红外培训课件

1、,红外培训,电磁波谱 1：X射线；2：紫外线；3：可见光；4：红外线；5：微波；6：无线电波,红外线是一种电磁波（是肉眼看不见的），存在波动性和粒子性等性质 。波长在0.75m 1000m之间。 近红外线 - 0.75m 3m； 中红外线 - 3m 6m； 远红外线 - 6m 15m； 极远红外线 - 15m 1000m。,自然界任何物体只要温度高于绝对零度（-273.16 C）就会产生电磁波（辐射能），带有物体表面的温度特征信息。,不同的材料、不同的温度、不同的表面光洁度、不同的颜色等，所发出的红外辐射强度都不同。,红外热像仪就是探测这种物体表面辐射的不为人眼所见的红外线的设备。它反映物体表

2、面辐射能量密度的分布情况，即温度场（红外热成像） 。,通过物体表面的红外热分布图，定量的测量所需位置的平均温度，来判断设备故障所在的位置及程度。,是被动的、非接触式的检测。,2.2 红外探测,所谓黑体，就是在任何情况下对一切波长的入射辐射吸收率都等于1的物体，也就是说全吸收。,黑体源的结构在原理上非常简单，主要分为面阵式和腔式。,面阵式黑体源采用的材料，吸收率接近于1，一般为0.950.97，由于其面积较大，一般控制温度在300度以下的低温状况。,2.3黑体辐射,腔式黑体源采用高吸收率的材料和特定的等温线空腔，进入孔隙的任何辐射经多次反射被分散和吸收，只有极小部分可能逸出。孔隙处获得的黑度几乎

3、等于黑体，发射率为0.99，并可控制在较高的温度。,一个绝对温度为T（K）的黑体，单位表面积在波长附近单位波长间隔内向整个半球空间发射的辐射功率（简称为光谱辐射度）Mb （T）与波长、温度T满足下列关系：,普朗克辐射定律是所有定量计算红外辐射的基础。,2.4 辐射的光谱分布规律 普朗克辐射定律,根据普朗克辐射定律绘制各种温度下的图形，可得到一系列的曲线,1：光谱辐射率（W/cm2103（m） 2：波长（m）,在任意一条普朗克曲线上，=0处的光谱辐射率为零，当波长为MAX时，光谱辐射率迅速增大到最大值，此后又趋向近于零。温度越高，则出现最大值的波长越短； 同时，代表黑体单位表面积发射所有波长的全

4、部辐射功率曲线下包围的面积，也迅速增加（斯蒂芬-玻耳兹曼定律 ）。,2.5 红外线峰值波长和物体热力学温度之间的关系 维恩位移定律,针对对普朗克定律求微分并确定最大值，我们可以得到：,式中：为峰值波长，单位是m T为物体的绝对温度，单位为K,维恩定律表明最大辐射波长等于一个常数与物体温度之比。即物体越热其最大辐射波长越短。,普朗克曲线，其中虚线表示由维恩位移定律描述的各种温度下的最大辐射轨迹 1：光谱辐射率（W/cm2（m） 2：波长（m）,根据维恩位移定律，不同波段的红外线对应的峰值温度范围如下：,因此，工业状态检测用红外热像仪一般工作在远红外波段,2.6 辐射的空间分布规律 朗伯余弦定律,

5、朗伯余弦定律示意图,物体在任意方向上的辐射强度与观测方向相对于辐射表面法线夹角的余弦成正比，如图所示： I=I0COS,因此，应从多角度进行检测，选择最佳的检测角度。一般检测角度不应该大于30度（线路上由于检测位置的限制，角度过大，实际测量温度在有效测试距离下，也偏低）,解决方法：记录检测位置，保证不同时间相同位置检测，看温度变化情况,2.7 非黑体辐射,入射功率 W,反射功率 W,透射功率 W,吸收功率 W,入射辐射对真实物体的三种作用,对于不透明材料，=0，所以： 根据能量守恒定律，在任意指定温度和波长下，在热平衡情况下，物体的光谱辐射比和光谱吸收比相等，因此，对于不透明的物体： 得出结论

6、，反射强度越大的物体，其辐射能力越弱,红外热像仪为捕捉（接收）物体表面发出的红外辐射，显示物体表面辐射能量密度的分布情况设备；,不同材料的物体在相同的温度下的辐射功率示意图,电力设备氧化发黑的导线接头发射率约0.9,非金属电介质材料的设备，其发射率约0.92左右。因此，一般检测发射率可调整到0.9；但若要精确测量目标物体的真实温度时，必须事先知道和了解物体的红外发射率的范围。,对于密封开关柜等设备，由于其发热元件与外部表面之间没有传导路径或传导不良，因此不便于红外检测，这一点在红外检测时要注意。,2.8 红外辐射在大气中传输,红外线在大气中穿透比较好的波段，通常称为 “大气窗口”。红外热成像检

7、测技术，就是利用了所谓的“大气窗口”。短波窗口在35m之间，而长波窗口则是在814m之间。,3.1 红外热像仪的发展,国外红外探测技术的发展过程,3 红外热像仪,3.2国内红外探测技术的发展过程,国内红外探测技术的发展过程,目前，国内红外探测技术基本与国外同步，大部分厂家具有独立开发红外成像组件的能力，尤其在测温技术方面，具有自己的特点。国内销售的主流红外热像仪均采用法国ULIS公司的非制冷焦平面探测器，分别为320*240像素的便携式红外热像仪、 160*120像素的手持式红外热像仪。,目标,其他辐射源,WA*,WA*,WB*,大气,WC*,WA*,WB*,WD*,处理电路,红外热像仪简单工

8、作示意图,3.3 红外热像仪的工作过程,简单的工作示意图,4.3 温度范围：当对被测物体进行热聚焦的时候，“能级” 的范围是首先应该考虑的。这个功能是对红外能级中某一段的选择。这个温度范围必须涵盖热成像的特定温度。 注意：在定格或者保存的图像中，范围是另一个不能更改的参数。 测温校正因素： 发射率 反射率 环境温度 距离 相对湿度 空间分辨率,空间分辨率：红外热像仪分辨物体的能力，单位mrad。可理解为测量距离和目标大小的关系:如果目标距离热像仪为100m，则空间分辨率为1.3mrad的热像仪,0.13M大小的物体在热像仪的镜头聚焦,并投影到探测器上,正好可充满一个探测器单元像数. 0.26M

9、大小的物体在热像仪的镜头聚焦,并投影到探测器上,正好可充满四个探测器单元像数,能确保必然充满其中一个像数.物体成像必须充满一个像素点才能测温精确（图像中的“十”字测温交叉点的中心点）。 探测器阵列的概念：,探测器像数单元： 红外的部分是发热接头。基本充满像数 测量温度数据相对准确。,1）调整焦距 您可以在红外图像存储后对图像曲线进行调整，但是您无法在图像存储后改变焦距，也无法消除其他杂乱的热反射。保证第一时间操作正确性将避免现场的操作失误。仔细调整焦距！如果目标上方或周围背景的过热或过冷的反射影响到目标测量的精确性时，试着调整焦距或者测量方位，以减少或者消除反射影响。 （2）选择正确的测温范围

10、 您是否了解现场被测目标的测温范围？为了得到正确的温度读数，请务必设置正确的测温范围。当观察目标时，对仪器的温度跨度进行微调将得到最佳的图像质量。这也将同时会影响到温度曲线的质量和测温精度。,4）仅仅要求生成清晰红外热图像，还是同时要求精确测温？ 这之间有什么区别吗？一条量化的温度曲线可用来测量现场的温度情况，也可以用来编辑显著的温升情况。清晰的红外图像同样十分重要。但是如果在工作过程中，需要进行温度测量，并要求对目标温度进行比较和趋势分析，便需要记录所有影响精确测温的目标和环境温度情况，例如发射率，环境温度，风速及风向，湿度，热反射源等等。 5）工作背景单一 例如，天气寒冷的时候，在户外进行

11、检测工作时，你将会发现大多数目标都是接近于环境温度的。当在户外工作时，请务必考虑太阳反射和吸收对图像和测温的影响。因此，有些老型号的红外热像仪只能在晚上进行测量工作，以避免太阳反射带来的影响。,6）保证测量过程中仪器平稳 在拍摄图像过程中，由于仪器移动可能会引起图像模糊。为了达到最好的效果，在冻结和记录图像的时候，应尽可能保证仪器平稳。当按下存储按钮时，应尽量保证轻缓和平滑。即使轻微的仪器晃动，也可能会导致图像不清晰。推荐在您胳膊下用支撑物来稳固，或将仪器放置在物体表面，或使用三脚架。,220KV侧正面整体 示意图：,220KV侧套管,110KV侧套管,35KV侧套管,220KV避雷器 示意图

12、：,110KV独立CT 示意图：,变电站线路开关,变电站线路电压互感器,变电站线路耦合电容,电抗器,隔离刀闸,电缆头,穿墙套管,正常运行的电力设备，由于电流、电压的作用，将产生发热。这些发热的形式是多种多样的，主要存在下列三种方式：,电阻损耗,按照焦耳定律，电流通过导体存在的电阻将产生热能，其发热功率为： P=Kf I2R（W） 式中：P发热功率（W） I电流强度（A） R电器或载流导体的直流电阻（） Kf附加损耗数 这种发热为电流效应引起的发热。,介质损耗,电气绝缘介质，由于交变电场的作用，使介质极化方向不断改变而消耗电能并引起发热，由此而产生的发热功率为： P=U2C tg（W） 式中：U

13、施加的电压（V） 交变电压角频率 C介质的等值电容（F） tg介质损耗角正切值 这种发热为电压效应引起的发热。,铁心损耗,当在励磁回路上施加工作电压时，由于铁芯的磁滞、涡流而产生的电能损耗并形成发热。,以上三种发热形式，在正常运行的设备中也同样存在，这时设备表现为正常的热分布。若设备出现异常，这些发热机理将加剧或表现异常，则其热分布图像也与正常情况不一样 。,6 电力设备热故障分类,电气设备的外部故障,所谓电力设备的外部故障，主要是指对外界可以直接观测到的设备部位发生的故障。其中又可以分为两种类型 ：,长期暴露在大气中的各种裸露电气接头因接触不良等原因引起的过热故障,磁绝缘子表面污秽,这类故障

14、以局部过热的形态向其周围辐射红外线，可以直接暴露在红外诊断设备的视场范围之内，其红外热像图显现出以故障点为中心的热场分布。所以，检测和诊断都比较容易，能够做到直观且一目了然,产生故障的原因：,设备设计不合理；,安装施工不严格，不符合工艺要求。如连接件的接触表面未除净氧化层及其它污垢；焊接工艺差；或紧固螺母不到位；末拧紧；或者是末加弹簧垫圈；或者是由于连接件内导体不等径；压接工艺等原因；,导线在风力舞动下或者外界引起的振动等机械力作用下，以及线路周期性过载及环境温度的周期性变化，使部件周期冷缩热胀，引起连接松驰,长期裸露在大气环境中工作，因受雨、雪、雾有害气体及酸、碱、盐等腐蚀性尘埃的污染和侵蚀

15、，造成接头表面材料氧化等；,长期运行引起弹簧垫圈老化等。,所谓电力设备的内部故障，主要是指封闭在固体绝缘、油绝缘以及设备壳体内部的电气回路故障和绝缘介质劣化引起的各种故障。,故障出现在电气设备的内部，无法像外部故障那样能够从设备的外部直接检测出来。,根据各种电气设备的内部结构和运行状态，依据传热学理论，分析传导、对流和辐射三种热传递形式沿不同传热路径的作用（多数情况下只考虑导与对流），结合模拟试验、大量现场检测实例的统计分析和解体验证，从电气设备外部显现的温度分布热像图，分析判断与其相关的内部故障。,内部电气连接不良或触头不良故障。如封闭在绝缘盒内的发电机定子线棒接头焊接不良、各种上高压电气设

16、备内部导电体连接不良、断路器触头不良、高压电力电缆出现鼻端连接不良等。此类故障的发热机制与外部故障相同。,220KV少油断路器中间触头接触不良,多油断路器内部触头接触不良,介质损耗增大故障。各种以油作绝缘介质的高压电气设备，一旦出现绝缘介质劣化或进水受潮，都会因介质损耗增加而发热。其发热机制属于电压效应发热，发热功率可用P=U2wctg表示。,耦合电容器介损超标,绝缘老化，开裂或脱落故障。许多高压电气设备中的导电体绝缘材料因材质不佳或运行中老化，引起局部放电而发热；或者因老化、开裂或脱落，引起绝缘性能劣化或进水受潮，这种故障发热也属于电压效应发热。,硅橡胶增爬伞裙套与瓷套粘接不良，污湿状况下，

17、伞裙套和瓷套间局部放电,涡流损耗（铁损）增大性故障。对于由绕组线圈或磁路组成的高压电气设备，由于设计不合理、运行不佳和磁回路不正常引起的磁滞、磁饱和与漏磁；或者由于铁芯片间绝缘破损，造成短路时，均可引起局部发热或铁制箱体发热。其发热机制为铁损或涡流损耗发热。,电压分布不均匀或泄漏电流过大性故障。,变压器漏磁,电场不均匀，电缆屏蔽层发热,缺油故障。油浸高压电气设备由于漏油而造成油位低下，严重者可引起油面放电，并导致表面温度分布异常。这种热特征，除放电时引起发热外，主要是由于设备内部油面上下介质的热物性不同所致。,高压套管缺油,特殊运行方式。过负荷或电压变化过大、单相运行等引起的故障，或者冷却系统

18、设计不合理与堵塞、散热条件差等引起的故障。,散热器阀门未开,6.3 安全要求,6.4 环境要求,一般检测要求 被检设备是带电运行设备，应尽量避开视线中的封闭遮挡物，如门和盖板等； 环境温度一般不低于5，相对湿度一般不大于85%；天气以阴天、多云为宜，夜间图像质量为佳；不应在雷、雨、雾、雪等气象条件下进行，检测时风速一般不大于5m/s（现场观察可参照附录D）； 户外晴天要避开阳光直接照射或反射进入仪器镜头，在室内或晚上检测应避开灯光的直射，宜闭灯检测； 检测电流致热型设备，最好在高峰负荷下进行。否则，一般应在不低于30%的额定负荷下进行，同时应充分考虑小负荷电流对测试结果的影响。,精确检测要求

19、除满足一般检测的环境要求外，还满足以下要求： 风速一般不大于0.5m/s； 设备通电时间不小于6h，最好在24h以上； 检测期间天气为阴天、夜间或晴天日落2h后； 被检测设备周围应具有均衡的背景辐射，应尽量避开附近热辐射源的干扰，某些设备被检测时还应避开人体热源等的红外辐射； 避开强电磁场，防止强电磁场影响红外热像仪的正常工作。,6.5 操作方法,一般检测 仪器在开机后需进行内部温度校准，待图像稳定后即可开始工作。 一般先远距离对所有被测设备进行全面扫描，发现有异常后，再有针对性的近距离对异常部位和重点被测设备进行准确检测。 仪器的色标温度量程宜设置在环境温度加10K20K左右的温升范围。 有

20、伪彩色显示功能的仪器，宜选择彩色显示方式，调节图像使其具有清晰的温度层次显示，并结合数值测温手段，如热点跟踪、区域温度跟踪等手段进行检测。 应充分利用仪器的有关功能，如图像平均、自动跟踪等，以达到最佳检测效果。 环境温度发生较大变化时，应对仪器重新进行内部温度校准，校准方法按仪器的说明书进行。 作为一般检测，被测设备的辐射率一般取0.9左右。,精确检测 检测温升所用的环境温度参照体应尽可能选择与被测设备类似的物体，且最好能在同一方向或同一视场中选择。 在安全距离允许的条件下，红外仪器宜尽量靠近被测设备，使被测设备（或目标）尽量充满整个仪器的视场，以提高仪器对被测设备表面细节的分辨能力及测温准确度，必要时，可使用中、长焦距镜头。线路检测一般需使用中、长焦距镜头。 为了准确测温或方便跟踪，应事先设定几个不同的方向和角度，确定最佳检测位置，并可作上标记，以供今后的复测用，提高互