TERMOGRAFIA APLICADA NA MANUTENÇÃO PREDITIVA DE SISTEMAS ELÉTRICOS

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ANPAD

TERMOGRAFIA APLICADA NA MANUTENÇÃO PREDITIVA DE SISTEMAS ELÉTRICOS

Daniel Rodrigo Ribeiro de Andrade

danielrod.andrade@yahoo.com.br

Júnior Eustáquio dos Santos Silva

juniorqap@oi.com.br

Euzébio D. de Souza (Orientador)

souzaeds@oi.com.br

Esdras de Oliveira Eler (Coorientador)

esdras.eler@unibh.br

RESUMO

Este artigo trata-se da análise e a aplicação da Termografia na Manutenção Preditiva em sistemas elétricos. A Termografia é uma técnica que permite mapear um corpo ou uma região para distinguir as áreas de diferentes temperaturas, utiliza-se a Câmera de Termovisão. O objetivo é a melhoria significativa nos processos de Manutenção Preditiva em sistemas elétricos e permitindo utilizar-se de novas técnicas que possam auxiliar na tomada de decisão. Um estudo de caso foi realizado em uma Instituição do setor bancário que passa por manutenções preditivas nos seus sistemas elétricos, e, foi constatado que em um de seus equipamentos apresentava interrupções anormais. Os métodos usados para solucionar as anomalias foram: Utilização de algumas técnicas de manutenção como reaperto, limpeza, medidas elétricas e ajustes. Constatou-se que mesmo após todas as intervenções o problema persistia. Então a aplicação da Termografia se fez necessária para fornecer mais dados que indicassem as condições reais de funcionamento dos equipamentos, e, constatou-se que uma chave termomagnética apresentava uma temperatura interna elevada. Para analisar os dados foram criados gráficos e tabelas para que todas as grandezas elétricas, físicas necessárias ao estudo fossem coletadas e comparadas. Após a análise sistemática dos dados, gráficos e imagens termográficas, ficou evidenciado e foi recomendado, a substituição da chave termomagnética. Após ter concluído toda a manutenção obtivemos um resultado final satisfatório com maior confiabilidade. Conclui-se que como ferramenta de auxílio à gerência de manutenção, o uso da Termografia mostrou-se fundamental para o gestor tomar decisões mais precisas, evitando as possíveis paradas não programadas e aumentando a disponibilidade e a confiabilidade dos equipamentos elétricos, além de reduzir custos desnecessários na manutenção.

PALAVRAS-CHAVE: Termografia, Manutenção Preditiva, Sistemas Elétricos, Câmera de

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Revista Inovação Tecnológica, São Paulo, v. 5, n. 1, p.85-106. jan./jun. 2015 - ISSN 2179-2895 86

Data do recebimento do artigo: 10-11-2014 Data do aceite de publicação: 15-03-2015

Introdução

A termografia (grego therme, significando calor; e grafia, escrita) é uma técnica que permite mapear um corpo ou uma região com o intuito de distinguir áreas de diferentes temperaturas, sendo, portanto uma técnica que permite a visualização artificial da luz dentro do espectro infravermelho.

As vibrações de campos elétricos e magnéticos que se propagam no espaço, a velocidade da luz de forma mutuamente sustentada da origem às ondas eletromagnéticas. E o conjunto de ondas eletromagnéticas de todas as frequências forma o espectro eletromagnético como mostrado na figura 1. O infravermelho corresponde a uma faixa de frequência eletromagnética naturalmente emitida por qualquer corpo à temperatura próxima à do ambiente (22ºC), com intensidade proporcional à quarta potência de sua temperatura.

Figura1: Espectro Eletromagnético Fonte: Manual FLIR Ex-Series

A emissão de ondas eletromagnéticas pelos corpos aquecidos é estudada na física mediante o que denomina-se por radiação de corpo negro, sendo essa descrita pela Lei de Planck.

O estudo da radiação térmica de corpos negros apresenta-se na história da física como o principal fenômeno que levou ao desenvolvimento da mecânica quântica.

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A termografia hoje tem um papel muito importante na área de manutenção preditiva.

Através da sua utilização, é possível eliminar muitos problemas de produção, evitando falhas elétricas, mecânica e fadiga de materiais. Conforme o Manual FLIR Ex-Series disponível em: http://flir.com/instruments/display/?id=18092.

HISTÓRIA DA MANUTENÇÃO

O segmento de manutenção apresentou evolução significativa ao longo dos últimos 70 anos. Desde os anos 30, a manutenção passou por três gerações:

Primeira Geração

Antes da 2ª guerra mundial, numa época em que a indústria era pouco mecanizada, com equipamentos simples e superdimensionados.

A produtividade não era prioritária, com o foco voltado para a Manutenção Corretiva.

Segunda Geração

Período da 2ª guerra até os anos 60 ocorreu uma pressão por produção, com pouca disponibilidade de mão de obra para a indústria. Com a forte mecanização e a maior complexidade das instalações industriais, exigiu-se disponibilidade e confiabilidade de máquinas para a produção (evitar falhas). Surgiu a Manutenção Preventiva, com intervenções programadas em intervalos pré-definidos. Com isto, os custos de manutenção e a necessidade de investimentos em peças de reposição, passaram a destacar-se, forçando as empresas a melhorar suas programações, criando-se os Sistemas de Planejamento e Controle de Manutenção (PCM). Este sistema esta relacionado ao planejamento, programação, coordenação, execução e controle garantindo melhores recursos na manutenção.

Terceira Geração

A partir da década de 70, as paradas na produção começaram a ter repercussões, diminuindo a produtividade e afetando o custo dos produtos. A aplicação de preventivas

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Revista Inovação Tecnológica, São Paulo, v. 5, n. 1, p.85-106. jan./jun. 2015 - ISSN 2179-2895 88 sistemáticas, com paradas de máquinas para revisão, nem sempre se adaptava ao processo industrial.

Começava a surgir a Manutenção sob Condição, ou Manutenção Preditiva. Iniciou-se a interação entre as faIniciou-ses de projeto, fabricação, instalação e manutenção de equipamentos com a disponibilidade exigida no processo industrial.

Empresas com modernos sistemas de manutenção que exigiam altos índices de disponibilidade de equipamentos, adotando os conceitos de Preditiva, com forte ênfase em Planejamento e Controle de Manutenção e Técnicas de Inspeção Preditiva. Conforme citam os autores (KARDEC; NASCIF, 2006).

ESTATÍSTICAS

A Função Manutenção responde por uma significativa alocação de recursos dentro das empresas.

Em 2003, estes dispêndios montavam 4,27% do PIB brasileiro e 4,12% do PIB mundial. Isto significa que a atividade de Manutenção no Brasil, consome anualmente R$ 56 Bilhões. Destes 59% é gasto em mão de obra (empregos diretos). Além disto, 63% da mão de obra empregada são qualificadas, em nível técnico e superior. Segundo (ABRAMAN), em pesquisa realizada em 2003.

Mão de Obra

Com a evolução tecnológica, veio à necessidade de aprimoramento técnico do pessoal de manutenção. Daí a razão de 7,3% do efetivo de manutenção ter nível superior, 15% nível técnico e 40,7% de profissionais que de alguma forma tiveram cursos de qualificação.

Custo da Manutenção

O orçamento de manutenção das empresas tem 59 % de gastos com mão de obra de pessoal e 32% de gastos com materiais. Os materiais de manutenção em estoque (peças de reposição) representam 11,5% do custo total de manutenção. Segundo (ABRAMAN), em pesquisa realizada em 2003.

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Disponibilidade Operacional

Máquina produzindo é o que interessa. Atualmente, a média de indisponibilidade de máquina para a produção, devido a quebras está em apenas 5%.

Manutenção

Significado de Manutenção conforme o minidicionário (RUTH ROCHA), ação ou efeito de manter, sustentar e/ou conservar.

Reunião daquilo que se utiliza para manter e/ou conservar alguma coisa, garantindo, assim, seu bom funcionamento.

Manutenção de máquinas, manutenção de ferramentas e outros equipamentos da

área industrial.

Serviço de conservação; fiscalização em certas empresas ou oficinas.

1. TIPOS DE MANUTENÇÃO

 Manutenção Preditiva

 Manutenção Preventiva

 Manutenção Corretiva

Tabela 1: Tipos de manutenções Fonte: O autor

Manutenção Preditiva

É aquela que indica as condições reais de funcionamento das máquinas com base em dados que informam a seu desgaste. Trata-se da manutenção que prediz o tempo de vida útil dos componentes das máquinas e equipamentos e as condições para que esse tempo de vida seja bem aproveitado.

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Manutenção Preventiva

É uma ação planejada e sistemática de tarefas de prevenção. A ação é constante e envolve programas de inspeção, reformas, reparos, entre outros.

Manutenção Corretiva

Trata-se de uma manutenção não periódica causada por falhas e erros. Trata da correção dos danos atuais e não dos iminentes.

Resume-se:

Corretiva: também conhecida como "apagar incêndio", na manutenção moderna deve ser evitada a todo, custo, ela implica parada do equipamento.

Preventiva: manutenção na qual a intervenção é programada em períodos (semanal, quinzenal, mensal, etc.), a ideia é identificar a falha antes que ela ocorra.

Preditiva é que fornece dados para a manutenção preventiva, ou seja, monitora-se o equipamento durante certo período, nem todos os equipamentos pode ser monitorado o tempo todo, isso implica em custo, então se avalia o comportamento do equipamento, até que sua operação se afaste do ponto ótimo de desempenho, e conforme a necessidade de cada equipamento e sua importância.

Termovisor com Câmera Infravermelha

A câmera de termovisão transforma uma radiação infravermelha invisível ao olho humano em uma imagem visível. Detecta a energia emitida por um objeto, modifica a frequência da energia recebida e produz uma imagem correspondente, contudo na faixa visível do espectro eletromagnético.

Assim, a termografia infravermelha é o mapeamento sem contato e análise dos padrões térmicos da superfície de um objeto.

Para formação de uma imagem térmica, devemos ter diferenças de temperatura. Se tivermos uma superfície com temperatura constante, não se formará nenhuma imagem.

Aplicações

A utilização da termografia é muito vasta, tendo aplicações em instalações elétricas, na meteorologia e também na área médica como mostra na figura 3, e figura 4.

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Figura 2: Câmera de Termovisão Fonte: Manual FLIR Ex-Series

Em plantas de produção, em escritórios, em hospitais ou em hotéis, uma câmera infravermelha faz visíveis imediatamente pontos quentes em uma nítida imagem térmica. Você pode fazer a varredura de armários de componentes elétricos e examinar fios e conexões múltiplas para obter um retrato imediato do problema potencial. Os alvos elétricos comuns são fusíveis, painéis elétricos, conexões parafusadas, cabos de potência e interruptores.

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Figura 3: placa eletrônica Fonte: Manual FLIR Ex-Series

Determinação de problemas circulatórios e análise de danos musculares.

Figura 4: análise médica Fonte: Manual FLIR Ex-Series

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Com a utilização de mais esta ferramenta (câmera de termovisão) como mostra na figura 2, o trabalho realizado nas Manutenções Preventivas pode ser visto com mais consistência e com maior precisão.

Detectando a área de problema e reparando antes que os verdadeiros problemas ocorram.

ESTUDO DE CASO

O objetivo desse estudo do ponto de vista de suas características elétricas e operacionais foi apresentar por meio de análises, técnicas como auxílio da ferramenta câmera termográfica, para certificar a tomada de decisão no diagnóstico das falhas, assim evitando alguma despesa desnecessária, como a troca de uma peça que não seja a real fonte de defeito na planta e trabalhando de forma que a manutenção preventiva seja aplicada e evitando a manutenção corretiva.

Uma Instituição X do setor bancário com 10 agências fornece para seus clientes uma estrutura mínima para conforto e segurança de seus clientes.

Portanto, essa Instituição X passa por manutenções na área Elétrica em um dado intervalo de tempo (mensal).

Em um desses ciclos mensais na Manutenção Preventiva foi constatado que um equipamento de ar condicionado que fica na Casa de Máquinas, estava apresentando interrupções anormais no seu funcionamento, a cada 5 minutos havia uma parada e após 5 segundo passados, a máquina voltava a funcionar novamente no mesmo ciclo de operação, figura 5.

Figura 5: Máquina de ar condicionado (31 Kw ; 99 A) Fonte: O autor

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Revista Inovação Tecnológica, São Paulo, v. 5, n. 1, p.85-106. jan./jun. 2015 - ISSN 2179-2895 94 Diante de tal fato foi tomada a decisões de utilizar as seguintes técnicas:

 Limpeza no quadro elétrico, reaperto nos bornes e aplicar um limpa-contato.

 Balanceamento de Cargas, ajustes na máquina, teste de aterramento (NBR 5410, 2004).

 Medir Grandezas Elétricas (tensão, corrente, potência), Circuito Trifásico desequilibrado e equilibrado (NILSON, RIEDEL, 1999).

 Monitoramento da máquina durante certo período, para avaliar o comportamento até que sua operação afastar-se do ponto de desempenho.

Figura 6: análise de tendência

Fonte: www.essel.com.br/cursos/material/01/Manutencao/06manu.pdf

Foi aplicado então o conceito de Manutenção Preditiva e Preventiva que indica as condições reais de funcionamento da máquina com base em dados que informam o seu desgaste. Figura 6.

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A manutenção que prediz o tempo de vida útil dos componentes da máquina constatou que mesmo após todas essas intervenções o problema persistia.

Foi necessário trabalhar com outra técnica, a Termografia, com auxílio da Câmera de Termovisão.

Essa nova ferramenta, a Câmera de Termovisão, calcula e mostra através das imagens a temperatura interna e da superfície do objeto a ser estudado, o que não seria possível com um termômetro digital e muito menos seria visível no espectro em que enxergamos.

Analisando todo o circuito elétrico da Casa de Máquinas através da termografia constatou-se que através da imagem da figura 7, que o Disjuntor de 225A, tripolar do Quadro de Distribuição Geral (QGBT) estava com uma temperatura interna elevada, fora dos padrões, ocasionando o problema no desligamento da máquina de ar condicionado.

Figura 7: Imagem termográfica disjuntor 225A Fonte: O autor

Como pôde ser visto na imagem da figura 7, a variação de temperatura no disjuntor variam de 23ºC a 73ºC, as partes mais escuras da imagem mostram que a temperatura está mais baixa e as partes mais claras mostram um aumento significativo da temperatura na mesma chave termomagnética, portanto está fora dos padrões normais de

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Revista Inovação Tecnológica, São Paulo, v. 5, n. 1, p.85-106. jan./jun. 2015 - ISSN 2179-2895 96 funcionamento, que seria na faixa de temperatura (ºC) admissível de menor ou igual a 40°C (MAMEDE FILHO, 2001).

Já em uma imagem comum seria impossível esta análise, como podemos ver na foto abaixo, figura 8, o disjuntor de 225A ligado na sua entrada três cabos condutores de 240 mm² por fase (R,S,T) e na sua saída possuindo três barramentos (verde, amarelo e vermelho).

Figura 8: Imagem do disjuntor 225A Fonte: O autor

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Figura 10: Diagrama Unifilar do QGBT Fonte: O autor

Na imagem da figura 9, podemos observar que os números da temperatura variaram para cima.

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A variação de temperatura ocorreu devido a aproximação do termovisor à chave termomagnética, ou seja, diminuiu-se o campo de visão do equipamento.

Tabelas e Gráficos foram criados para que todas as variáveis elétricas necessárias ao estudo fossem coletadas e que esses dados pudessem ser analisados e comparados.

Foram coletadas as medidas elétricas e físicas na chave termomagnética, mostrado na tabela 2. O gráfico 1 indica o nível da tensão x

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Revista Inovação Tecnológica, São Paulo, v. 5, n. 1, p.85-106. jan./jun. 2015 - ISSN 2179-2895 99 FASE

ɸ

TENSÃO

V

CORRENTE

A

POTÊNCIA APARENTE

S

POTÊNCIA ATIVA

P

POTÊNCIA REATIVA

Q

TEMPERATURA

ºC

R 124V 81,2A 10,07 KVA 9,7 KW 2,7 KVAR 72 °C S 126V 79,2A 9,97 KVA 8,9 KW 4,5 KVAR 86 °C T 125V 80,6A 10,08 KVA 9,6 KW 3,07 KVAR 63 °C

Tabela 2: Medidas elétricas e físicas Fonte: O autor

Gráfico 1: Variáveis Elétricas Fonte: O autor

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Gráfico 2: Temperatura no componente Fonte: O autor

Após a análise sistemática dos dados, gráficos e imagens termográficas, ficou evidenciado e a tomada de decisão foi:

A substituição da chave termomagnética de 225A tripolar, pois concluindo que a mesma estava desgastada e apresentava fadiga, devido ao seu tempo de uso e de operação, não há recuperação deste tipo de chave.

O Disjuntor de 225A localizado no Quadro de Distribuição Geral (QGBT) foi substituído e a temperatura interna agora ficou nos níveis de padrão aceitável ou seja menor ou igual a 40°C, conforme podemos observar pelas imagens da figura 11 e figura 12 e dados da tabela 3, confirmando que após a substituição de uma nova chave termomagnética de 225A tripolar o circuito está em pleno funcionamento e em equilíbrio.

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Conforme pode ser visto em circuitos elétricos trifásicos em (NILSON, RIEDEL, 1999).

Na imagem da figura 11, podemos observar que os números da temperatura variaram para baixo.

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A variação de temperatura ocorreu devido a aproximação do termovisor à chave termomagnética, ou seja, diminuiu-se o campo de visão de quem está trabalhando com o termovisor.

Tabelas e Gráficos foram criados para que todas as variáveis elétricas necessárias ao estudo fossem coletadas e que esses dados pudessem ser analisados e comparados após a substituição da chave.

Foram coletadas as medidas elétricas e físicas na chave termomagnética,

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Revista Inovação Tecnológica, São Paulo, v. 5, n. 1, p.85-106. jan./jun. 2015 - ISSN 2179-2895 103 valor da temperatura, de acordo com a corrente diagnosticada após a substituição do disjuntor. FASE

ɸ

TENSÃO

V

CORRENTE

A

POTÊNCIA APARENTE

S

POTÊNCIA ATIVA

P

POTÊNCIA REATIVA

Q

TEMPERATURA

ºC

R 124V 81,2A 10,07 KVA 9,7 KW 2,7 KVAR 72 °C S 126V 79,2A 9,97 KVA 8,9 KW 4,5 KVAR 86 °C T 125V 80,6A 10,08 KVA 9,6 KW 3,07 KVAR 63 °C

Tabela 2: Medidas elétricas e físicas Fonte: O autor

Gráfico 1: Variáveis Elétricas Fonte: O autor

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Grafico 4: Temperatura no componente Fonte: O autor

As condições de teste foram feitas com os circuitos funcionando normalmente e em plena carga e não houve alterações na temperatura, na tensão, no isolamento, na corrente nominal, o que pode se dizer que a chave termomagnética ou disjuntor tripolar de 225A terá um tempo de vida útil bem longo.

Não foi necessária a troca de cabos e barramentos e com uso da técnica da Termografia houve um favorecimento na economia de recursos financeiros, o que evitou um gasto desnecessário de materiais.

Após ter concluído toda a manutenção da máquina do ar condicionado obtivemos um resultado satisfatório através das inspeções termográficas com segurança e maior confiança.

CONCLUSÃO

A Manutenção Preditiva e Preventiva permite prevenir danos que possam causar elevados custos nos reparos.

Como ferramenta de gerência de manutenção estas técnicas de monitoramento baseadas em condições, monitoria de processo, inspeção visual e outras técnicas de análise tem sido uma ferramenta fundamental para o gestor tomar decisões mais precisas, evitando o problema e a possíveis paradas não programadas e aumentar a disponibilidade e a confiabilidade dos equipamentos, além de melhorar a qualidade, diminuir os desperdícios e principalmente reduzir custos.

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Uso da tecnologia em campo fez com que o resultado final seja uma melhor Manutenção Preditiva de qualidade e a implementação de políticas e processos.

BIBLIOGRAFIA

KARDEC, A.; NASCIF, N. Manutenção Função Estratégica. 2.ed.3.reimp. Rio de Janeiro: Qualitymark, 2006.

MAMEDE FILHO, João. Instalações Elétricas Industriais. 6.ed. Rio de Janeiro: LTC, 2001.

NILSON, W. James; RIEDEL, A. Suzan;. Circuitos elétricos. 5. Ed. Rio de Janeiro: LTC, 1999.

ABNT, Associação Brasileira de Normas Técnicas NBR 5410, Instalações Elétricas de Baixa Tensão. 2004.

FLIR INSTRUMENTOS. Disponível em: http://flir.com/instruments/display/?id=18092 Acesso em: 31 de outubro de 2014.

ABRAMAN. Disponível em: http://www.abraman.org.br. Acesso em 12 de novembro de 2014.

Manutenção Preditiva. Disponível em:

http://www.essel.com.br/cursos/material/01/Manutencao/06manu.pdf. Acesso em 2 de

novembro de 2014.

ROCHA, RUTH, Minidicionário da Língua Portuguesa, edição 13, Editora Scipione,

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THERMOGRAPHYAPPLIEDINPREDICTIVEMAINTENANCEELECTRICAL

SYSTEMS.

Daniel Rodrigo Ribeiro de Andrade

danielrod.andrade@yahoo.com.br

Júnior Eustáquio dos Santos Silva

juniorqap@oi.com.br

Euzébio D. de Souza (Orientador)

souzaeds@oi.com.br

Esdras de Oliveira Eler (Coorientador)

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ABSTRACT

This article comes from the analysis and the application of thermography in predictive maintenance in electrical systems. Thermography is a technique that allows you to map a body or a region to distinguish areas of different temperatures, we use the Thermal Imaging Camera. The goal is the significant improvement in Predictive Maintenance processes in electrical systems and allowing use up new techniques that can help in decision making. A case study was performed in a banking institution of passing through predictive maintenance in electric systems, and we found that in one of his equipment had abnormal interruptions. The methods used to resolve the anomalies were: use of certain techniques such as tightening maintenance, cleaning, adjustment and electrical measurements. It was found that even after all interventions problem persisted. Then the application of thermography made if necessary to provide more data to indicate the actual operating conditions of the equipment, and it was found that a thermomagnetic key had high internal temperature. To analyze the data was created charts and graphs so that all electrical values, physical necessary for the study were collected and compared. After the systematic analysis of data, graphics and thermographic images, evidenced and was recommended, replacing the thermomagnetic key. After you have completed all maintenance achieved a satisfactory end result with greater reliability. It follows that as a tool for maintenance management, the use of thermography was essential for the manager make accurate decisions, avoiding the possible unscheduled downtime and increasing the availability and reliability of electrical equipment, while reducing costs unnecessary maintenance.

KEYWORDS: THERMOGRAPHY, PREDICTIVE MAINTENANCE, ELECTRICAL SYSTEMS, THERMAL IMAGING CAMERA.