Thermografie elektrischer Anlagen nach VdS 2860 (Teil 1)

%%DISPLAYRS%% %%ENDDISPLAYRS%%Die Thermografie elektrischer Anlagen wird zum einen als ein Prüfverfahren zur Früherkennung von Brandgefahren, die von elektrischen Anlagen ausgehen und zum anderen im Rahmen der vorbeugenden Instandhaltung zur rechtzeitigen Fehlererkennung eingesetzt. Das Ziel ist es, Fehler rechtzeitig zu erkennen, bevor sie zu einer Gefahr werden. Die thermische Prüfung elektrischer Anlagen umfasst die vollständige Anlagendiagnose und anschließende Beurteilung des vorliegenden Gefahrenpotentials durch einen nach VdS 2859 anerkannten Thermografen. Sie wird aber immer häufiger auch im Rahmen der vorbeugenden Instandhaltung eingesetzt, da sie es ermöglicht, berührungslos unter Betriebsbedingungen entsprechende Prüfungen durchzuführen.

Jedoch ist für die Durchführung der Thermografie eine Reihe von Punkten zu beachten, damit sie zuverlässige Informationen liefert. Erst, wenn das eingesetzte Infrarot-Kamerasystem und die Analysesoftware aufeinander abgestimmt sind und die Untersuchungen durch einen nach VdS 2859 geschulten und zertifizierten Thermografen durchgeführt werden, besitzen die Ergebnisse die Aussagekraft, die das verantwortliche Betriebs- und Wartungspersonal in die Lage versetzt, die geeigneten Reparaturmaßnahmen zielgerichtet zu planen und durchzuführen.

In der heutigen Zeit, mit ihren hohen Kosten- und Konkurrenzdruck, kurzer Lieferzeiten und schnellen Reaktionszeiten ist ein zuverlässiger und reibungsloser Produktionsablauf für jedes Unternehmen wichtiger denn je. Anlagenausfälle können Lieferengpässe verursachen, die Produktverfügbarkeit reduzieren bzw. die Qualität beeinträchtigen, Faktoren die sich negativ auf die Kundenbeziehungen auswirken. Vertragstrafen, Auftragsstornierungen, unzuverlässige Lieferzeiten, mindere Qualität der Produkte können somit wirtschaftliche Lage eines Unternehmens negativ beeinflussen. Auf Grund dieser Situation ist die Anlagensicherheit und Anlagenverfügbarkeit das Gebot der Stunde. Nur wer schnell und zuverlässig Produkte mit einer hohen Qualität fertigen und liefern kann behauptet sich im harten Wettbewerb. Die lauernden Risiken und Gefahren für Betriebsstörungen sind für jedes Unternehmen zwar sehr unterschiedlich gelagert, jedoch ist das Interesse einer Reduzierung dieser Risiken und Gefahren ist für alle gleichermaßen wichtig und von zentraler Bedeutung eines jeden Unternehmens. Wenn man sich vor Augen führt, das eine einfache Anschlussverbindung einer MS Anlage (Bild 1), die mit Montage weniger als 100 € kostet einen ganzen Produktionsbetrieb für Stunden, ja sogar Tage lahm legen kann, sollte man sich über vorbeugende Maßnahmen Gedanken machen.

Bild 1: Defekter Endverschluß Bild Herbert Bäumer BL Automation GbR

Ausgebildete Thermografen und spezielle Infrarot – Prüfmethoden in der Thermografie der elektrischen Anlagen unterstützt hier effizient und ökonomisch die Instandhaltung des Unternehmens und liefert rechtzeitig aussagefähige, wertvolle Informationen über den aktuellen Anlagenzustand. Das rechtzeitige erkennen drohender Anlagenausfälle vermindert daher dieses Risiko zum großen Teil und geben dem einzelnen Unternehmen die Möglichkeit, rechtzeitig die erforderlichen Reparaturmaßnahmen zu planen und durchzuführen. Durch eine jährliche, regelmäßige Kontrolle der elektrischen Einrichtungen, Maschinen und Werkzeugen kann ein Unternehmen somit viel Geld einsparen. Geld, das dann z.B. für wichtige Investitionen zur Verfügung steht.

%%DISPLAYRS%% %%ENDDISPLAYRS%% Thermografie – Aber Richtig!
Welche Voraussetzungen sind erforderlich damit aus „bunten Bildern“ qualifizierte Thermogramme und zielgerichtete Analysen werden?

Um eine Aussagefähige IR-Untersuchung durchzuführen müssen eine Reihe von wichtigen Faktoren beachtet und eingehalten werden. Das geht von der technischen Ausrüstung über geeignete Analyse- und Auswertesoftware bis hin zum qualifizierten Abschlußbericht eines entsprechend ausgebildeten und zertifizierten Thermografen. Es sind zahlreiche Punkte zu beachten, die auf die Qualität der IR-Untersuchungen einen entscheidenden Einfluss haben. An dieser Stelle sollten die Unternehmen, die entsprechende Dienstleistungen beauftragen möchten, einen hohen Qualitätsmaßstab anlegen und die unterschiedlichsten Dienstleistungsangebote insbesondere im Hinblick auf die Qualität der Untersuchungen bzw. Qualifikation des Thermografen vergleichen. Die VdS Richtlinien zur Thermografie elektrischer Anlagen können hier zur Beurteilung dienen.

• Eingesetztes Infrarotsystem
• Qualifikation und Zertifizierung des Thermografen
• Informationsinhalte und Aussagekraft des Abschlußberichts

Qualitäts- und Leistungsmerkmale eines geeigneten Systems
Mittlerweile bietet der Markt zahlreiche Kamerasysteme an. Jedoch ist nicht jedes System für eine qualifizierte IR-Untersuchung im Bereich der Elektro- und Maschinentechnik geeignet. Um sicher zu gehen das die IR-Untersuchung mit entsprechend geeigneten Systemen durchgeführt werden, sollten diese mindestens den Anforderungen der VdS Richtlinie 2859 entsprechen. Die wesentlichen Kriterien sind:

• Robuste, handgehaltene Kamera, ohne Stativ
• Kamera, geeignet für den Einsatz in elektrischen und magnetischen Feldern
• Trennbarkeit von Kamera und Diagnosebildschirm, um schlecht zugängliche bzw. einsehbare Anlagenteile untersuchen zu können
• Wechselobjektive, abgestimmt auf den Anwendungsfall
• Geometrische Auflösung < 3 mrad*
• Thermische Auflösung mindestens 0,1 Kelvin bei 30°C
• Messtemperaturbereiche mindestens von -20 °C bis 500 °C
• Bildwiederholrate > 20 Hz
• Jährliche Überprüfung und Kalibrierung des Systems (ein entsprechendes Protokoll von durchführenden Institut muss vorliegen)

*Die Geometrische Auflösung ist in dieser Richtlinie sehr weit gefasst und sollte nach Meinung des Autors deutlich unter dem geforderten Wert liegen. Denn die Geometrische Auflösung trifft letztlich darüber eine Aussage, wie groß der einzelne Messpunkt ist, an dem die Temperatur gemessen wird. Grundsätzlich gilt, je kleiner der Wert der geometrischen Auflösung, desto genauer ist die Messung. Kleine Geometrische Auflösungen haben also einen kleinen einzelnen Messpunkt zur Folge. Dieses bedeutet, dass selbst auf kleinen Bauteilen mehrere Messpunkte gesetzt werden, die letztlich ein deutlich genaueres Temperaturprofil ergeben. Die Gefahr bei zu großen einzelnen Messpunkten ist, dass der Messpunkt größer als das zu messende Bauteil ist und somit einen sehr gefährlichen Messfehler produziert. Ist zum Beispiel der einzelne Messpunkt größer als eine Klemme in einem Schaltschrank, dann beinhaltet die Temperaturinformation nicht nur die tatsächliche Temperatur der Klemme, sondern auch deren Umgebung. Wenn nun diese Klemme im Anschlussraum eine gefährlich hohe Temperatur aufweist, die benachbarten Bauteile jedoch nur relativ normal erwärmt sind, dann beeinflussen die benachbarten Bauteile das Messergebnis in der Form, dass ein deutlich zu geringerer Messwert der Temperatur angezeigt wird. Die Konsequenz ist, dass eine gefährliche thermische Anomalie nicht erkannt wird. Der Fehler wird auf Grund dieser falschen Diagnose nicht behoben und die Gefahr besteht somit weiter.

Das nebenstehende Bild 2 zeigt eine lose Klemmenverbindung einer Reihenklemme. Die Aderleitung (Querschnitt 0,75 mm²) der defekten Klemmenverbindung hat eine Temperatur von 32,9 °C, die Aderleitung der benachbarten Klemme eine Temperatur von 20,8°C. Die Untersuchung wurde in einem Abstand von 2 m mit einer geometrischen Auflösung von 1,3 mrad durchgeführt. Käme hier eine Kamera mit einer Auflösung von 3 mrad zum Einsatz, mit einer Messfleckgröße von mindesten 6 mm (bei 2 m Abstand) wäre diese lose Klemmenverbindung nicht lokalisiert worden.

Bild 2: Lose Klemmenverbindung Bild Herbert Bäumer BL Automation GbR

Das vorstehende Beispiel verdeutlicht die Wichtigkeit einer kleinen geometrischen Auflösung in der Thermografie elektrischer Anlagen. Keine Softwaretechnische Nachbearbeitung kann die Fehler, die auf Grund zu großer Messfleckgrößen schon bei der Durchführung der Aufnahme entstanden sind, kompensieren. Jede spätere Analyse der einzelnen IRAufnahmen kann also immer nur so gut sein, wie die Qualität, mit der die IR-Aufnahme erstellt worden ist.

Dieser Fachartikel wird im 2.Teil in der nächsten Woche fortgesetzt...