Термометры показывающие для воздуха: классификация, принципы работы и применение в электротехнике и энергетике
Показывающие термометры для воздуха представляют собой класс контрольно-измерительных приборов, предназначенных для локального визуального мониторинга температуры окружающей среды в закрытых электротехнических сооружениях. Их основная задача – обеспечение оперативного контроля теплового режима в помещениях распределительных устройств (РУ), комплектных распределительных устройств (КРУ), комплектных трансформаторных подстанций (КТП), щитовых, серверных и других объектов, где отклонение температуры от нормы может сигнализировать о неисправностях, перегрузках или нарушениях условий эксплуатации оборудования.
Классификация и принципы действия
По принципу действия показывающие воздушные термометры делятся на несколько основных типов, каждый из которых имеет свои конструктивные особенности и область применения.
1. Биметаллические термометры
Наиболее распространенный тип для применения в электрощитовом оборудовании. Принцип действия основан на различном коэффициенте теплового расширения двух прочно соединенных металлических пластин (биметаллической спирали или пластины). При изменении температуры биметаллический элемент изгибается, что через механическую передачу приводит к повороту стрелки на градуированной шкале. Основные преимущества: автономность (не требуют питания), высокая надежность, виброустойчивость, невысокая стоимость.
2. Манометрические (жидкостные) термометры
Применяются реже. Работа основана на изменении давления жидкости или газа в замкнутом объеме при изменении температуры. Система состоит из термобаллона, капиллярной трубки и трубчатой пружины (манометра), соединенной со стрелкой. Позволяют осуществлять замер на некотором расстоянии от шкалы, но чувствительны к механическим воздействиям на капилляр.
3. Электронные показывающие термометры
Используют в качестве чувствительного элемента терморезистор (RTD), термистор или полупроводниковый датчик. Изменение температуры вызывает изменение электрического сопротивления датчика, которое измеряется электронной схемой и преобразуется в показания на аналоговом (стрелочном) или цифровом (жидкокристаллическом, светодиодном) индикаторе. Требуют источника питания, но обладают высокой точностью, возможностью дистанционного выноса датчика и дополнительными функциями (например, выходной сигнал для АСУ).
Конструктивное исполнение и способы монтажа
Для монтажа в электротехнические шкафы и панели управления термометры выпускаются в стандартизированных корпусах.
- Щитовое исполнение: Прибор предназначен для установки в прямоугольное отверстие на лицевой панели шкафа. Крепление осуществляется посредством штатного крепежного кольца или скоб с задней стороны. Наиболее распространенные типоразмеры (диаметр лицевой части) по ГОСТ: Ø50, Ø63, Ø80, Ø100, Ø125, Ø160 мм.
- Настенное исполнение: Корпус с кронштейном или площадкой для крепления на вертикальную поверхность стены или стойку внутри помещения.
- Переносное исполнение: Компактные модели с корпусом для ручного использования при проведении периодических проверок.
- Предотвращение конденсации влаги: Резкое падение температуры в ночное время при относительно высокой дневной может привести к выпадению конденсата на токоведущих частях и элементах релейной защиты, что вызывает коррозию и снижение сопротивления изоляции. Термометр помогает своевременно включить обогрев шкафа.
- Контроль эффективности вентиляции и обогрева: Поддержание температуры в заданном диапазоне (обычно +5…+35°C) критически важно для работы микропроцессорных устройств релейной защиты и автоматики (РЗА).
- Косвенная диагностика перегрузки оборудования: Повышение температуры в отсеке с силовыми шинами, выключателями или трансформаторами может указывать на превышение допустимых токов нагрузки или ухудшение контактных соединений.
- Обеспечение условий труда персонала: Контроль температуры в помещении диспетчерской или щитовой.
Корпуса изготавливаются из пластика (для щитовых моделей) или металла (алюминиевые сплавы, нержавеющая сталь), обеспечивающего защиту от пыли и брызг. Степень защиты обычно соответствует IP40-IP54.
Ключевые технические характеристики и параметры выбора
При подборе термометра для конкретной задачи в энергетике необходимо учитывать следующие параметры:
| Параметр | Типичные значения / Описание | Влияние на выбор |
|---|---|---|
| Диапазон измерений | -40…+60°C, -20…+50°C, 0…+50°C, 0…+120°C | Должен перекрывать возможные температуры в помещении с запасом, особенно в неотапливаемых КТП. |
| Класс точности | 1.0, 1.5, 2.0, 2.5 (по ГОСТ 6651-2009). Определяет допустимую погрешность в % от диапазона. | Для общего контроля достаточно 2.5. Для точных тепловых испытаний – 1.0 или 1.5. |
| Цена деления шкалы | 1°C, 2°C, 5°C | Определяет удобство считывания показаний. Для точного контроля выбирают 1°C. |
| Рабочее положение | Горизонтальное, вертикальное, универсальное | Биметаллические термометры часто чувствительны к положению из-за силы тяжести. Необходимо соблюдать рекомендации производителя. |
| Габаритные и установочные размеры | Ø50, Ø63, Ø80, Ø100 мм; глубина монтажа 40-100 мм | Определяются размером посадочного места на двери шкафа или панели. |
| Климатическое исполнение | У, УХЛ (для умеренного и холодного климата), Т (тропическое) | Определяет стойкость к температуре, влажности, грибкам. |
| Степень защиты (IP) | IP40, IP52, IP54 | Защита от проникновения пыли и воды. Для внутренних шкафов достаточно IP40. |
| Материал шкалы и стрелки | Пластик, алюминий, люминесцентное покрытие | Люминесцентное покрытие обеспечивает видимость в условиях слабого освещения. |
Особенности применения в электроэнергетике
Контроль температуры воздуха в электроустановках решает несколько важных задач:
Поверка и техническое обслуживание
Показывающие термометры, используемые в коммерческом учете или в качестве свидетельствующих в важных технологических процессах, подлежат периодической поверке. Межповерочный интервал (МПИ) для биметаллических и манометрических приборов обычно составляет 2-4 года. Поверка осуществляется методом сравнения с эталонным термометром в нескольких точках шкалы в термостате. В процессе эксплуатации необходимо визуально контролировать целостность стекла, корпуса, отсутствие залипания стрелки и плавность ее хода. Запрещается прикладывать усилие к стрелке для ее возврата.
Сравнительный анализ типов термометров
| Критерий | Биметаллический | Манометрический | Электронный показывающий |
|---|---|---|---|
| Необходимость питания | Нет | Нет | Да |
| Точность | Средняя (класс 1.5-2.5) | Средняя (класс 1.0-2.5) | Высокая (класс 0.5-1.0) | Удаленность датчика от индикатора | Нет (прибор цельный) | Да (до 10-20 м капилляром) | Да (до десятков/сотен метров кабелем) |
| Стойкость к вибрации | Хорошая | Низкая (чувствительный капилляр) | Хорошая |
| Стоимость | Низкая | Средняя | Средняя/Высокая |
| Основная сфера применения в энергетике | Щиты КРУ, КТП, двери шкафов, общий контроль в помещениях. | Специальные задачи, где необходим вынос баллона в среду (устаревающий тип). | Точный контроль в диспетчерских, щитовых, интеграция в АСУ ТП, тепловизионные системы. |
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Как правильно выбрать диапазон измерений термометра для неотапливаемой КТП?
Необходимо учитывать климатический регион. Для большинства регионов России с зимними температурами до -35°C нижняя граница должна быть не выше -40°C. Верхняя граница должна учитывать возможный нагрев от оборудования летом, обычно достаточно +60°C. Оптимальный диапазон: -40…+60°C.
Можно ли использовать биметаллический термометр, если его шкала расположена вертикально, а в паспорте указано «рабочее положение – горизонтальное»?
Нет, это недопустимо. Из-за воздействия силы тяжести на механизм биметаллической спирали и стрелки показания прибора в непредусмотренном положении будут иметь недопустимую дополнительную погрешность, вплоть до полной неработоспособности. Следует выбирать универсальные модели или соответствующие требуемому монтажному положению.
Что означает класс точности 2.5 на шкале термометра с диапазоном 0…+50°C?
Класс точности 2.5 означает, что допустимая основная приведенная погрешность не превышает ±2.5% от всего диапазона измерений. Для диапазона в 50°C это составляет ±1.25°C. Таким образом, в любой точке шкалы реальная температура может отличаться от показаний прибора на величину до 1.25°C (при соблюдении условий поверки).
Чем вызвано залипание стрелки биметаллического термометра и как это устранить?
Залипание стрелки (отказ возвращаться к минимальному значению при охлаждении) обычно вызвано механическим повреждением, износом или загрязнением оси стрелки или передаточного механизма, а также деформацией биметаллического элемента. Устранить неисправность на месте сложно, требуется демонтаж и ремонт в специализированной мастерской с последующей поверкой. Чаще экономически целесообразна замена прибора.
Обязательна ли поверка термометра, установленного на дверь шкафа РЗА для общего контроля?
Если показания термометра не используются для официальных отчетов, коммерческого учета или formalized протоколов испытаний, а служат только для оперативной визуальной оценки персоналом, то законодательно его поверка может не требоваться. Однако для обеспечения достоверности информации и правильности принятия решений (включение обогрева, вентиляции) рекомендуется включать такие приборы во внутрипроизводственную систему контроля (ВПК) с периодической сверкой с эталонным средством измерения.
Какой тип термометра предпочтительнее для интеграции в систему АСУ ТП подстанции?
Для интеграции в АСУ ТП необходимы электронные термометры с унифицированным выходным сигналом: токовым (4-20 мА) или цифровым (например, RS-485 с протоколом Modbus RTU). Биметаллические и манометрические показывающие термометры не имеют таких выходов и могут использоваться только как локальные дублирующие индикаторы при отказе основной системы телеметрии.
Заключение
Показывающие термометры для воздуха, несмотря на кажущуюся простоту, остаются важным элементом системы контроля электротехнических объектов. Правильный выбор типа, диапазона, класса точности и монтажного исполнения прибора напрямую влияет на надежность эксплуатации оборудования, позволяя предотвращать аварийные ситуации, вызванные перегревом или конденсацией. В современных условиях оптимальным решением часто является комбинация классических биметаллических приборов для локального визуального контроля и электронных датчиков с выходными сигналами для комплексного мониторинга в составе АСУ ТП.