科宏開關(guān)柜溫升故障分析

科宏開關(guān)柜溫升故障分析第1頁/共50頁

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ZhuHaiKohoelectronicTechCo.,LTD.第2頁/共50頁一些用戶認(rèn)為負(fù)荷通常都不會達(dá)到電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)滿容量，設(shè)備的溫升問題應(yīng)該不會很突出，但是實(shí)際情況并不盡然。

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二、開關(guān)柜溫升事故案例1、濟(jì)南鋼鐵公司動力廠一變電站，10kv小車開關(guān)柜額定電流1000A,現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行電流400A。于2006年4月發(fā)生觸頭部位相間弧光短路，柜體燒毀嚴(yán)重。事故原因：小車的隔離觸頭存在裝配工藝問題，致使動靜觸頭接觸不良，引起溫升過高，造成絕緣破壞、相間短路故障。

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ZhuHaiKohoelectronicTechCo.,LTD.第4頁/共50頁2、四川德陽電業(yè)局110kv變電站由于小車開關(guān)動靜觸頭接觸不良放弧短路，引起35KVⅡ段母線失電。事故原因：由于534號開關(guān)鎖定裝置（失效）致使開關(guān)手車的動靜觸頭接觸不良，在開關(guān)靠母線的觸頭間放弧短路。開關(guān)是否完全到位運(yùn)行人員無法觀察到。一般電力系統(tǒng)選配的開關(guān)容量會比實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷大很多。

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ZhuHaiKohoelectronicTechCo.,LTD.第5頁/共50頁3、臺州電業(yè)局110kv水龍變電站2號主變差動保護(hù)動作，三側(cè)開關(guān)跳閘。事故原因：系2號主變10kv側(cè)閘刀接觸面度銀層太薄，觸子壓力不足，造成動靜觸頭接觸不良，引起發(fā)熱，發(fā)熱加重使彈簧失效，最后形成靜觸頭片熔化、墜落，造成單相短路，進(jìn)而引發(fā)相間短路，釀成事故。暴露問題：閘刀質(zhì)量差、開關(guān)柜沒有觀察窗，無法觀察到閘刀運(yùn)行工況。

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ZhuHaiKohoelectronicTechCo.,LTD.第6頁/共50頁除以上案例外，還有齊魯石化因觸頭過熱問題引發(fā)的15臺開關(guān)柜火燒聯(lián)營的事故等等，因過熱引起的事故不絕于耳，停電造成的損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于開關(guān)柜本身的價(jià)值。

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ZhuHaiKohoelectronicTechCo.,LTD.第7頁/共50頁1

國產(chǎn)KYN手車柜我們對某變電站10kV主變開關(guān)柜的實(shí)測溫升與負(fù)荷關(guān)系的統(tǒng)計(jì)，開關(guān)柜為揚(yáng)州某開關(guān)廠生產(chǎn)，KYN28-10型，配用VD4斷路器。測溫前打開部分頂蓋，對開關(guān)柜箱體外表溫度及主母排溫度同時(shí)進(jìn)行測試。數(shù)據(jù)表明，母排最高溫度已經(jīng)達(dá)到100℃，溫升88K，明顯超標(biāo)（母排溫升標(biāo)準(zhǔn)為65K）。由于該站溫升問題比較突出，制造廠針對這一情況對變電站10kV開關(guān)柜1，2號母線橋采用新型鋼重新制作，主母線銅排規(guī)格更換為2×TMY120×10（原規(guī)格為2×TMY100×10），并進(jìn)一步改進(jìn)了通風(fēng)系統(tǒng)。2號主變開關(guān)柜經(jīng)改造后，溫升情況略有好轉(zhuǎn)，但是與該開關(guān)柜型式試驗(yàn)提供的溫升數(shù)據(jù)偏差仍然較大。

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ZhuHaiKohoelectronicTechCo.,LTD.第8頁/共50頁2

合資廠的手車柜某合資廠開關(guān)柜，為上海某開關(guān)有限公司生產(chǎn)，型號為8BK20，測試位置為開關(guān)柜箱體外表及內(nèi)部母線母排。此處，開關(guān)柜溫升暫時(shí)沒有超標(biāo)，但是應(yīng)該注意，此時(shí)負(fù)荷并沒有達(dá)到額定容量的70%，但是溫升已經(jīng)接近上限。由此可見，合資廠產(chǎn)品雖然溫升情況優(yōu)于國產(chǎn)設(shè)備，但同樣也存在溫升超標(biāo)情況。數(shù)據(jù)證明，運(yùn)行中的開關(guān)柜實(shí)際溫升水平通常都要超過試驗(yàn)室測出的溫升數(shù)據(jù)。而且，多數(shù)情況溫升超標(biāo)時(shí)開關(guān)柜甚至遠(yuǎn)沒有達(dá)到設(shè)計(jì)滿容量，型式試驗(yàn)測得數(shù)據(jù)通常是在試驗(yàn)室完成的，持續(xù)時(shí)間不長，通常不超過8h，不具備溫升累積效應(yīng)，不能等同于長期運(yùn)行并持續(xù)發(fā)熱的設(shè)備。

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四、開關(guān)柜實(shí)際溫升超標(biāo)原因分析

開關(guān)柜內(nèi)部實(shí)際溫升超標(biāo)情況，主要有以下幾點(diǎn)原因：過負(fù)荷短路電接觸不良烘烤、余熱、熱傳導(dǎo)諧波很多人印象中過負(fù)荷、短路引起溫升較常見，而其他幾方面原因卻容易被忽視。尤其是接觸不良和諧波的影響并不取決于負(fù)荷大小。

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ZhuHaiKohoelectronicTechCo.,LTD.第10頁/共50頁導(dǎo)致接觸不良的原因分析：接觸電阻的組成1、收縮電阻當(dāng)電流從金屬導(dǎo)體較大的截面突然轉(zhuǎn)入截面很小的接觸點(diǎn)時(shí)，電力線成劇烈收縮現(xiàn)象。由此而呈現(xiàn)的電阻稱為收縮電阻。同種材料收縮電阻與壓力和接觸點(diǎn)數(shù)目成反比。螺絲松動、彈簧退火、磨損都會使收縮電阻增大。

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ZhuHaiKohoelectronicTechCo.,LTD.第11頁/共50頁2、表面膜電阻

表面膜電阻是由于電接觸表面受到環(huán)境污染造成的。具體又分為塵埃膜、吸附膜、無機(jī)膜、有機(jī)膜四種。1）、塵埃膜由于飄揚(yáng)在空氣中的塵土、灰粉、棉纖維等固體顆粒，在靜電的吸力作用下覆蓋于電接觸表面而形成。塵埃膜電阻在外力大時(shí)則小，在外力小時(shí)則大。母線連接處、動靜觸頭結(jié)合處由于電場分布的不規(guī)則，其吸附力尤甚。

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ZhuHaiKohoelectronicTechCo.,LTD.第12頁/共50頁2）、吸附膜是由水分子和氣體分子在接觸面形成的一層吸附層，無法完全排除，但壓力可使其減少層數(shù)。3）、有機(jī)膜是絕緣材料在溫度的作用下，受熱分解的有機(jī)蒸汽，在電接觸表面形成粉狀有機(jī)聚合物，有機(jī)膜不導(dǎo)電，可以用機(jī)械方法把它壓碎或者用電流熱效應(yīng)和電弧將它燒損，恢復(fù)導(dǎo)電性能，但固定式接觸和不帶負(fù)荷分合的可分式接觸，自行恢復(fù)能力較差。

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ZhuHaiKohoelectronicTechCo.,LTD.第13頁/共50頁4）、無機(jī)膜電接觸材料暴露在空氣中，周圍空氣中存在的氧或者硫化氫都會從接觸面周圍縫隙逐漸侵入，前者生成氧化膜，后者生成硫化膜，形成化學(xué)腐蝕，在空氣中的水分介質(zhì)作用下，不同金屬又會形成金屬腐蝕。無機(jī)膜的厚度和性質(zhì)直接影響著導(dǎo)電性能。表面膜電阻與導(dǎo)體連接處的壓力、密封程度、周圍空氣環(huán)境條件密切相關(guān)。

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ZhuHaiKohoelectronicTechCo.,LTD.第14頁/共50頁開關(guān)柜在運(yùn)行一定時(shí)間后由于以下原因?qū)е陆佑|電阻增大：1、母線螺絲松動由于金屬的膨脹效應(yīng)，鋼制螺栓的金屬膨脹系數(shù)要比銅質(zhì)、鋁質(zhì)母線小得多，尤其是螺栓型設(shè)備接頭，在運(yùn)行中隨著負(fù)荷電流及溫度的變化，其鋁或銅與鐵的膨脹和收縮程度將有關(guān)差異而產(chǎn)生蠕變，也就是金屬在應(yīng)力的作用下緩慢的塑性變形，蠕變的過程還與接頭處的溫度有很大的關(guān)系。實(shí)踐證明，當(dāng)接頭處的運(yùn)行工作溫度超過80℃時(shí)，接頭金屬將因過熱而膨脹，使接觸表面位置錯(cuò)開，形成微小空隙而氧化。當(dāng)負(fù)荷電流減小溫度降低回到原來接觸位置時(shí)，由于接觸面氧化膜的覆蓋，不可能是原安裝時(shí)金屬間的直接接觸。每次溫度變化的循環(huán)所增加的接觸電阻，將會使下一次循環(huán)的熱量增加，所增加的溫度又使接頭的工作狀況進(jìn)一步變壞，因而形成惡性循環(huán)。

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ZhuHaiKohoelectronicTechCo.,LTD.第15頁/共50頁2、小車的隔離插頭彈簧變松。

1)、開關(guān)小車多次推入拉出造成隔離插頭的磨損。2）、電動力的作用下，造成彈簧疲勞。3、溫升造成彈簧退火。彈簧松動又會造成壓力減小，接觸電阻增大。

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ZhuHaiKohoelectronicTechCo.,LTD.第16頁/共50頁3、其他因素：選用的導(dǎo)體材料電導(dǎo)率不滿足要求，多數(shù)屬于導(dǎo)體原材料純度不夠現(xiàn)場的其它因素，比如可能存在安裝檢修工藝不當(dāng)，如母線在加工、連接、安裝過程中，對母線接觸表面處理不到位、不平整、不光滑、沒有涂專用電力脂等，導(dǎo)致有效接觸面積減少接觸電阻增大而發(fā)熱。

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ZhuHaiKohoelectronicTechCo.,LTD.第17頁/共50頁諧波形成的影響：由于產(chǎn)生大量諧波的用電設(shè)備不斷增加，并且電網(wǎng)中大量使用的并聯(lián)電容器所造成的諧波放大，使得諧波的影響越來越嚴(yán)重。由于諧波的頻率較高，使導(dǎo)線的集膚效應(yīng)加重，因此銅損急劇增加，非線性負(fù)荷的負(fù)荷電流可能增加到線性負(fù)荷50%，使得導(dǎo)體發(fā)熱。

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ZhuHaiKohoelectronicTechCo.,LTD.第18頁/共50頁長期發(fā)熱對開關(guān)柜的影響：1、機(jī)械強(qiáng)度下降銅、鋁、螺栓、彈簧、彈墊會產(chǎn)生慢性退火變軟，喪失機(jī)械強(qiáng)度，導(dǎo)致變形和破壞。2、絕緣性能降低對大部分絕緣材料來說，可以用“八度規(guī)則”經(jīng)驗(yàn)規(guī)律來估算其壽命。原則上是溫度每上升8度，其壽命則降低一半。

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ZhuHaiKohoelectronicTechCo.,LTD.第19頁/共50頁綜上所述，即使是質(zhì)量較好的開關(guān)柜，負(fù)荷達(dá)到滿容量的70%時(shí)，由于長期累積效應(yīng)將使得溫升超標(biāo)；接觸不良、諧波影響，也同樣會使得溫度上升。而并非只是負(fù)荷大才會有溫升問題。溫升帶來的不良影響有急性的：絕緣擊穿、短路；也有慢性的：絕緣性能下降，電氣性能下降，壽命減短。溫度和絕緣是電氣設(shè)備健康狀態(tài)的兩項(xiàng)最重要的指標(biāo)，同時(shí)這兩個(gè)因素又是相互影響的。只要能及時(shí)掌握溫升狀況，就能有效避免很多電氣事故的發(fā)生。

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五、解決發(fā)熱的技術(shù)措施

2、柜體加裝散熱風(fēng)機(jī)進(jìn)線柜和母聯(lián)柜的斷路器頂部加裝一個(gè)平均無故障時(shí)間在4萬小時(shí)以上的進(jìn)口優(yōu)質(zhì)軸流風(fēng)機(jī)，長期開啟，或者根據(jù)溫度或電流開啟。1、配電室內(nèi)裝空調(diào)

降低環(huán)境溫度，開關(guān)柜柜內(nèi)電氣接點(diǎn)溫升允許最高值是70K，絕對溫度不超過120度。降低環(huán)境溫度是目前比較普遍的措施。

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ZhuHaiKohoelectronicTechCo.,LTD.第21頁/共50頁但這樣做又存在以下弊端：長期運(yùn)轉(zhuǎn)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降、風(fēng)道受阻都有可能使風(fēng)量降低，使溫升再次超標(biāo)。風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)噪音很大，影響了運(yùn)行人員對異常聲響的判別。發(fā)熱往往只在局部，整個(gè)環(huán)境溫度降底，對局部發(fā)熱嚴(yán)重的狀況改善很有限（空氣的傳導(dǎo)系數(shù)比較低），有可能造成凝露，釀成絕緣事故；

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ZhuHaiKohoelectronicTechCo.,LTD.第22頁/共50頁因此，有選擇性的開啟風(fēng)機(jī)，空調(diào)溫度要設(shè)在最恰當(dāng)?shù)臄?shù)值，才能做到有效降溫，延長風(fēng)機(jī)使用壽命，還要防止溫差過大形成的凝露條件。要實(shí)現(xiàn)以上功能，前提是對開關(guān)柜容易發(fā)生溫升的地方進(jìn)行及時(shí)監(jiān)測，根據(jù)實(shí)際溫升狀況采取不同措施，有效降溫。

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ZhuHaiKohoelectronicTechCo.,LTD.第23頁/共50頁溫升狀況是衡量電氣設(shè)備健康狀況的重要參數(shù)之一，通過對溫度的監(jiān)測預(yù)知和防止火災(zāi)事故的發(fā)生已經(jīng)被證明是行之有效的方法。一多電氣多年來在電氣設(shè)備溫度在線檢測領(lǐng)域里積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)的E系列無線溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)可以解決以上所存在的問題，目前已有幾百個(gè)電站的運(yùn)行業(yè)績，處于該行業(yè)技術(shù)領(lǐng)先水平。

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六、無線傳感原理演示

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ZhuHaiKohoelectronicTechCo.,LTD.第25頁/共50頁系統(tǒng)遠(yuǎn)程通訊結(jié)構(gòu)圖如下:

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ZhuHaiKohoelectronicTechCo.,LTD.第26頁/共50頁七、開關(guān)柜測溫方案

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ZhuHaiKohoelectronicTechCo.,LTD.第27頁/共50頁圖3.1.2測溫卡環(huán)安裝方法

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ZhuHaiKohoelectronicTechCo.,LTD.第28頁/共50頁圖3.1.5測溫發(fā)射模塊的安裝

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ZhuHaiKohoelectronicTechCo.,LTD.第29頁/共50頁圖3.1.6電纜搭接測溫發(fā)射模塊安裝方法

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ZhuHaiKohoelectronicTechCo.,LTD.第30頁/共50頁接收模塊安裝要求:

A、遠(yuǎn)離高壓帶電體；

B、安裝在與其配對的發(fā)射模塊同一個(gè)柜體里；

C、安裝位盡可能走線方便。圖3.1.10接收模塊安裝示例圖

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ZhuHaiKohoelectronicTechCo.,LTD.第31頁/共50頁

無線溫度傳感器種類

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ZhuHaiKohoelectronicTechCo.,LTD.第32頁/共50頁測溫顯示主機(jī)的安裝：

顯示主機(jī)可安裝在儀表室的一個(gè)適當(dāng)位置。圖3.1.11測溫主機(jī)安裝示例圖一圖3.1.12測溫主機(jī)安裝示例圖二

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無線

光纖

紅外產(chǎn)品組成傳感器：金屬熱電偶、數(shù)據(jù)發(fā)射模塊，內(nèi)置感應(yīng)取電模塊及耐高溫（150℃）電池的混合技術(shù)。2、接收模塊3、顯示儀表（配RS485通訊接口）4、配專用軟件自成系統(tǒng)或與自動化公司成套。傳感器：光纖主機(jī)配自有軟件，自成系統(tǒng)。

傳感器：紅外光學(xué)探頭顯示儀表（配RS485通訊接口）配專用軟件自成系統(tǒng)或與自動化公司成套。

八、開關(guān)柜無線、光纖、紅外測溫方案對照表

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無線

光纖

紅外安裝方式根據(jù)需要測溫的部位如：采用一多專利技術(shù)的測溫環(huán)或利用原有母線螺栓固定溫度傳感器。數(shù)據(jù)接收模塊安裝于處于低電位處：殼體、橫梁等位置。顯示儀表安裝于開關(guān)柜儀表門板上。

將光纖直接纏繞在需要測溫高電位的部位，用膠粘的方式固定光纖，一根光纖貫穿所有測溫點(diǎn)。主機(jī)直接安裝在后臺上

將紅外光學(xué)探頭直接對準(zhǔn)在需要測溫部位。顯示儀表安裝于開關(guān)柜儀表門板上

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無線

光纖

紅外安裝方式

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無線

光纖

紅外安裝方式分析

直接固定在高電位處，安裝牢固、簡便?？稍诔商讖S安裝，也可在現(xiàn)場安裝。測溫位置不受柜內(nèi)結(jié)構(gòu)影響，可直接裝于觸頭盒內(nèi)的靜觸頭與母線連接處，具有測溫直接、準(zhǔn)確的特性。

直接固定在高電位，時(shí)間長以后，粘膠有老化脫落的隱患，只能在現(xiàn)場需專業(yè)人員安裝，且光纖彎曲半徑需要在3CM以上不能彎死角；光纖本身材質(zhì)較脆易斷，在柜內(nèi)施工有一定難度。對測量位于觸頭盒內(nèi)的觸頭溫度，較難實(shí)現(xiàn)。

固定于低電位，安裝牢固、簡便?？稍诔商讖S安裝，也可在現(xiàn)場安裝，但因探頭與被測點(diǎn)中間不能有隔擋及光學(xué)鏡頭有距離系數(shù)比，開關(guān)柜型號多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，選擇合適的位置及對準(zhǔn)測溫點(diǎn)有一定難度。尤其是測量觸頭溫度，受觸頭盒封閉結(jié)構(gòu)影響，無法直接測量。

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無線

光纖

紅外測溫原理熱電偶接觸式測溫，采集到數(shù)據(jù)發(fā)射模塊（熱電偶與發(fā)射模塊處于高電位的等電位，將溫度數(shù)據(jù)通過數(shù)字無線的方式發(fā)射到接收模塊，至測量儀表通過RS485通訊到上位機(jī)。

根據(jù)拉曼散射原理，測量測溫點(diǎn)溫度，利用光纖的抗干擾性強(qiáng)、絕緣的特點(diǎn)，直接連到主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。利用紅外光學(xué)探頭的測溫特性，測溫。將測溫?cái)?shù)據(jù)直接傳送到顯示儀表，通過RS485通訊到上位機(jī)。

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無線

光纖

紅外技術(shù)成熟度

技術(shù)已被其它領(lǐng)域大量應(yīng)用，成熟技術(shù)。

國內(nèi)處于起步階段，準(zhǔn)確性、精讀尤其是后半段測量有待提高。

該技術(shù)已被便攜式測溫槍大量應(yīng)用，但長期在線監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用需克服環(huán)境的影響。

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無線

光纖

紅外絕緣性高低電位通過無線聯(lián)絡(luò)，隔離徹底，無絕緣隱患。在35kv、10kv、6kv電壓等級均有應(yīng)用

光纖本身絕緣性較好4cm/kv,但運(yùn)行時(shí)間長以后，光纖表面受積灰、吸潮影響，存在爬電、短路的隱患。安裝后柜內(nèi)存在多根光纖線處于高低電位之間，安全絕緣是這種測溫方式的最大隱患。違背了測溫目的是為了消除隱患的初衷。只在10kv以下設(shè)備上有過應(yīng)用。

處于低電位，無絕緣隱患。只要距離夠，不受電壓等級影響。

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無線

光纖

紅外耐受溫度測溫范圍長期-20—200℃-20—200℃長期-20—125℃-20—125℃長期0—80℃

-20—200℃

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無線

光纖

紅外精度+2℃。+1℃由于該種測溫方式受環(huán)境因素影響較大，故測量的溫度偏差較大。

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無線

光纖

紅外運(yùn)行后的穩(wěn)定性由于數(shù)據(jù)采集模塊與傳感器同處于高電位，與處于低電位的接收模塊采用數(shù)字信號傳輸，采用美國TI公司免調(diào)模塊，抗干擾性較好。不受運(yùn)行檢修的影響。單機(jī)損壞不影響整個(gè)系統(tǒng)。裝置本身穩(wěn)定性較好，抗干擾性強(qiáng)。但在設(shè)備檢修時(shí)，易被碰損，一旦一個(gè)點(diǎn)受損整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。

易受環(huán)境