紅外熱成像預(yù)測(cè)電氣線路火災(zāi)實(shí)驗(yàn)研究演示文稿

紅外熱成像預(yù)測(cè)電氣線路火災(zāi)實(shí)驗(yàn)研究演示文稿1當(dāng)前第1頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\10點(diǎn)（優(yōu)選）紅外熱成像預(yù)測(cè)電氣線路火災(zāi)實(shí)驗(yàn)研究當(dāng)前第2頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\10點(diǎn)2003~2010年我國(guó)火災(zāi)事故統(tǒng)計(jì)年份火災(zāi)起數(shù)死亡人數(shù)受傷人數(shù)直接財(cái)產(chǎn)損失（億元）電氣火災(zāi)起數(shù)比例（%）20032539322482308715.9303562320042528042563296916.72944820.720052359412500250813.73138021.92006164000161796911.34624728.3200715900014188639.94570328.820081330001385684154000030.12009127000107658013.23877030.52010132497110857317.74123731.13當(dāng)前第3頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\10點(diǎn)4當(dāng)前第4頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\10點(diǎn)年份全國(guó)火災(zāi)統(tǒng)計(jì)人員密集型場(chǎng)所火災(zāi)統(tǒng)計(jì)事故起數(shù)死亡人數(shù)受傷人數(shù)直接財(cái)產(chǎn)損失（億元）事故起數(shù)死亡人數(shù)受傷人數(shù)直接財(cái)產(chǎn)損失（萬(wàn)元）20032539322482308715.9950822840412494.320042528042563296916.791943065433126220052359412500250813.7942230650813275.82006164000161796911.3----------------200715900014188639.92015026121724000200813300013856841515831238176520002009127000107658013.21488817313920426.82003~2009年全國(guó)火災(zāi)統(tǒng)計(jì)與人員密集場(chǎng)所火災(zāi)統(tǒng)計(jì)5當(dāng)前第5頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\10點(diǎn)2003~2009年全國(guó)火災(zāi)統(tǒng)計(jì)與人員密集場(chǎng)所火災(zāi)統(tǒng)計(jì)6當(dāng)前第6頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\10點(diǎn)最主要原因：短路、超負(fù)荷、接觸不良和過(guò)熱。電氣火災(zāi)具有隱蔽性較強(qiáng)，不易被發(fā)現(xiàn)的特點(diǎn)。人員密集型場(chǎng)所火災(zāi)后果嚴(yán)重。西單文化廣場(chǎng)消防檢測(cè)項(xiàng)目。針對(duì)2013年1月因電氣線路溫度過(guò)高引發(fā)的電氣火災(zāi)事故，利用紅外熱成像技術(shù)，對(duì)電氣線路運(yùn)行時(shí)的溫度進(jìn)行測(cè)試，檢測(cè)電氣線路運(yùn)行狀態(tài)，預(yù)防火災(zāi)事故的發(fā)生。研究背景7當(dāng)前第7頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\10點(diǎn)研究現(xiàn)狀1949年，Leslie等人利用紅外技術(shù)對(duì)高壓輸電線路的過(guò)熱接頭的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行探測(cè)研究；1964年，世界上第一套工業(yè)應(yīng)用的紅外熱成像儀由瑞典AGA公司和瑞典國(guó)家電力局共同配合研制成功；20世紀(jì)60年代，我國(guó)開(kāi)始對(duì)紅外診斷技術(shù)進(jìn)行研究，20世紀(jì)70年代，將紅外熱成像儀安裝在汽車、直升機(jī)等，開(kāi)始對(duì)高壓輸電線路連接件、電纜、變電站設(shè)備等電氣設(shè)備進(jìn)行巡回故障檢測(cè);1990年，針對(duì)電氣設(shè)備故障的紅外診斷技術(shù)在國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議（GIGRE）上得到了充分的肯定；1999年，袁宏永等根據(jù)電氣線路和設(shè)備表面溫度場(chǎng)的變化，通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型和數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)電氣線路和設(shè)備的故障隱患進(jìn)行在線診斷；1999年，趙建華等人利用紅外熱成像技術(shù)測(cè)量電纜表面溫度，通過(guò)計(jì)算模型獲取電纜線芯溫度；2000年，陳曉軍，紅外熱診斷系統(tǒng)；2013年，趙純領(lǐng)采用有限元法對(duì)船用電纜溫度場(chǎng)仿真研究。8當(dāng)前第8頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\10點(diǎn)存在問(wèn)題（1）大部分研究主要針對(duì)高壓電力電纜，而對(duì)室內(nèi)用低壓?jiǎn)涡緦?dǎo)線的研究較少；（2）在線熱診斷系統(tǒng)適用于電力系統(tǒng)的重要部位，對(duì)于一般室內(nèi)低壓電氣線路來(lái)說(shuō)，需要監(jiān)測(cè)的范圍過(guò)大，該系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)投入較高，并且室內(nèi)部分電氣線路由于環(huán)境限制無(wú)法進(jìn)行全面在線監(jiān)測(cè)和診斷；（3）在室內(nèi)電氣線路檢測(cè)過(guò)程中，需要檢測(cè)方案、方法具有便攜性。9當(dāng)前第9頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\10點(diǎn)資料的收集、歸納與綜合分析研究目的、目標(biāo)、內(nèi)容和技術(shù)路線紅外熱成像基本原理、設(shè)備、測(cè)溫影響因素分析導(dǎo)線溫度場(chǎng)產(chǎn)熱、導(dǎo)熱、散熱原理分析實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)確定測(cè)溫設(shè)備與誤差修正公式確定導(dǎo)線線芯溫度計(jì)算模型及影響因素分析表面溫度實(shí)測(cè)值誤差修正研究表面溫度變化規(guī)律研究實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)線芯溫度變化規(guī)律研究線芯溫度修正模型技術(shù)路線10當(dāng)前第10頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\10點(diǎn)紅外熱成像基本原理紅外測(cè)溫基本設(shè)備測(cè)溫影響因素分析故障診斷方法基本理論電氣線路故障極其原因分析紅外檢測(cè)方法故障診斷技術(shù)黑體輻射普朗克輻射定律斯蒂芬-玻耳茲曼定律.發(fā)射率紅外點(diǎn)溫儀紅外熱成像儀儀器誤差分析.二、紅外熱成像相關(guān)技術(shù)11電氣線路股占主要包括：短路、過(guò)負(fù)荷、接觸不良、過(guò)熱、因絕緣漏電、導(dǎo)線虛接、接頭接觸不牢、升高的局部電場(chǎng)強(qiáng)度等。原因：設(shè)計(jì)制造缺陷（制作工藝）；絕緣腐蝕老化；機(jī)械損傷--安裝和運(yùn)行過(guò)程；負(fù)荷過(guò)載。當(dāng)前第11頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\10點(diǎn)三、線芯溫度理論計(jì)算模型建立rwr01、電氣線路線芯由于自身電阻產(chǎn)生熱損耗.2、導(dǎo)致導(dǎo)線溫度升高。3、導(dǎo)線主要通過(guò)絕緣層表面的熱輻射和熱對(duì)流兩種方式與空氣發(fā)生熱量交換。12當(dāng)前第12頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\10點(diǎn)三、線芯溫度理論計(jì)算模型建立1、線芯發(fā)熱量計(jì)算公式：2、單位長(zhǎng)度導(dǎo)線在單位時(shí)間內(nèi)絕緣層外表面的導(dǎo)熱量：

13當(dāng)前第13頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\10點(diǎn)三、線芯溫度理論計(jì)算模型建立3、單位時(shí)間導(dǎo)線外表面通過(guò)熱輻射方式向周圍空氣傳遞的散熱熱量為：4、單位時(shí)間導(dǎo)線外表面通過(guò)對(duì)流換熱向周圍空氣傳遞的散熱熱量公式為：5、導(dǎo)線表面總散熱能量：

14當(dāng)前第14頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\10點(diǎn)三、線芯溫度理論計(jì)算模型建立運(yùn)行達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)線本身的溫度基本穩(wěn)定，導(dǎo)線產(chǎn)生的熱量與散熱達(dá)到平衡狀態(tài)，由能量守恒定律可得到以下方程：電氣線路線芯溫度計(jì)算模型：其中：

15當(dāng)前第15頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\10點(diǎn)三、線芯溫度理論計(jì)算模型建立影響因素導(dǎo)線特性參數(shù)導(dǎo)線線芯橫截面積、導(dǎo)線絕緣層導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)線絕緣層厚度、發(fā)射率、導(dǎo)線電阻率、溫度系數(shù)加載電流導(dǎo)線溫度隨電流的增加而升高非線性，隨電流的增加，導(dǎo)線溫度上升越來(lái)越快換熱系數(shù)流體流動(dòng)產(chǎn)生原因、流動(dòng)狀態(tài)、有無(wú)相變、表面幾何狀態(tài)、物理性質(zhì)環(huán)境溫度導(dǎo)線溫度隨環(huán)境溫度的升高而升高16當(dāng)前第16頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\10點(diǎn)四、試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)BV2.5聚氯乙烯絕緣單芯銅導(dǎo)線作為研究對(duì)象；控制變量法進(jìn)行對(duì)照實(shí)驗(yàn)；不同電流和不同環(huán)境溫度下，導(dǎo)線表面溫度和線芯溫度的變化規(guī)律；線芯溫度與電流、環(huán)境溫度、導(dǎo)線表面溫度的關(guān)系；線芯溫度的簡(jiǎn)化修正模型。實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?dǎo)線的發(fā)熱量對(duì)環(huán)境溫度影響不大，環(huán)境溫度保持不變；導(dǎo)線無(wú)薄弱點(diǎn)，即整根導(dǎo)線各處發(fā)熱及耐熱性一致；導(dǎo)線絕緣良好，導(dǎo)線絕緣層各向?qū)嵝阅芤恢?；熱量從線芯傳導(dǎo)到絕緣層表面再傳導(dǎo)到空氣中的過(guò)程時(shí)均勻連續(xù)的，不會(huì)發(fā)生突變這樣導(dǎo)線任意特征部位的溫度就可以用該部位中一點(diǎn)的溫度代替，便于數(shù)據(jù)處理。實(shí)驗(yàn)假設(shè)17當(dāng)前第17頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\10點(diǎn)試驗(yàn)設(shè)備---DGJC-II型超負(fù)荷實(shí)驗(yàn)臺(tái)外部電源電流表保險(xiǎn)絲調(diào)壓器升流器熔斷器電壓表指示器風(fēng)扇分流器大電流發(fā)生器18當(dāng)前第18頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\10點(diǎn)視角：20°×15°；最小焦距：30cm；光譜響應(yīng)：8μm—14μm；探測(cè)器：160×120像素非冷卻微輻射計(jì)；溫度范圍：-10℃~+250℃；熱輻射測(cè)定：4個(gè)可移動(dòng)光標(biāo)，自動(dòng)測(cè)溫、溫差、鎖定最高與最低溫度；

精度：±2℃或2%，操作溫度-15℃~+45℃。HeatSeeker61-846型紅外熱成像儀大氣光機(jī)掃描聚光器濾光器被測(cè)目標(biāo)焦平面紅外探測(cè)前置放大視頻放大A/D轉(zhuǎn)換濾光器添加偽彩計(jì)算機(jī)顯示器紅外探測(cè)器監(jiān)測(cè)器19當(dāng)前第19頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\10點(diǎn)實(shí)驗(yàn)條件《關(guān)于嚴(yán)格執(zhí)行公共建筑空調(diào)溫度控制標(biāo)準(zhǔn)的通知》中規(guī)定所有公共建筑內(nèi)的單位，包括國(guó)家機(jī)關(guān)、社會(huì)團(tuán)體、企事業(yè)組織和個(gè)體工商戶，除醫(yī)院等特殊單位以及在生產(chǎn)工藝上對(duì)溫度有特定要求并經(jīng)批準(zhǔn)的用戶之外，夏季室內(nèi)空調(diào)溫度設(shè)置不得低于26攝氏度，冬季室內(nèi)空調(diào)溫度設(shè)置不得高于20攝氏度。環(huán)境溫度：18℃、22℃、26℃電流：5A、10A、15A、20A、25A、30A、35A、40A查閱電工手冊(cè)可知BV2.5聚氯乙烯絕緣單芯銅導(dǎo)線長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行最大電流30A，表面溫度最高70℃20當(dāng)前第20頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\10點(diǎn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象-----------環(huán)境溫度22℃電流5A時(shí)電流40A時(shí)21當(dāng)前第21頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\10點(diǎn)五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析----數(shù)據(jù)獲取22當(dāng)前第22頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\10點(diǎn)表面溫度測(cè)量值修正公式：環(huán)境溫度Tf（℃）電流I（A）表面溫度（℃）誤差實(shí)測(cè)值Tw儀器修正值Tw118518.7018.730.19%181020.5920.700.54%181523.9824.190.89%182027.0127.291.04%182532.0832.451.16%183038.6739.151.23%183546.9347.521.26%184058.5559.301.28%環(huán)境溫度Tf（℃）電流I（A）表面溫度（℃）誤差實(shí)測(cè)值Tw儀器修正值Tw122522.5222.550.13%221025.7325.890.62%221529.5029.760.88%222033.8934.251.06%222539.7240.191.18%223046.7247.291.22%223556.6757.391.27%224068.3869.251.27%環(huán)境溫度Tf（℃）電流I（A）表面溫度（℃）誤差實(shí)測(cè)值Tw儀器修正值Tw126526.6826.710.11%261029.4929.640.51%261531.7231.950.73%262036.4436.790.96%262542.0242.481.09%263050.3550.951.19%263561.3962.161.25%264073.1774.101.27%表面測(cè)量值修正23當(dāng)前第23頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\10點(diǎn)六、線芯溫度計(jì)算模型建立由可知存在表面溫度理論計(jì)算值

，使

成立，利用迭代法求解獲得表面溫度理論計(jì)算值。環(huán)境溫度Tf（℃）電流I（A）表面溫度（℃）實(shí)測(cè)值Tw理論計(jì)算值Tw2溫度差值18518.7019.450.75181020.5922.922.33181523.9828.024.04182027.0134.687.67182532.0842.8710.79183038.6752.6613.99183546.9364.1517.22184058.5577.4418.89環(huán)境溫度Tf（℃）電流I（A）表面溫度（℃）實(shí)測(cè)值Tw理論計(jì)算值Tw2溫度差值22522.5223.440.92221025.7326.911.18221529.5032.022.52222033.8938.694.80222539.7246.897.17223046.7256.709.98223556.6768.1911.52224068.3881.4813.10環(huán)境溫度Tf（℃）電流I（A）表面溫度（℃）實(shí)測(cè)值Tw理論計(jì)算值Tw2溫度差值26526.6827.440.76261029.4930.911.42261531.7236.024.30262036.4442.696.25262542.0250.918.89263050.3560.7310.38263561.3972.2210.83264073.1785.5012.3324當(dāng)前第24頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\10點(diǎn)表面溫度實(shí)測(cè)值隨電流的變化規(guī)律25當(dāng)前第25頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\10點(diǎn)表面溫度理論計(jì)算值隨電流的變化規(guī)律26當(dāng)前第26頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\10點(diǎn)表面溫度實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值比較27當(dāng)前第27頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\10點(diǎn)28環(huán)境溫度Tf（℃）電流I（A）線芯溫度（℃）推測(cè)值To理論計(jì)算值To1溫度差值18518.8119.560.75181021.0323.362.33181524.9829.044.06182028.6636.557.89182534.6945.8911.20183042.5457.1814.64183552.4070.5918.19184066.2586.2820.0322522.6223.550.93221026.2927.361.07221530.6633.062.40222035.8440.594.75222542.7349.957.22223051.0661.2810.22223562.8874.7111.83224076.9090.4313.5326526.7927.550.76261030.0331.371.34261532.7537.074.32262038.3044.616.31262544.9354.029.09263054.7565.3810.63263567.7978.8311.04264081.9394.5712.64當(dāng)前第28頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\10點(diǎn)線芯溫度推測(cè)值隨電流的變化規(guī)律29當(dāng)前第29頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\10點(diǎn)線芯溫度理論計(jì)算值隨電流的變化規(guī)律30當(dāng)前第30頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\10點(diǎn)表面溫度實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值比較31當(dāng)前第31頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\10點(diǎn)表面溫度與線芯溫度比較32當(dāng)前第32頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\10點(diǎn)線芯溫度與表面溫度關(guān)系（1）實(shí)驗(yàn)研究過(guò)程中，導(dǎo)線特性參數(shù)是固定不變的；（2）環(huán)境溫度和電流是自變量，導(dǎo)線線芯溫度與表面溫度是因變量，隨環(huán)境溫度和電流變化而變化。（3）考慮室內(nèi)低壓檢測(cè)過(guò)程中，無(wú)法測(cè)量導(dǎo)線加載電流的情況比較普遍。（4）線芯溫度與表面溫度和環(huán)境溫度的函數(shù)關(guān)系。（5）一般認(rèn)為當(dāng)導(dǎo)線未通電流時(shí)，導(dǎo)線線芯與表面溫度與環(huán)境溫度相同。因此選擇導(dǎo)線線芯溫度與表面溫度相對(duì)與環(huán)境的溫差進(jìn)行研究分析33當(dāng)前第33頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\10點(diǎn)線芯溫升與表面溫升關(guān)系---環(huán)境18℃環(huán)境溫度Tf（℃）電流I（A）表面溫度實(shí)測(cè)值Tw（℃）線芯溫度推測(cè)值To（℃）表面溫度溫升Tw-Tf（℃）線芯溫度溫升To-Tf（℃）18518.7018.810.700.81181020.5921.032.593.03181523.9824.985.986.98182027.0128.669.0110.66182532.0834.6914.0816.69183038.6742.5420.6724.54183546.9352.4028.9334.40184058.5566.2540.5548.2534當(dāng)前第34頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\10點(diǎn)線芯溫升與表面溫升關(guān)系---環(huán)境22℃環(huán)境溫度Tf（℃）電流I（A）表面溫度實(shí)測(cè)值Tw（℃）線芯溫度推測(cè)值To（℃）表面溫度溫升Tw-Tf（℃）線芯溫度溫升To-Tf（℃）22522.5222.620.520.62221025.7326.293.734.29221529.5030.667.508.66222033.8935.8411.8913.84222539.7242.7317.7220.73223046.7251.0624.7229.06223556.6762.8834.6740.88224068.3876.9046.3854.9035當(dāng)前第35頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\10點(diǎn)線芯溫升與表面溫升關(guān)系---環(huán)境26℃環(huán)境溫度Tf（℃）電流I（A）表面溫度實(shí)測(cè)值Tw（℃）線芯溫度推測(cè)值To（℃）表面溫度溫升Tw-Tf（℃）線芯溫度溫升To-Tf（℃）26526.6826.790.680.79261029.4930.033.494.03261531.7232.755.726.75262036.4438.3010.4412.30262542.0244.9316.0218.93263050.3554.7524.3528.75263561.3967.7935.3941.79264073.1781.9347.1755.9336當(dāng)前第36頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\10點(diǎn)線芯溫升與表面溫升關(guān)系37當(dāng)前第37頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\10點(diǎn)線芯溫度修正計(jì)算模型從擬合圖中可以得到：BV2.5聚氯乙烯單芯銅導(dǎo)線線芯溫度計(jì)算模型：一般工程應(yīng)用時(shí)的簡(jiǎn)化計(jì)算模型:38當(dāng)前第38頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期三\10點(diǎn)39環(huán)境溫度Tf（℃）電流I（A）表面溫度Tf（℃）線芯溫度（℃）推測(cè)值計(jì)算模型To誤差計(jì)算模型To簡(jiǎn)誤差18518.7018.8118.740.38%18.840.16%181020.5921.0320.980.24%21.110.37%181523.9824.9825.000.09%25.180.78%182027.0128.6628.60