外部辐射热流作用下的电缆受热特性及失效性测试装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电缆受热行为、耐辐射特性及相关电缆火灾安全领域，更具体的说，涉及一种外部辐射热流作用下的电缆受热特性及失效性测试装置。
【背景技术】
[0002]电气线缆及相关技术的广泛应用，给人们生产生活带来便利的同时，也为国民经济和工业水平的发展提供保障。然而，作为电缆重要构成部分的包层(如填充层、绝缘层、内护套层、外护套层等)绝缘材料往往是由热塑或热固性高分子聚合物加工而成，常见的有聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)等。这些材料往往本身具有可燃性，除了增加应用场所内的火灾荷载外，热塑性的包层材料在受热后(如电缆出现短路、发生故障电弧或受外部炙烤等)还存在软化熔融，甚至形成液体池火燃烧等复杂火蔓延现象，为电气线缆火灾的防治带来了新问题。同时由于从尖端的航空航天到普通的家庭居室，均广泛涉及到电气线缆的应用，由此所引发的火灾事故在我国正逐年增加且高居不下。
[0003]关于电缆受热特性方面的研究，国际电工委员会ICE(Internat1nalElectrotechnical Commiss1n)对此出台过相关行业测试标准 ICE60332-1、ICE60332-2、ICE60332-3。该系列标准主要是针对单根或成束的电缆，将电缆试样竖直放置，在底部用外部火源进行引燃，从而模拟电缆火蔓延燃烧过程，并通过蔓延距离、熄灭时间等参数衡量该电缆试样的耐热耐火性能。专利201420152923.4提到一种用于模拟火灾环境的塑料电缆热辐射实验装置，是将电缆水平置于一个辐射炉内进行辐射加热，以此测试受限空间条件下电缆产品的耐热性能。目前关于电缆受热和燃烧行为的研究方法和装置中，大都是针对竖直或水平放置的电缆材料，通过外部局部引燃或整体加热的方法来进行电缆的耐热耐火特性研究。这类方法的一个主要局限性在于:首先电缆在空间的放置方式上较为单一，并不能完全反映现实中电缆的复杂布设情况。其次在加热或引燃方式上，无论是局部明火加热还是密闭辐射加热，都无法提供精确的实验初始条件和边界条件。另外，目前的研究方法通常针对外部热量对电缆材料产生的影响(测试中电缆不通电)，而对于内部电流异常所引起的发热，以及内、外热效应耦合作用的研究还比较稀缺。因此现有的测试方法已经限制了对电缆热动力学发展及相关热失效性规律的深入定量分析。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提出一种外部辐射热流作用下，处于通电状态电缆受热特性及失效性的研究方法与测试装置，通过外部可控辐射加热，以及内部大电流热效应的耦合控制，确定不同空间布置倾角下电缆试样的受热、燃烧、火蔓延及最终失效的状态发展模式及临界条件。
[0005]本发明采用的技术方案为:一种外部辐射热流作用下的电缆受热特性及失效性测试装置，包括一个市电交流电源，该电源通过一个开关串联接入第一调压器的输入端；所述第一调压器的输出端依次串联一个可调电阻，一个电流计，以及一段特定长度的电缆试样，沿该电缆试样走向布置一组热电偶阵列，可包含若干支热电偶，且在紧贴该电缆试样表面的位置布置一支热流计；所述电缆试样的两端并联接入一个电压计，同时，该电缆试样被固定于一个电缆测试平台上，且处于绷直状态；所述电缆测试平台包括两个相向、且同轴放置的圆形耐高温陶瓷端，该陶瓷端中间留有圆形孔洞，用于固定所述电缆试样的两端；以所述陶瓷端为中心，径向接入8-16(偶数)片金属固定片，该金属固定片按圆周阵列以等角度、等长度的形式连接在所述陶瓷端的圆周上，形成两组车轮状结构；每一片所述金属固定片沿长边方向于中部开有一排圆形孔状槽，用于插入石英管，该石英管稍长于所述两组车轮状结构的垂直间距；所述石英管的两端被两个刚好相对的所述金属固定片上的原型孔状槽固定，所述一排圆形孔状槽的各个圆形孔半径与所述石英管半径相同，保证两者能够牢固相连；每一根所述石英管内部均放置有电热丝，各根电热丝长度、功率相同(电热丝发热段长度等于石英管长度)，所有电热丝均以串联形式接入第二调压器的输出端；所述第二调压器的输入端通过一个电流接触器串接上一个交流动力电电源；所述两组车轮状结构的底部分别连接支架，支架底部固定于一块硬质硅酸钙板上；所述硅酸钙板在其短边一侧(垂直于电缆走向的一边)加装金属铰链，并通过该金属铰链在其下方连接一块金属板，该金属板与所述硅酸钙板保持尺寸相同；所述金属板在长边一侧上焊接一圆弧金属块量角尺，该圆弧金属块量角尺上每隔一定角度(以所述金属铰链为圆心)标注一个刻度，并在相应刻度处打上圆形孔；所述金属板置于一台电子天平之上。在所述电缆试样的正下方和所述硅酸钙板上方水平放置一线形熔滴槽(比电缆试样水平投影面积稍大的长条形金属槽)，该熔滴槽又放置于一可调支架(高度可调节)之上；所述可调支架与所述硅酸钙板之间不发生物理性接触，从而避免干扰所述电子天平对所述电缆试样质量损失的测量。所述电缆试样的附近布设若干台摄像机，用于从各个角度在线监测电缆受热行为或着火特征。
[0006]所述第一调压器用于提供所述电缆试样回路所需的电压，通过所述可调电阻的调节，并利用所述电流计和电压计对回路参数进行实时监测，最终达到测试所要求的初始电路条件。
[0007]所述电缆试样两端固定在所述陶瓷端上之后，将其内导体芯适当露出，利用导电夹串接入回路中。
[0008]所述沿电缆走向布设的热电偶阵列所测量的是电缆试样在受热过程中若干典型位置上的温度变化；所述热电偶的探头可根据具体情况在电缆试样的半径方向插入不同的深度；也可不接触电缆，而测量电缆周围空间的温度场变化。
[0009]所述金属固定片上的一排圆形孔状槽(圆形孔间可部分重叠)是为了更自由地调整石英管的排布方式，从而改变对所述电缆试样的外部辐射加热方式及热流强度，以达到模拟各种复杂外部受热场景的目的。
[0010]所述石英管应避免置于电缆的正下方，防止电缆包层受热熔融后滴落到石英管上；所述每根石英管中的电热丝不可与所述金属固定片接触，以防止短路发生。
[0011]所述布设于电缆试样表面的热流计监测的是电缆试样表面接收的辐射热通量，用于测试前外部辐射初始边界条件的标定。
[0012]所述硅酸钙板是为防止测试时上方辐射热流的再次反射影响电缆试样测试，还能保护下方所述电子天平不被辐射产生的高温所损坏；同时该硅酸钙板是利用所述圆弧金属块量角尺上的圆形孔与一个特制金属插销配合使用，从而与下方所述金属板构成一可调节的夹角；该夹角也是所述电缆试样与水平方向的空间夹角。
[0013]所述电子天平测量的是上方电缆试样在受热或燃烧过程中的质量变化情况，不包括所述熔滴槽中熔融滴落物质的质量变化。
[0014]所述布设于电缆试样附近的若干个摄像机拍摄的是不同方位角度上电缆试样受热变形或燃烧的火焰形状及蔓延情况的实时变化。
[0015]所述各个测点上布设的热电偶、热流计以及所使用的电流计、电压计、电子天平等，其测量信号均接入数据采集卡，并通过计算机软件进行实时数据采集。
[0016]与现有技术相比，本装置的技术优势如下:
[0017](I)测试初始条件准确可控，除了电缆试样回路初始电流、电压条件可精确控制夕卜，由于外部辐射采用了开放式的石英管电热丝加热，因此不会发生类似在受限空间中出现的热量堆积现象，导致初始辐射热流及初始测试温度无法恒定，因而该方法具有较好的可靠性和可重复性。
[0018](2)该测试方法可同时(也可分别