利用紅外檢測(cè)技術(shù)判斷電氣火災(zāi)隱患

摘要：近些年來(lái)，電氣火災(zāi)的發(fā)生率呈上升勢(shì)頭，極大的危及了人民的生命安全，造成了社會(huì)財(cái)富的巨大損失。紅外檢測(cè)技術(shù)能夠有效的檢測(cè)和判定電氣火災(zāi)隱患的部位和嚴(yán)重程度，有利于及時(shí)采取措施，防止和杜絕電氣火災(zāi)的發(fā)生。這種檢測(cè)技術(shù)以其簡(jiǎn)單、快捷、準(zhǔn)確、安全等優(yōu)點(diǎn)正在防火檢查中發(fā)揮著重要的作用。

主題詞：紅外檢測(cè)　 電氣火災(zāi)隱患   檢測(cè)   判定

1、引言

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展和人民生活水平的提高，各種電氣設(shè)備的與日俱增，使得在電氣產(chǎn)品質(zhì)量、工程設(shè)計(jì)施工安裝和運(yùn)行管理等方面存在的諸多問(wèn)題，最終集中表現(xiàn)為電氣設(shè)備和線(xiàn)路運(yùn)行中存在某些電氣事故隱患和電氣火災(zāi)隱患，極易釀成火災(zāi)，造成慘重的財(cái)產(chǎn)損失和重大的人員傷亡。因此，在防火檢查中，對(duì)電氣設(shè)備和線(xiàn)路進(jìn)行電氣安全檢測(cè)，判定電氣火災(zāi)隱患的存在部位和嚴(yán)重程度，及時(shí)采取措施排除隱患，可以有效地防止和減少電氣火災(zāi)的發(fā)生。紅外檢測(cè)技術(shù)就是電氣安全檢測(cè)的一種重要手段。

紅外檢測(cè)技術(shù)是以紅外物理學(xué)，紅外光電子學(xué)，和電子計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興的綜合性技術(shù)，它廣泛應(yīng)用于軍事、冶金、電力、石化、醫(yī)藥等多個(gè)領(lǐng)域。近幾年，在電氣消防安全檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)電氣火災(zāi)隱患，防止和減少電氣火災(zāi)事故方面也取得了顯著的成效。

2、紅外檢測(cè)技術(shù)的原理

紅外線(xiàn)是一種電磁波，它的波長(zhǎng)范圍為0.76-1000μm，不為人眼所見(jiàn)。任何溫度高于絕對(duì)零度（-273.15℃）的物體，都會(huì)不斷地發(fā)射紅外輻射。根據(jù)斯蒂芬—玻爾茲曼定律，溫度為 T的物體，單位面積所發(fā)射的輻射功率是

P=εσT4                                                                   （1）

其中：P—單位面積輻射功率，（w）；

ε—物體表面發(fā)射率；

σ—斯蒂芬—玻爾茲曼常數(shù)，其數(shù)值為5.673×10-8W/(m2K4)；

T—物體表面溫度，（K）。

從上式可知，物體的表面溫度越高，單位面積的輻射功率就越大。當(dāng)已知物體的表面溫度和它的發(fā)射率時(shí)，按上式就可計(jì)算出物體的輻射功率。反之，如果測(cè)定了物體所發(fā)射的輻射功率，就可以利用上式確定物體表面的溫度。

我們知道電氣設(shè)備在正常運(yùn)行時(shí)，均會(huì)發(fā)熱升溫，在電氣故障形成和發(fā)展過(guò)程中，絕大多數(shù)都與發(fā)熱升溫緊密相連。用戶(hù)使用電氣設(shè)備過(guò)程中，導(dǎo)電回路部分存在大量的接頭、觸頭或連接件，如果導(dǎo)電回路連接處發(fā)生故障，就會(huì)引起接觸電阻過(guò)大，當(dāng)負(fù)荷電流通過(guò)時(shí)，必然導(dǎo)致局部過(guò)熱；如果電氣設(shè)備的絕緣層出現(xiàn)老化或破損，將造成絕緣介質(zhì)損耗過(guò)大，在運(yùn)行電壓的作用下，會(huì)產(chǎn)生過(guò)熱；另外，隨意裝接用電設(shè)備，也會(huì)使導(dǎo)線(xiàn)因載流量過(guò)大而出現(xiàn)過(guò)熱現(xiàn)象。這些過(guò)熱處就成為電氣火災(zāi)隱患。紅外檢測(cè)儀器可以檢測(cè)到這種過(guò)熱型火災(zāi)隱患發(fā)射出的紅外輻射能量，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)的電信號(hào)處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，最后再經(jīng)成像裝置得到與物體表面溫度相對(duì)應(yīng)的熱像圖，確定過(guò)熱點(diǎn)位置和溫度。這就是紅外檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)電氣火災(zāi)隱患的依據(jù)。

3、紅外檢測(cè)儀器

紅外檢測(cè)儀器多種多樣，目前在我國(guó)消防工作中普遍應(yīng)用的有三類(lèi)，即紅外測(cè)溫儀;紅外熱電視；紅外熱像儀。

4、電氣火災(zāi)隱患檢測(cè)和判斷方法

紅外檢測(cè)技術(shù)主要應(yīng)用于過(guò)熱型火災(zāi)隱患的檢測(cè)和判定。

4．1電氣火災(zāi)隱患的檢測(cè)

電氣火災(zāi)隱患的檢測(cè)過(guò)程一般為四個(gè)步驟：

（1）使用紅外熱電視或熱像儀對(duì)一般的電氣設(shè)備和線(xiàn)路進(jìn)行全面掃描普遍檢查，發(fā)現(xiàn)其異常發(fā)熱部位。對(duì)重點(diǎn)電氣設(shè)備和線(xiàn)路的發(fā)熱部位攝取熱像圖。

（2）用紅外熱溫儀對(duì)異常發(fā)熱部位進(jìn)行測(cè)溫。測(cè)溫時(shí)，應(yīng)首先正確選擇被測(cè)物體的表面發(fā)射率，選擇適當(dāng)?shù)膮⒄瘴锎_定環(huán)境溫度，鍵入環(huán)境溫度，相對(duì)濕度和測(cè)量距離等補(bǔ)償參數(shù)并選取適當(dāng)?shù)臏囟确秶?/span>

對(duì)同一測(cè)量對(duì)象應(yīng)從不同的方位進(jìn)行測(cè)量找出最高發(fā)熱點(diǎn)的溫度值，對(duì)不同的測(cè)量對(duì)象進(jìn)行測(cè)溫時(shí)應(yīng)保持距離一致和方位一致。

（3）記錄異常發(fā)熱電氣設(shè)備的實(shí)際負(fù)載電流、發(fā)熱部位的表面溫度以及環(huán)境溫度。

（4）利用計(jì)算機(jī)對(duì)熱像圖的溫度場(chǎng)進(jìn)行分析處理。

4．2電氣火災(zāi)隱患的判定方法

（1）溫度判斷法

根據(jù)紅外測(cè)溫儀測(cè)得的電氣裝置發(fā)熱部位的表面溫度，同時(shí)考慮負(fù)載率和連接部分接觸電阻的情況，分析可能存在電氣火災(zāi)隱患。

必要時(shí)按照以下的公式將實(shí)際負(fù)載下的溫度（或溫升）折合到滿(mǎn)載情況下的溫度（或溫升）加以分析和判斷。滿(mǎn)載情況下溫度te的理論值按下式計(jì)算：

  te=t(Ie/I)2                                       （2）

其中：Ie—額定負(fù)載電流,（A）；

      te—額定負(fù)載電流下的最高允許溫度,（℃）；

      I—實(shí)際負(fù)載電流,（A）；

      T—實(shí)際負(fù)載電流下的溫度,（℃）。

凡是溫度（或溫升）較高，接近甚至超過(guò)該類(lèi)電氣裝置長(zhǎng)期工作的最高允許溫度（或溫升）值規(guī)定的，均可判斷為過(guò)熱型電氣火災(zāi)隱患。

（2）相對(duì)溫差法

此法是為排除負(fù)荷及環(huán)境溫度不同時(shí)對(duì)紅外判斷結(jié)果的影響而提出的。當(dāng)環(huán)境溫度低，尤其是負(fù)荷電流小的情況下，設(shè)備的溫度值并沒(méi)有超過(guò)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，但大量事實(shí)證明此時(shí)的溫度值并不能說(shuō)明該設(shè)備沒(méi)有缺陷或故障存在，往往在負(fù)荷增長(zhǎng)之后，或環(huán)境溫度上升后，就會(huì)引發(fā)設(shè)備事故，形成電氣火災(zāi)隱患。故對(duì)電流型設(shè)備還可采用“相對(duì)溫差”法來(lái)判別隱患存在與否。

“相對(duì)溫差”是指設(shè)備狀況相同或基本相同（指設(shè)備型號(hào)、安裝地點(diǎn)、環(huán)境溫度、表面狀況和負(fù)荷電流等）的兩個(gè)對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)之間的溫差，與其中較熱測(cè)點(diǎn)溫升的比值，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為

      Δτ (%)=(τ1-τ2)/τ1×100(%)                              （3）

其中：τ1—溫度較高測(cè)點(diǎn)的溫升，（℃）；

τ2—溫度較低測(cè)點(diǎn)的溫升，（℃）。

通常，當(dāng)Δτ≥35%時(shí)，就可以診斷該設(shè)備存在缺陷，應(yīng)予以跟蹤監(jiān)測(cè)，必要時(shí)要安排計(jì)劃?rùn)z修。

（3）同類(lèi)比較法

同類(lèi)比較法是指在同類(lèi)設(shè)備之間進(jìn)行比較，所謂“同類(lèi)”設(shè)備的含義是指同一回路的同型設(shè)備和同一設(shè)備的三相，即它們的工況、環(huán)境溫度相同可比時(shí)的同型設(shè)備，通常也稱(chēng)做“縱向比較”和“橫向比較”。具體作法就是對(duì)同類(lèi)設(shè)備的對(duì)應(yīng)部位溫度值進(jìn)行比較，可以比較容易地判斷出設(shè)備是否正常。在進(jìn)行同類(lèi)比較時(shí)，要注意不能排除有三相設(shè)備同時(shí)產(chǎn)生熱故障的可能性，雖然這種情況出現(xiàn)的幾率相當(dāng)?shù)汀Ｍ?lèi)比較法適用范圍廣，包括電流型和電壓型設(shè)備，也包括對(duì)內(nèi)、外部故障的診斷。

4．3案例分析

案例1  高溫?zé)艟呔嚯x可燃物過(guò)近，存在過(guò)熱型電氣火災(zāi)隱患。

 對(duì)某劇院進(jìn)行電氣消防安全檢查，發(fā)現(xiàn)碘鎢燈距離幕布不足0.5米，在開(kāi)燈不足10分鐘后，經(jīng)紅外測(cè)溫儀測(cè)得幕布溫度已經(jīng)達(dá)98℃，如果烘烤時(shí)間再長(zhǎng)，達(dá)到幕布燃點(diǎn)，將會(huì)引燃幕布，可能發(fā)生一場(chǎng)危害極大的電氣火災(zāi)。

案例2  接觸不良造成電氣設(shè)備連接部位過(guò)熱，形成火災(zāi)隱患。

圖1為消防安全檢查中，對(duì)某單位電氣線(xiàn)路進(jìn)行檢查是利用紅外熱成像儀攝得的典型的接頭發(fā)熱圖像，其中最亮點(diǎn)測(cè)得溫度為86.6℃。該點(diǎn)溫度超過(guò)規(guī)范中規(guī)定的導(dǎo)線(xiàn)最高允許溫度，經(jīng)進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)系接線(xiàn)不牢所致。                             

案例3  日光燈鎮(zhèn)流器過(guò)熱形成火災(zāi)隱患。

圖2—a.b某大學(xué)進(jìn)行電氣安全檢測(cè)中，紅外測(cè)溫儀測(cè)得熒光燈鎮(zhèn)流器溫度達(dá)132℃，已超過(guò)鎮(zhèn)流器的正常工作的最高允許溫度值，已構(gòu)成高溫隱患。應(yīng)立即更換鎮(zhèn)流器。

案例4  空氣開(kāi)關(guān)故障接線(xiàn)端子高溫形成火災(zāi)隱患。

圖3—a.b為江蘇省某電氣消防檢測(cè)站對(duì)南京某醫(yī)院進(jìn)行安全檢測(cè)時(shí)攝得的配電房紅外檢測(cè)圖和現(xiàn)場(chǎng)圖，配電柜右側(cè)一空氣開(kāi)關(guān)A相上接線(xiàn)端子溫度高達(dá)108℃，明顯高于其它兩相端子的溫度，為端子壓接不實(shí)所致，重新壓接端子，消除高溫隱患。

5、結(jié)束語(yǔ)

紅外檢測(cè)技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)。如測(cè)試時(shí)不接觸用電設(shè)備，不影響受檢單位的正常工作，能夠準(zhǔn)確、直觀(guān)地顯示電氣火災(zāi)隱患部位和嚴(yán)重程度，且可以進(jìn)行計(jì)算機(jī)分析，科學(xué)地做出電氣火災(zāi)隱患診斷結(jié)論，操作簡(jiǎn)便，檢測(cè)速度快，工作效率高，安全性強(qiáng)，檢測(cè)時(shí)可與用電設(shè)備保持安全距離，適用范圍廣，可用于各類(lèi)型用電設(shè)備及配電線(xiàn)路的檢查等等。但是，由于紅外檢測(cè)儀器測(cè)量的都是物體的表面溫度，而電氣設(shè)備內(nèi)部的溫度因結(jié)構(gòu)復(fù)雜不能準(zhǔn)確地測(cè)出，所以必須與其他測(cè)量技術(shù)和科學(xué)方法結(jié)合起來(lái)才能更好地發(fā)揮它的作用。另外，紅外檢測(cè)技術(shù)主要針對(duì)過(guò)熱型火災(zāi)隱患的檢測(cè)，對(duì)于電火花型電氣火災(zāi)隱患應(yīng)采取超聲波檢測(cè)。

紅外檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)已發(fā)展成一門(mén)倍受矚目的高新技術(shù)，隨著社會(huì)生產(chǎn)與生活現(xiàn)代化的加快進(jìn)程，作為電氣防火不可缺少的檢測(cè)手段，紅外探測(cè)技術(shù)必將得到更加廣泛的應(yīng)用。