Thermografie in elektrotechniek

Tips bij het gebruik van thermografie binnen de elektrotechniek

Het lezen van een thermografisch rapport vereist enige vaardigheid en er zijn heel wat valkuilen.
Indien de belasting te hoog is, de weerstand te groot of de koeling in combinatie met dissipatie te klein, dan zullen er temperatuursverhogingen ontstaan.

- Stroom
- Weerstand
- Dissiperend vermogen

Stroom

Vermelding van de gemeten stroom (en I nominaal) is essentieel bij een thermogram. Een component dat bij een kleine stroom een redelijke temperatuur verhoging laat zien is interessant. U begrijpt nu al dat onze interesse vervolgens uitgaat naar de temperatuurverhoging bij volledige belasting; niet alleen de hotspots geven informatie. Zonder vermelding van de gemeten stroom kunt u echter geen goede analyse uitvoeren.

T hermolabels kunnen een uitstekend hulpmiddel zijn. Deze warmtegevoelige stickers laten zien welke temperatuur in het verleden bereikt is. Bij alle componenten waar een wisselende stroom aanwezig is, zijn deze Thermolabels daarom een uitstekend hulpmiddel voor snelle analyse.

Weerstand

In de wandelgangen wordt vaak de term “overgangsweerstand” gebruikt. Een weerstand veroorzaakt vaak een temperatuursverhoging.
Is het u wel eens opgevallen dat er maar weinig hotspots op spanningsrails worden aangetroffen?
Hiervoor is een hele simpele reden. De meeste inspecties worden uitgevoerd met gebruikmaking van de standaardinstellingen van de camera. Bij spanningsrails in het bijzonder, maar sowieso bij koperen en aluminium componenten in het algemeen, dienen bij de ir-camera de emissiewaarde en de achtergrondstraling te worden ingegeven. Dit wordt door vele inspecteurs niet gedaan, waardoor de ir-apparatuur de meetwaarden niet kan corrigeren om tot een representatieve meting te komen. Het gevolg hiervan is dat de componenten meestal “koud” worden weergegeven.

Als u een thermografisch rapport analyseert, dan zijn kleine temperatuursstijgingen bij koperen en aluminium componenten zeer interessant!
Zodra u deze waarneemt, dient u de gebruikte parameters te controleren. Zo kunt u zien of u door natuurkundige fenomenen voor de gek bent gehouden, veelal veroorzaakt door het slechte broddelwerk van de inspecteur. Hierbij moet voor de volledigheid worden opgemerkt dat bij verschillende low-end infraroodcamera’s deze parameters helemaal niet kunnen worden ingesteld.
De kleine temperatuursverhoging in het thermogram kan in werkelijk een aanzienlijke hotspot zijn. Thermolabels kennen de problemen met emissiewaarde en achtergrondstraling niet. Ook het probleem van een momentopname is bij deze warmtegevoelige labels niet aan de orde. Speciaal voor elektrotechnische toepassingen zijn er Thermolabels die tot een periode van 8 jaar constant een component kunnen monitoren. Deze zijn uitermate geschikt om de genoemde problemen te ondervangen; Thermolabels werken immers 24 uur per dag en laten zien welke temperatuur in het verleden werd bereikt.

Dissiperend vermogen

Dissiperend vermogen is de eigenschap dat een component warmte opwekt. Inherent hieraan is natuurlijk het afgeven van de warmte aan de omgeving. Wat te doen als nu een hotspot is geconstateerd? Zonder een vermelding van de temperatuur in de besturingskast of vermelding van de ruimtetemperatuur kan niemand een zinvolle reactie geven. Ergo, een hotspot van 80°C bij een ruimtetemperatuur van 25°C is waarschijnlijk veel erger dan een hotspot van 90°C bij een kasttemperatuur van 55°C.

Er worden steeds meer elektronische onderdelen aan componenten toegevoegd, om nog maar te zwijgen over de nieuwe generatie frequentieregelaars en plc-besturingen. Veroudering van elektronica gebeurt proportioneel als de temperatuur stijgt. U bent dus op termijn een dief van uw eigen portemonnee als u deze temperaturen te hoog laat oplopen.
Met Liquid Crystal Thermometers kunt u deze temperatuur in een oogopslag zichtbaar maken. Deze thermometer in de vorm van een sticker plakt u in de besturingskast en u kunt altijd de actuele temperatuur aflezen!

Thermografie binnen de elektrotechniek: verdere uitleg en tips

Hieronder wordt in drie zinnen het begrip emissiewaarde uitgelegd. Probeer hiervan de essentie te begrijpen, dit is fundamenteel voor de interpretatie van thermogrammen.

Een infraroodcamera registreert domweg alle ir straling die op de detector komt!
De totale ir-emissie van een object is de optelsom van de eigen straling van het object, de straling die door het object wordt gereflecteerd en de ir-straling die door een object heen gaat.
In het algemeen kan gesteld worden dat de temperatuur wordt bepaald door de eigen ir-straling van een object. De gereflecteerde straling en de ir-straling die door een object heengaan (transmissie) beïnvloeden de meetwaarden voor de ir-camera.

Emissiewaarde

U begrijpt dus nu hopelijk dat bij iedere infraroodopname de emissiewaarde moet worden vermeld. Ook de achtergrondstraling is belangrijk, want deze geeft aan hoeveel ir straling er geflecteerd wordt. Koude- of warmtebronnen die geflecteerd kunnen worden, zijn altijd voldoende aanwezig. Loop gewoon eens door uw bedrijf en kijk eens hoeveel warmtebronnen er zijn. Wist u dat een heldere hemel al snel kouder is dan -60°C? Of Hoe lager de emissiewaarde van het materiaal, des te belangrijker de achtergrondstraling wordt. Typische materialen met een lage emissiewaarde zijn bijvoorbeeld koper en aluminium. Als voor een inspectie een goedkopere camera is gebruikt, zorg dan dat u weet of dit instrument in staat is voor iedere meting de emissiewaarde en achtergrondstraling te corrigeren.

Transmissie

Transmissie van materialen is een zeer moeilijke materie. Fabrikanten van relais, automaten en thermische beveiligingen geven de transmissiewaarde van de behuizingen niet op. De ir-camera registreert dus de eigen straling van het object plus de ir-straling van de achterliggende componenten die door de behuizing heengaat (transmissie). Per saldo zal de ir-camera een hogere temperatuur aangeven dan de werkelijke temperatuur van het object.

Indien u zelf in het bezit van een infraroodcamera bent, is dit een leuke proef. Neem een normaal belast thermisch pakket. Controleer de meetwaarde van de camera door de temperatuur met een goed thermokoppel te meten. Doe dit bij enkele componenten die dissiperen en een kunststof behuizing hebben. U zult versteld staan van de resultaten.

Indien u belangrijke componenten moet monitoren, overweeg eens het gebruik van Thermolabels. Deze warmtegevoelige labels kennen de hierboven beschreven problematiek niet. Ze registreren 24 uur per dag de temperatuur en laten dus altijd de hoogst bereikte temperatuur in het verleden zien.

Detector resolutie

Een metafoor ter illustratie: Als we met een jachtgeweer op een mug schieten, vliegt de meeste hagel er langs.
Laten we beginnen met de opmerking dat de meeste software in staat is de mooiste kleurenplaatjes te maken door middel van extrapolatie en middeling van de meetwaarden.
Een mooi thermogram zegt dus niets over de kwaliteit van de resolutie van de detector. Neem een 2,5 kwadraat ader. Als de kleinst te meten eenheid 3 bij 3 millimeter is en u positioneert exact in het midden, dan wordt er altijd een stuk van de achtergrond gemeten. De meetwaarde is per saldo fout. Indien er kleine kwadraturen worden gemeten, eis dan dat er een infraroodcamera wordt gebruikt met een detector die minimaal 320 bij 240 meetpunten heeft!

Infraroodopnames: tips uit de praktijk

Het maken en analyseren van infraroodopnames is lang niet zo eenvoudig als het soms lijkt. Hieronder vindt u puntsgewijs een aantal tips en aandachtspunten.

In een thermogram worden vaak meetpunten geplaatst. Vergewis u ervan dat deze op hetzelfde soort materiaal zijn geplaatst. Als er een emissiefout is gemaakt, dan is de fout tenminste consistent.
Meetpunten moeten bij voorkeur op materiaal met een hoge emissiewaarde worden geplaatst. Met andere woorden: liever een meetpunt op de isolator dan op het geleidende materiaal.
Thermografie op geleidende materialen en keramische isolatoren: Wees alert op meetfouten! Door de komst van de “betaalbare” ir-camera’s, waarop diverse parameters niet te corrigeren of in te stellen zijn, en/of in combinatie met onkunde van de operator, kunnen meetfouten schering en inslag zijn.
Een component moet minimaal 20 minuten in bedrijf zijn om een representatief thermogram te maken. Met andere woorden: even een machine starten en een thermogram maken is “not done”. Hetzelfde geldt voor infraroodopnames maken direct na de pauze, als een productieproces heeft stilgestaan. Volledigheidshalve moet wel vermeld worden dat hotspots die direct na een start ontstaan meestal zeer serieus zijn. Deze incidenten zijn echter meer uitzondering dan regel.
Thermografie op componentniveau. U kijkt van links naar rechts, oftewel naar de verschillen in de fases, en u kijkt van boven naar onder, oftewel naar mogelijke onbedoelde weerstanden voor iedere fase, zowel voor de geleider als ook voor het component.
Thermografie is een zeer goede techniek, maar het is ook een momentopname. Vergewis u ervan dan het proces dat geïnspecteerd is, normaal draaide.
Thermolabels zijn de meest primitieve vorm van thermografie (het zichtbaar maken van temperaturen). Deze labels werken echter 24 uur per dag voor u. Ook tijdens stilstand geven thermolabels de hoogst bereikte temperatuur weer. Storingzoeken en preventief onderhoud worden hierdoor kinderspel.
Zorg dat het onderwerp altijd scherp gefocuseerd is. Hiernaast een opname met identieke parameters. We hebben bewust een fout in de scherpte gemaakt. Let op de meetspot in het thermogram!