IR-Inspektionen an Elektroanlagen


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Inspektionen an Elektroanlagen gehören zum Alltag jedes Elektrikers. Als Hilfsmittel bewährt sich seit Jahren die Wärmebildkamera. Nicht zu verwechseln mit gängigen Nachtsichtgeräten, die Restlicht verstärken. Wo Strom fließt, wird es warm, speziell an Übergangswiderständen oder Defektstellen. Die Messung findet aus sicherer Entfernung im laufenden Betrieb statt. Defekte können Monate bis Jahre vorher gesehen werden. Es bleibt also Zeit, planmäßig zu reparieren. Durch regelmäßige IR-Inspektionen lassen sich negative Entwicklungen mit hoher Sicherheit frühzeitig erkennen und Kosten sparen, weil nur wirklich notwendige Reparaturen erfolgen. Erfahrungsgemäß häufen sich Defekte an neuen und älteren Anlagen. Dazwischen herrscht einige Jahre Ruhe. Wie immer steckt der Teufel im Detail, soll heißen, dem Umgang mit der Wärmebildkamera. Die Bedienung ist schnell gelernt und bunte Bilder gibt es allemal. Hintergrundwissen über wichtige physikalische Zusammenhänge ist angebracht. Nicht alles, was warm ist, muß auch defekt sein. Regelmäßig sind Klemmen lose oder Sicherungen müssen nachgezogen werden.Klemme lose und dadurch kritisch warmKlemme lose und dadurch kritisch warm

Da IR-Kameras weit oberhalb des sichtbaren Lichts arbeiten, gibt es teils verblüffende Effekte. Standard sind derzeit „Langwellen“ mit 7…13 µm. Sie sind unempfindlicher gegen Reflexionen kurzwelliger Strahler (Sonne) und daher ideal für Inspektionen im Außenbereich. Sonne ist problematisch, weil sie „IR-Laien“ Fehler vorgaukelt. Wichtig! Die Kamera mißt Oberflächenstrahlung. Man kann gut durch Rauch, aber nirgends hinein- oder hindurchsehen. Ausnahme sind Folien, die gern als preiswertes IR-Fenster benutzt werden. Leider ist es bisher unmöglich, durch Plexiglasabdeckungen oder Glas zu schauen. Sie sind ab ~2 µm undurchsichtig (die Hersteller von IR-Kameras arbeiten an Sensoren, die in diesem Bereich arbeiten). Fehler in gekapselten Anlagen, Verteilungen, Schaltern, etc. bilden sich oft auf dem Gehäuse ab, oder sind an den Abgängen sichtbar. Hier braucht es etwas Übung.


Zur Praxis einer Infrarot-Inspektion
Neben der Kamera sollte eine Stromzange nicht fehlen. Bei Hoch- und Mittelspannungsanlagen sind ggf. die Instrumente zu konsultieren. Nur wenn Strom fließt, ist eine sichere Information zu bekommen. Nach meiner Erfahrung bleiben nach Abschaltung einer Anlage maximal 5…15 Minuten Zeit. Aktionismus ist bei Ortung eines „Hot Spot“ selten nötig. Schließlich läuft die Anlage meist schon länger so. Schütze, Drosseln, Netzteile, Widerstände, aber auch hochbelastete Kabel und Klemmen sind betriebsbedingt warm (ggf. Strom messen). Blanke Metalloberflächen haben sehr niedrige, sowie abhängig vom Verschmutzungs- und Verschleißgrad stark schwankende Emissivität und zeigen im Wärmebild regelmäßig viel zu tiefe Temperaturen. Stromschienen, metallisch blanke Klemmen und Kabelschuhe sind schwierige Objekte. Dort wo sie eng beieinander liegen, strahlen sie sich an und sehen auffällig warm aus (Hohlraumstrahlereffekt), sind aber kaum wärmer, als die blanken Teile. Blanke Metalloberflächen können im IR-Bild kalt aussehen, aber in Wirklichkeit kritisch erwärmt sein (Bild links).

Außerdem kommt es zu Reflexionen warmer, aber auch kalter Gegenstände, die man daran erkennt, daß sie beim Verändern des Kamerastandortes „mitwandern“. So scheint die Stromschiene im Bild links kalt zu sein. An den Aufklebern für die Leiterbezeichnung zeigt sich aber eine auffällig hohe Temperatur! Die Schiene ist in real auf diesem Niveau, erscheint wegen der geringen Emissivität (~0,1ε) im Wärmebild aber kalt! Kunststoff- oder lackierte Oberflächen, wie Kabelmantel, beschichtete Stromschienen, Aufkleber, etc. sind problemlos zu messen. Die Effekte gelten für alle IR-Thermometer (Handpyrometer)mit Laserpunkt/–kreis, deren Anzeige der Werbung folgend gern blind vertraut wird. Sie sind bzgl. Objektsignal IR-Kameras sehr ähnlich.
Zur Wärmebildtechnik
Um die Inspektion zu beschleunigen, nutzen viele Thermografen eine Isotherme im Bild, die Bereiche oberhalb einer einstellbaren Schwelltemperatur farblich hervorhebt. Dazu kann bei einigen Geräten akustischer Alarm ausgelöst werden. Es bietet sich an, das IR-Bild in Graustufen mit transparenter Isotherme darzustellen, um die darunter liegende Struktur noch zu erkennen (Bild unten links). Die Methode eignet sich besonders für Anlagen ohne Plexiglasabdeckungen.
Standard bei IR-(Bolometer-) Kameras sind handliche, ungekühlte, Langwellenkameras mit FPA-Chip (Focal Plane Array, 7-13 µm, 30-50 Hz), mit 20.000 - 80.000 Bild-/Meßpunkten (Bild unten rechts). Es werden auch Scanner angeboten, die die Szene zeilenweise abtasten. Sie brauchen hierfür etwa eine Sekunde, was gegen Freihandaufnahmen spricht. Die Auflösung liegt bei 0,015...0,2°C wobei der niedrigere Wert bei tiefen Temperaturen deutlich bessere Bilder liefert. Das Gewicht beträgt 0,7 bis 3 kg, die Akkulaufzeit abhängig von Temperatur und Monitornutzung 2-3 Std. Die IR-Bilder werden kameraintern oder auf Standardmedien gespeichert. Einige Geräte erlauben die parallele Aufnahme von IR-Bild und Foto sowie Sprachkommentar zu jedem Bild. Alle Hersteller bieten Report- und Analysesoftware an, mit denen die Bilder nachträglich bearbeitet werden können. Für Elektroinspektionen ist eine Weitwinkeloptik sehr vorteilhaft.

 

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