20061129红外检测诊断技术在电力系统的应用
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
全发射率。
通常，根据光谱发射率随波长的变化形式，可把实际 物体分成两类： 灰体－光谱发射率与全发射率相等； 选择性辐射体－光谱发射率随着波长的变化而变化。
10
1.3 发射率及其对设备状态信息检测的影响 由于不同物体的光谱发射率ε（λ，T）和全发射率ε（T） 值不尽相同，即使在温度和表面积都一样的情况下，它们的辐 射功率也并非相同。这给应用红外辐射测温和设备状态信息红 外监测带来不确定性。为了解决这个问题，必须了解被测设备 表面的发射率，以便对检测结果进行修正。
I I 0 cos
Iθ为在与辐射表面法线夹角为θ方向上的辐射强度，I0为θ ＝0时的辐射强度。 该定律表明，黑体在辐射表面法线方向的辐射最强。 在实际做红外检测时，应尽可能选择在被测表面法线方 向进行。如果在与法线成θ角方向检测，则接受到的红外 辐射信号将减弱成法线方向最大值的cosθ倍。
该定律描述黑体单位表面积向整个半球空间发射的所 有波长的总辐射功率Mb（T）（简称全辐射度）随其温度 的变化规律，其数学形式可由普朗克辐射定律对波长在 0~∞范围内积分得到。
C1 4 M b (T ) M b (T )d 4 T T 4 15 C2 0
4
σ称为斯蒂芬-玻耳兹曼常数，σ＝5.6697x10-8W/(m2K4)。
该定律表明，凡是温度高于开氏零度的物体，都会 自发向外辐射红外热辐射，而且黑体单位表面积发射的 总辐射功率与开氏温度的四次方成正比，当温度有较小 变化，将会引起物体发射的辐射功率有很大变化。
6
1.2.1.3 辐射的空间分布规律－朗伯余弦定律
该定律指出，黑体在任意方向上的辐射强度和该方向 与辐射表面法线夹角的余弦成正比，即
7
1.2.1.4 辐射光谱的移动规律－维恩位移定律 为了确定黑体光谱辐射度极大值相对应的波长λm（也 称峰值辐射波长）与温度之间的关系，可将普朗克辐射定律 对波长λ求微商，并令其为零，可解得到
2897.8 m ( m) T
该定律表明，物体越热，其最大辐射波长越短。
8
1.2.2 实际物体的红外辐射规律 黑体的辐射光谱和强弱只与温度和波长有关，然而 实际物体辐射量除依赖于温度和波长外，还与其材料性 质和表面状态等因素有关。但只要引入一个随材料性质 和表面状态变化的辐射系数，则黑体辐射的4个基本定律 可应用于实际物体，从而使得对实际物体辐射规律的研 究大大简化。这个辐射系数称为该实际物体的发射率 （又常称为黑度），定义为实际物体与同温度黑体辐射 性能之比。这样，实际物体的辐射规律可表示为如下形 式： 实际物体在T(K)温度下的光谱辐射度Mλ(T)为
式中，c为真空中的光速，c=108m/s； h为普朗克常数，h=6.6256x10－34W/s2； k为玻耳兹曼常数，k=1.38054x10－23Ws/K； C1为第一辐射常数； C2为第二辐射常数 该定律给出了黑体在温度为T（K）时的辐射光谱分 布特征。
5
1.2.1.2 黑体辐射功率随温度的变化规律－ 斯蒂芬-玻耳兹 曼定律
M (T ) ( , T ) M b (T ) ( , T )C15 [exp( C2 / T ) 1]1
9
实际物体在T(K)温度下的全辐射度M(T)为
M (T ) (T ) M b (T ) (T )T 4
( , T )和 (T )分别为该实际物体在T ( K )时的光谱发射率和
被检测设备表面的发射率可用实验方法直接测得。一般是 从文献中查找相应的发射率参考值，但要注意表面状态对发射 率的影响。 下面定性介绍影响发射率大小的各种因素。
11
1.3.1 不同材料性质的影响
不同性质的材料因对辐射的吸收或透射性能各异，因 此它们的发射性能也应不同。这里讲的不同性质的材料， 不仅指材料的化学组分和化学性质的差异，也包括材料的 物理性质和内部结构（如表面层结构和结晶状态等）的差 异。例如绝大多数纯金属表面的发射率都很低，而绝大多 数非金属材料（尤其是金属氧化物）红外光谱区的发射率 都很高。当温度低于300K时，金属氧化物的发射率一般 大于0.8。
3
1.2 红外辐射的发射及其规律 1.2.1 黑体的红外辐射规律 “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（即全部吸收）的物体。 自然界中实际存在的任何物体对不同波长的入射辐射都 有一定的反射（吸收率不等于1），所以，黑体只是一种理 想化的物体模型。但是黑体热辐射的基本规律是红外研究及 应用的基础，它揭示了黑体发射的红外辐射随温度及波长而 变化的定量关系。
一、电力设备故障红外检测诊断原理
二源自文库电力设备发热机理
三、故障发热对电力设备的危害
四、电力设备故障红外检测诊断方法
五、电力设备红外检测注意事项
六、电力设备红外检测典型图谱实例
七、红外检测诊断技术的局限性
1
一、电力设备故障红外检测诊断原理
2
1.1 电力设备故障红外检测与诊断概念
理论分析和实验研究表明，任何温度高于绝对零度（－ 273℃）的物体，表面都在不断地辐射红外线。红外线的电 磁波长范围为0.78～1000µm。许多对可见光（电磁波长范 围为0.38～0.78µm）透明的介质，对红外线却不透明。 红外成像设备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。其图象反映物体表面的红外辐射场，即温 度场。 电力设备的许多故障表现为设备热状态异常。红外检测 与诊断就是利用红外成像设备探测被诊断设备表面的红外辐 射信号，获得设备的热状态特征，并根据这种热状态特征及 适当的判断依据，做出设备有无故障及故障属性、出现位置 和严重程度的诊断判别。
下面介绍其中的四个基本定律。
4
1.2.1.1 黑体辐射的光谱分布规律－普朗克辐射定律 一个绝对温度为T（K）的黑体，其单位表面积在波长 λ 附近的单位波长间隔内，向整个半球空间发射的辐射功 率（简称为光谱辐射度）Mλb（T）与波长λ 、温度T满足 下列关系
M b (T )
2hc 2
5
1 C15 [exp( C2 / T ) 1]1 exp( hc / kT ) 1
通常，根据光谱发射率随波长的变化形式，可把实际 物体分成两类： 灰体－光谱发射率与全发射率相等； 选择性辐射体－光谱发射率随着波长的变化而变化。
10
1.3 发射率及其对设备状态信息检测的影响 由于不同物体的光谱发射率ε（λ，T）和全发射率ε（T） 值不尽相同，即使在温度和表面积都一样的情况下，它们的辐 射功率也并非相同。这给应用红外辐射测温和设备状态信息红 外监测带来不确定性。为了解决这个问题，必须了解被测设备 表面的发射率，以便对检测结果进行修正。
I I 0 cos
Iθ为在与辐射表面法线夹角为θ方向上的辐射强度，I0为θ ＝0时的辐射强度。 该定律表明，黑体在辐射表面法线方向的辐射最强。 在实际做红外检测时，应尽可能选择在被测表面法线方 向进行。如果在与法线成θ角方向检测，则接受到的红外 辐射信号将减弱成法线方向最大值的cosθ倍。
该定律描述黑体单位表面积向整个半球空间发射的所 有波长的总辐射功率Mb（T）（简称全辐射度）随其温度 的变化规律，其数学形式可由普朗克辐射定律对波长在 0~∞范围内积分得到。
C1 4 M b (T ) M b (T )d 4 T T 4 15 C2 0
4
σ称为斯蒂芬-玻耳兹曼常数，σ＝5.6697x10-8W/(m2K4)。
该定律表明，凡是温度高于开氏零度的物体，都会 自发向外辐射红外热辐射，而且黑体单位表面积发射的 总辐射功率与开氏温度的四次方成正比，当温度有较小 变化，将会引起物体发射的辐射功率有很大变化。
6
1.2.1.3 辐射的空间分布规律－朗伯余弦定律
该定律指出，黑体在任意方向上的辐射强度和该方向 与辐射表面法线夹角的余弦成正比，即
7
1.2.1.4 辐射光谱的移动规律－维恩位移定律 为了确定黑体光谱辐射度极大值相对应的波长λm（也 称峰值辐射波长）与温度之间的关系，可将普朗克辐射定律 对波长λ求微商，并令其为零，可解得到
2897.8 m ( m) T
该定律表明，物体越热，其最大辐射波长越短。
8
1.2.2 实际物体的红外辐射规律 黑体的辐射光谱和强弱只与温度和波长有关，然而 实际物体辐射量除依赖于温度和波长外，还与其材料性 质和表面状态等因素有关。但只要引入一个随材料性质 和表面状态变化的辐射系数，则黑体辐射的4个基本定律 可应用于实际物体，从而使得对实际物体辐射规律的研 究大大简化。这个辐射系数称为该实际物体的发射率 （又常称为黑度），定义为实际物体与同温度黑体辐射 性能之比。这样，实际物体的辐射规律可表示为如下形 式： 实际物体在T(K)温度下的光谱辐射度Mλ(T)为
式中，c为真空中的光速，c=108m/s； h为普朗克常数，h=6.6256x10－34W/s2； k为玻耳兹曼常数，k=1.38054x10－23Ws/K； C1为第一辐射常数； C2为第二辐射常数 该定律给出了黑体在温度为T（K）时的辐射光谱分 布特征。
5
1.2.1.2 黑体辐射功率随温度的变化规律－ 斯蒂芬-玻耳兹 曼定律
M (T ) ( , T ) M b (T ) ( , T )C15 [exp( C2 / T ) 1]1
9
实际物体在T(K)温度下的全辐射度M(T)为
M (T ) (T ) M b (T ) (T )T 4
( , T )和 (T )分别为该实际物体在T ( K )时的光谱发射率和
被检测设备表面的发射率可用实验方法直接测得。一般是 从文献中查找相应的发射率参考值，但要注意表面状态对发射 率的影响。 下面定性介绍影响发射率大小的各种因素。
11
1.3.1 不同材料性质的影响
不同性质的材料因对辐射的吸收或透射性能各异，因 此它们的发射性能也应不同。这里讲的不同性质的材料， 不仅指材料的化学组分和化学性质的差异，也包括材料的 物理性质和内部结构（如表面层结构和结晶状态等）的差 异。例如绝大多数纯金属表面的发射率都很低，而绝大多 数非金属材料（尤其是金属氧化物）红外光谱区的发射率 都很高。当温度低于300K时，金属氧化物的发射率一般 大于0.8。
3
1.2 红外辐射的发射及其规律 1.2.1 黑体的红外辐射规律 “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（即全部吸收）的物体。 自然界中实际存在的任何物体对不同波长的入射辐射都 有一定的反射（吸收率不等于1），所以，黑体只是一种理 想化的物体模型。但是黑体热辐射的基本规律是红外研究及 应用的基础，它揭示了黑体发射的红外辐射随温度及波长而 变化的定量关系。
一、电力设备故障红外检测诊断原理
二源自文库电力设备发热机理
三、故障发热对电力设备的危害
四、电力设备故障红外检测诊断方法
五、电力设备红外检测注意事项
六、电力设备红外检测典型图谱实例
七、红外检测诊断技术的局限性
1
一、电力设备故障红外检测诊断原理
2
1.1 电力设备故障红外检测与诊断概念
理论分析和实验研究表明，任何温度高于绝对零度（－ 273℃）的物体，表面都在不断地辐射红外线。红外线的电 磁波长范围为0.78～1000µm。许多对可见光（电磁波长范 围为0.38～0.78µm）透明的介质，对红外线却不透明。 红外成像设备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。其图象反映物体表面的红外辐射场，即温 度场。 电力设备的许多故障表现为设备热状态异常。红外检测 与诊断就是利用红外成像设备探测被诊断设备表面的红外辐 射信号，获得设备的热状态特征，并根据这种热状态特征及 适当的判断依据，做出设备有无故障及故障属性、出现位置 和严重程度的诊断判别。
下面介绍其中的四个基本定律。
4
1.2.1.1 黑体辐射的光谱分布规律－普朗克辐射定律 一个绝对温度为T（K）的黑体，其单位表面积在波长 λ 附近的单位波长间隔内，向整个半球空间发射的辐射功 率（简称为光谱辐射度）Mλb（T）与波长λ 、温度T满足 下列关系
M b (T )
2hc 2
5
1 C15 [exp( C2 / T ) 1]1 exp( hc / kT ) 1