本發(fā)明專利技術(shù)提供一種外部輻射熱流作用下的電纜受熱特性及失效性測試裝置，主要包括電纜測試平臺及相應(yīng)供電回路，所述電纜測試平臺包括待測電纜試樣、電纜固定裝置及輻射加熱電熱絲，所述固定裝置可調(diào)節(jié)電纜的空間夾角，并在其下方設(shè)有質(zhì)量測量裝置，所述供電回路包含參數(shù)可控的電纜供電回路與電熱絲供電回路；通過電纜試樣外部輻射加熱，及其內(nèi)部電流熱效應(yīng)的耦合控制，確定不同空間布置傾角下電纜試樣的受熱、燃燒、火蔓延及最終失效的狀態(tài)發(fā)展模式及臨界條件，從而研究各種電纜在不同熱效應(yīng)作用下的受熱燃燒行為，為電纜耐熱耐火性能測試及分類標(biāo)準(zhǔn)的建立提供依據(jù)。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及電纜受熱行為、耐輻射特性及相關(guān)電纜火災(zāi)安全領(lǐng)域，更具體的說，涉及一種外部輻射熱流作用下的電纜受熱特性及失效性測試裝置。
技術(shù)介紹
電氣線纜及相關(guān)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，給人們生產(chǎn)生活帶來便利的同時，也為國民經(jīng)濟(jì)和工業(yè)水平的發(fā)展提供保障。然而，作為電纜重要構(gòu)成部分的包層(如填充層、絕緣層、內(nèi)護(hù)套層、外護(hù)套層等)絕緣材料往往是由熱塑或熱固性高分子聚合物加工而成，常見的有聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)等。這些材料往往本身具有可燃性，除了增加應(yīng)用場所內(nèi)的火災(zāi)荷載外，熱塑性的包層材料在受熱后(如電纜出現(xiàn)短路、發(fā)生故障電弧或受外部炙烤等)還存在軟化熔融，甚至形成液體池火燃燒等復(fù)雜火蔓延現(xiàn)象，為電氣線纜火災(zāi)的防治帶來了新問題。同時由于從尖端的航空航天到普通的家庭居室，均廣泛涉及到電氣線纜的應(yīng)用，由此所引發(fā)的火災(zāi)事故在我國正逐年增加且高居不下。關(guān)于電纜受熱特性方面的研究，國際電工委員會ICE(Internat1nalElectrotechnical Commiss1n)對此出臺過相關(guān)行業(yè)測試標(biāo)準(zhǔn) ICE60332-1、ICE60332-2、ICE60332-3。該系列標(biāo)準(zhǔn)主要是針對單根或成束的電纜，將電纜試樣豎直放置，在底部用外部火源進(jìn)行引燃，從而模擬電纜火蔓延燃燒過程，并通過蔓延距離、熄滅時間等參數(shù)衡量該電纜試樣的耐熱耐火性能。專利201420152923.4提到一種用于模擬火災(zāi)環(huán)境的塑料電纜熱輻射實驗裝置，是將電纜水平置于一個輻射爐內(nèi)進(jìn)行輻射加熱，以此測試受限空間條件下電纜產(chǎn)品的耐熱性能。目前關(guān)于電纜受熱和燃燒行為的研究方法和裝置中，大都是針對豎直或水平放置的電纜材料，通過外部局部引燃或整體加熱的方法來進(jìn)行電纜的耐熱耐火特性研究。這類方法的一個主要局限性在于:首先電纜在空間的放置方式上較為單一，并不能完全反映現(xiàn)實中電纜的復(fù)雜布設(shè)情況。其次在加熱或引燃方式上，無論是局部明火加熱還是密閉輻射加熱，都無法提供精確的實驗初始條件和邊界條件。另外，目前的研究方法通常針對外部熱量對電纜材料產(chǎn)生的影響(測試中電纜不通電)，而對于內(nèi)部電流異常所引起的發(fā)熱，以及內(nèi)、外熱效應(yīng)耦合作用的研究還比較稀缺。因此現(xiàn)有的測試方法已經(jīng)限制了對電纜熱動力學(xué)發(fā)展及相關(guān)熱失效性規(guī)律的深入定量分析。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提出一種外部輻射熱流作用下，處于通電狀態(tài)電纜受熱特性及失效性的研究方法與測試裝置，通過外部可控輻射加熱，以及內(nèi)部大電流熱效應(yīng)的耦合控制，確定不同空間布置傾角下電纜試樣的受熱、燃燒、火蔓延及最終失效的狀態(tài)發(fā)展模式及臨界條件。本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案為:一種外部輻射熱流作用下的電纜受熱特性及失效性測試裝置，包括一個市電交流電源，該電源通過一個開關(guān)串聯(lián)接入第一調(diào)壓器的輸入端；所述第一調(diào)壓器的輸出端依次串聯(lián)一個可調(diào)電阻，一個電流計，以及一段特定長度的電纜試樣，沿該電纜試樣走向布置一組熱電偶陣列，可包含若干支熱電偶，且在緊貼該電纜試樣表面的位置布置一支熱流計；所述電纜試樣的兩端并聯(lián)接入一個電壓計，同時，該電纜試樣被固定于一個電纜測試平臺上，且處于繃直狀態(tài)；所述電纜測試平臺包括兩個相向、且同軸放置的圓形耐高溫陶瓷端，該陶瓷端中間留有圓形孔洞，用于固定所述電纜試樣的兩端；以所述陶瓷端為中心，徑向接入8-16(偶數(shù))片金屬固定片，該金屬固定片按圓周陣列以等角度、等長度的形式連接在所述陶瓷端的圓周上，形成兩組車輪狀結(jié)構(gòu)；每一片所述金屬固定片沿長邊方向于中部開有一排圓形孔狀槽，用于插入石英管，該石英管稍長于所述兩組車輪狀結(jié)構(gòu)的垂直間距；所述石英管的兩端被兩個剛好相對的所述金屬固定片上的原型孔狀槽固定，所述一排圓形孔狀槽的各個圓形孔半徑與所述石英管半徑相同，保證兩者能夠牢固相連；每一根所述石英管內(nèi)部均放置有電熱絲，各根電熱絲長度、功率相同(電熱絲發(fā)熱段長度等于石英管長度)，所有電熱絲均以串聯(lián)形式接入第二調(diào)壓器的輸出端；所述第二調(diào)壓器的輸入端通過一個電流接觸器串接上一個交流動力電電源；所述兩組車輪狀結(jié)構(gòu)的底部分別連接支架，支架底部固定于一塊硬質(zhì)硅酸鈣板上；所述硅酸鈣板在其短邊一側(cè)(垂直于電纜走向的一邊)加裝金屬鉸鏈，并通過該金屬鉸鏈在其下方連接一塊金屬板，該金屬板與所述硅酸鈣板保持尺寸相同；所述金屬板在長邊一側(cè)上焊接一圓弧金屬塊量角尺，該圓弧金屬塊量角尺上每隔一定角度(以所述金屬鉸鏈為圓心)標(biāo)注一個刻度，并在相應(yīng)刻度處打上圓形孔；所述金屬板置于一臺電子天平之上。在所述電纜試樣的正下方和所述硅酸鈣板上方水平放置一線形熔滴槽(比電纜試樣水平投影面積稍大的長條形金屬槽)，該熔滴槽又放置于一可調(diào)支架(高度可調(diào)節(jié))之上；所述可調(diào)支架與所述硅酸鈣板之間不發(fā)生物理性接觸，從而避免干擾所述電子天平對所述電纜試樣質(zhì)量損失的測量。所述電纜試樣的附近布設(shè)若干臺攝像機(jī)，用于從各個角度在線監(jiān)測電纜受熱行為或著火特征。所述第一調(diào)壓器用于提供所述電纜試樣回路所需的電壓，通過所述可調(diào)電阻的調(diào)節(jié)，并利用所述電流計和電壓計對回路參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)測，最終達(dá)到測試所要求的初始電路條件。所述電纜試樣兩端固定在所述陶瓷端上之后，將其內(nèi)導(dǎo)體芯適當(dāng)露出，利用導(dǎo)電夾串接入回路中。所述沿電纜走向布設(shè)的熱電偶陣列所測量的是電纜試樣在受熱過程中若干典型位置上的溫度變化；所述熱電偶的探頭可根據(jù)具體情況在電纜試樣的半徑方向插入不同的深度；也可不接觸電纜，而測量電纜周圍空間的溫度場變化。所述金屬固定片上的一排圓形孔狀槽(圓形孔間可部分重疊)是為了更自由地調(diào)整石英管的排布方式，從而改變對所述電纜試樣的外部輻射加熱方式及熱流強(qiáng)度，以達(dá)到模擬各種復(fù)雜外部受熱場景的目的。所述石英管應(yīng)避免置于電纜的正下方，防止電纜包層受熱熔融后滴落到石英管上；所述每根石英管中的電熱絲不可與所述金屬固定片接觸，以防止短路發(fā)生。所述布設(shè)于電纜試樣表面的熱流計監(jiān)測的是電纜試樣表面接收的輻射熱通量，用于測試前外部輻射初始邊界條件的標(biāo)定。所述硅酸鈣板是為防止測試時上方輻射熱流的再次反射影響電纜試樣測試，還能保護(hù)下方所述電子天平不被輻射產(chǎn)生的高溫所損壞；同時該硅酸鈣板是利用所述圓弧金屬塊量角尺上的圓形孔與一個特制金屬插銷配合使用，從而與下方所述金屬板構(gòu)成一可調(diào)節(jié)的夾角；該夾角也是所述電纜試樣與水平方向的空間夾角。所述電子天平測量的是上方電纜試樣在受熱或燃燒過程中的質(zhì)量變化情況，不包括所述熔滴槽中熔融滴落物質(zhì)的質(zhì)量變化。所述布設(shè)于電纜試樣附近的若干個攝像機(jī)拍攝的是不同方位角度上電纜試樣受熱變形或燃燒的火焰形狀及蔓延情況的實時變化。所述各個測點上布設(shè)的熱電偶、熱流計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(shù)據(jù)采集卡，并通過計算機(jī)軟件進(jìn)行實時數(shù)據(jù)采集。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本裝置的技術(shù)優(yōu)勢如下:(I)測試初始條件準(zhǔn)確可控，除了電纜試樣回路初始電流、電壓條件可精確控制夕卜，由于外部輻射采用了開放式的石英管電熱絲加熱，因此不會發(fā)生類似在受限空間中出現(xiàn)的熱量堆積現(xiàn)象，導(dǎo)致初始輻射熱流及初始測試溫度無法恒定，因而該方法具有較好的可靠性和可重復(fù)性。(2)該測試方法可同時(也可分別當(dāng)前第1頁1 2 3 本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
一種外部輻射熱流作用下的電纜受熱特性及失效性測試裝置，其特征在于：包括一個市電交流電源，該電源通過一個開關(guān)串聯(lián)接入第一調(diào)壓器的輸入端；所述第一調(diào)壓器的輸出端依次串聯(lián)一個可調(diào)電阻，一個電流計，以及一段特定長度的電纜試樣，沿該電纜試樣走向布置一組熱電偶陣列，可包含若干支熱電偶，且在緊貼該電纜試樣表面的位置布置一支熱流計；所述電纜試樣的兩端并聯(lián)接入一個電壓計，同時，該電纜試樣被固定于一個電纜測試平臺上，且處于繃直狀態(tài)；所述電纜測試平臺包括兩個相向、且同軸放置的圓形耐高溫陶瓷端，該陶瓷端中間留有圓形孔洞，用于固定所述電纜試樣的兩端；以所述陶瓷端為中心，徑向接入8?16（偶數(shù)）片金屬固定片，該金屬固定片按圓周陣列以等角度、等長度的形式連接在所述陶瓷端的圓周上，形成兩組車輪狀結(jié)構(gòu)；每一片所述金屬固定片沿長邊方向于中部開有一排圓形孔狀槽，用于插入石英管，該石英管稍長于所述兩組車輪狀結(jié)構(gòu)的垂直間距；所述石英管的兩端被兩個剛好相對的所述金屬固定片上的原型孔狀槽固定，所述一排圓形孔狀槽的各個圓形孔半徑與所述石英管半徑相同，保證兩者能夠牢固相連；每一根所述石英管內(nèi)部均放置有電熱絲，各根電熱絲長度、功率相同（電熱絲發(fā)熱段長度等于石英管長度），所有電熱絲均以串聯(lián)形式接入第二調(diào)壓器的輸出端；所述第二調(diào)壓器的輸入端通過一個電流接觸器串接上一個交流動力電電源；所述兩組車輪狀結(jié)構(gòu)的底部分別連接支架，支架底部固定于一塊硬質(zhì)硅酸鈣板上；所述硅酸鈣板在其短邊一側(cè)（垂直于電纜走向的一邊）加裝金屬鉸鏈，并通過該金屬鉸鏈在其下方連接一塊金屬板，該金屬板與所述硅酸鈣板保持尺寸相同；所述金屬板在長邊一側(cè)上焊接一圓弧金屬塊量角尺，該圓弧金屬塊量角尺上每隔一定角度（以所述金屬鉸鏈為圓心）標(biāo)注一個刻度，并在相應(yīng)刻度處打上圓形孔；所述金屬板置于一臺電子天平之上。在所述電纜試樣的正下方和所述硅酸鈣板上方水平放置一線形熔滴槽（比電纜試樣水平投影面積稍大的長條形金屬槽），該熔滴槽又放置于一可調(diào)支架（高度可調(diào)節(jié)）之上；所述可調(diào)支架與所述硅酸鈣板之間不發(fā)生物理性接觸，從而避免干擾所述電子天平對所述電纜試樣質(zhì)量損失的測量。所述電纜試樣的附近布設(shè)若干臺攝像機(jī)，用于從各個角度在線監(jiān)測電纜受熱行為或著火特征。...
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：涂然，曾怡，杜建華，楊建紅，李麗娜，張認(rèn)成，
申請(專利權(quán))人：華僑大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：福建;35
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