Измерительные термометры являются критически важным классом приборов в электроэнергетике, обеспечивающим контроль теплового состояния оборудования, диагностику неисправностей, управление технологическими процессами и безопасность. Точный мониторинг температуры позволяет предотвратить перегрев силовых трансформаторов, электрических машин, кабельных линий, шинных соединений и силовой электроники, что напрямую влияет на надежность, эффективность и срок службы энергообъектов.
Все термометры можно разделить на две фундаментальные группы: контактные и бесконтактные. В электроэнергетике находят применение обе, но в разных сферах.
Требуют физического контакта чувствительного элемента с объектом измерения.
Действуют на основе эффекта Зеебека: в замкнутой цепи из двух разнородных проводников возникает термо-ЭДС, если места спаев имеют разную температуру. Один спай (рабочий) помещается в зону измерения, другой (свободный) поддерживается при известной температуре. Основные преимущества: широкий диапазон измерений (до +1800°C), малая инерционность, возможность создания миниатюрных чувствительных элементов. Недостатки: необходимость компенсации температуры свободных концов, относительно низкая точность без калибровки, необходимость использования удлиняющих (компенсационных) проводов.
Типы термопар, используемые в энергетике:
Принцип действия основан на зависимости электрического сопротивления проводника или полупроводника от температуры. Наиболее точные и стабильные контактные датчики для диапазона от -200 до +800°C.
Измеряют температуру по интенсивности теплового излучения объекта в инфракрасном (ИК) диапазоне. Принципиально важны для энергетики, так как позволяют контролировать температуру объектов под высоким напряжением без нарушения их электрической изоляции и на расстоянии.
Ключевой параметр пирометра – коэффициент излучения (ε), который необходимо корректно задавать для материала объекта (полированная медь, окисленная сталь, изоляция кабеля и т.д.). Современные пирометры и тепловизоры позволяют проводить термографическое обследование электроустановок для выявления перегретых соединений, дисбаланса фаз, дефектов изоляции.
Конструкция термометра определяется местом его установки и условиями эксплуатации.
| Тип исполнения | Описание | Типичные точки установки | Примеры приборов |
|---|---|---|---|
| Погружные (штифтовые) | Чувствительный элемент помещается в гильзу (гильза термометрическая), заполненную теплопроводящей пастой, которая погружается в среду (масло, вода, расплав солей). | Масляные системы силовых трансформаторов, теплоносители в котлах и теплообменниках, технологические трубопроводы. | Термопреобразователи сопротивления Pt100 в защитной гильзе из нержавеющей стали, биметаллические термометры с погружной гильзой. |
| Накладные (поверхностные) | Датчик крепится к плоской или цилиндрической поверхности объекта (часто с теплопроводящей пастой или клеем) и изолируется от окружающей среды. | Корпуса электродвигателей и подшипников, внешние стенки трубопроводов, шинные соединения распределительных устройств (РУ). | Термопреобразователи сопротивления в корпусе с крепежным фланцем, термопары с пружинным креплением, термометры контактные переносные. |
| Воздушные (для измерения температуры газа/воздуха) | Имеют открытый или перфорированный кожух для свободного обтекания чувствительного элемента потоком газа. | Воздух в машинных залах, температура газов в турбинах, вентиляционные каналы, системы охлаждения. | Термопреобразователи сопротивления в открытом исполнении, термопары с защитным чехлом. |
| Бесконтактные (дистанционные) | Не требуют физического контакта. Устанавливаются стационарно для непрерывного контроля или используются как переносные приборы для диагностики. | Высоковольтные соединения в РУ и на ЛЭП, контакты выключателей, изоляторы, кабельные муфты, распределительные щиты под напряжением. | Стационарные инфракрасные датчики температуры, переносные пирометры и тепловизоры. |
В энергетике термометры редко работают как самостоятельные указатели. Они интегрируются в системы:
Термометры, используемые в коммерческом учете или для контроля критичных параметров, подлежат периодической поверке. Эталонными установками являются термостаты (жидкостные, солевые) и печи, создающие стабильную температуру, с которыми сравниваются показания поверяемого прибора. Для рабочих измерений проводится калибровка – определение погрешности и составление поправочной таблицы/кривой.
Для долгосрочного, стабильного и точного контроля в диапазоне до 200-300°C предпочтительнее платиновый термопреобразователь сопротивления Pt100. Он обладает лучшей стабильностью во времени, более высокой точностью и линейностью по сравнению с термопарой типа K или J. Термопара может быть выбрана при ограниченном бюджете или для измерения в более высоком диапазоне, но потребует более внимательного отношения к компенсации холодных концов и может дрейфовать.
Длина погружной части должна быть достаточной для того, чтобы чувствительный элемент находился в основном потоке масла, а не в застойной зоне. Обычно это 100-250 мм. Материал гильзы (чаще всего нержавеющая сталь AISI 304 или 316) должен быть химически стойким к трансформаторному маслу и не вызывать каталитического старения масла. Резьба или фланец для установки должны соответствовать посадочному месту на баке трансформатора (обычно это резьба G½» или NPT ½»).
Основные причины: изменение коэффициента излучения (ε) из-за разного угла обзора и состояния поверхности; попадание в поле зрения пирометра посторонних объектов (фоновое излучение); неоднородность температуры объекта (пирометр измеряет среднюю температуру в пятне замера, размер которого растет с расстоянием). Для достоверности измерение следует проводить перпендикулярно поверхности, с минимально возможного расстояния, на чистую поверхность и с корректно заданным ε.
Разница в способе компенсации сопротивления подводящих проводов.
Рекомендуемая периодичность: для ответственного оборудования (главные распределительные щиты, силовые трансформаторы, генераторы) – не реже 1 раза в 6 месяцев; для общего электрооборудования распределительных сетей – не реже 1 раза в год. Обследование обязательно проводится после монтажа нового оборудования, после ремонтов, связанных с разборкой токоведущих соединений, а также при резком увеличении нагрузки или изменении климатических условий (перед началом летнего максимума нагрузок).
Можно, но только как вспомогательное, оценочное средство для непродолжительных измерений в безопасных, легкодоступных местах. Для штатного, непрерывного или точного контроля, а также для измерений в зонах с электромагнитными полями, вибрацией, на вращающихся частях или под напряжением такие термометры непригодны. Они хрупки, инерционны, не обеспечивают дистанционной передачи сигнала и часто не имеют необходимого класса точности и диапазона.