utilizzato nei dispositivi elettrici ad alta tensione ed è ampiamente applicato in dispositivi chiave come trasformatori, boccole, interruttori, trasformatori di corrente e commutatori. Questi dispositivi rivestono un'importanza significativa nelle sottostazioni. Qualsiasi perdita o guasto può facilmente interrompere il funzionamento stabile della rete e persino danneggiare i dispositivi.
I metodi tradizionali di rilevamento delle perdite di gas SF₆, come gli sniffers o i test a bolla di sapone, possono identificare la presenza di perdite di gas, ma faticano a localizzare con precisione i punti di perdita. Inoltre, sono ingombranti, poco efficienti e hanno un'affidabilità limitata in condizioni complesse.
Al contrario, la termocamera portatile per fughe di gas consente di osservare visivamente le fughe di gas SF₆ grazie alla tecnologia di rilevamento a infrarossi non raffreddati, caratterizzata da un'elevata sensibilità e da un'alta risoluzione spaziale. Questa tecnologia supporta la localizzazione dei punti di perdita e la valutazione dell'intensità della perdita in tempo reale e senza interruzioni, generando immagini a infrarossi intuitive. Migliora efficacemente l'efficienza e l'accuratezza del rilevamento, semplifica notevolmente il processo operativo e riduce al minimo i rischi economici e di sicurezza legati alle perdite di gas.
6. Rilevamento dei guasti degli interruttori
Gli interruttori automatici sono uno dei dispositivi di commutazione più critici del sistema elettrico. Sono utilizzati principalmente per interrompere e chiudere i circuiti in condizioni operative normali e per interrompere le correnti di cortocircuito in caso di guasto. Le loro prestazioni influiscono direttamente sulla sicurezza e sull'affidabilità delle operazioni di rete.
In base al mezzo di estinzione dell'arco elettrico utilizzato, gli interruttori possono essere classificati in esafluoruro di zolfo (SF₆), olio e vuoto. Tra questi, gli interruttori SF₆ sono ampiamente utilizzati grazie alle loro eccellenti proprietà di isolamento e di spegnimento dell'arco. Un interruttore automatico SF₆ è tipicamente composto da corpo principale, condensatore di equalizzazione della tensione, meccanismo di funzionamento e circuito di controllo. La tecnologia di rilevamento a infrarossi viene utilizzata principalmente nell'ispezione di routine degli interruttori ad alta tensione per identificare i difetti di surriscaldamento causati dalla corrente.
Prendiamo ad esempio un interruttore a colonna in porcellana. Il suo corpo principale è costituito da una camera di estinzione dell'arco, una bottiglia di porcellana di supporto e un meccanismo di trasmissione. La termografia a infrarossi può essere utilizzata per rilevare efficacemente i seguenti difetti di surriscaldamento comuni:
1.Surriscaldamento dei terminali esterni: L'immagine termica mostra aree ad alta temperatura localizzate intorno alla ciabatta, causate principalmente da un cattivo contatto dovuto a bulloni dei terminali allentati o a superfici di contatto ossidate.
2.Temperatura anomala all'estremità della camera di spegnimento dell'arco: L'immagine termica rivela spesso aree di surriscaldamento intorno alla calotta superiore o alla flangia inferiore, causate in genere da un cattivo contatto tra i contatti mobili e fissi e i contatti intermedi.
3.Temperatura anomala localizzata sulla superficie del manicotto di porcellana: si manifesta come un leggero aumento della temperatura in aree specifiche del manicotto di porcellana, con una differenza di temperatura minima rispetto a dispositivi simili; le possibili cause sono l'accumulo di sporcizia o la presenza di sottili crepe.
4.Temperatura anomala nei trasformatori di corrente: Questo fenomeno è comunemente causato da un cattivo contatto nel circuito secondario o da circuiti aperti. Il rilevamento a infrarossi è in grado di rilevare tempestivamente queste anomalie di temperatura, aiutando nella diagnosi dei guasti.
7. Rilevamento dei guasti dei dispositivi GIS
Il GIS (Gas Insulated Switchgear) è una tecnologia che racchiude i componenti elettrici ad alta tensione, esclusi i trasformatori, in un involucro metallico secondo il metodo di connessione principale, utilizzando il gas esafluoruro di zolfo (SF6) come mezzo isolante. Il dispositivo è compatto, affidabile e richiede poca manutenzione, per cui è ampiamente utilizzato nelle sottostazioni a media e alta tensione.
La tecnologia di rilevamento delle immagini termiche a infrarossi può essere utilizzata per riconoscere efficacemente gli aumenti di temperatura anomali nel GIS durante il funzionamento. I difetti più comuni includono il surriscaldamento dei terminali dei circuiti conduttivi e il surriscaldamento degli accessori metallici, tipici problemi termici indotti dalla corrente. Il serbatoio del GIS è solitamente costituito da circuiti conduttivi metallici, isolatori a forma di scodella, gas SF6 e un involucro metallico. Quando si verificano anomalie in questi componenti, le fonti di calore possono essere localizzate con precisione grazie alle immagini a infrarossi.
Altri difetti termici comuni includono il surriscaldamento generato dalla contaminazione superficiale delle boccole di uscita GIS e da un cattivo contatto nelle connessioni dei terminali, nonché le perdite per correnti parassite nelle boccole a parete dovute alla struttura o alla schermatura. Questi difetti termici completi possono essere inizialmente valutati attraverso confronti di temperatura trasversali trifase per facilitare la diagnosi sul campo. Il rilevamento a infrarossi svolge un ruolo cruciale nella valutazione dello stato e nell'identificazione dei pericoli dei GIS.
8. Rilevamento dei guasti degli interruttori di isolamento
Gli interruttori di isolamento sono uno dei tipi di dispositivi di commutazione ad alta tensione più utilizzati. Isolano in modo sicuro i dispositivi elettrici collegati dalla rete in tensione durante la manutenzione del dispositivo o la conversione della modalità di funzionamento del sistema. Un interruttore di isolamento è tipicamente costituito da un circuito conduttivo, da isolatori postali e da un meccanismo di funzionamento. A causa del funzionamento frequente e dei molteplici terminali conduttivi associati agli interruttori di isolamento, la probabilità di surriscaldamento è relativamente alta, rendendo il rilevamento a infrarossi particolarmente importante per il monitoraggio del loro stato operativo.
Il circuito conduttivo è generalmente fissato alla base mediante isolatori postali. I suoi componenti chiave comprendono il contatto mobile e l'asta conduttiva azionata dalla bottiglia di porcellana, un contatto fisso e i terminali che collegano le sbarre o altri dispositivi. A causa della sua complessità strutturale con terminali multipli, il circuito conduttivo soffre spesso dei seguenti difetti:
The temperatura superiore a 130°C sul terminale morbido del contatto fisso degli interruttori di isolamento da 220kV, spesso causata da un contatto scadente
The differenza di temperatura superiore a 15K tra le fasi della striscia di alimentazione per i coltelli di isolamento a 110kV, in genere a causa dell'allentamento o dell'ossidazione dei bulloni dei terminali.
i coltelli di isolamento The possono presentare una resistenza instabile tra i loro terminali conduttivi multipli, che può anche portare a un surriscaldamento indotto dalla corrente.
Per quanto riguarda il postisolatore, il rilevamento a infrarossi può riconoscere efficacemente gli aumenti di temperatura localizzati causati da contaminazione superficiale e da difetti di isolamento come le crepe, dovute a stress strutturali o all'invecchiamento. Come mezzo di rilevamento in tensione, la tecnologia di imaging termico a infrarossi svolge un ruolo cruciale nella segnalazione dei guasti e nella gestione precisa degli interruttori di sezionamento.
9. Rilevamento dei guasti dei parafulmini
Gli scaricatori sono utilizzati principalmente nei sistemi di alimentazione per limitare le sovratensioni causate da operazioni e fulmini, proteggendo così i dispositivi elettrici dalle sovratensioni. Attualmente, gli scaricatori a ossido metallico sono ampiamente utilizzati in vari livelli di tensione della rete grazie alla loro rapidità di risposta, alla bassa tensione residua e all'elevata capacità di trasporto della corrente.
Nel funzionamento pratico, gli scaricatori si guastano spesso a causa dell'ingresso di umidità interna, soprattutto in caso di processi di produzione scadenti o di sigillatura inadeguata, dove l'acqua piovana o l'umidità possono facilmente infiltrarsi negli scaricatori. Questo porta a una diminuzione delle prestazioni dell'isolamento, con possibili scariche parziali o addirittura rotture. La tecnologia di imaging termico a infrarossi, che prevede il rilevamento senza contatto e in tempo reale, è in grado di riconoscere le anomalie di temperatura nelle fasi iniziali dell'ingresso di umidità, consentendo di individuare tempestivamente i pericoli.
L'ingresso di umidità in uno scaricatore aumenta la corrente di dispersione interna, provocando un surriscaldamento significativo rilevabile come aumento localizzato della temperatura con caratteristiche di riscaldamento indotto dalla tensione sulle immagini termiche. In questi casi, il rilevamento a infrarossi svolge un ruolo fondamentale nella valutazione dello stato di funzionamento e nella segnalazione dei guasti, consentendo al personale addetto alla manutenzione di identificare tempestivamente i potenziali difetti.
10. Diagnosi dei difetti per le apparecchiature di trasmissione
Le linee di trasmissione sono composte principalmente da fondamenta, torri, conduttori, cavi di illuminazione, isolatori, raccordi e dispositivi di messa a terra. Il deterioramento degli isolatori delle linee, come la contaminazione superficiale o le fessurazioni, può portare a una riduzione dell'isolamento. La presenza di isolatori di valore nullo o basso aumenta il rischio di incidenti di sgancio della linea di trasmissione dovuti a rotture dell'isolatore. Se i tubi di crimpatura hanno un cattivo contatto con i conduttori, questi ultimi possono surriscaldarsi e staccarsi dai tubi, causando facilmente incidenti di rottura dei fili.
Una scarsa qualità costruttiva o di manutenzione può portare allo scivolamento di raccordi di crimpatura non correttamente fissati o alla rottura di trefoli ai terminali, a bulloni allentati e al surriscaldamento dei morsetti a scanalatura parallela utilizzati dalle linee in corrente continua, minacciando la sicurezza operativa delle linee o causando interruzioni forzate.
Le termocamere possono identificare i rischi termici posti da isolatori deteriorati, fili di messa a terra, morsetti o altri raccordi. In particolare, il PTZ PC2 a doppio spettro può essere utilizzato per una navigazione autonoma a 360°. Il dispositivo può anche essere utilizzato insieme al dispositivo portatile per l'ispezione di routine per monitorare in tempo reale parti chiave come morsetti, giunti e isolatori. Il monitoraggio dei componenti chiave, come il rilevamento online degli isolatori, dei morsetti e dei terminali dei cavi, è configurato online attraverso strumenti come punti, linee e scatole per segnalare in tempo reale le alte temperature e individuare con precisione i guasti. In questo modo, le linee di trasmissione funzioneranno in modo sicuro.
11. Monitoraggio della temperatura dei cavi di alimentazione
I cavi elettrici sono componenti critici del sistema di trasmissione dell'energia elettrica. In genere sono costituiti da conduttori (o nuclei conduttivi), strati isolanti, strati schermanti, strati di riempimento, strati protettivi interni e strati di armatura. La tecnologia di rilevamento delle immagini termiche a infrarossi può essere utilizzata per riconoscere efficacemente vari difetti durante il funzionamento dei cavi, compresi i difetti termici indotti dalla corrente, come il surriscaldamento dei terminali, e i difetti termici indotti dalla tensione, come l'ingresso di umidità e il deterioramento dell'isolamento dei cavi elettrici.
Negli ultimi anni, le termocamere a fusione a doppio spettro, comunemente note come telecamere a cubo a doppio spettro, sono state ampiamente utilizzate per il monitoraggio durante il funzionamento dei cavi. Questi dispositivi sono compatti e facili da installare in spazi ristretti come trincee e condotti. Possono essere installati in più punti per monitorare in tempo reale le variazioni di temperatura del cavo di alimentazione e sono in grado di fornire allarmi multilivello per le alte temperature. Analizzando le tendenze della temperatura e fornendo avvisi in tempo reale, aiutano a rilevare in anticipo potenziali guasti, riducendo così in modo significativo la probabilità di incidenti e migliorando l'efficienza O&M e la sicurezza del sistema di alimentazione.
12. Monitoraggio degli incendi boschivi per le linee di trasmissione
Gli incendi boschivi nelle aree delle linee di trasmissione sono imprevedibili e casuali e causano perdite significative in un breve periodo. Per questo motivo, è diventata una priorità assoluta individuare ed estinguere rapidamente gli incendi boschivi in queste aree. Riteniamo che sia impossibile prevenire completamente gli incendi boschivi nelle aree delle linee di trasmissione. In questo caso, la soluzione ideale per proteggere le linee di trasmissione e le risorse forestali consiste nell'accorciare i tempi di rilevamento degli incendi e nel prevenire la diffusione e l'escalation degli incendi.
Il monitoraggio degli incendi boschivi a doppio spettro a infrarossi è il metodo più diretto ed efficace. Inizialmente si utilizzava l'ispezione del personale, che si è evoluta nel monitoraggio con telecamere, il tutto finalizzato a monitorare direttamente le situazioni con mezzi visivi. Tuttavia, a causa di fattori quali l'affaticamento dell'occhio umano e il numero eccessivo di input visivi, il monitoraggio video spesso non riesce a raggiungere gli effetti previsti, diventando più che altro una registrazione di query post-evento. Sebbene possa aiutare a risolvere alcuni problemi, il nostro obiettivo primario è quello di prevenire il verificarsi di eventi anomali, stroncandoli sul nascere. Per raggiungere questo obiettivo, dobbiamo affrontare i limiti del monitoraggio visivo. Forniremo una tecnologia di monitoraggio e allarme degli incendi boschivi a doppio spettro a infrarossi, utilizzando la visione artificiale e l'intelligenza artificiale per la prevenzione, garantendo un monitoraggio efficace 24 ore su 24, 7 giorni su 7.
13. Protezione perimetrale delle sottostazioni
La tecnologia di imaging termico a infrarossi può essere applicata al monitoraggio della sicurezza perimetrale delle sottostazioni per migliorare notevolmente la capacità di protezione della sicurezza e l'efficienza del monitoraggio. Le termocamere sono in grado di rilevare e identificare chiaramente i bersagli delle intrusioni perimetrali, sia di giorno che di notte, in qualsiasi condizione atmosferica, consentendo un monitoraggio in tempo reale 24 ore su 24.
La tecnologia delle immagini termiche consente di proteggere il perimetro delle sottostazioni con un'affidabilità e un'intelligenza senza precedenti. Esegue il monitoraggio in qualsiasi condizione atmosferica e ad alta precisione e si combina con meccanismi di riconoscimento intelligente e di allarme precoce per rendere la gestione della sicurezza delle sottostazioni più efficiente, precisa e proattiva. Questo non solo riduce i costi di manodopera e i rischi per la sicurezza, ma migliora anche in modo significativo la sicurezza operativa e la stabilità delle strutture elettriche.
14. Monitoraggio dei quadri elettrici nelle sale di distribuzione dell'energia elettrica
Nelle sale dei data center, i dispositivi di monitoraggio a infrarossi possono essere installati all'interno di armadi elettrici critici per ottenere un monitoraggio 24 ore su 24 di componenti critici come contatti elettrici, interruttori e giunzioni. Quando si verificano surriscaldamenti anomali dei contatti a causa di un sovraccarico o di un contatto insufficiente, il sistema è in grado di rilevare prontamente l'anomalia di temperatura e di inviare istantaneamente le informazioni di allarme al personale O&M in loco. Ciò consente di reagire rapidamente e di gestire i guasti, migliorando così la sicurezza e l'affidabilità operativa del sistema elettrico.
Vantaggi della termocamera per la rete elettrica
Non contatto e più sicuro: La tecnologia di imaging termico a infrarossi è una tecnologia di rilevamento e identificazione passiva e senza contatto. È caratterizzata da una diagnostica a lunga distanza, senza contatto, senza campionamento, senza disintegrazione, accurata e rapida dello stato dei dispositivi. Questa tecnologia è in grado di monitorare e diagnosticare i guasti dei dispositivi elettrici in tempo reale, online, senza influenzarne il funzionamento.
Intuitive imaging e localizzazione accurata dei guasti: La tecnologia di imaging termico a infrarossi non è influenzata da interferenze elettromagnetiche e può tracciare con precisione bersagli termici a grande distanza. Il campo di temperatura è visibile, catturando automaticamente i punti di pericolo nascosti ad alta temperatura e presentando i punti di guasto sui dispositivi. Ciò consente di valutare qualitativamente e quantitativamente la natura, la posizione e la gravità dei difetti.
Operating analisi dei trend di stato, previsione dei pericoli nascosti e avvisi: La temperatura del dispositivo viene raccolta regolarmente e presentata in modo intuitivo in un grafico di tendenza delle variazioni di temperatura. Analizzando i modelli di funzionamento del dispositivo e identificando i punti a rischio di temperatura elevata anomala, fornisce un supporto di dati per la manutenzione giornaliera, gli avvisi di guasto e l'analisi dei difetti, consentendo così un rilevamento precoce, un avviso tempestivo e una riparazione tempestiva.