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IR-thermografie
Onbekend is onbemind
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Wie zo’n vijftien jaar geleden het woord thermografie liet vallen, werd in vele
gevallen bekeken als een buitenaards wezen. Gelukkig zijn die tijden veranderd.
Vandaag is het – in bepaalde sectoren – één van de meest gebruikte technieken om
predictief onderhoud te optimaliseren. Het is ook niet voor niets dat veel
verzekerings- maatschappijen aan de verzekerde vragen dat zij hun elektrische
installatie(s) periodiek thermografisch (laten) inspecteren.
Net zoals koorts bij de mens op een ziekteverschijnsel duidt, geeft een
verhoging van de temperatuur van bepaalde componenten binnen een systeem een
komend of manifest probleem aan. Via infrarood thermografie worden deze ‘warme
punten’ gemakkelijk en snel gedetecteerd, waardoor er preventief kan ingegrepen
worden. Hoeveel branden te wijten aan elektrische anomalieën zijn er sinds het
gebruik van deze techniek niet voorkomen? Hoeveel miljoenen productieverlies?
Hoeveel kosten werden er niet bespaard? Hoogste tijd om deze techniek even in
het daglicht te plaatsen. Maintenance Magazine ging polshoogte nemen bij
Vinçotte, die op dit domein een van de belangrijkste spelers is in Europa, en
had een gesprek met ingenieur Herman De Vos, Technical Manager Thermography bij
deze controle-instelling.
Warmteontwikkeling
De kracht van infrarood thermografie ligt erin dat ze toelaat om op een
snelle en ‘simpele’ manier probleemsituaties zichtbaar te maken. Hierdoor kunnen
fouten voorspeld en voorkomen worden en is het mogelijk om bijvoorbeeld
aanzienlijke energieverliezen te vermijden. Het is een nuttige inspectie van
machines, installaties en productieprocessen. Herman De Vos: "Het principe van
de infrarood temperatuurmeting is al geruime tijd bekend. Dat de praktische
uitvoerbaarheid wat langer op zich liet wachten, was voornamelijk te wijten aan
de complexe techniek en de daarmee gepaard gaande kosten. Toch kwam er een
ontwikkeling op gang, mede door de ruimtevaart en militaire en specifieke
industriële toepassingen, waardoor deze vorm van temperatuurmeting beter
toepasbaar werd". En onze gesprekspartner vervolgt: "Alles om ons heen heeft een
temperatuur. Indien we een beeld vormen van de objecten om ons heen en daarbij
uitsluitend naar de temperatuur kijken, krijgen we een zogenaamd warmtebeeld.
Het principe bestaat erin warmtepatronen van componenten en processen die niet
met het blote oog detecteerbaar zijn, zichtbaar te maken via thermografische
beelden. Hiermee zijn de temperaturen van het voorwerp exact meetbaar. Echter,
in de meeste gevallen is het meten van de exacte temperatuur zelfs geen
noodzaak, maar wordt er gezocht naar warme en koude punten. Dankzij ons
camerapark en de jarenlange ervaring is nu zowat elk onderzoek mogelijk waarbij
temperatuurvariaties interessante informatie kunnen opleveren. In de
‘elektrische sector’ – waar deze techniek het meest wordt toegepast – worden
hoogspanningslijnen, hoogspanningsposten, transformatoren en volledige
laagspanninginstallaties minutieus onderzocht. Hier speelt het voorkomen van
brand en onvoorziene stroomuitval (verzekeren van productie) een grote rol.
Daarnaast zijn er echter nog heel wat andere toepassingen, zoals het opsporen
van warmwaterlekken, het onderzoek van de isolatie van ketels, ovens en
gebouwen, hulp verlenen bij R&D-projecten, enz. Al deze onderzoeken worden
mogelijk omdat de infraroodcamera de voor de mens ‘onzichtbare’ straling kan
visualiseren".
Mogelijkheden
Een thermografisch onderzoek wordt uitgevoerd door specialisten die zijn
uitgerust met de meest moderne infrarood apparatuur die momenteel voor
burgerdoeleinden beschikbaar is. Het systeem bestaat uit een objectief,
infrarooddetector en een elektronische verwerkingseenheid waarmee het
warmtebeeld van het betreffende object wordt vastgelegd en op een PC kan worden
verwerkt. Herman De Vos: "In het huidige PC-tijdperk werd een nieuwe generatie
camera’s ontwikkeld (microbolometers) in kleur en met de mogelijkheid tot
PC-verwerking en analyse. Zeer sterke softwareprogramma’s zorgen ervoor dat de
beelden kunnen worden verwerkt. Histogrammen, driedimensionale voorstellingen,
spotmetingen en andere toepassingen behoren nu tot de mogelijkheden. Vooral bij
isolatieonderzoeken is dit een onmiskenbaar voordeel. Ook de verslaggeving
onderging hierdoor een vormverandering. De digitale infraroodbeelden en de
digitale visuele foto’s met de verwerking ervan bepalen de nieuwe ‘look’. Een
ander belangrijk voordeel van het ‘scannen’ met een thermografisch systeem is
dat de meting wordt uitgevoerd zonder dat er direct contact is tussen het te
onderzoeken object en het meetsysteem. Hierdoor is het systeem bij uitstek
geschikt voor metingen van moeilijk bereikbare of spanningsvoerende objecten of
objecten in gevaarlijke omgevingen. Tevens is een ander bijkomend voordeel dat
er geen productstagnatie optreedt. Voorwaarde is echter wel dat het te
onderzoeken object normaal in bedrijf is".
Gezien de niet onbelangrijke interpretatiefouten die tijdens het onderzoek
kunnen worden gemaakt, is het noodzakelijk dat de metingen worden verricht door
speciaal hiervoor opgeleide personen/instellingen die tevens bekend zijn met de
technologie op zich en de te onderzoeken installaties en/of installatiedelen.
Wat en waarom?
De metingen kunnen plaatsvinden van oppervlakken met een minimum temperatuur
van – 20°C tot + 2000°C. De beste resultaten worden verkregen indien de metingen
plaatsvinden op een afstand van enkele meters. Metingen tot een afstand van
enkele tientallen meters zijn in principe ook mogelijk, met dien verstande dat
de minimale afmetingen van het object toenemen naarmate de afstand tot de
infraroodcamera toeneemt. De metingen kunnen zowel binnenshuis als buitenshuis
worden verricht. Herman De Vos: "Thermografie is een ‘on-stream’ techniek. De
installaties blijven dus in dienst tijdens de meting. Het is ook een veilige
techniek, want er is geen contact met de installatieonderdelen en de apparatuur
is ook autonoom zodat vrijwel ieder installatieonderdeel kan bereikt worden. De
technische en kostenbesparende voordelen zijn vooral het voorkomen van
onvoorziene stroomuitval, hetgeen de productiviteit ten goede komt, het
voorkomen van brand, het verlagen van de onderhoudskosten, het verhogen van de
levensduur van de installatie, dankzij gepaste aanpassingen en het verlagen van
de materiaalkosten, want er kan worden ingegrepen vóór een mogelijk defect een
installatieonderdeel vernietigt. Dankzij een thermografisch onderzoek verkrijgt
men een globaal overzicht van de toestand van zijn installatie(s). Thermografie
is als het ware de gezondheidsmeter van een installatie".
Enkele voorbeelden van veel voorkomende fout-detecties zijn o.a.: defecte mes-
vorkverbindingen; losgekomen bouten; slechtgeknepen kabelschoenen; inwendige
opwarmingen van transformatoren, welke zich visualiseren doorheen de isolatoren;
overbelastingen; asymmetrieën; alle aansluitingen aan automaten, contactoren,
railstelsels, thermische beveiligingen, scheidingsschakelaars, enz.;
ontoelaatbare temperaturen van installatieonderdelen en kabels, slecht
dimensioneren of positioneren, enz. En onze gesprekspartner besluit: "Bij nieuwe
installaties zijn de gevolgen van een fout meestal desastreus, aangezien de
oorzaken van de fouten in vele gevallen aanleiding geven tot zeer ernstige
opwarming (brand, uitvallen van de installatie, …). Wij denken hierbij aan
bedrading vastgeschroefd op haar isolatie, kabelschoenen welke onvoldoende of
niet ‘geknepen’ zijn, klemmen welke niet vastgezet zijn, slecht dimensioneren of
positioneren, schokken bij transport van nieuwe borden die de verbindingen
nadelig kunnen beïnvloeden, enz. Deze opmerkingen gelden uiteraard ook voor
bestaande installaties. Toch is een éénmalig thermografisch onderzoek geen
garantie omdat er trillingen aanwezig zijn, geleiders zich ‘zetten’ na verloop
van tijd, veranderingswerken worden uitgevoerd, oxidatie en stofaanwezigheid,
slijtage door het regelmatig schakelen, veroudering van de componenten, en zo
zijn er nog verschillende oorzaken op te noemen. Het doel van een thermografisch
onderzoek is in feite tweeledig, namelijk de veiligheid van de gebruikers van de
(elektrische) installaties waarborgen en anderzijds de bedrijfszekerheid
garanderen om zo langdurige pannes en grote schade te voorkomen. Thermografie
heeft reeds ruimschoots zijn nut bewezen. Het is niet zomaar een techniek, het
is een ware wetenschap geworden die overal haar vruchten afwerpt. Indien
toegepast door gekwalificeerde mensen, is het dé predictieve onderhoudsmethode
bij uitstek". <<
Hubert Lahaut
Thermographie IR
Méconnu, mal aimé
Celui qui lâchait, il y a une quinzaine d’années, le mot Thermographie, était
bien souvent considéré comme un extraterrestre. Heureusement, les temps ont
changé. Aujourd’hui, c’est – dans certains secteurs – une des techniques les
plus couramment utilisées pour optimiser un entretien prédictif. Ce n’est plus
non plus pour rien que de nombreuses compagnies d’assurance demandent à leurs
assurés d’inspecter (ou de faire inspecter) leur(s) installation(s)
électrique(s) par thermographie.
Comme la fièvre indique un symptôme de maladie, l’augmentation de la température
de certains composants à l’intérieur d’un système indique un problème en
gestation ou manifeste. La thermographie infrarouge permet de détecter
facilement et rapidement ces ‘points chauds’, permettant une intervention
préventive. Combien d’incendies ne sont pas dus à des défaillances électriques
et combien n’ont pas été évitées depuis l’utilisation de cette technique ?
Combien de millions de pertes de production ? Combien de frais ne peut-on
éviter ? Il est grand temps de fournir quelques explications sur cette
technique. Maintenance Magazine a pris la température chez Vinçotte, qui est un
des principaux opérateurs européen dans ce domaine. Nous avons rencontré Herman
De Vos, ingénieur et Directeur Technique en Thermographie pour cet organisme de
contrôle.
Développement de chaleur
La puissance de la thermographie infrarouge réside dans le fait qu’elle
permet de visualiser de manière ‘simple’ et rapide les situations
problématiques. Des erreurs peuvent être prédites et évitées et il est possible,
par exemple, d’éviter d’importantes pertes d’énergie. Il s’agit d’une
inspection utile des machines, installations et processus de production. Herman
De Vos: "Le principe des mesures de température par infrarouge est connu depuis
un certain temps déjà. Mais il a fallu plus longtemps avant que ces mesures
soient réalisables en pratique, ce qui était sans doute dû à la technique
complexe et aux coûts y afférant. Pourtant, il y a eu une évolution, grâce sans
doute aussi aux applications spatiales, militaires et spécifiquement
industrielles, ce qui a rendu cette forme de mesure de température plus
facilement accessible et applicable." Notre interlocuteur poursuit: "Tout,
autour de nous a une température. Si nous formons une image des objets qui nous
entourent et que ne considérons que la température, nous obtenons une image
thermique. Le principe consiste à visualiser des modèles thermiques de
composants et processus, indétectables et invisibles à l’œil nu au moyen
d’images thermographiques. Ceci permet de mesurer avec précision la température
de l’objet. Toutefois, dans la plupart des cas, la mesure de la température
exacte n’est pas une nécessité, mais on recherche les points chauds et les
points froids. Grâce à notre parc de caméras et à notre longue expérience, tout
examen est quasiment possible, et les variations de températures peuvent nous
fournir des informations intéressantes. Dans le ‘secteur électrique’ – où cette
technique est la plus appliquée – les lignes haute tension, les postes haute
tension, les transformateurs et les installations basse tension complètes sont
inspectées minutieusement. Ici, le fait d’éviter des incendies et des coupures
de courant imprévisibles (assurer la production) joue un rôle important. Par
ailleurs, il existe encore de nombreuses autres applications, comme la détection
de fuites d’eau chaude, l’inspection de l’isolation de chaudières, fours et
bâtiments, l’assistance dans des projets R&D, etc. Toutes ces études sont
possibles, parce que la caméra infrarouge peut visualiser les rayons
‘invisibles’ pour l’homme."
Possibilités
Ce sont des spécialistes, équipés des appareils infrarouges les plus
sophistiqués, disponibles actuellement pour des objectifs civils qui effectuent
une étude thermographique. Le système est composé d’un objectif, d'un détecteur
infrarouge et d’une unité de traitement électronique, permettant de fixer
l’image thermique de l’objet concerné et de la traiter par ordinateur. Herman De
Vos: "A l’ère actuelle du PC, une nouvelle génération de caméras en couleurs a
été développées (microbolomètres), avec la possibilité de traitement sur PC et
analyse. Des logiciels très puissants permettent de traiter ces images.
Histogrammes, présentations tridimensionnelles, mesures de spots et autres
applications sont aujourd’hui possibles. Surtout dans les examens d’isolation,
c’est un avantage incontestable. La rédaction de rapport a également subi un
changement de forme. Les images infrarouges digitales et les photos digitales
avec leur traitement déterminent le nouveau ‘look’. Autre avantage important du
‘scanning’ au moyen d’un système thermographique est que la mesure s’effectue
sans qu’il y ait un contact direct entre l’objet à étudier et le système de
mesure. Celui-ci convient donc parfaitement pour des mesures d’objets difficiles
d’accès ou sous tension ou d’objets dans un environnement dangereux. Par
ailleurs, un autre avantage est qu’il n’y a pas de stagnation de produit. Il y a
toutefois une condition : l’objet à étudier doit fonctionner normalement." Comme
des erreurs d’interprétation qui ne sont pas sans importance peuvent être
commises durant une étude, il est indispensable que ces mesures soient prises
par des personnes/organismes spécialement formés, qui connaissent la technologie
en soi ainsi que les installations et/ou éléments d’installations à contrôler.
Quoi et pourquoi ?
Les mesures peuvent se faire sur des surfaces d’une température minimale de
-20°C jusqu’à à + 2000°C. Les meilleurs résultats sont obtenus lorsque les
mesures se font à une distance de quelques mètres. Les mesures, jusqu’à quelques
dizaines de mètres sont aussi possibles, à condition que les dimensions
minimales de l’objet augmentent au fur et à mesure que la distance jusqu’à la
caméra infrarouge augmente. Les mesures peuvent se faire aussi bien à
l’intérieur qu’à l’extérieur. Herman De Vos : "La thermographie est une
technique ‘sous tension’. Les installations fonctionnent durant la mesure. C’est
aussi une technique sûre, car il n’y a pas de contact avec les éléments des
installations et l’appareillage est également autonome, permettant ainsi
d’atteindre chaque élément de l’installation. Les avantages techniques et
économiques sont essentiellement d’éviter des coupure de courant imprévisibles,
ce qui est évidemment intéressant pour la productivité, la prévention
d’incendie, la diminution des frais d’entretien, l’augmentation de la durée de
vie des installations, grâce aux adaptation adéquates et à la diminution des
frais de matériel, car il est possible d’intervenir avant qu’une panne
éventuelle détruise un élément de l’installation. Grâce à l’étude
thermographique, on obtient un aperçu global de l’état de son/ses
installation(s). La thermographie est en quelque sorte le baromètre de la santé
d’une installation." Quelques exemples de détections de fautes fréquentes :
raccordement couteau – fourche défaillant ; écrous dévissés : bornes de câbles
mal serrées ; réchauffement intérieur de transformateurs qui sont visualisés au
travers des isolateurs ; surcharges ; asymétries ; tous les raccordements à des
distributeurs automatiques, contacteurs, systèmes de rails, sécurités
thermiques, sectionneurs, etc. : températures inadmissibles d’éléments
d’installations et de câbles, mauvais dimensionnement ou positionnement, etc. Et
notre interlocuteur conclut : "Pour de nouvelles installations, les conséquences
d’une erreur sont souvent désastreuses, étant donné que les causes des erreurs
provoquent dans de nombreux cas une surchauffe considérable (incendie, arrêt de
l’installation,…). Nous songeons en particulier au câblage vissé sur son
isolation, aux bornes de câbles insuffisamment ou pas ‘serrées’, aux griffes qui
ne sont pas fixées, au mauvais dimensionnement ou positionnement, aux chocs
durant le transport de nouveaux tableaux qui peuvent influencer négativement les
raccordements, etc. Ces remarques sont aussi valables pour les installations
existantes. Toutefois, un contrôle thermographique unique n’est pas une garantie
parce qu’il y a des vibrations, que les conducteurs ‘se relâchent ou se laissent
aller’ au bout d’un certain temps, qu’il y a des travaux de transformation, de
l’oxydation ou la présence de poussière, de l’usure suite à la manipulation
fréquente des interrupteurs, que les composants vieillissent et bien d’autres
raisons. Le but d’un contrôle thermographique est double, d’une part assurer la
sécurité des utilisateurs des installations (électriques) et d’autre part
garantir la sécurité de l’entreprise pour éviter les pannes de longue durée et
les dégâts importants. La thermographie a déjà prouvé à maintes reprises son
utilité. Ce n’est pas une technique quelconque, c’est devenu une véritable
science qui porte ses fruits partout. A condition d’être pratiquée par du
personnel qualifié, c’est la méthode d’entretien prédictif par excellence."<<
Hubert Lahaut
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