一種模擬故障電弧作用下的電纜受熱及燃燒特性測試裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電纜受熱、燃燒與電纜火災安全領域，更具體的說，涉及一種模擬故障電弧作用下的電纜受熱及燃燒特性測試裝置。
【背景技術】
[0002]電纜技術的長足發(fā)展與廣泛應用，給生產生活水平及國民經濟的發(fā)展提供了重要保障。作為電纜重要構成部分的包層材料:如填充層、絕緣層、內護套層、外護套層等絕緣材料通常是由熱塑性高分子聚合物(常見的有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等)加工而成。這些材料往往本身具有可燃性，除增加應用場所的火災荷載外，熱塑性包層材料在受熱后(如電纜短路、發(fā)生故障電弧或受外部炙烤等)還存在軟化變形，一旦被高溫引燃，燃燒過程中將持續(xù)向下方滴落熔融的液態(tài)可燃物，形成液體池火燃燒等復雜火蔓延現象。
[0003]在電纜火災事故中，故障電弧一直以來都是不可忽視的主要因素之一，若故障電弧未被及時發(fā)現而保持長時間存在，將伴隨熱量的聚集，促使電纜包層材料發(fā)生裂解并在電極間形成碳化通道，最終引發(fā)高能弧光放電、產生電纜明火燃燒從而引發(fā)火災。有關電纜火災燃燒特性方面的研究，國際電工委員會ICE(Internat1nal ElectrotechnicalCommiss1n)對此出臺過相關行業(yè)測試標準ICE60332-1、ICE60332-2、ICE60332-3。該系列標準主要針對的是單根或成束電纜，總體方法是將電纜試樣豎直放置，在底部用外部火源進行引燃，從而模擬電纜的豎向火蔓延燃燒過程，并通過火焰蔓延距離、熄滅時間等參數來衡量該電纜試樣的耐熱耐火性能。美國保險商實驗室UL(Underwriter LaboratoriesInc.)曾推行過一套故障電弧斷路保護器的安全測試標準UL1699，其中提到的故障電弧發(fā)生器可以在參考用電回路中產生可控的故障電弧，以此測試電弧對回路中電壓、電流參數的影響。然而對于研究故障電弧的熱作用，以及對于研究故障電弧引發(fā)電纜火災的機理而言，上述測試方法存在明顯局限性:首先電纜在空間的布設方式上較為單一，不能完全反映現實中電纜的復雜布設情況；其次，電纜的引燃通常采用外部局部明火引燃方式，這與由故障電弧引燃在火災動力學方面截然不同；而目前針對故障電弧作用主要集中于對電纜回路中電氣特性參數的影響，而針對電弧熱效應的報道仍較為鮮見，因此現有的測試方法并不能滿足對電纜故障電弧火災行為的深入定量分析。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是提出一種可控人工故障電弧作用下，處于通電狀態(tài)電纜受熱及燃燒特性的研究方法與測試裝置，通過對電弧功率、弧柱形狀的控制，確定不同空間傾角電纜試樣在電弧熱作用下熱解、燃燒、火蔓延等過程的狀態(tài)發(fā)展模式及臨界條件。
[0005]本發(fā)明采用的技術方案為:一種模擬故障電弧作用下的電纜受熱及燃燒特性測試裝置，包括:
[0006]—電路結構部分，其包括一個交流動力電電源，該交流動力電電源通過一個電流接觸器依次串聯(lián)一個可調電阻，一個電流計，并利用導電夾A和導電夾B分別串接一段電纜試樣A、B ;所述電纜試樣A、B的兩端分別并聯(lián)接入一個電壓計；沿該電纜試樣走向布置一組熱電偶陣列，其中包含復數個支熱電偶；該電纜試樣A、B兩端用耐火石棉繩固定于一個電纜測試平臺之上，且處于繃直狀態(tài)；
[0007]所述電纜測試平臺包括一電纜槽架，該電纜槽架的兩側中部開有相向、同軸的兩個圓孔，用于插入圓柱形轉軸；所述圓柱形轉軸長度稍長于所述同軸的兩個圓孔間垂直距離；插入該轉軸后，在圓柱形轉軸的兩端分別連接兩塊相同尺寸的金屬圓板，并使所述金屬圓板與所述轉軸保持同軸，以此將所述圓柱形轉軸與所述電纜槽架鉚接在一起；
[0008]所述兩塊金屬圓板底部分別連接兩組可調支架，其中一組該可調支架由一塊豎直的長方形金屬板和一塊圓弧形金屬量角尺焊接而成，該組可調支架的圓弧形金屬量角尺部分以所述轉軸的端部為圓心，每隔一定角度標注一個刻度，并在相應刻度處打上圓形孔；所述兩組可調支架的下部留有一排豎直、等間距的小圓孔；所述兩組可調支架下方連接底座，該底座的上部同樣留有一排豎直、等間距的小圓孔，與所述可調支架的小圓孔通過螺釘進行鎖固；
[0009]所述底座置于一塊硬質硅酸鈣板上，該硅酸鈣板再置于一臺電子天平之上；在所述電纜試樣A、B的正下方和所述硅酸鈣板上方水平放置一熔滴槽，該熔滴槽又置于一支架上；該支架與所述硅酸鈣板之間不發(fā)生物理接觸；
[0010]所述電纜試樣A、B段的剖切面處的兩段金屬內導體芯接入一個電弧起弧器，所述電弧起弧器包含兩個相向的“L”形銅柱A和銅柱B ;所述電纜試樣A段剖切面處的內導體芯A纏繞于銅柱A的頂部，所述電纜試樣B段剖切面處的內導體芯B纏繞于銅柱B的頂部，同時保持A、B銅柱的“L”短邊與電纜試樣A、B段處于同軸狀態(tài)；所述銅柱A的“L”長邊頂端連接一個陶瓷夾緊件，該陶瓷夾緊件通過一顆鎖固螺釘卡緊于一塊金屬標尺上，所述銅柱B的“L”長邊頂端連接一個陶瓷滑塊，該陶瓷滑塊同樣嵌套于所述金屬標尺上；所述陶瓷滑塊另一側連接一塊絲杠螺母，該絲杠螺母中穿過與此相匹配的精密絲杠，所述精密絲杠的一端連接一個步進電機的軸，該步進電機也固定于所述金屬標尺上，同時該金屬標尺的一端呈掛鉤狀，便于安裝在所述電纜槽架中；所述電纜試樣的附近安裝若干臺攝像機，用于從多個角度記錄電纜受熱、燃燒行為的物理圖像信息。
[0011]2.根據權利要求1所述的一種模擬故障電弧作用下的電纜受熱及燃燒特性測試裝置，其特征在于:所述交流動力電電源用于提供所述電纜試樣回路所需的電壓，通過所述可調電阻的調節(jié)，并利用所述電流計和電壓計對所述電纜試樣的相關參量進行實時監(jiān)測，最終達到測試所要求的初始電路參數條件。
[0012]在一較佳實施例中:所述沿電纜走向布設的熱電偶陣列測量的是所述電纜試樣在若干特征位置上的溫度變化；所述熱電偶的探頭可根據需要在電纜試樣的半徑方向插入不同的深度；也可不接觸電纜試樣，而測量其周圍空間溫度場變化。
[0013]在一較佳實施例中:所述電纜槽架的空間夾角由所述可調支架的圓弧形金屬量角尺確定，并通過一個特制金屬插銷同時插入圓弧形金屬量角尺上對應角度的圓形孔以及電纜槽架上預留的定位孔進行夾角固定；該夾角也是所述電纜試樣與豎直方向的空間夾角。
[0014]在一較佳實施例中:所述可調支架與底座上的一排等間距的小圓孔所起用于調節(jié)可調支架的高度，并配合螺釘進行鎖固。
[0015]在一較佳實施例中:所述銅柱A和銅柱B的“L”短邊的端點觸頭在初始情況下處于完全接觸并貼合的狀態(tài)，當需要產生電弧時，通過所述電弧起弧器的所述步進電機控制所述陶瓷滑塊后移，以逐漸精確拉開銅柱A、B觸頭的距離；由于該距離通常較短，因此不會對電纜整體的形變產生影響。
[0016]在一較佳實施例中:所述電子天平測量的是上方電纜試樣在電弧作用下受熱或燃燒過程中的質量損失情況，不包括所述熔滴槽中電纜包層材料熔融滴落物質的質量變化。
[0017]在一較佳實施例中:所述各個測點上布設的熱電偶以及所使用的電流計、電壓計、電子天平等，其測量信號均接入數據采集卡，并通過計算機軟件進行在線數據采集
[0018]與現有技術相比，本裝置的技術優(yōu)勢如下:
[0019](I)布設于所述電纜試樣或周圍的熱電偶陣列，可在線測量電纜試樣在電弧熱作用下典型位置的溫度變化及溫度梯度推進，并反演電纜包層材料