Sähkökomponenttien lämpökuvaus

Abstract

Insinöörityössä selvitettiin lämpökuvaukseen liittyviä fysikaalisia ilmiöitä sekä verrattiin lämpökuvausta mittaustekniikkana muihin käytössä oleviin lämpötilamittaustekniikoihin. Näiden lisäksi tutustuttiin lämpökuvauksen historiaan sekä lämpökuvauslaitteistoissa käytettyihin tekniikoihin, niiden etuihin ja niiden rajoituksiin.

Työn toisena pää-aiheena tutkittiin teoreettisesti sähkökomponenteissa esiintyvien lämpötilojen muodostumista sähkövirran vaikutuksesta erilaisissa kuormitustilanteissa. Tutkinnan kohteena oli myös sähkölaitteistoiden kunnossapidon kannalta oleellisten tilanteiden, kuten kolmivaihe-epäsymmetrian sekä jännitteen tai virran yliaaltoisuuden vaikutuksia sähkökomponenteissa esiintyviin lämpötiloihin.

Vaihtelevan tai jaksottaisen kuormituksen alaisena olevien sähkökomponenttien lämpötilakäyttäytymiseen esitettiin matemaattisia malleja, joiden avulla komponenteissa esiintyviä lämpötiloja pystytään arvioimaan ja suhteuttamaan niitä esimerkiksi komponenttien nimellistoimintapisteeseen. Sähkökomponenteista mitattujen lämpötilojen tulkitsemiseksi esitettiin ratkaisuja ja ohjeistuksia, joiden avulla on mahdollista arvioida sähkökomponenttien kuntoa tai löytää niiden suunnitellusta toiminnasta poikkeavia tiloja.

Insinöörityön kokeellisessa osuudessa pyrittiin toistamaan teoreettisesti tutkittuja sähkökomponenttien lämpötilakäyttäytymisiä koejärjestelyiden avulla. Kokeellisen osuuden tuloksena havaittiin, että kuormitustilanteiden ja vallitsevien ympäristö-olosuhteiden tiedostaminen on ensisijaisen tärkeää, jotta lämpötilojen mittaamisella voitaisiin suorittaa onnistunutta sähkölaitteistojen kunnon arviointia. Lämpökuvaus osoittautui myös erittäin käteväksi mittaustyökaluksi sähkölaitteistojen vikojen, kuten huonojen liitoksien, löytämiseksi.

The purpose of this thesis was to research the physical attributes having to do with thermal imaging and making it possible. Comparative study of thermal imaging was conducted against other temperature measuring techniques and devices. The advantages and disadvantages of the technologies used in modern thermal imagers were explored and the history of thermal imaging was reviewed.

Another aim of this thesis was to study theoretically how current generates heat in elec-trical components under various loading conditions. The changes in temperature caused by different anomalies, like phase symmetry or harmonics, were examined as they are important in nondestructive evaluation of electrical systems.

Mathematical models for temperature behavior of electrical components under sequential or varying loading conditions were presented as they are needed when evaluating the measured temperatures. Guidelines and solutions for interpreting measured temperatures were also suggested as a way to evaluate the condition of electrical components and to find anomalies from their behavior.

The purpose of the practical section of this thesis was to reproduce the theoretically studied temperature behaviors of electrical components in practice using special test equipment. The main outcome of the tests was that it’s crucial to recognize the prevailing loading and environmental conditions to conduct successful analyze of condition of electrical systems. Thermal imaging was also found to be superior measuring tool in finding faults, like faulty connections from electrical systems.