Тепловизор в электрооборудовании: Обнаружение дефектных контактных соединений

Применение тепловизоров для выявления дефектов контактных соединений основано на прямой зависимости температуры контактного соединения от величины его сопротивления, т.е. от степени развития дефекта. Как известно, в зависимости от конструкции, назначения, способа соединения материалов, области применения и других факторов различают болтовые, сварные, паяные и выполненные обжатием (спрессованные и скрученные) контактные соединения. К контактным соединениям можно отнести также дистанционные распорки проводов.

Дефекты сварных контактных соединений
При эксплуатации в контактных соединениях, выполненных сваркой, причинами возникновения дефектов могут являться: отклонения от заданных параметров, подрезы, пузыри, каверны, непровары, наплывы, трещины, шлаковые и газовые включения (раковины), не заделанные кратеры, пережог проволок жилы, несоосность соединенных проводников, неправильный выбор наконечников, отсутствие защитных покрытий на соединениях и т.п.

Рис.1. Зависимость температуры нагрева сварного соединителя от характера имеющегося в нем дефекта: P - температура нагрева реперной точки (точки на проводе на расстоянии 1 м от сварного соединителя); 1, 2, 3, 4, 5, 6 - температуры нагрева сварного соединителя от его дефектности (обрыв соответственно 4; 8; 13; 17; 21; 25 жил провода в месте сварки).

Рис.2 Термограмма линии электропередач

Дефекты болтовых контактных соединений
Контактные соединители, выполненные с помощью болтов, чаще всего имеют дефекты из-за отсутствия шайб при соединении медной жилы с плоским выводом из меди или сплава алюминия, отсутствия тарельчатых пружин, из-за непосредственного подсоединения алюминиевого наконечника к медным выводам оборудования в помещениях с агрессивной или влажной средой, в результате недостаточного усилия затяжки болтов и др. Если контактные соединения на токи до 1500 А требуют подтяжки болтов один раз в 1-2 года, то аналогичные соединения на токи 3000 А и выше нуждаются в ежегодной переборке с непременной зачисткой контактных поверхностей. Необходимость в такой операции связана с тем, что в многоамперных шинопроводах (сборные шины электростанций и т.п.), выполненных из алюминия, более интенсивно протекает процесс образования окисных пленок на поверхности контактных соединений.
Процессу образования окисных пленок на поверхности болтовых контактных соединений способствуют различные температурные коэффициенты линейного расширения стальных болтов и алюминиевой шины.
Поэтому при прохождении по шинопроводу тока КЗ, работе его с переменной токовой нагрузкой, наличии в нем при большой протяженности вибрационных воздействий происходит деформация (уплотнение) контактной поверхности алюминиевой шины.
В этом случае усилие, стягивающее две контактные поверхности ошиновки, ослабевает, имевшийся между ними слой смазки испаряется и т.п. В результате образования окисных пленок площадь соприкосновения контактов, т.е. число и величина контактных площадок (точек), через которые проходит ток, уменьшается, и вместе с тем увеличивается плотность тока в них, она может достигать тысяч ампер на квадратный сантиметр, вследствие чего сильно растет нагрев этих точек.
Температура последней точки достигает температуры плавления материала контакта, и между контактными поверхностями образуется капля жидкого металла. Температура последней, повышаясь, доходит до кипения, пространство вокруг контактного соединения ионизируется с возможностью образования многофазного замыкания в РУ.Под действием магнитных сил дуга может перемещаться вдоль шин РУ со всеми вытекающими отсюда последствиями. Процесс развития дефекта в болтовом контактном соединении, как правило, протекает достаточно длительно и зависит от ряда факторов: тока нагрузки, режима работы (стабильная нагрузка или переменная), воздействия химических реагентов, ветровых нагрузок, усилий затяжки болтов, наличия стабилизации давления контактов и др. Постепенное повышение переходного сопротивления контактного соединения происходит до определенного момента времени, после чего происходит резкое ухудшение контактной поверхности с интенсивным тепловыделением, характеризующим аварийное состояние контактного соединения.

Рис.3. Термограммы болтовых электрических соединений.

Дефекты опрессованных контактных соединений
В контактных соединениях, выполненных опрессовкой, наблюдается неправильный подбор наконечников или гильз, неполный ввод жилы в наконечник, недостаточная степень опрессовки, смещение стального сердечника в соединителе провода и т.п. Как известно, одним из способов контроля спрессованных соединителей является измерение их сопротивления постоянному току. Критерием минимального контактного соединения служит сопротивление эквивалентного участка целого провода. Спрессованный соединитель считается пригодным к эксплуатации, если его сопротивление не более чем в 1,2 раза превышает эквивалентный участок целого провода. При опрессовании соединителя, его сопротивление резко падает, но с увеличением давления оно стабилизируется и изменяется незначительно. Сопротивление соединителя весьма чувствительно к состоянию контактной поверхности прессуемых проводов. Появление оксида алюминия на контактных поверхностях ведет к резкому увеличению контактного сопротивления соединителя и повышенному тепловыделению. Незначительные изменения переходного сопротивления контактного соединения в процессе опрессования, а также связанное с этим малое тепловыделение в нем показывает на недостаточную эффективность выявления в них дефектов непосредственно после монтажа с помощью приборов инфракрасной техники.
В процессе эксплуатации спрессованных контактных соединений, наличие в них дефектов будет способствовать более интенсивному образованию оксидных пленок с повышением переходного сопротивления и появлению локальных перегревов. Поэтому можно считать, что ИК-контроль новых спрессованных контактных соединений не позволяет выявлять дефекты опрессовки и должен проводиться для соединителей, проработавших в эксплуатации определенный срок (1 год и более).
Основными характеристиками спрессованных соединителей являются степень опрессовки и механическая прочность. С увеличением механической прочности соединителя его контактное сопротивление уменьшается. Максимум механической прочности соединителя соответствует минимуму электрического контактного сопротивления.

Дефекты контактных соединений, выполненные скруткой
Отказы контактных соединений, выполненных скруткой, возникают, в основном, из-за дефектов монтажа. Неполная скрутка проводов в овальных соединителях (менее 4,5 витков) приводит к вытягиванию провода из соединителя и его обрыву. Неочищенные провода создают высокое переходное сопротивление, в результате чего происходит перегрев провода в соединителе с его возможным выгоранием. Отмечались случаи неоднократного выдергивания грозозащитного троса типа АЖС-70/39 из овального соединителя марки СОАС-95-3 воздушных линий 220 кВ, скрученного на меньшее количество оборотов.

Рис.4. Термограмма дефекта контактного соединения.

Дистанционные распорки
Неудовлетворительная конструкция некоторых исполнений дистанционных распорок, воздействие вибрационных усилий и другие факторы могут приводить к перетиранию проводников провода или их излому. В этом случае через дистанционную распорку будет протекать ток, значение которого будет определяться характером и степенью развития дефекта.

Более подробно про методику ИК диагностики контактных соединений можно прочитать в РД 153-34.0-20.363-99. МЕТОДИКА ИНФРАКРАСНОЙ ДИАГНОСТИКИ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ И ВЛ.