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带电设备红外诊断技术交流2012.2了解温度热量是能量的一种形式。热力学第一定律：封闭系统中（无能量添加或转移），总能量恒定，能量既不会增加也不会消失。也称为能量守恒定律。热力学第二定律：在封闭系统中，热量总是从温度较高的区域流向或传递到温度较低的区域，除非通过做功使其向反方向移动。热量的概念温度的定义•温度是某种物质相对于某个参照物的冷热程度的量度；是物体内分子相对于其他物体内分子的运动的一种量度。•两个物体温度相同，但所含热量可能会不同。（加热一杯水和加热一桶水所需的热量一样吗？）•热量的传递方式•两个物体有温度差时，或一个物体的温度改变，热量将会从温度较高的区域转移到温度较低的区域，直到达到热平衡状态。•传导主要在固体中进行，有时也在流体中进行。较热的分子将能量直接传递给较冷的分子。•对流在流体中进行。•辐射通过电磁波在物体间传递能量，不需要传递介质的存在，在真空中同样会有辐射。•请分别针对传导、对流、辐射举例。温度的测量•有哪些温度的测量方法？•温度计（水银、煤油、酒精…）•双金属温度计•热电偶•热电阻•红外测温……讨论：这些测温方式的工作原理是什么？•按照测量体是否与被测介质接触，可分为接触式测温法和非接触式测温法两大类。•接触式测温法：测温元件直接与被测对象接触，两者之间进行•充分的热交换，最后达到热平衡。•优点：直观可靠•缺点：•1）感温元件影响被测温度场的分布；•2）接触不良等会带来测量误差；•3）另外温度太高和腐蚀性介质对感温•元件的性能和寿命会产生不利影响。测温方式-接触式测温法非接触式测温法：感温元件不与被测对象相接触，而是通过辐射进行热交换。优点：1）避免接触被测目标；2）具有较高的测温上限；3）非接触式测温反应速度快，故便于测量运动物体的温度和快速变化的温度。缺点：由于受物体的发射率、被测对象到仪表之间的距离以及烟尘、水汽等其他介质的影响，测温误差相对较大。测温方式-非接触式测温法1800年英国的天文学家WilliamHerschel用分光棱镜将太阳光分解成从红色到紫色的单色光，依次测量不同颜色光的热效应。他发现当水银温度计移到红色光边界以外温度反而比红光区更高。后证明，在红光外侧确实存在一种人眼看不见的“热线”，后称为“红外线”。红外辐射的发现X射线紫外线近红外线红外线短波红外线中波红外线长波微波波长单位为微米(µm)10-410-20.280.400.702.006.008.0010415.00热测量红外测温原理•自然界任何物体，只要温度高于绝对零度(-273.15℃)，就会以电磁辐射的形式在非常宽的波长范围内发射能量，产生电磁波(辐射能)。雪地和脚印毫米波红外长波红外中波红外短波可见光近紫外光X射线长短波长图像来源：AustinRichards博士的《AlienVisions》毫米波红外长波红外中波红外短波可见光近紫外光X射线不同波长的画面何为热成像技术•热成像技术是利用热感应的红外线成像技术。•热像仪可生成热而不是光的图像，它可以测量红外（IR）能量，并将数据转换成相应的温度图像。焦平面、非制冷探测器（1997年)焦平面、内循环制冷探测器（1994年）光机扫描探测器(1958)内循环制冷热电制冷液氮制冷红外热像技术的发展过程那些年，我们曾经用过的热像仪制冷型热像仪巨大的体积和重量使当时的红外热像检测成为绝对的“体力活”。红外热像仪使用的注意事项红外热像仪关键参数–像素和数码照相机一样，热像仪也有像素，只是像素以乘法显示，如160×120、320×240等；像素越多，红外热像图越清晰。160×120像素320×240像素在使用热像仪中值得注意的问题•发射率的设置•空间分辨率的计算•窗口材料•反射/背景温度补偿•调色板的选择发射率：让我们来看一个实验•不锈钢杯子上的温度一致吗？•为什么会出现这个情况？•不同颜色的胶带温度一致吗？发射率：影响发射率的因素我们将检测的目标分为非金属和金属材料两大部分：大多数非金属材料（如塑料、油漆、皮革、纸张等）发射率为0.95左右，相同材质、不同颜色的目标其发射率非常接近，自然界中皮肤的发射率最高，为0.98。金属100°E=0.6黑体炉(校验设备)100°E=1非金属100°E=0.95发射率：影响发射率的因素金属材料的发射率会受到下列因素的影响：•材料不同材料发射率不同，如铜的发射率一般比铝高。•表面光洁度通常表面粗糙的材料发射率比光洁表面高。•表面颜色以黑色为代表的深色系表面发射率比浅色系高。•表面形状表面有凹陷、夹角或不平整规则的部位比平整的部位发射率高。发射率设置问题（一般检测）以0.90固定发射率进行检测，如果有金属材质：A与接头紧密连接的非金属材料(如橡胶、塑料等)的温度即为接头温度。B三相或多个部件进行比对，计算相对温差。C若只有单个部件，可在软件内进行针对该部位的发射率修正，同时比对环境温度。D将金属材料部分表面贴胶带或涂漆。发射率设置问题（精确检测）DL/T664-2008附录表E常用材料发射率的参考值材料温度℃发射率近似值材料温度℃发射率近似值抛光铝或铝箔1000.09棉纺织品(全颜色)—0.95轻度氧化铝25～6000.10～0.20丝绸—0.78强氧化铝25～6000.30～0.40羊毛—0.78黄铜镜面280.03皮肤—0.98氧化黄铜200～6000.61～0.59木材—0.78抛光铸铁2000.21树皮—0.98加工铸铁200.44石头—0.92完全生锈轧铁板200.69混凝土—0.94完全生锈氧化钢220.66石子—0.28～0.44完全生锈铁板250.80墙粉0.92完全生锈铸铁40～2500.95石棉板250.96镀锌亮铁板280.23大理石230.93发射率练习：1表面氧化的铜的发射率一般是多少？2红色的电缆线和黑色的电缆线，哪个发射率更高？3光亮的铝和表面粗糙的铝，发射率一样吗？一、基本知识•热传输的方式热传输有三种方式，分别是：传导、对流和辐射。对流通常只发生在流体介质中。•红外热成像仪显示目标热像的过程，叫做红外热成像。而实现这个过程的设备称为红外热成像仪。红外热像仪一般是由三部分组成：红外探测头、图像处理、监视器；一、基本知识•温升•被测设备表面温度和环境温度参考体表面温度之差。•温差•不同被测设备或同一被测设备不同部位之间的温度差。•相对温差一、基本知识•环境温度参照体•用来采集环境温度的物体。它不一定具有当时的真实环境温度，但具有与被检测设备相似的物理属性，并与被检测设备处于相似的环境之中。二、发热机理•电流致热型•电流效应引起的发热，由于设备发热功率与负荷电流的平方成正比，所以设备、线路所带负荷大小对于检测判断结果具有较大程度影响，影响到检测准确性。•典型设备：电气设备与金属部件的连接、金属部件与金属部件的连接的接头和线夹、隔离开关、断路器、CT等。•对电流致热型设备（温差较大），最好在高峰负荷下进行，采用自动调节方式即可，注意保证画面的清晰度。二、发热机理•电压致热型•电压效应引起的发热，由于发热功率与电压的平方成正比，其发热主要是由设备上的分布电压引起的泄漏电流所致。因此其不受负荷电流大小影响，只受加在设备上的额定电压影响。•典型设备：PB、CVT、OY、绝缘子和电缆头等设备。•对电压致热型，应采用手动调节方式进行调节，选择合适的电平及温度范围，这样才能很好地调节图像的亮度和对比度，以便进行准确判断。二、发热机理•综合性致热型•由于电流、电压或电磁效应引起的发热•典型设备：变压器、套管等设备三、判断方法•1、表面温度判断法电流致热型最常用根据设备表面温度值,对照有关规定的设备温度和温升极限,结合环境气候条件、负荷大小进行分析判断。•2、同类比较判断法计算温差根据同组三相设备间对应部位的温差进行比较分析。•3、相对温差判断法小负荷设备•4、图像特征判断法电压致热型最常用发现异常，及时上报需结合其它带电检测手段或电气试验、化学试验进行综合判断。•5、档案分析判断法•6、实时分析判断法四、缺陷分类•一般缺陷•记录在案，负荷变化时注意复测•严重缺陷•加强巡检，必要时降低负荷•危急缺陷•立即安排消缺五、电流致热型缺陷判断标准•导则为准五、电压致热型缺陷判断标准•容性设备介损温差2-3K铁芯短路温差4k•金属氧化物避雷器温差0.5-1K•绝缘子温差0.5-1K•电缆终端头温差0.5-1K六、测试前仪器参数设置•环境温度•选择合适的环境温度参考体的表面温度或直接设置为测试时的气温。•辐射率•一般检测时，一般选取为0.9。精确检测时，按照规范要求设置不同材料的相应辐射率。•温度范围•依据季节特点，选择适当的温度范围。•距离•依据巡视环境，选择适当的距离范围。检测时，在安全距离允许的条件下，应尽可能靠近被测设备。七、测试过程中注意事项•调焦•依据设备功能特点，熟练运用调焦，保证画面清晰度。不清晰的图片不利于发热点温度对比分析，也影响测量的准确性。七、测试过程中注意事项•电平和温度范围•对于微小温差热故障设备，一般情况下都要用手动来调节其明亮度和对比度。七、测试过程中注意事项•最佳检测位置•室外避免阳光直射或反射进入仪器视角，最好在早晨或傍晚进行巡视；•室内避免灯光的直射，最好关闭各类照明；•冬季测温时排除加热板等热源的影响。八、典型红外图谱缺陷：变压器散热器蝶阀关上缺陷：漏磁引起的变压器螺栓发热14.4℃28.7℃15202518.7℃36.2℃20253035缺陷：套管缺油缺陷：变压器油位缺陷：电流互感器接头松动引起发热缺陷：电流互感器内接头发热缺陷：套管缺油、柱头发热缺陷：套管内连接不良引起柱头发热17.8℃143.9℃20406080100120140最大温度:151.0℃35.5℃58.1℃40455055最大温度:59.4℃缺陷：隔离开关触指接触不良引起的握手发热缺陷：涡流引起的穿墙套管盖板发热11.6℃93.3℃20406080最大温度:99.7℃23.6℃50.3℃253035404550最大温度:51.8℃缺陷：套管接线板接触不良引起发热缺陷：高压引线T型线夹接触不良引起发热15.0℃51.5℃20304050最大温度:57.6℃15.8℃50.6℃20304050最大温度:54.2℃缺陷：隔离开关电连接接触不良引起发热缺陷：隔离开关电连接接触不良引起发热缺陷：耦合电容器末屏松动引起发热缺陷：穿墙套管污秽严重引起发热缺陷：保险管内熔丝发热缺陷：电容器介损偏大引起的发热缺陷：避雷器阀片局部受潮引起发热缺陷：避雷器阀片受潮引起发热缺陷：合成绝缘子芯棒受潮引起发热缺陷：球头松脱或端部受潮引起发热缺陷：绝缘子表面污秽引起发热缺陷：低值绝缘子引起发热缺陷：电缆终端电容放电引起发热缺陷：电缆分相电容放电引起发热缺陷：电缆头包接不良引起发热缺陷：电缆护套受损引起发热缺陷：导线松股引起发热缺陷：T型线夹接触不良引起发热缺陷：耐张线夹与引线接触不良引起发热缺陷：并沟线夹接触不良引起发热在隔离开关、断路器中有许多条接触或连接回路存在并联的现象，例如母线上的静触头装配、含双触指及多触指的触头装配等。对于有两个对称的并联支路作出如图所示的分析模型，设总电流为I，两条支路的接触电阻分别为R1和R2。接触发热损耗分别为：P1=I1²R1；P2=I2²R2P2/P1=I2/I1=R1/R2可见接触电阻越大的支路，其相对的发热损耗越小，相对的温升越低。红外测温发现的异常一般是两种情况：一是两点均发热，二是一点发热一点不发热。前面一种情况说明两点接触均不行，后面一种情况说明不发热点的接触情况比发热点的情况更糟糕。