一种模拟故障电弧作用下的电缆受热及燃烧特性测试装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电缆受热、燃烧与电缆火灾安全领域，更具体的说，涉及一种模拟故障电弧作用下的电缆受热及燃烧特性测试装置。
【背景技术】
[0002]电缆技术的长足发展与广泛应用，给生产生活水平及国民经济的发展提供了重要保障。作为电缆重要构成部分的包层材料:如填充层、绝缘层、内护套层、外护套层等绝缘材料通常是由热塑性高分子聚合物(常见的有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等)加工而成。这些材料往往本身具有可燃性，除增加应用场所的火灾荷载外，热塑性包层材料在受热后(如电缆短路、发生故障电弧或受外部炙烤等)还存在软化变形，一旦被高温引燃，燃烧过程中将持续向下方滴落熔融的液态可燃物，形成液体池火燃烧等复杂火蔓延现象。
[0003]在电缆火灾事故中，故障电弧一直以来都是不可忽视的主要因素之一，若故障电弧未被及时发现而保持长时间存在，将伴随热量的聚集，促使电缆包层材料发生裂解并在电极间形成碳化通道，最终引发高能弧光放电、产生电缆明火燃烧从而引发火灾。有关电缆火灾燃烧特性方面的研究，国际电工委员会ICE(Internat1nal ElectrotechnicalCommiss1n)对此出台过相关行业测试标准ICE60332-1、ICE60332-2、ICE60332-3。该系列标准主要针对的是单根或成束电缆，总体方法是将电缆试样竖直放置，在底部用外部火源进行引燃，从而模拟电缆的竖向火蔓延燃烧过程，并通过火焰蔓延距离、熄灭时间等参数来衡量该电缆试样的耐热耐火性能。美国保险商实验室UL(Underwriter LaboratoriesInc.)曾推行过一套故障电弧断路保护器的安全测试标准UL1699，其中提到的故障电弧发生器可以在参考用电回路中产生可控的故障电弧，以此测试电弧对回路中电压、电流参数的影响。然而对于研究故障电弧的热作用，以及对于研究故障电弧引发电缆火灾的机理而言，上述测试方法存在明显局限性:首先电缆在空间的布设方式上较为单一，不能完全反映现实中电缆的复杂布设情况；其次，电缆的引燃通常采用外部局部明火引燃方式，这与由故障电弧引燃在火灾动力学方面截然不同；而目前针对故障电弧作用主要集中于对电缆回路中电气特性参数的影响，而针对电弧热效应的报道仍较为鲜见，因此现有的测试方法并不能满足对电缆故障电弧火灾行为的深入定量分析。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提出一种可控人工故障电弧作用下，处于通电状态电缆受热及燃烧特性的研究方法与测试装置，通过对电弧功率、弧柱形状的控制，确定不同空间倾角电缆试样在电弧热作用下热解、燃烧、火蔓延等过程的状态发展模式及临界条件。
[0005]本发明采用的技术方案为:一种模拟故障电弧作用下的电缆受热及燃烧特性测试装置，包括:
[0006]—电路结构部分，其包括一个交流动力电电源，该交流动力电电源通过一个电流接触器依次串联一个可调电阻，一个电流计，并利用导电夹A和导电夹B分别串接一段电缆试样A、B ;所述电缆试样A、B的两端分别并联接入一个电压计；沿该电缆试样走向布置一组热电偶阵列，其中包含复数个支热电偶；该电缆试样A、B两端用耐火石棉绳固定于一个电缆测试平台之上，且处于绷直状态；
[0007]所述电缆测试平台包括一电缆槽架，该电缆槽架的两侧中部开有相向、同轴的两个圆孔，用于插入圆柱形转轴；所述圆柱形转轴长度稍长于所述同轴的两个圆孔间垂直距离；插入该转轴后，在圆柱形转轴的两端分别连接两块相同尺寸的金属圆板，并使所述金属圆板与所述转轴保持同轴，以此将所述圆柱形转轴与所述电缆槽架铆接在一起；
[0008]所述两块金属圆板底部分别连接两组可调支架，其中一组该可调支架由一块竖直的长方形金属板和一块圆弧形金属量角尺焊接而成，该组可调支架的圆弧形金属量角尺部分以所述转轴的端部为圆心，每隔一定角度标注一个刻度，并在相应刻度处打上圆形孔；所述两组可调支架的下部留有一排竖直、等间距的小圆孔；所述两组可调支架下方连接底座，该底座的上部同样留有一排竖直、等间距的小圆孔，与所述可调支架的小圆孔通过螺钉进行锁固；
[0009]所述底座置于一块硬质硅酸钙板上，该硅酸钙板再置于一台电子天平之上；在所述电缆试样A、B的正下方和所述硅酸钙板上方水平放置一熔滴槽，该熔滴槽又置于一支架上；该支架与所述硅酸钙板之间不发生物理接触；
[0010]所述电缆试样A、B段的剖切面处的两段金属内导体芯接入一个电弧起弧器，所述电弧起弧器包含两个相向的“L”形铜柱A和铜柱B ;所述电缆试样A段剖切面处的内导体芯A缠绕于铜柱A的顶部，所述电缆试样B段剖切面处的内导体芯B缠绕于铜柱B的顶部，同时保持A、B铜柱的“L”短边与电缆试样A、B段处于同轴状态；所述铜柱A的“L”长边顶端连接一个陶瓷夹紧件，该陶瓷夹紧件通过一颗锁固螺钉卡紧于一块金属标尺上，所述铜柱B的“L”长边顶端连接一个陶瓷滑块，该陶瓷滑块同样嵌套于所述金属标尺上；所述陶瓷滑块另一侧连接一块丝杠螺母，该丝杠螺母中穿过与此相匹配的精密丝杠，所述精密丝杠的一端连接一个步进电机的轴，该步进电机也固定于所述金属标尺上，同时该金属标尺的一端呈挂钩状，便于安装在所述电缆槽架中；所述电缆试样的附近安装若干台摄像机，用于从多个角度记录电缆受热、燃烧行为的物理图像信息。
[0011]2.根据权利要求1所述的一种模拟故障电弧作用下的电缆受热及燃烧特性测试装置，其特征在于:所述交流动力电电源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所述电缆试样的相关参量进行实时监测，最终达到测试所要求的初始电路参数条件。
[0012]在一较佳实施例中:所述沿电缆走向布设的热电偶阵列测量的是所述电缆试样在若干特征位置上的温度变化；所述热电偶的探头可根据需要在电缆试样的半径方向插入不同的深度；也可不接触电缆试样，而测量其周围空间温度场变化。
[0013]在一较佳实施例中:所述电缆槽架的空间夹角由所述可调支架的圆弧形金属量角尺确定，并通过一个特制金属插销同时插入圆弧形金属量角尺上对应角度的圆形孔以及电缆槽架上预留的定位孔进行夹角固定；该夹角也是所述电缆试样与竖直方向的空间夹角。
[0014]在一较佳实施例中:所述可调支架与底座上的一排等间距的小圆孔所起用于调节可调支架的高度，并配合螺钉进行锁固。
[0015]在一较佳实施例中:所述铜柱A和铜柱B的“L”短边的端点触头在初始情况下处于完全接触并贴合的状态，当需要产生电弧时，通过所述电弧起弧器的所述步进电机控制所述陶瓷滑块后移，以逐渐精确拉开铜柱A、B触头的距离；由于该距离通常较短，因此不会对电缆整体的形变产生影响。
[0016]在一较佳实施例中:所述电子天平测量的是上方电缆试样在电弧作用下受热或燃烧过程中的质量损失情况，不包括所述熔滴槽中电缆包层材料熔融滴落物质的质量变化。
[0017]在一较佳实施例中:所述各个测点上布设的热电偶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在线数据采集
[0018]与现有技术相比，本装置的技术优势如下:
[0019](I)布设于所述电缆试样或周围的热电偶阵列，可在线测量电缆试样在电弧热作用下典型位置的温度变化及温度梯度推进，并反演电缆包层材料