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井下輸電線路超溫監測系統（Underground transmission line temperature monitoring system）（CQUTS）技術最早示范成功是在1981年，Southampton大學在通訊光纖上測試成功。CQUTS系統于1986年正式投入商業化運作，在隨后的時間里，伴隨著光纖通訊的飛速發展，半導體激光器等一系列新技術、新產品的使用使得光纖傳感行業也經歷了前所未有的發展，光纖的本征特性和越來越多成功的案例充分證明光纖分布式測溫系統已成為解決越來越多溫度監測難題、火情預警與探測方面最佳解決方案。
Cakj CQUTS 系統主要由兩部分構成：分布式光纖測溫主機和線性多模感溫光纜。分布式光纖測溫主機內部封裝光器件、激光器、數據處理等部分組成，主要用于整個系統的參數配置、信號采集、信號分析和分析結果輸出等功能。多模感溫光纜作為線型傳感器，光纜內含2根光纖，一根光纜可以長至數公里，甚至數十公里，通過分析光纜內不同位置上的光散射信號得到相應的溫度信息。CQUTS 系統可以準確地測量整根光纖上成千上萬位置點溫度信息，光纖固有的優良特性使得CQUTS系統具有如下優點：
n 在分布式光纖測溫系統中，光纜既是溫度傳感器又是信號傳輸通道，不再需要其它的測量或傳輸裝置；
n 一根光纜能夠提供上萬個測量點的信息，安裝快捷簡便且成本低廉，安裝后長期使用且免維護；
n 光纖具有耐高溫（能夠承受超過1000℃的高溫）、抗腐蝕、抗雷擊和長壽命的特質，適用于各種復雜、有害或惡劣環境；
n 光纖具有抗射頻和抗電磁干擾的特質，適用于高壓場合；
n 光纖具有無靜電、無輻射的特質，不會產生電火花，適用于易燃易爆環境；
n 光纖本身輕細纖柔，體積小，重量輕，不僅便于布設安裝，而且對埋設部位的材料性能和力學參數影響甚小，能實現無損埋設等。
1.2 CQUTS系統應用
n 高壓電纜溫度監測；
n 大型變壓器的溫度監測；
n 油田和天然氣豎井的溫度檢測；
n 各種管道（天然氣、石油等）泄漏監測；
n 建筑物防火監測；
n 大型工廠（化工廠電廠）重點設備（煉爐、煤炭傳送）溫度監測，或生產過程的溫度監測；
n 各種遂道（高速公路、地鐵、鐵路等）防火監測；
n 大壩的泄漏和溫度檢測；
CQUTS系統同時利用單根光纜實現溫度監測和信號傳輸，綜合利用光纖拉曼散射效應（Raman scattering）和光時域反射測量技術（Optical Time-Domain Reflectometry，簡稱OTDR）來獲取空間溫度分布信息。
其中光纖拉曼散射效應（Raman scattering）用于實現溫度測量，光時域反射測量技術（Optical Time Domain Reflectometer）用于實現溫度定位，是近幾年發展起來的一種用于實時測量空間溫度場分布的高科技技術，它能夠連續測量光纖沿線的溫度分布情況，測量距離在可達30公里，空間定位精度達到米的數量級，能夠進行不間斷的自動測量，特別適宜于需要長距離、大范圍多點測量的應用場合。
激光光脈沖射入傳感用的光纖之中，在光脈沖向前的傳播過程中，由于光纖的密度、應力、材料組成、溫度和彎曲變形等原因發生散射現象，有一部分的散射光會按照入射光相反的方向傳播，稱之為背向散射光，返回的背向散射光包括：
n 瑞利（RayLeigh）散射，由光纖折射率的微小變化引起，其頻率與入射光脈沖一致；
n 拉曼（Raman）散射，由光子與光聲子相互作用引起，其頻率與入射光脈沖相差幾十太赫茲；
n 布里淵（Brillouin）散射，由光子與光纖內彈性聲波場低頻聲子相互作用引起。其頻率與入射光脈沖相差幾十吉赫茲；
針對溫度檢測需求，Rayleigh 散射信號對溫度變化不敏感；Brillouin 散射信號的變化與溫度和應力有關，但信號剝離難度大；Raman 散射信號的變化與
溫度有關，而且 Raman 散射信號相對容易獲取和分析，因此工業應用主要采集Raman 散射信號進行溫度分析。Raman散射會產生兩個不同頻率的信號：斯托克斯(Stokes)光（比光源波長長的光）和反斯托克斯(Anti-Stokes)光（比光源波長短的光），光纖受外部溫度的調制使光纖中的反斯托克斯(Anti-Stokes)光強發生變化，Anti-Stokes與Stokes的比值提供了溫度的絕對指示，利用這一原理可以實現對沿光纖溫度場的分布式測量。
光學時域反射技術（OTDR）最初用于評價通信光纖、光纜和耦合器的性能，是用于檢驗光纖損耗、光纖故障的手段。一般將CQDTS測溫原理和定位原理稱為ROTDR，其工作機理是向被測光纖發射光脈沖，發生拉曼散射現象，在光纖中形成背向散射光和前向散射光。其中，背向散射光向后傳播至光纖的起始端（也就是光脈沖的注入端），由于每一個背向傳播的散射光都對應光纖上的一個散射點，因此，根據背向散射光的行進時間便可判斷出光纖上發生散射點的位置。
d=(c×t) / 2 × (IOR)
其中，c是光在真空中的速度，而t是信號發射后到接收到信號（雙程）的總時間，IOR是光纖折射率。
通過采集和分析入射光脈沖從光纖的一端（注入端）注入后在光纖內傳播時產生的 Raman 背向反射光的時間和強度信息得到相應的位置和溫度信息，在得知每一點的溫度和位置信息后，就可以得到一個關于整根光纖的不同位置的溫度曲線。
CQUTS具有自主知識產權，是國內唯一一家能實現30Km長距離監測的高科技企業，可以實現30Km無中繼的連續式溫度監測和火災報警，打破了國外光纖拉曼技術在長距離監測領域的長期技術壟斷。
有別于國內其他廠商的設計水平， CQUTS沿用國際設計理念，根據不同的測量距離定制不同的產品，在充分考慮到可擴展性、設備間的互換性、性價比等基礎上，為不同的客戶量身定制不同的解決方案。
CQUTS提供了一個實時、多對象、多監測點、高精度、高可靠性、費用低廉的解決方案。將光纜直接敷設在待測物表面，在不影響待測物溫度場的情況下，使光纜能直接感觸待測物溫度信息。
標準的分布式光纖測溫系統包括如下組件：
n 多模感溫光纜 ：與分布式光纖測溫主機采用E2000或者FC/APC相連，根據測溫要求和測溫環境具體定制光纜長度、規格；
n 分布式光纖測溫主機：2U標準機箱，機柜式；
n 多路轉換開關：多路轉換開關的型號以通道數目來劃分，最少2個通道，最多16個通道，每個通道接1根光纜；
n 測溫軟件
n 繼電器輸出模塊
n 液晶顯示器
光纖多點測溫應用軟件提供以下主要功能：
n 報警模式：異常溫度變化報警。觸發報警的事件分為以下三種類型：
A) 定溫報警：設定報警閾值，當實測溫度值超過閾值啟動報警；
B) 溫差報警：某個區域最高溫度與最低溫度之間的溫度差值，閾值可設定；
C) 溫差速率報警(基于時間)：報警閾值可設定；
n 報警功能和設置：用戶可以定制報警參數和報警模式，三種報警模式可以單獨或組合使用；
n 系統故障報警：系統自行監視激光強度、檢測光纖健康狀態，實現自我診斷和測試，并及時提示系統故障事件；
n 報警與確認：當報警發生時，系統默認軟件報警，可外接聲光報警器，軟件報警和聲光報警均支持人工復位，報警信息將被自動存作歷史資料。報警信息將按順序顯示，不會被覆蓋或取消，并記錄警報是否已被確認，報警音響可定制。
n 周期性報表：系統將提供自動和手動報表（日/周/月），并允許使用者按具體日期生成報表。具體功能如下：
A) 系統將按照所設定的參數收集和儲存數據。報表將由軟件編輯工具（諸如Excel）生成并自動存檔，使用者還可透過該軟件來定義報表格式；
B) 報表自動生成并自動存檔。報表也可以在指定時段的指定時間自動生成；
C) 所有的報表可自動做成備份至硬盤；
D) 日期和修改將被記錄在所有報表上。
n 2D/3D 曲線圖：系統具有溫度曲線圖顯示功能，可以顯示實時數據或歷史數據。趨勢圖將提供以下功能：
A) 某時段監測對象不同位置的溫度分布曲線；
B) 某天監測對象某點的溫度變化曲線；
C) 某時段監測對象某點的溫度變化曲線；
D) 某天最高溫度變化曲線。
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參數 / Parameter
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規格 / Specifications
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單通道測量距離
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2Km
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4Km
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15Km
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30Km
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溫度精度
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0.5℃
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1℃
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光纖類型
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62.5/125um多模光纖
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50/125um多模光纖
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溫度分辨率
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0.1℃
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測溫范圍
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-200℃ ~ +450℃
【取決于光纖的涂覆材料】
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光通道數量
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1-16
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空間分辨率
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1m
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空間采樣分辨率
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0.25m
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定位精度
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1m
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響應時間
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≥16s
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光纖接口
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FC/APC
E2000
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工作溫度
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0℃~70℃
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工作濕度
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0％RH~95％RH
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功耗
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<40W
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電源
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220VAC，50Hz
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通訊接口
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Ethernet、 USB、RS232、RS485
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數據存儲
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160G硬盤（可擴展），512M內存
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自我診斷 / 遠程控制
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內置自我診斷模塊，防止硬件和軟件死機；
內置遠程控制系統，實現遠程控制和遙測；
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光纖測溫主機是光纖分布式溫度監測系統的核心設備，一方面為現場多模感溫光纜提供激光脈沖信號，另一方面采集散射光信號進行分析，輸出光纜沿線的溫度數據和位置信息。與感溫光纜通過E2000，8°傾角法蘭或者FC/APC法蘭相連，AC 220V供電。
產品特點
n 1M激光等級，光源符合人眼安全標準，避免給操作人員在操作過程中帶來安全隱患；
n 光學器件集成在一個高度集成的光學構件中，該光學構件全面密封，有效防止光學器件出現凝結和灰塵現象，避免光器件出現過早老化，延長系統壽命；
n 溫度測量精度最高可達到±0.5℃，定位精度最高可達到1米，溫度分辨率最高可達到0.1℃；
n 光學通道數固定為1通道，可通過多路轉換開關擴展到16通道；
n 使用國際互聯網通信接口，實現遠程診斷和系統維護升級，使得維護方便，節約維護成本；
n 適應各種傳感光纖，對光纖的適應性較強；
n 火災報警、系統故障報警具有聲、光及圖文界面報警功能，且火災報警信息和故障信息有明顯區別，報警時能明確指示出報警或故障區域，并保持至復位；
n 采用繼電器輸出模塊進行分區報警設置，可根據工程要求實現無限個繼電器報警輸出；
多路轉換開關內部封裝光開關器件，是分布式光纖測溫系統中實現光通道數量擴展主要設備，可擴展至16通道，與光纖測溫主機通過RS232通訊。多路轉換開關為2U機箱設計，可方便地嵌入到機柜中。
繼電器輸出模塊為分布式光纖測溫系統提供多組無源常開干結點繼電器輸出端子，當系統監測到告警信息時，可以立即通過繼電器向通用報警控制器等其他系統輸出閉合信號，通告火災區間，實現系統集成。
為分布式溫度實時監測與信號傳輸載體，外護套上帶長度計米標志，通過E2000，8°傾角法蘭與光纖測溫主機相連，可實現油罐、油管、油井、隧道、電纜等溫度監測，根據測溫需求定制不同長度和不同型號的光纜。
外置式測溫光纜采用2芯多模50/125μm光纜，光纜外護套為高性能的低煙無鹵素阻燃熱塑型材料，測溫光纜具有優良的熱傳導特性、機械性能、防水性能及抗腐蝕特性。
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特性
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參數
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衰減系數
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≤2.9 dB/km（850nm）、≤0.8 dB/km（1300nm）
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帶寬
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≥ 440 MHz/km（850nm）、≥500 MHz/km（1300nm）
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數值孔徑（NA）
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0.2±0.015
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芯徑
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62.5±3mm
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包層直徑
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125±2mm
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涂層直徑
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245 ± 10mm
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光纖數
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2
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管直徑 內/外
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2.0/2.8 mm
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外護套外徑（厚x寬）
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2.5×5 mm
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光纜重量
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25 kg.km-1
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光纜顏色
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阻燃材料，黑色或紅色
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最小彎曲半徑
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最小 15 x D（重復彎曲）
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最大拉力
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2000 N
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最大抗壓力
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400 N/cm
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溫度范圍（運輸，存儲，工作安裝）
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? 25 to + 120°C
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光纜標準
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EN18700,IEC60754,IEC60332-1,IEC61034-1,IEC61034-2,IEC60754-2
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光纖標準
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IEC60793
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電纜及電纜中間接頭、終端頭過熱如不能及時發現和處理，會引發爆炸與火災等惡性事故，是嚴重影響安全生產的因素之一，如果能對電纜運行溫度進行實時的監控，就能提前避免這些事故的發生，將電纜運行的安全隱患消除于萌芽狀態。
此外，環境溫度往往是外力性火災及故障性火災的前兆，可靠的環境溫度監測和及時報警很有意義，可以減少運行中的巡查次數。
CQUTS 系統是一個優秀的線性實時溫度監測技術，可以準確定位（2米以內）發熱點，同時提供預警。為用戶及時排除事故隱患提供了可靠的依據，并為分析原因，提供了可靠的參考。
該系統可以實時顯示并存儲所有監測對象的溫度曲線數據，根據不同區域進行分區管理，管理方式十分靈活，在分區基礎上可以根據實際情況靈活定制報警。
n 電纜運行溫度監測功能：通過實時監測并記錄電纜的運行溫度，積累數據，尋找電纜運行溫度在不同季節和每天不同時段的變化規律，監視電纜的運行狀況，為實行狀態檢修提供依據。
n 電纜運行溫度異常報警功能：通過電纜表面溫度、環境溫度的監測，及時發現電纜運行過程中出現的問題以及運行電纜周圍環境的突變，以便及早采取措施，預防乃至避免電纜故障和其他損失。
感溫光纜安裝在橋架上的，采用pvc或金屬卡箍的方式安裝到傳輸電纜上。橋架內傳輸光纖最小彎曲半徑大于3厘米。橋架內可移動部分的光纖套裝金屬軟管進行保護。纜與纜之間的可移動距離大于0.5米，層間光纖的可移動距離大于1米。系統采用手動光纖回路功能，每光纜采用FC/APC連接器，系統良好時兩端口都可得到正確的測試數值，異常時可以在一定程度上提高系統的可靠性。如需對截面感溫光纜進行維修時可整串拆卸后進行。
6. 設備清單
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序號
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設備名稱
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型號
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數量
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單位
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備注
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1
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光纖測溫主機
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1
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臺
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放置在地面
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2
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測溫光纜
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煤礦井下專用防爆型
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12000
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米
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礦用隔爆型
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3
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光纜分路盒
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PLC1分6
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1
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個
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放置在地面
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4
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光纜接續盒
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防水A型
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6
|
個
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放置在地面
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5
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系統軟件
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1
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套
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放置在地面
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6
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上位機
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1
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臺
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放置在地面
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機柜
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1
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臺
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放置在地面
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7.安裝環境
7.1、安裝地點： 井下輸電線路；
7.2、海拔高度： 0～+1350m；
7.3、環境溫度： 最高+35℃ ；最低2℃；
貯存環境溫度： 最高+41.4℃；最低-28℃；
7.4、濕度： 40～95%（+25℃）；
2.5、瓦斯等級： 高瓦斯礦井。
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