Uncertainty of Thermographic Temperature Measurement of Electric Units Contained in Switchgear

eng Article in English DOI: 10.14313/PAR_242/31

send Krzysztof Dziarski *, Arkadiusz Hulewicz ** * Poznań University of Technology, Institute of Electric Power Engineering ** Poznań University of Technology, Institute of Electrical Engineering and Industry Electronics

Download Article

Abstract

The result of the works presented is the uncertainty budget of a thermographic temperature measurement taken through an IR window. The type B uncertainty determination method has been employed. Publication of European Accreditation EA-4/02 has been patterned. Conditions prevailing in course of the thermographic temperature measurement of low-voltage electric units contained in the switchgear were recreated as part of the works. The measurement system has been presented. Components of the infrared radiation reaching the camera lens in case when an IR window was used and when an IR window was not used have been discussed. Uncertainties estimated for the measurement done with an IR window and without an IR window have been compared.

Keywords

electric devices, infrared radiation, Infrared Window, switchgear, thermographic, uncertainty budget

Niepewność termowizyjnego pomiaru temperatury urządzeń elektrycznych umieszczonych w rozdzielnicy

Streszczenie

Rezultatem zaprezentowanych prac jest budżet niepewności termowizyjnego pomiaru temperatury wykonanego przez okno podczerwieni. Wykorzystana została metoda wyznaczenia niepewności typu B. Wzorowano się na publikacji European Accreditation EA-4/02. W ramach przeprowadzonych prac odtworzono warunki panujące w trakcie termowizyjnych pomiarów urządzeń elektrycznych umieszczonych w rozdzielnicy. Zaprezentowano wykorzystany układ pomiarowy. Omówione zostały składowe promieniowania podczerwonego w trakcie termowizyjnego pomiaru temperatury w przypadku użycia okna inspekcyjnego oraz bez użycia okna inspekcyjnego. Porównano oszacowaną niepewność pomiaru wykonanego z oknem inspekcyjnym oraz pomiaru wykonanego bez okna inspekcyjnego.

Słowa kluczowe

budżet niepewności, okno inspekcyjne, promieniowanie podczerwone, termografia, urządzenia elektryczne

Bibliography

  1. Tian W., Leit C., Jia R., Winter R.M., Probability Based Worn Circuit Breaker Modeling and Risk Evaluation on Potential Power Grid Failures, “IEEE 7th Annual International Conference on CYBER Technology in Automation, Control, and Intelligent Systems (CYBER)”, 2017, DOI: 10.1109/CYBER.2017.8446423.
  2. Książkiewicz A., Dombek G., Nowak K., Change in Electric Contact Resistance of Low-Voltage Relays Affected by Fault Current. “Materials”. Vol. 12, No. 13, 2019, DOI: 10.3390/ma12132166.
  3. Balabozov I., Experimental Research with Microcontroller System for Defining of Joule Integral of Fuse, 10th Electrical Engineering Faculty Conference (BulEF), 2018, DOI: 10.1109/BULEF.2018.8646930.
  4. Fangrat J., Kaczorek-Chrobak K., Papis B.K., Fire Behavior of Electrical Installations in Buildings. “Energies”, Vol. 13, No. 23, 2020, 6433. DOI: 10.3390/en13236433.
  5. Wesołowski M., Chmielak W., A new sensor system for measuring environmental parameters of switchgear, Progress in Applied Electrical Engineering (PAEE), 2017, DOI: 10.1109/PAEE.2017.8009024.
  6. [www.beuth.de/de/norm/din-54191/112450409] – DIN 54191:2009-03.
  7. [www.beuth.de/de/technische-regel/vds-2851/337265955] – VdS 2851:2021-02.
  8. [https://infostore.saiglobal.com/en-us/Standards/VDS-2859-2011-1117853_SAIG_VDS_VDS_2595666] – VdS 2859:2011.
  9. Dziarski K., Hulewicz A., Determination of transmittance of IR windows made of CaF2 within operational temperatures of electric devide, “Pomiary Automatyka Robotyka”, R. 25, Nr 4, 2021, 25–30, DOI: 10.14313/PAR_242/25.
  10. Madding R.P., IR Window Transmittance Temperature Dependence, [www.exiscan.com/images/files/TechNotes/Madding-IR_window_Transmittance_Temperature_Dependance.pdf]
  11. Holliday T., Kay J.A., Understanding infrared windows and their effects on infrared readings, Conference Record of 2013 Annual IEEE Pulp and Paper Industry Technical Conference (PPIC), 2013, 26–33, DOI: 10.1109/PPIC.2013.6656039.
  12. Kawor E.T., Mattei S., Emissivity measurements for nexel velvet coating 811-21 between – 36 °C and 82 °C, 15 ECTP Proceedings, 1999, DOI: 10.1068/htwu385.
  13. PN-HD 60364-5-52:2011 – Instalacje elektryczne niskiego napięcia – Część 5-52: Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego – Oprzewodowanie.
  14. [www.thermokameras.com/Verkauf/Flir%20e-Serie/Datenblatt%20FLIR%20E50%20engl.pdf] – Technical Data FLIR E50.
  15. European Co-Operation for Accreditation. [www.european-accreditation.org].
  16. Tran Q.H., Han D., Kang C., Haldar A., Huh J., Effects of Ambient Temperature and Relative Humidity on Subsurface Defect Detection in Concrete Structures by Active Thermal Imaging. “Sensors”, Vol. 17, No. 8, 2017, DOI: 10.3390/s17081718.
  17. Minkina W., Pomiary termowizyjne – przyrządy i metody, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2004.
  18. Minkina W., Dudzik S., Infrared Thermography Errors and Uncertainties; John Wiley & Sons, Ltd.: Chichester, UK, 2009.
  19. Minkina W., Klecha D., Atmospheric transmission coefficient modelling in the infrared for thermovision measurement, “Journal of Sensors and Sensor System”, Vol. 5, 2016, 17-23, DOI: 10.5194/jsss-5-17-2016.
  20. Więcek B., de Mey G., Termowizja w podczerwieni. Podstawy i zastosowania, Wydawnictwo PAK, Warszawa 2011.
  21. Morello R., GUM-Based Decisional Criteria to Make Decisions in Presence of Measurement Uncertainty. “IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement”, Vol. 69, No. 8, 2020, 5511–5522.
  22. JCGM 100 – Evaluation of measurement data – Guide to the expression of uncertainty measurement [www.bipm.org/documents/20126/2071204/JCGM_100_2008_E.pdf/cb0ef43fbaa5-11cf-3f85-4dcd86f77bd6]
  23. Ohlsson K.E.A., Olofsson T., Quantitative infrared thermography imaging of the density of heat flow rate through a building element surface. “Applied Energy”, Vol. 134, 2014, 499-505, DOI: 10.1016/j.apenergy.2014.08.058.
  24. Kuwałek P., Otomański P., Wandachowicz K., Influence of the Phenomenon of Spectrum Leakage on the Evaluation Process of Metrological Properties of Power Quality Analyser. “Energies”, Vol. 13, No. 20, 2020, DOI: 10.3390/en13205338