VDI VDE 2878 Blatt 2-2015 Application of thermography to maintenance diagnostics - Electrical systems.pdf

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1、VEREINDEUTSCHERINGENIEUREVERBAND DERELEKTROTECHNIKELEKTRONIKINFORMATIONSTECHNIKAnwendung der Thermografiezur Diagnose in der InstandhaltungElektroanlagenApplication of thermographyto maintenance diagnosticsElectrical systemsVDI/VDE 2878Blatt 2 / Part 2Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI-Ha

2、ndbuch Fabrikplanung und -betrieb, Band 1: Betriebsberwachung/InstandhaltungVDI/VDE-Handbuch Optische TechnologienVDI/VDE-RICHTLINIEN Mai 2015May 2015Inhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Anwendungsbereich . . . . .

3、. . . . . . . . . 22 Begriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 Grundlagen des Diagnoseverfahrens . . . . . 63.1 Randbedingungen und Einflussgrenbei der Infrarotmessung . . . . . . . . . . . 63.2 Einsatzmglichkeiten und Grenzen desEinsatzes von Thermografie in elektrischenAnlagen . . . .

4、. . . . . . . . . . . . . . . 104 Spezielle Anforderungen bei der Anwendungdes Diagnoseverfahrens an elektrischenAnlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114.1 Ausbildungsvoraussetzungen . . . . . . . . 114.2 Verwendete Messgerte . . . . . . . . . . . 124.3 Randbedingungen . . . . . . . . .

5、 . . . . . 124.4 Sicherheitsmanahmen . . . . . . . . . . . 155 Durchfhrung des Messverfahrens . . . . . . 165.1 Einsatzgebiete fr das Diagnoseverfahren . 165.2 Festlegung des Untersuchungszyklus . . . . 245.3 Voraussetzungen fr die Durchfhrung desDiagnoseverfahrens . . . . . . . . . . . . . 265.4 Vo

6、rgehensweise bei der Durchfhrung desDiagnoseverfahrens . . . . . . . . . . . . . 276 Auswertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286.1 Bewertungsverfahren . . . . . . . . . . . . 286.2 Mgliche Manahmen zur Fehlerbehebung 307 Dokumentation . . . . . . . . . . . . . . . . . 32Anhang A Ablaufdiagr

7、amm einer thermografischen Untersuchung . . . . 35Anhang B Musterbericht zur thermografischenMessung . . . . . . . . . . . . . . . . 37Schrifttum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Introduction . . . . . . . . . . . . . . .

8、 . . . . . 21 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Terms and definitions . . . . . . . . . . . . . 53 Principles of the diagnostic method . . . . . 63.1 Boundary conditions and parameters for infrared measurements . . . . . . . . . . . 63.2 Fields of application and limits to theappl

9、ication of thermography within electrical systems . . . . . . . . . . . . . . 104 Special requirements for the applicationof the diagnostic method on electricalsystems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114.1 Educational requirements. . . . . . . . . . 114.2 Applied measurement instruments .

10、. . . . 124.3 Boundary conditions . . . . . . . . . . . . 124.4 Safety measures. . . . . . . . . . . . . . . 155 Application of the measurement method. . . 165.1 Fields of application for the diagnosticmethod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165.2 Determination of the examination interval . 245

11、.3 Requirements for the implementation ofthe diagnostic method . . . . . . . . . . . 265.4 Implementation procedure of thediagnostic method . . . . . . . . . . . . . 276 Evaluation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286.1 Evaluation method . . . . . . . . . . . . . 286.2 Possible measures for fa

12、ult remedy. . . . . 307 Documentation . . . . . . . . . . . . . . . . . 32Annex A Flow chart of a thermographicexamination . . . . . . . . . . . . . . . 36Annex B Sample report for a thermographicmeasurement . . . . . . . . . . . . . . 38Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42Die deu

13、tsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this standard shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation. VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA)Fachbereich Fabrikplanung und -betriebFrhereAusgabe:

14、02.12 Entwurf, deutschFormer edition: 02/12Draft, in German onlyICS 03.080.10, 17.200.10Zubeziehen durch /Available at BeuthVerlag GmbH,10772 Berlin AlleRechtevorbehalten /All rights reserved Verein Deutscher Ingenieuree.V.,Dsseldorf 2015Vervielfltigung auchfr innerbetrieblicheZwecke nichtgestattet

15、/ Reproduction evenfor internal use not permittedB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11 2 VDI/VDE 2878 Blatt 2 / Part 2 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015Vorbemerk

16、ungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Be-achtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richt-linie VDI 1000.Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, derFotokopie, der elektronischen Verwendung und derbersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstndig,sind vorbehalten.Die Nutzung dieser

17、 Richtlinie ist unter Wahrung desUrheberrechts und unter Beachtung der Lizenzbedin-gungen (www.vdi.de/richtlinien), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich.Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieserRichtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt.Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dies

18、erRichtlinienreihe ist im Internet abrufbar unterwww.vdi.de/2878.EinleitungDiese Richtlinie richtet sich an Instandhalter im Be-reich elektrischer Anlagen und an Thermografen, dieUntersuchungen in elektrischen Anlagen durchfh-ren. Die Richtlinie soll einen berblick ber die An-wendungsbereiche, die G

19、rundlagen und die Durch-fhrung des Verfahrens geben. Darber hinaus wirdauf die Auswertung der durchgefhrten Messungenund die zu erstellenden Dokumente sowie deren not-wendigen Inhalt eingegangen.Heute stehen preisgnstige Infrarotmesssysteme zurVerfgung, die einfach und unkompliziert bedientwerden kn

20、nen. Ein Anwendungsgebiet ist die ber-prfung von Energiebertragungs- und -verteilungs-anlagen bei Energieversorgungsunternehmen, in In-dustrie- und Produktionsbetrieben sowie Infrastruk-turanlagen. Diese berprfungen werden im Regel-fall von den entsprechend ausgebildeten und qualifi-zierten Instandh

21、altungsabteilungen selbst durchge-fhrt oder an externe Dienstleister vergeben.1 AnwendungsbereichDiese Richtlinie ist ein Leitfaden fr Betreiber vonElektroanlagen mit dem Ziel, die Voraussetzungenfr die Thermografie und deren Einsatzbedingungenals Messtechnik in der Instandhaltung dieser Anla-gen, e

22、inschlielich der Inbetriebnahme als Standard-messverfahren, zu erlutern.Die thermografische berprfung von elektrischenAnlagen kann in allen Spannungsebenen eingesetztwerden. Abhngig vom jeweiligen Anwendungsfallwerden unterschiedliche Anforderungen an das ein-Preliminary noteThe content of this stan

23、dard has been developed instrict accordance with the requirements and recom-mendations of the standard VDI 1000.All rights are reserved, including those of reprinting,reproduction (photocopying, micro copying), storagein data processing systems and translation, either ofthe full text or of extracts.

24、The use of this standard without infringement of copy-right is permitted subject to the licensing conditions(www.vdi.de/richtlinien) specified in the VDI Notices.We wish to express our gratitude to all honorary con-tributors to this standard.A catalogue of all available parts of this series ofstanda

25、rds can be accessed on the Internet atwww.vdi.de/2878.IntroductionThis standard addresses maintenance engineers in thefield of electrical systems and thermographs, whocarry out investigations on electrical systems. Thisstandard should give an overview on the applicationfields, the fundamentals and t

26、he implementation ofthe procedure. In addition, the analysis of the meas-urements, the documents, which have to be compiled,as well as the necessary content of these documentsare shown.Nowadays there are cost-effective infrared measure-ment systems for easy and straightforward operation.One field of

27、 application is the examination of energytransmission and energy distribution systems ofpower supply companies, industrial plants and pro-duction plants as well as infrastructure facilities.These examinations are normally carried out directlyby trained and qualified maintenance departments orthey ar

28、e given to external service providers.1 ScopeThis standard for electrical systems operators aims atexplaining the prerequisites for thermography and theapplication conditions for thermography as measure-ment technology in the maintenance of these systemsincluding its commissioning as a standard meas

29、ure-ment method.A thermographic examination of electrical systemscan be carried out in all voltage levels. Depending onthe individual case of application, there are differentrequirements for the applied measurement system.B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19

30、CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11VDI/VDE 2878 Blatt 2 / Part 2 3 All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015gesetzte Messsystem gestellt. Auf diese Anforderun-gen wird in den weiteren Abschnitten nher einge-gangen.Mit dem Messsystem wird die von der

31、 Oberflchedes Prfobjekts emittierte Strahlung gemessen unddie Temperaturverteilung auf der Oberflche des Prf-objekts dargestellt. Anhand der Temperaturvertei-lung auf der Oberflche knnen auffllige Tempera-turen am Prfobjekt ermittelt werden. AufflligeTemperaturen werden z.B. an Stellen festgestellt,

32、 andenen bei elektrischen Verbindungsstellen ein erhh-ter bergangswiderstand vorliegt, oder an elektri-schen Leitern, die mit einem zu hohen Strom belastetsind.Des Weiteren kann man auch durch Messungen in-nerhalb von Schaltschrnken Aussagen zum fachge-rechten Aufbau und/oder zu der idealen Anordnun

33、gvon aktiven und passiven Einbauten und deren opti-malem Zusammenspiel treffen. Hier knnen ungns-tige Bauteilabstnde oder eine inkorrekte Luftfh-rung zu berhitzung und damit zum Ausfall der An-lagen fhren, insbesondere auch im Hinblick auf dieAuswirkungen von Luftstrmungen in Verbindungmit Klimatisi

34、erungskomponenten. Die thermografi-sche Analyse von solchen Systemen ist somit auchein Indikator fr die richtige Art der Schaltschrank-Klimatisierung und die korrekte Luftfhrung in sol-chen Anlagen.Erhhte bergangswiderstnde treten an nicht ord-nungsgem hergestellten Verbindungen oder an ge-alterten

35、Verbindungen auf. Verbindungen lassen sichin ruhende (z.B. verschraubte, verpresste, vernietet,verschweite) und in bewegliche Verbindungen (z.B.Schaltkontakte, Trennstellen, Steckverbindungen)unterteilen. Ein erhhter bergangswiderstand fhrtzu einer hheren Verlustleistung an der Verbindungs-stelle. A

36、ls Folge der hheren Verlustleistung steigt dieTemperatur der Verbindungsstelle. Durch die hhereTemperatur steigen der bergangswiderstand und da-mit die Verlustleistung an der Verbindung weiter an.Eine hhere Verbindungstemperatur fhrt zu einerschnelleren Alterung der Verbindung. Im Extremfallkann die

37、 Verbindung infolge einer immer weiter an-steigenden Temperatur im Lauf der Betriebszeit aus-fallen. Vor dem eigentlichen Ausfall der Verbindungknnen angrenzende Isolierstoffe bereits in Mitlei-denschaft gezogen werden. Die Beschdigung derIsolierstoffe kann einen Kurzschluss an den Betriebs-mitteln

38、verursachen und zu einem Strlichtbogen fh-ren, der einen Brand und gegebenenfalls die Zerst-rung kompletter Einrichtungen bewirken kann.Die thermografische berprfung von elektrischenAnlagen kann unter verschiedenen Gesichtspunkteneingesetzt werden:These requirements will be discussed in greater deta

39、ilin the following sections.The measurement system measures the radiation,which is emitted by the surface of the test object, andit shows the temperature distribution on the surface ofthe test object. Based on the temperature distributionon the surface, irregular temperatures on the test ob-ject can

40、 be detected. Irregular temperatures can bedetected e.g. on spots, where the electrical connec-tions show increased contact resistance or on electri-cal conductors, which are loaded with excessive cur-rent.Furthermore, statements with regard to the profes-sional assembly and/or the ideal position of

41、 activeand passive enclosures and their optimal interactioncan be made by measurements within electrical en-closures. Unfavourable distances between compo-nents or an incorrect airflow can lead to overheatingand thus, to a failure of the system, in particular withregard to the influence of airflows

42、in connection withcooling components. Therefore, the thermographicanalysis of such systems is also an indicator for thecorrect cooling of electrical enclosures and for theright airflow in such systems.Connections, which are old and/or not assembledcorrectly, show excessive contact resistances. Con-n

43、ections can be divided into static (e.g. bolted,pressed, riveted, welded) and mobile connections(e.g. switching contacts, connections, plug connec-tions). An excessive contact resistance leads to ahigher power loss at the connection, which leads to atemperature increase of the connection. The contac

44、tresistance and, thus, the power loss at the connectionis further increased by the higher temperature. Ahigher connection temperature leads to faster agingof the connections. In extreme cases, a constantly in-creasing temperature can result in the failure of theconnection during the course of operat

45、ion. Before theactual failure of the connection, adjacent insulationmaterials can already get affected, too. Damages inthe insulation material can trigger short-circuit on theoperating equipment and lead to an arch flash, whichcan cause a fire and possibly the destruction of entirefacilities.The the

46、rmographic examination of electrical systemscan be applied from various different perspectives:B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11 4 VDI/VDE 2878 Blatt 2 / Part 2 Alle Rechte vorbehalten Verein Deut

47、scher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015 Konstruktion/Auslegung/InbetriebnahmeElektrische Anlagen und Betriebsmittel mssennach den anerkannten Regeln der Technik errich-tet werden.Berechnungen mit thermischen Wrmenetzen,FEM-Programmen und CFD-Analysen (Compu-tational Fluid Dynamics) werden konstruktion

48、s-begleitend durchgefhrt und simulieren das Str-mungs- und Temperaturverhalten in Schaltschrn-ken. Diese Simulationen knnen dann durch In-frarotmessungen einfach und schnell auf ihreRichtigkeit hin berprft werden.Im Rahmen der Inbetriebnahme knnen die Vor-gaben des Betreibers durch den Hersteller be

49、r-prft werden. Inspektion/PrfenBei der prventiven berprfung von elektrischenAnlagen wird die thermografische Untersuchungder Anlagen in regelmigen Abstnden durchge-fhrt. Bei der regelmigen Untersuchung derelektrischen Anlagen knnen mgliche Schwach-stellen bereits erkannt werden bevor es zu einemAusfall der Anlagen kommt. Durch die Frher-kennung der Schwachstellen knnen diese plan-mig behoben werden. Die Zuverlssigkeit derAnlage steigt. zustandsorie