Коэффициенты излучения материалов

 

Вид материала	Состояние поверхности	Температура, °С	Коэффициент излучения, мкм
алюминий	анодированный		0,55
	необработанная поверхность	20-50	0,06-0,07
	окисленный	50-500	0,2-0,3
	полированный	50-100	0,04-0,06
бронза	необработанная	50-100	0,55
	полированная		0,1
железо	ржавое		0,61-0,85
	необработанное		0,24
	окисленное		0,74
	оцинкованное		0,25
	полированное	400-1000	0,14-0,38
латунь	окисленная	200-600	0,6
	полированная		0,03
медь	полированная	20-100	0,02-0,05
	с тонкой окисной пленкой		0,037
	оксидированная	100-200	0,6-0,73
	электролитическая, полированная	20-100	0,05
	на токосъемниках, блестящая	20-100	0,3
	на токосъемниках, матовая или оксидированная	20-100	0,5
свинец	блестящий		0,08
	серый, окисленный		0,28
сталь	заржавленная		0,69
	легированная		0,35
	нержавеющая	20-700	0,16-0,45
	оксидированная	200-600	0,8
	оцинкованная		0,28
	полированная		0,07
асбест	плиты шероховатые, серые	-	0,96
	бумага	-	0,94
	картон	20-700	0,74-0,88
асфальт	сыпучий	-	0,95
	дорожное покрытие, укатанное	-	0,9
бетон	плиты гладкие	-	0,63
	стены литые, необработанные	-	0,55
битум	кровельный, плоский	-	0,96
	жидкий	-	1,0
бумага	белая		0,7-0,9
	желтая		0,72
	зеленая		0,85
	красная		0,76
	матовая		0,93
	темно-синяя		0,84
	черная		0,9
вода	гладкий лед	-10	0,95
	дистиллированная		0,96
	иней	-10	0,98
	снег	-10	0,85
дерево	брус		0,8-0,9
	доска		0,96
кожа	человеческая		0,98
каучук	твердый		0,95
	мягкий		0,86
кирпич	красный		0,93
	силикатный		0,66
краски масляные	матовая черная		0,98
	разных цветов		0,92-0,94
стекло	-	20-100	0,91-0,94
графит	обработанный напильником		0,98
почва	влажная		0,95
	сухая		0,9
фарфор	глазурованный		0,75-0,93
	неглазурованный		0,9
цемент	-	-	0,54

 

Коэффициент излучения помимо вышесказанного зависит также от угла наблюдения. Для металлов коэффициенты излучения постоянны в интервале углов наблюдения (0-40) градусов, для диэлектриков - в интервале углов (0-60) градусов.

За пределами этих значений коэффициент излучения быстро уменьшается до нуля при направлении наблюдения по касательной.

Так, при длине волны излучения 10 мкм при наблюдении по нормали вода близка к абсолютно черному телу, а при наблюдении по касательной становится зеркалом Е = 0. В электроустановках различие в углах наблюдения может возникнуть при проведении ИК-контроля под углом токоведущей шины (рис.2-1).

 

 

На участках А и С наблюдение осуществляется по нормали к плоскости шины, на участке В будет превалировать отражательная способность материала, что будет искажать картину теплового изображения.

Рис.2-1. Влияние излучательной способности

 

Коэффициенты излучения металлов с ростом температуры обычно увеличиваются (см. табл.2-1).

Обычно коэффициент излучения зависит от состояния поверхности металла.

Поскольку токоведущий узел электрического аппарата или установки может включать в себя несколько компонентов из разнородных металлов, поверхности которых окрашены, имеют окисные пленки или разную степень обработки поверхности, т.е. различные коэффициенты излучения, при инфракрасном контроле могут возникнуть предположения о перегревах на участках с повышенными коэффициентами излучения.

В подобных случаях целесообразно провести пофазное сравнение результатов измерения, оценить состояние поверхности перегретого участка (точки) с помощью бинокля, выяснить объем ремонтных работ, проводившихся на данном токоведущем узле, и т.п. В том случае, если коэффициент излучения контролируемого объекта известен, его фактическая температура может быть определена по формуле

,

где Т_рад - радиационная температура, измеренная ИК-прибором;

Е - коэффициент излучения контролируемой поверхности.

В практике может возникнуть необходимость в определении коэффициента излучения контролируемого объекта или его узла.

Для этого на участок контролируемой поверхности наносится покрытие из матовой черной краски или наклеивается кусок ленты для фотошаблонов, коэффициенты излучения которых близки к единице.

После того как покрытие или лента приобретает температуру объекта, осуществляется измерение Т_факт.

Измерив температуру Т_рад неокрашенного участка, по приведенной выше формуле можно определить его коэффициент излучения (приложение 3).

 

СОЛНЕЧНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

Солнечная радиация нагревает контролируемый объект, а также при наличии участков (узлов) с хорошей отражательной способностью создает впечатление о наличии высоких температур в местах измерения.

Эти явления особенно проявляются при использовании ИК-приборов со спектральным диапазоном 2-5 мкм.

Для исключения влияния солнечной радиации рекомендуется осуществлять ИК-контроль в ночное время суток (предпочтительно после полуночи) или в облачную погоду. При острой необходимости измерение в электроустановках при солнечной погоде рекомендуется производить для каждого объекта поочередно из нескольких диаметрально противоположных точек.

 

ВЕТЕР

Если ИК-контроль осуществляется на открытом воздухе, необходимо принимать во внимание возможность охлаждения ветром контролируемого объекта (контактного соединения). Так, превышение температуры, измеренное при скорости ветра 5 м/с, будет примерно в два раза ниже, нежели измеренное при скорости ветра 1 м/с. В диапазоне скоростей 1-7 м/с справедлива формула

,

где D Т ₁ - превышение температуры при скорости ветра V ₁;

D Т ₂ - то же при скорости ветра V ₂.

Измерения при скорости ветра выше 8 м/с рекомендуется не проводить.

При пересчетах полученных значений превышения температуры можно помимо формулы пользоваться коэффициентами коррекции (табл.2-2).

 

Таблица 2-2

 

Скорость ветра, м/с	1,0	2,0	3,0	4,0	5,0	6,0	7,0	8,0
Коэффициент коррекции	1,0	1,36	1,64	1,86	2,0	2,23	2,4	2,5

 

Следует отметить, что зачастую сила ветра при ИК-диагностике бывает переменной, поэтому указанный пересчет может привести к дополнительным погрешностям.

 

НАГРУЗКА

Температура токоведущего узла (контактного соединения) зависит от нагрузки и прямо пропорциональна квадрату тока, проходящего через контролируемый участок:

,

где D T ₁ - превышение температуры при токе I ₁;

D T ₂ - то же при токе I ₂.

При необходимости пересчет желательно проводить от более высокой нагрузки к более низкой и при близких значениях токов (отличия на 20-30%).

 

ТЕПЛОВАЯ ИНЕРЦИЯ

При переменной токовой нагрузке приходится считаться с тепловой инерцией контролируемого объекта.

Так, тепловая постоянная времени для контактных узлов аппаратов составляет порядка 20-30 мин, поэтому при определении тока нагрузки по амперметру контролируемого присоединения не следует учитывать кратковременные "броски" тока, связанные с коммутационными процессами или режимом работы потребителя. Тепловая постоянная для вентильных разрядников составляет порядка 6-8 ч, поэтому результаты измерения тепловизором только что поставленного под напряжение разрядника могут оказаться ошибочными.

 

ДОЖДЬ И СНЕГ

Дождь, туман, мокрый снег в значительной степени охлаждают поверхность объекта, измеряемого с помощью ИК-прибора, и в определенной мере рассеивают инфракрасное излучение каплями воды; ИК-контроль допускается проводить при небольшом снегопаде с сухим снегом или легком моросящем дождике.

 

МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ

При работе с ИК-приборами вблизи шин генераторного напряжения, реакторов и вообще в электроустановках с большими рабочими токами приходится сталкиваться с проблемой защиты ИК-прибора от влияния магнитного поля.

Последнее вызывает искажение картины теплового поля объекта на кинескопе тепловизора или нарушает работу радиационного пирометра. При наличии магнитных полей при проведении ИК-контроля рекомендуется:

а) если токоведущие шины находятся над головой оператора с тепловизором или пирометром или вблизи него, постараться, перемещаясь около контролируемого объекта, выбрать местоположение с минимальным влиянием магнитного поля;

б) использовать объектив с меньшим углом наблюдения (например, 7x7°), что позволит осуществлять контроль за объектом с удаленного расстояния;

в) при контроле с помощью тепловизора с оптико-механическим сканированием можно сканер расположить вблизи объекта, ВКУ с кинескопом, используя длинный кабель от сканера, вынести за пределы зоны влияния магнитного поля.

 

ТЕПЛОВОЕ ОТРАЖЕНИЕ

В ряде случаев, особенно при ИК-контроле токоведущих частей, расположенных в небольших замкнутых объемах (например, в КРУ или КРУН), приходится сталкиваться с возможностью получения ошибочных результатов из-за теплового отражения от нагревательных элементов, ламп освещения, соседних фаз и др. (рис.2-2).

 

 

Рис.2-2. Влияние теплового отражения

 

Последнее проявляется при контроле токоведущей части с малым коэффициентом излучения, обладающей хорошей отражательной способностью.

В результате термографическая съемка может показать горячую точку (пятно), хотя в действительности это просто тепловое отражение.

Поэтому рекомендуется в подобных случаях производить ИК-обследование объекта под различными углами зрения и изменением местоположения оператора с ИК-прибором. При необходимости на время измерения отключается освещение объекта и т.п.

 

НАГРЕВ ИНДУКЦИОННЫМИ ТОКАМИ

В токоведущих частях электроустановок, обтекаемых значительными токами (например, шины генераторного напряжения), зачастую наблюдаются нагревы, обусловленные индукционными токами, циркулирующими в магнитных материалах. В качестве последних в токоведущих шинах могут быть пластины шинодержателей, крепежные болты, близко расположенные металлоконструкции и т.п. Нагревы от индукционных токов, если они расположены вблизи контактных соединений, могут создавать ложное впечатление о перегреве последних.

 

 

Съемка осуществлялась тепловизором со спектральным диапазоном 2-5 мкм. На термограмме виден очаг нагрева ножа разъединителя дальней фазы и тепловое отражение на поверхности фарфорового изолятора средней фазы.