红外热成像预测电气线路火灾实验研究

红外热成像预测电气线路火灾实验研究2003~2010年我国火灾事故统计年份火灾起数死亡人数受伤人数直接财产损失(亿元)电气火灾起数比例(%)20032539322482308715、9303562320042528042563296916、72944820、720052359412500250813、73138021、92006164000161796911、34624728、3200715900014188639、94570328、820081330001385684154000030、12009127000107658013、23877030、52010132497110857317、74123731、123年份全国火灾统计人员密集型场所火灾统计事故起数死亡人数受伤人数直接财产损失(亿元)事故起数死亡人数受伤人数直接财产损失(万元)20032539322482308715、9950822840412494、320042528042563296916、791943065433126220052359412500250813、7942230650813275、82006164000161796911、3----------------200715900014188639、92015026121724000200813300013856841515831238176520002009127000107658013、21488817313920426、82003~2009年全国火灾统计与人员密集场所火灾统计42003~2009年全国火灾统计与人员密集场所火灾统计5最主要原因:短路、超负荷、接触不良与过热。电气火灾具有隐蔽性较强,不易被发现得特点。人员密集型场所火灾后果严重。西单文化广场消防检测项目。针对2013年1月因电气线路温度过高引发得电气火灾事故,利用红外热成像技术,对电气线路运行时得温度进行测试,检测电气线路运行状态,预防火灾事故得发生。研究背景6研究现状1949年,Leslie等人利用红外技术对高压输电线路得过热接头得运行状态进行探测研究;1964年,世界上第一套工业应用得红外热成像仪由瑞典AGA公司与瑞典国家电力局共同配合研制成功;20世纪60年代,我国开始对红外诊断技术进行研究,20世纪70年代,将红外热成像仪安装在汽车、直升机等,开始对高压输电线路连接件、电缆、变电站设备等电气设备进行巡回故障检测;1990年,针对电气设备故障得红外诊断技术在国际大电网会议(GIGRE)上得到了充分得肯定;1999年,袁宏永等根据电气线路与设备表面温度场得变化,通过建立数学模型与数据库,对电气线路与设备得故障隐患进行在线诊断;1999年,赵建华等人利用红外热成像技术测量电缆表面温度,通过计算模型获取电缆线芯温度;2000年,陈晓军,红外热诊断系统;2013年,赵纯领采用有限元法对船用电缆温度场仿真研究。7存在问题(1)大部分研究主要针对高压电力电缆,而对室内用低压单芯导线得研究较少;(2)在线热诊断系统适用于电力系统得重要部位,对于一般室内低压电气线路来说,需要监测得范围过大,该系统经济投入较高,并且室内部分电气线路由于环境限制无法进行全面在线监测与诊断;(3)在室内电气线路检测过程中,需要检测方案、方法具有便携性。8资料的收集、归纳与综合分析研究目的、目标、内容和技术路线红外热成像基本原理、设备、测温影响因素分析导线温度场产热、导热、散热原理分析实验方案设计确定测温设备与误差修正公式确定导线线芯温度计算模型及影响因素分析表面温度实测值误差修正研究表面温度变化规律研究实验现象与获取实验数据线芯温度变化规律研究线芯温度修正模型技术路线9红外热成像基本原理红外测温基本设备测温影响因素分析故障诊断方法基本理论电气线路故障极其原因分析红外检测方法故障诊断技术黑体辐射普朗克辐射定律斯蒂芬-玻耳兹曼定律.发射率红外点温仪红外热成像仪仪器误差分析.二、红外热成像相关技术10电气线路股占主要包括:短路、过负荷、接触不良、过热、因绝缘漏电、导线虚接、接头接触不牢、升高得局部电场强度等。原因:设计制造缺陷(制作工艺);绝缘腐蚀老化;机械损伤--安装与运行过程;负荷过载。三、线芯温度理论计算模型建立rwr01、电气线路线芯由于自身电阻产生热损耗、2、导致导线温度升高。3、导线主要通过绝缘层表面得热辐射与热对流两种方式与空气发生热量交换。11大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静三、线芯温度理论计算模型建立1、线芯发热量计算公式:2、单位长度导线在单位时间内绝缘层外表面得导热量:

13三、线芯温度理论计算模型建立3、单位时间导线外表面通过热辐射方式向周围空气传递得散热热量为:4、单位时间导线外表面通过对流换热向周围空气传递得散热热量公式为:5、导线表面总散热能量:

14三、线芯温度理论计算模型建立运行达到稳定状态时,导线本身得温度基本稳定,导线产生得热量与散热达到平衡状态,由能量守恒定律可得到以下方程:电气线路线芯温度计算模型:其中:

15三、线芯温度理论计算模型建立影响因素导线特性参数导线线芯横截面积、导线绝缘层导热系数、导线绝缘层厚度、发射率、导线电阻率、温度系数加载电流导线温度随电流的增加而升高非线性，随电流的增加，导线温度上升越来越快换热系数流体流动产生原因、流动状态、有无相变、表面几何状态、物理性质环境温度导线温度随环境温度得升高而升高16四、试验方案设计BV2、5聚氯乙烯绝缘单芯铜导线作为研究对象;控制变量法进行对照实验;不同电流与不同环境温度下,导线表面温度与线芯温度得变化规律;线芯温度与电流、环境温度、导线表面温度得关系;线芯温度得简化修正模型。实验目得导线得发热量对环境温度影响不大,环境温度保持不变;导线无薄弱点,即整根导线各处发热及耐热性一致;导线绝缘良好,导线绝缘层各向导热性能一致;热量从线芯传导到绝缘层表面再传导到空气中得过程时均匀连续得,不会发生突变这样导线任意特征部位得温度就可以用该部位中一点得温度代替,便于数据处理。实验假设17试验设备---DGJC-II型超负荷实验台外部电源电流表保险丝调压器升流器熔断器电压表指示器风扇分流器大电流发生器18视角:20°×15°;最小焦距:30cm;光谱响应:8μm—14μm;探测器:160×120像素非冷却微辐射计;温度范围:-10℃~+250℃;热辐射测定:4个可移动光标,自动测温、温差、锁定最高与最低温度;

精度:±2℃或2%,操作温度-15℃~+45℃。HeatSeeker61-846型红外热成像仪大气光机扫描聚光器滤光器被测目标焦平面红外探测前置放大视频放大A/D转换滤光器添加伪彩计算机显示器红外探测器监测器19实验条件《关于严格执行公共建筑空调温度控制标准得通知》中规定所有公共建筑内得单位,包括国家机关、社会团体、企事业组织与个体工商户,除医院等特殊单位以及在生产工艺上对温度有特定要求并经批准得用户之外,夏季室内空调温度设置不得低于26摄氏度,冬季室内空调温度设置不得高于20摄氏度。环境温度:18℃、22℃、26℃电流:5A、10A、15A、20A、25A、30A、35A、40A查阅电工手册可知BV2、5聚氯乙烯绝缘单芯铜导线长时间运行最大电流30A,表面温度最高70℃20实验现象-----------环境温度22℃电流5A时电流40A时21五、实验结果与分析----数据获取22表面温度测量值修正公式:环境温度Tf(℃)电流I(A)表面温度(℃)误差实测值Tw仪器修正值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%环境温度Tf(℃)电流I(A)表面温度(℃)误差实测值Tw仪器修正值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%环境温度Tf(℃)电流I(A)表面温度(℃)误差实测值Tw仪器修正值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%表面测量值修正23六、线芯温度计算模型建立由可知存在表面温度理论计算值

,使

成立,利用迭代法求解获得表面温度理论计算值。环境温度Tf(℃)电流I(A)表面温度(℃)实测值Tw理论计算值Tw2温度差值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环境温度Tf(℃)电流I(A)表面温度(℃)实测值Tw理论计算值Tw2温度差值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环境温度Tf(℃)电流I(A)表面温度(℃)实测值Tw理论计算值Tw2温度差值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表面温度实测值随电流得变化规律25表面温度理论计算值随电流得变化规律26表面温度实测值与理论计算值比较2728环境温度Tf(℃)电流I(A)线芯温度(℃)推测值To理论计算值To1温度差值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线芯温度推测值随电流得变化规律29线芯温度理论计算值随电流得变化规律30表面温度实测值与理论计算值比较31表面温度与线芯温度比较32线芯温度与表面温度关系(1)实验研究过程中,导线特性参数就是固定不变得;(2)环境温度与电流就是自变量,导线线芯温度与表面温度就是因变量,随环境温度与电流变化而变化。(3)考虑室内低压检测过程中,无法测量导线加载电流得情况比较普遍。(4)线芯温度与表面温度与环境温度得函数关系。(5)一般认为当导线未通电流时,导线线芯与表面温度与环境温度相同。因此选择导线线芯温度与表面温度相对与环境得温差进行研究分析33线芯温升与表面温升关系---环境18℃环境温度Tf(℃)电流I(A)表面温度实测值Tw(℃)线芯温度推测值To(℃)表面温度温升Tw-Tf(℃)线芯温度温升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线芯温升与表面温升关系---环境22℃环境温度Tf(℃)电流I(A)表面温度实测值Tw(℃)线芯温度推测值To(℃)表面温度温升Tw-Tf(℃)