一種電氣火災(zāi)短路模擬裝置及其模擬方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電氣火災(zāi)短路模擬裝置及其模擬方法，包括內(nèi)外嵌套式雙層箱體、短路制動系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、環(huán)境模擬系統(tǒng)、測量系統(tǒng)，其中，短路制動系統(tǒng)觸發(fā)短路發(fā)生，溫控系統(tǒng)、環(huán)境模擬系統(tǒng)和測量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)火災(zāi)發(fā)生后火場環(huán)境變化的模擬，包括溫度變化和環(huán)境氣氛變化。本發(fā)明通過各個(gè)系統(tǒng)相互配合的方式實(shí)現(xiàn)電氣火災(zāi)短路的重演，其方法簡單可行，避免由于過程復(fù)雜和條件多變，而難以研究的問題，另外，此設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)模擬條件的系統(tǒng)性和準(zhǔn)確性，極大提高電氣火災(zāi)一、二次短路模擬的有效性和可靠性，為電氣火災(zāi)物證鑒定技術(shù)和研究提供直接而有力的數(shù)據(jù)。
【專利說明】一種電氣火災(zāi)短路模擬裝置及其模擬方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電氣火災(zāi)短路模擬的【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是指一種電氣火災(zāi)短路模擬裝置及其模擬方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國《消防法》第51條第3款規(guī)定:“公安機(jī)關(guān)消防機(jī)構(gòu)根據(jù)火災(zāi)現(xiàn)場勘驗(yàn)、調(diào)查情況和有關(guān)的檢驗(yàn)、鑒定意見，及時(shí)制作火災(zāi)事故認(rèn)定書，作為處理火災(zāi)事故的證據(jù)”?；馂?zāi)發(fā)生以后，原因調(diào)查是公安消防部門不可回避的法定職責(zé)，必須準(zhǔn)確、迅速地查明火災(zāi)原因，及時(shí)公布調(diào)查結(jié)論，保障公眾合理知情權(quán)。2012年最新頒布的《公安部關(guān)于修改〈火災(zāi)事故調(diào)查規(guī)定 > 的決定》(公安部121號令)第23條規(guī)定:“現(xiàn)場提取的痕跡、物品需要進(jìn)行專門性技術(shù)鑒定的，公安機(jī)關(guān)消防機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)委托依法設(shè)立的鑒定機(jī)構(gòu)進(jìn)行?！彪S著社會和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，火災(zāi)日益復(fù)雜化，火災(zāi)物證鑒定己成為火災(zāi)調(diào)查中一種重要的技術(shù)手段和方法，對查明火災(zāi)原因發(fā)揮著越來越重要的作用。廖光煊等認(rèn)為，火災(zāi)調(diào)查研究是火災(zāi)科學(xué)的重要分支，火災(zāi)調(diào)查中經(jīng)過分析鑒定，具有證明作用的物證是認(rèn)定火災(zāi)原因、火災(zāi)性質(zhì)和處理火災(zāi)責(zé)任者的依據(jù)和司法訴訟的證據(jù)?；馂?zāi)物證鑒定是火災(zāi)原因調(diào)查工作的“重要基礎(chǔ)”，其為事故起火原因提供最為直接的證據(jù)，貫穿著火災(zāi)事故調(diào)查、分析的全過程，是火災(zāi)科學(xué)基礎(chǔ)研究最為耀眼的“明珠”之一。
[0003]電氣火災(zāi)是指由于電氣線路、用電設(shè)備、器具以及供配電設(shè)備出現(xiàn)故障性釋放的熱能；如高溫、電弧、電火花以及非故障性釋放的能量；如電熱器具的熾熱表面，在具備燃燒條件下引燃本體或其他可燃物而造成的火災(zāi)。根據(jù)火災(zāi)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，電氣火災(zāi)是火災(zāi)統(tǒng)計(jì)的主要類別，占40%以上，其中，短路是引發(fā)重大電氣火災(zāi)最嚴(yán)重的故障形式。電氣火災(zāi)物證鑒定是針對火災(zāi)現(xiàn)場提取的導(dǎo)線、電氣連接件、電熱器具、用電設(shè)備上的金屬痕跡物證進(jìn)行定性分析，判斷痕跡形成的時(shí)刻是火災(zāi)發(fā)生前還是火災(zāi)發(fā)生后及痕跡形成時(shí)是否有電作用的參與。
[0004]電氣火災(zāi)常見的短路故障形成的熔痕分為一次短路熔痕(PSM, primary shortcircuited melted mark)和二次短路溶痕(SSM, second short circuited melted mark),PSM是指火災(zāi)之前由于電氣短路形成的熔痕，SSM則指在火災(zāi)環(huán)境中，由于火燒破壞絕緣層而發(fā)生短路形成的熔痕,如何鑒別和判定短路熔痕的性質(zhì)對分析火災(zāi)的原因和火災(zāi)事故認(rèn)定至關(guān)重要，尤其是一二次短路的區(qū)別。
[0005]以美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)發(fā)行NFPA921最具特色，NFPA921定性討論了導(dǎo)線在不同條件下，如過流、過載、火燒、接觸不良、電弧等作用下形成的金屬導(dǎo)線熔化形成的熔痕，但并未討論熔痕形成機(jī)理以及熔痕判別標(biāo)準(zhǔn)。
[0006]日本學(xué)者最早通過測定熔痕中碳化殘留物結(jié)構(gòu)、晶體中樹枝狀結(jié)晶臂間隔和氧化物濃度來區(qū)分PSM和SSM。美國采用的金相檢驗(yàn)分析技術(shù)，基于微觀結(jié)構(gòu)，鑒別導(dǎo)線的火燒熔痕和短路熔痕。
[0007]我國自上世紀(jì)80年代以來開始研究電氣火災(zāi)原因技術(shù)鑒定方法，公安部消防局四個(gè)消防所研究成果各具特色，目前應(yīng)用最廣泛的是金相分析法，由公安部沈陽所牽頭編制的GB16840.4-1997標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)有的短路熔痕分析法主要有外觀分析、內(nèi)部組織分析、二次離子質(zhì)譜法斷面元素深度分析、枝晶間隙分析法等。
[0008]近年來公安部沈陽所高偉等應(yīng)用俄歇電子能譜(AES)對短路熔痕表層作刻蝕分析，分析O和C等元素的含量，用以推斷短路發(fā)生時(shí)的周圍環(huán)境氣氛條件，另外高偉等應(yīng)用光學(xué)顯微鏡(OM)和原子力顯微鏡(AFM)觀測了熔痕微觀組織，進(jìn)行了不同條件熔痕凝固組織對比分析。魏巍等對電氣事故中銅導(dǎo)線短路熔珠金相組織中的共晶體進(jìn)行了定性和定量分析，通過(Cu+Cu20)共晶體含量來區(qū)分PSM、SSM，含量>30%為PSM，含量〈30%或者不含共晶體為SSM。王蕓等利用掃描電子顯微鏡(SEM)對銅導(dǎo)線PSM熔痕和PSM熔痕的微觀形貌進(jìn)行了觀察，并對PSM和SSM內(nèi)部氣孔進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。劉筱薇等分析了電流過載引起的銅導(dǎo)線過熱熔斷熔痕具有的特點(diǎn):熔痕未熔化的粗晶粒區(qū)和細(xì)晶粒區(qū)之間有明確的界線。姜蓬等引入數(shù)字圖像處理方法對短路熔痕金相圖進(jìn)行分析、處理，提取金相圖中晶格的輪廓，提出分類參數(shù)，改進(jìn)了金相分析方法。
[0009]總結(jié)國內(nèi)外研究進(jìn)展，在電氣火災(zāi)物證鑒定領(lǐng)域，主要存在以下缺陷:
[0010]1、迄今為止人們尚未搞清火災(zāi)短路熔痕的形成機(jī)理以及各種因素作用的規(guī)律，需要深入開展理論和實(shí)驗(yàn)研究，以揭示其中蘊(yùn)涵的內(nèi)在規(guī)律，促進(jìn)火災(zāi)物證鑒定水平的提高。
[0011]2、在實(shí)際電氣火災(zāi)案例物證鑒定工作中:一方面標(biāo)準(zhǔn)中缺乏相關(guān)對照標(biāo)準(zhǔn)圖譜，對不同類別熔痕金相組織進(jìn)行分析判斷時(shí)，沒有統(tǒng)一量化標(biāo)準(zhǔn)，主要靠人的肉眼觀察結(jié)合個(gè)人經(jīng)驗(yàn)對金相顯微組織進(jìn)行判斷分類，在一定程度上缺乏客觀性和通用性，容易出現(xiàn)誤判。
[0012]3.另一方面由于實(shí)際火災(zāi)現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，金屬熔痕形成過程中受到多種不確定性因素干擾，如短路點(diǎn)溫度、凝固過冷度、電流脈沖作用等，很多情況下凝固之后難免繼續(xù)受熱，金屬有可能再熔化或再結(jié)晶，最終形成的熔痕金相組織比較復(fù)雜。現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)中沒有復(fù)雜成因條件下短路熔痕的判據(jù)，故不能直接判別熔痕性質(zhì)。
[0013]綜上所述，目前電氣火災(zāi)物證鑒定技術(shù)方法客觀上存在進(jìn)一步提升的空間，僅僅依據(jù)傳統(tǒng)的金屬結(jié)晶的基本規(guī)律無法解釋復(fù)雜成因條件下短路熔痕顯微組織行為特征，所以基于模擬火災(zāi)現(xiàn)場氛圍的模擬裝置，從熔痕形成機(jī)理角度深入分析多種因素耦合作用下，短路熔痕組織的多態(tài)性，建立更加可靠的熔痕類型識別判據(jù)，提高電氣火災(zāi)物證鑒定的準(zhǔn)確度。
[0014]申請?zhí)枮?01010570717.1的中國專利介紹了一種新型電氣短路試驗(yàn)儀，用于火災(zāi)物證的鑒定。其結(jié)構(gòu)為:在爐體的上部設(shè)有密封的爐膛，其下方設(shè)有電機(jī)，電機(jī)置于冷卻箱內(nèi)，電機(jī)的輸出軸與接線柱的底端連接，在爐膛的底部設(shè)有樣品收集盤，并從樣品收集盤底部穿出兩根電極，兩根電極分別位于接線柱的兩側(cè)；在爐體的一個(gè)端側(cè)設(shè)有控制裝置。但是該試驗(yàn)儀只是實(shí)現(xiàn)火災(zāi)現(xiàn)場的溫度上升條件，未進(jìn)行升溫速率的控制，另外未考慮真實(shí)火場的降溫情況，而熔痕的過冷度直接影響熔痕的最終結(jié)果，不利于有效和可靠地進(jìn)行火災(zāi)物證鑒定研究。
[0015]理論基礎(chǔ):
[0016]電氣火災(zāi)是由于電氣線路、用電設(shè)備、器具以及供配電設(shè)備出現(xiàn)故障性釋放的熱能，在具備燃燒條件下引燃本體或其他可燃物而造成的火災(zāi)。電氣火災(zāi)常見的短路故障形成的溶痕分為一次短路溶痕(PSM, primary short circuited melted mark)和二次短路溶痕(SSM, second short circuited melted mark), PSM是指火災(zāi)之前由于電氣短路形成的熔痕，SSM則指在火災(zāi)環(huán)境中，由于火燒破壞絕緣層而發(fā)生短路形成的熔痕。
[0017]如果用金屬理論解釋電氣火災(zāi)熔痕的形成過程，可以描述為:PSM:電氣線路由于故障，釋放大量熱，金屬導(dǎo)線融化，冷卻凝固結(jié)晶形成熔痕，或是由于短路引起的火災(zāi)再加熱，再結(jié)晶，形成復(fù)雜的一次短路熔痕；過程可以總結(jié)為:電熱生成一金屬導(dǎo)線融化一冷卻結(jié)晶一在火場環(huán)境變化中再結(jié)晶。SSM:發(fā)在發(fā)生后，現(xiàn)場大量熱分解導(dǎo)線的絕緣皮，導(dǎo)線短路釋放熱，導(dǎo)線融化，在火災(zāi)現(xiàn)場的溫度下，結(jié)晶形成二次短路熔痕。其過程可以總結(jié)為:火災(zāi)溫度上升一絕緣皮損傷一短路生熱金屬導(dǎo)線融化一伴隨火場環(huán)境變化結(jié)晶凝固。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種電氣火災(zāi)短路模擬裝置及其模擬方法，能實(shí)現(xiàn)電氣火災(zāi)一、二次短路的復(fù)雜過程，并可實(shí)現(xiàn)升溫速率和降溫速率的準(zhǔn)確控制，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)環(huán)境氣氛模擬，使一、二次短路的模擬條件準(zhǔn)確可控和全面，為電氣火災(zāi)一、二次短路的機(jī)理研究提供可靠和體系性數(shù)據(jù)。
[0019]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案其電氣火災(zāi)短路模擬裝置，包括:內(nèi)外嵌套式雙層箱體，為整個(gè)裝置的框架；短路制動系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)電氣火災(zāi)中導(dǎo)線的觸碰短路；溫控系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)電氣火災(zāi)模擬現(xiàn)場中溫度的上升和下降；環(huán)境模擬系統(tǒng)，通過對內(nèi)外嵌套式雙層箱體抽真空度后，由外部往內(nèi)外嵌套式雙層箱體內(nèi)注入煙塵和水蒸氣，實(shí)現(xiàn)電氣火災(zāi)現(xiàn)場中環(huán)境的模擬；測量系統(tǒng)，用于測量內(nèi)外嵌套式雙層箱體內(nèi)溫度的變化和短路點(diǎn)溫度在短路后隨時(shí)間的變化，以及輔助短路制動系統(tǒng)中兩根導(dǎo)線的可控觸碰。
[0020]所述內(nèi)外嵌套式雙層箱體的內(nèi)、外箱同一側(cè)面上分別設(shè)有用于觀察箱體內(nèi)情況的玻璃視窗，內(nèi)箱是高溫真空空間，也是短路工作空間，外箱是常溫真空空間；所述內(nèi)外嵌套式雙層箱體的頂部貫穿有一測試孔，用于供測量系統(tǒng)的紅外測溫傳感器測試短路熔痕溫度的變化，其底部貫穿有一抽真空口和一泄真空口，且所述泄真空口外接有泄真空管道，其外側(cè)面外接有多條注氣管道，煙塵和水蒸氣通過該多條注氣管道進(jìn)入內(nèi)外嵌套式雙層箱體的內(nèi)箱內(nèi)。
[0021]所述短路制動系統(tǒng)包括帶有導(dǎo)線的耐高溫陶瓷接線座、絲杠、耐熱陶瓷導(dǎo)軌、陶瓷底座和伺服電機(jī)，其中，所述耐高溫陶瓷接線座有兩個(gè)分別裝于耐熱陶瓷導(dǎo)軌的兩端，其中一個(gè)固定，另一個(gè)與絲杠連接，可隨絲桿移動；所述伺服電機(jī)設(shè)在內(nèi)外嵌套式雙層箱體的夾層中，并與絲杠連接；所述絲杠由伺服電機(jī)帶動，可在耐熱陶瓷導(dǎo)軌中隨導(dǎo)軌軌跡運(yùn)動，并使上述兩個(gè)耐高溫陶瓷接線座上的導(dǎo)線觸碰；所述耐熱陶瓷導(dǎo)軌固定在陶瓷底座上，所述陶瓷底座固定在內(nèi)外嵌套式雙層箱體的內(nèi)箱的內(nèi)腔底部。
[0022]所述溫控系統(tǒng)包括有加熱單元和冷卻單元，其中，所述加熱單元包括有陶瓷纖維保溫層和加熱棒，所述陶瓷纖維保溫層包裹著內(nèi)外嵌套式雙層箱體的內(nèi)箱外表面除其玻璃視窗外的部分，所述加熱棒鑲嵌在該陶瓷纖維保溫層上；所述冷卻單元包括有冷卻管道層、視窗冷卻系統(tǒng)和水冷機(jī)組，所述冷卻管道層焊接在內(nèi)外嵌套式雙層箱體的內(nèi)箱外表面上，所述視窗冷卻系統(tǒng)對應(yīng)設(shè)在內(nèi)外嵌套式雙層箱體的內(nèi)箱外側(cè)上，用于對該內(nèi)箱上的玻璃視窗進(jìn)行降溫，所述水冷機(jī)組通過管路分別與冷卻管道層和視窗冷卻系統(tǒng)連接，構(gòu)成循環(huán)水回路，所述冷水機(jī)組提供低溫水，低溫水在上述循環(huán)水回路中運(yùn)行，回流至冷水機(jī)組，循環(huán)交換熱量進(jìn)行降溫。
[0023]所述環(huán)境模擬系統(tǒng)包括有真空泵、真空管道組件、真空控制單元、氣體流量計(jì)、電磁閥，其中，所述真空泵對應(yīng)設(shè)在內(nèi)外嵌套式雙層箱體的下方，并與真空管道組件連接，由真空控制單元控制，在所述真空控制單元的控制下實(shí)現(xiàn)抽真空和保真空；所述氣體流量計(jì)分別安裝在內(nèi)外嵌套式雙層箱體外側(cè)的注氣管道上，并通過電磁閥控制其通斷和外界氣體的注入量，按照不同火災(zāi)條件，注入不同氣體進(jìn)行混合，氧氣體積比為:20.5%-13.3%，熱煙體積比為:13.5%-100%，水蒸氣的相對濕度為:35%-100%。
[0024]所述真空泵包括有排氣濾芯、進(jìn)氣濾芯、真空油過濾器、散熱風(fēng)扇。
[0025]所述真空管道組件包括有真空快速接頭、真空管、單向閥、進(jìn)氣閥和真空電磁閥，其中，所述真空管的一端通過真空快速接頭與內(nèi)外嵌套式雙層箱體底部的抽真空口連接，其另一端與真空泵連接；所述單向閥和真空電磁閥分別安裝在該真空管；所述進(jìn)氣閥對應(yīng)安裝在內(nèi)外嵌套式雙層箱體的泄真空管道上，用于釋放真空；所述進(jìn)氣閥控制釋放內(nèi)外嵌套式雙層箱體的真空，其中先釋放外箱的真空，再釋放內(nèi)箱的真空，并可通過調(diào)壓閥手動調(diào)節(jié)釋放真空速率，同時(shí)所述內(nèi)外嵌套式雙層箱體上安裝有手動閥門進(jìn)行手動泄壓。
[0026]所述真空控制單元包括有壓力變送器、數(shù)字壓力控制器和機(jī)械式真空壓力表，其中，所述壓力變送器和數(shù)字壓力控制器均在內(nèi)外嵌套式雙層箱體的夾層中，并分別與真空管道組件的真空電磁閥連接，實(shí)現(xiàn)抽真空和保持真空；所述機(jī)械式真空壓力表裝在內(nèi)外嵌套式雙層箱體的夾層中，并位于該內(nèi)外嵌套式雙層箱體的外箱的玻璃視窗區(qū)域內(nèi)，用于實(shí)時(shí)顯示內(nèi)外嵌套式雙層箱體的外箱真空度。
[0027]所述氧氣體積比、熱煙體積比和相對濕度，均用劑量針管從內(nèi)外嵌套式雙層箱體的備用孔中抽出，進(jìn)行測量。
[0028]所述測量系統(tǒng)包括有鉬銠熱電偶、紅外測溫傳感器和激光位移傳感器，其中，所述鉬銠熱電偶分別安裝在內(nèi)外嵌套雙層箱體的內(nèi)、外箱上，用于測試內(nèi)箱溫度變化和外箱溫度變化，以及短路點(diǎn)附近環(huán)境的溫度；所述紅外測溫傳感器設(shè)在內(nèi)外嵌套雙層箱體外，透過該內(nèi)外嵌套雙層箱體頂部的測試孔測試短路熔痕的溫度變化；所述激光位移傳感器安裝在內(nèi)箱內(nèi)，用于測試兩個(gè)耐高溫陶瓷接線座之間的距離變化。
[0029]本發(fā)明所述電氣火災(zāi)短路模擬裝置的模擬方法，如下:
[0030]當(dāng)模擬一次短路火災(zāi)時(shí)，首先，所述短路制動系統(tǒng)在測量系統(tǒng)的輔助下精確實(shí)現(xiàn)其兩個(gè)耐高溫陶瓷接線座上的兩根導(dǎo)線觸碰短路；然后，所述溫控系統(tǒng)在測量系統(tǒng)的監(jiān)控下，通過其加熱單元對內(nèi)外嵌套式雙層箱體的內(nèi)箱進(jìn)行加熱，使內(nèi)外嵌套式雙層箱體的內(nèi)箱溫度升高，同時(shí)，所述環(huán)境模擬系統(tǒng)對內(nèi)外嵌套式雙層箱體進(jìn)行抽真空，使內(nèi)外嵌套式雙層箱體產(chǎn)生壓強(qiáng)差，隨后往該內(nèi)外嵌套式雙層箱體的內(nèi)箱注入煙塵和水蒸氣，直到該內(nèi)外嵌套式雙層箱體的內(nèi)外壓強(qiáng)平衡為止；接著，所述溫控系統(tǒng)的加熱單元繼續(xù)對內(nèi)外嵌套式雙層箱體的內(nèi)箱進(jìn)行加熱，當(dāng)溫度升至設(shè)定值時(shí)，停止加熱，此時(shí)可保溫；最后，通過溫控系統(tǒng)的冷卻單元使內(nèi)外嵌套式雙層箱體的內(nèi)箱降溫到室溫，并最終從上述兩個(gè)耐高溫陶瓷接線座上取下短路后的導(dǎo)線，整個(gè)模擬過程結(jié)束；
[0031]當(dāng)模擬二次短路火災(zāi)時(shí)，首先，所述溫控系統(tǒng)在測量系統(tǒng)的監(jiān)控下，通過其加熱單元對內(nèi)外嵌套式雙層箱體的內(nèi)箱進(jìn)行加熱，使內(nèi)外嵌套式雙層箱體的內(nèi)箱溫度升高，同時(shí)，所述環(huán)境模擬系統(tǒng)對該內(nèi)外嵌套式雙層箱體進(jìn)行抽真空，使該內(nèi)外嵌套式雙層箱體產(chǎn)生壓強(qiáng)差，隨后往該內(nèi)外嵌套式雙層箱體的內(nèi)箱注入煙塵和水蒸氣，直到該內(nèi)外嵌套式雙層箱體的內(nèi)外壓強(qiáng)平衡為止；然后，所述短路制動系統(tǒng)在測量系統(tǒng)的輔助下精確實(shí)現(xiàn)其兩個(gè)耐高溫陶瓷接線座上的兩根導(dǎo)線觸碰短路；接著，所述溫控系統(tǒng)的加熱單元繼續(xù)對內(nèi)外嵌套式雙層箱體的內(nèi)箱進(jìn)行加熱，當(dāng)溫度升至設(shè)定值時(shí)，停止加熱，此時(shí)可保溫；最后，通過溫控系統(tǒng)的冷卻單元使內(nèi)外嵌套式雙層箱體的內(nèi)箱降溫到室溫，并最終從上述兩個(gè)耐高溫陶瓷接線座上取下短路后的導(dǎo)線，整個(gè)模擬過程結(jié)束。
[0032]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)與有益效果:
[0033]1、本發(fā)明利用該電氣火災(zāi)一、二次短路中基于各個(gè)條件的不同，利用每個(gè)條件一個(gè)或幾個(gè)系統(tǒng)的組合的方式，能有效實(shí)現(xiàn)電氣火災(zāi)一、二次短路的復(fù)雜過程，并可實(shí)現(xiàn)升溫速率和降溫速率的準(zhǔn)確控制，避免了模擬條件的不可控，系統(tǒng)復(fù)雜等缺點(diǎn)，能夠極大地提高物證鑒定的準(zhǔn)確和有效性；
[0034]2、本發(fā)明采用伺服電機(jī)和激光測距等手段，實(shí)現(xiàn)一次短路距離和接觸的可控，為進(jìn)一步嚴(yán)謹(jǐn)和細(xì)致研究短路熔痕機(jī)理特性提供了必備條件；
[0035]3、本發(fā)明采用紅外測溫傳感器，透過測試孔測試一、二次短路熔痕的溫度變化，實(shí)現(xiàn)真實(shí)監(jiān)控熔痕溫度的變化，避免了用環(huán)境溫度代替短路熔痕溫度的誤區(qū)，從而為電氣火災(zāi)一、二次短路熔痕鑒定研究提供最佳的數(shù)據(jù)資料。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]圖1為本發(fā)明所述電氣火災(zāi)短路模擬裝置的立體圖。
[0037]圖2為本發(fā)明所述電氣火災(zāi)短路模擬裝置的等軸剖視圖。
[0038]圖3為本發(fā)明所述電氣火災(zāi)短路模擬裝置的主視圖。
[0039]圖4為本發(fā)明所述電氣火災(zāi)短路模擬裝置的俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0041]參見圖1至圖4所示，本實(shí)施例所述的電氣火災(zāi)短路模擬裝置，包括:內(nèi)外嵌套式雙層箱體1，為整個(gè)裝置的框架；短路制動系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)電氣火災(zāi)中導(dǎo)線的觸碰短路；溫控系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)電氣火災(zāi)模擬現(xiàn)場中溫度的上升和下降；環(huán)境模擬系統(tǒng)，通過對內(nèi)外嵌套式雙層箱體I抽真空度后，由外部往內(nèi)外嵌套式雙層箱體I內(nèi)注入煙塵和水蒸氣(這些煙塵和水蒸氣包括燃燒產(chǎn)生的濃煙和消防滅火噴水系統(tǒng)在火場中產(chǎn)生的大量水蒸氣的情況)，實(shí)現(xiàn)電氣火災(zāi)現(xiàn)場中環(huán)境的模擬；測量系統(tǒng)，用于測量內(nèi)外嵌套式雙層箱體I內(nèi)溫度的變化和短路點(diǎn)溫度在短路后隨時(shí)間的變化，以及輔助短路制動系統(tǒng)中兩根導(dǎo)線的可控觸碰。
[0042]所述內(nèi)外嵌套式雙層箱體I的內(nèi)、夕卜箱101、102同一側(cè)面上分別設(shè)有用于觀察箱體內(nèi)情況的玻璃視窗，內(nèi)箱101是高溫真空空間，也是短路工作空間，而外箱102是常溫真空空間；所述內(nèi)外嵌套式雙層箱體I的頂部設(shè)有貫穿內(nèi)、外箱101、102的一測試孔106，用于供測量系統(tǒng)的紅外測溫傳感器測試短路熔痕溫度的變化，其底部設(shè)有貫穿內(nèi)、夕卜箱101、102的一抽真空口 105和一泄真空口，且所述泄真空口外接有泄真空管道103，其外側(cè)面外接有三條注氣管道104，煙塵和水蒸氣通過該三條注氣管道104進(jìn)入內(nèi)外嵌套式雙層箱體I內(nèi)；所述內(nèi)外嵌套式雙層箱體I的內(nèi)箱101的大小尺寸為(深X寬X高/mm):330X520X420，其厚度為8mm的SUS#310S(國標(biāo)2520)鋼板焊接而成；所述內(nèi)外嵌套式雙層箱體I的外箱102的尺寸為(深X寬X高/mm): 1300 X 1350X 1350，厚度為8mm的SECC鋼板焊接而成，外表面并做噴塑處理。
[0043]所述短路制動系統(tǒng)包括帶有導(dǎo)線204的耐高溫陶瓷接線座201 (具有為6位接線座，其選擇根據(jù)外接電源的電路電流規(guī)格選取不同規(guī)格的耐高溫陶瓷接線座)、絲杠202、耐熱陶瓷導(dǎo)軌203、陶瓷底座和伺服電機(jī)205，其中，所述耐高溫陶瓷接線座201有兩個(gè)分別裝于耐熱陶瓷導(dǎo)軌203的兩端，相距10cm，其中一個(gè)固定，另一個(gè)與絲杠202連接，可隨絲桿202移動；所述伺服電機(jī)205設(shè)在內(nèi)外嵌套式雙層箱體I的夾層中，并與絲杠202連接，其功率為:100W ;所述絲杠202由伺服電機(jī)205帶動進(jìn)行前進(jìn)、后退和停止運(yùn)動，且可在耐熱陶瓷導(dǎo)軌203中隨導(dǎo)軌軌跡運(yùn)動，并使上述兩個(gè)耐高溫陶瓷接線座201上的導(dǎo)線204觸碰，所述絲杠202的運(yùn)動速度為2.0-0.5mm/s，精度為0.5-0.2mm/s ;所述耐熱陶瓷導(dǎo)軌203固定在陶瓷底座上，所述陶瓷底座固定在內(nèi)外嵌套式雙層箱體I的內(nèi)箱101的內(nèi)腔底部。在兩個(gè)耐高溫陶瓷接線座201的觸碰過程中，所述測量系統(tǒng)的激光位移傳感器501測量兩個(gè)耐高溫陶瓷接線座201間的距離，并顯示在可讀界面。兩個(gè)耐高溫陶瓷接線座201之間的真實(shí)距離，在短路制動系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后，要用千分尺進(jìn)行人工校準(zhǔn)，并在測量系統(tǒng)中進(jìn)行修正。
[0044]所述溫控系統(tǒng)包括有加熱單元和冷卻單元,其中，所述加熱單元包括有陶瓷纖維保溫層301和加熱棒302，所述陶瓷纖維保溫層301包裹著內(nèi)外嵌套式雙層箱體I的內(nèi)箱外表面除其玻璃視窗外的部分，其具體是厚度50mm的高密度陶瓷纖維板；所述加熱棒302鑲嵌在該陶瓷纖維保溫層301上，具體為硅碳棒，分布在內(nèi)外嵌套式雙層箱體I的內(nèi)箱體外的三個(gè)側(cè)面和上下兩個(gè)面上，其功率為:36-48kw，最高溫度:1100°C，升溫速率范圍為:30C -130°C /min。所述冷卻單元包括有冷卻管道層303、視窗冷卻系統(tǒng)304和水冷機(jī)組305，其降溫速率為:5°C -50°C /min ;所述冷卻管道層303焊接在內(nèi)外嵌套式雙層箱體I的內(nèi)箱外表面上，其寬為:30mm方形管，所用材料:SUS#310S (國標(biāo)2520)不銹鋼方通，厚度≥3mm ;所述視窗冷卻系統(tǒng)304對應(yīng)設(shè)在內(nèi)外嵌套式雙層箱體I的內(nèi)箱101外側(cè)上,用于對該內(nèi)箱101上的玻璃視窗進(jìn)行降溫，所述水冷機(jī)組305通過管路分別與冷卻管道層303和視窗冷卻系統(tǒng)304連接，構(gòu)成循環(huán)水回路，所述水冷機(jī)組305提供低溫水，低溫水在上述循環(huán)水回路中運(yùn)行，回流至水冷機(jī)組305，循環(huán)交換熱量進(jìn)行降溫。
[0045]所述水冷機(jī)組305的主要指標(biāo)參數(shù)如下列表所示:
[0046]
【權(quán)利要求】
1.一種電氣火災(zāi)短路模擬裝置，其特征在于，包括:內(nèi)外嵌套式雙層箱體(1)，為整個(gè)裝置的框架；短路制動系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)電氣火災(zāi)中導(dǎo)線的觸碰短路；溫控系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)電氣火災(zāi)模擬現(xiàn)場中溫度的上升和下降；環(huán)境模擬系統(tǒng)，通過對內(nèi)外嵌套式雙層箱體(1)抽真空度后，由外部往內(nèi)外嵌套式雙層箱體(1)內(nèi)注入煙塵和水蒸氣，實(shí)現(xiàn)電氣火災(zāi)現(xiàn)場中環(huán)境的模擬；測量系統(tǒng)，用于測量內(nèi)外嵌套式雙層箱體(1)內(nèi)溫度的變化和短路點(diǎn)溫度在短路后隨時(shí)間的變化，以及輔助短路制動系統(tǒng)中兩根導(dǎo)線的可控觸碰。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電氣火災(zāi)短路模擬裝置，其特征在于:所述內(nèi)外嵌套式雙層箱體(1)的內(nèi)、外箱(101、102)同一側(cè)面上分別設(shè)有用于觀察箱體內(nèi)情況的玻璃視窗，內(nèi)箱(101)是高溫真空空間，也是短路工作空間，外箱(102)是常溫真空空間；所述內(nèi)外嵌套式雙層箱體(1)的頂部貫穿有一測試孔(106)，用于供測量系統(tǒng)的紅外測溫傳感器測試短路熔痕溫度的變化，其底部貫穿有一抽真空口( 105)和一泄真空口，且所述泄真空口外接有泄真空管道(103)，其外側(cè)面外接有多條注氣管道(104)，煙塵和水蒸氣通過該多條注氣管道(104)進(jìn)入內(nèi)外嵌套式雙層箱體(1)的內(nèi)箱(101)內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電氣火災(zāi)短路模擬裝置，其特征在于:所述短路制動系統(tǒng)包括帶有導(dǎo)線(204)的耐高溫陶瓷接線座(201)、絲杠(202 )、耐熱陶瓷導(dǎo)軌(203 )、陶瓷底座和伺服電機(jī)(205)，其中，所述耐高溫陶瓷接線座(201)有兩個(gè)分別裝于耐熱陶瓷導(dǎo)軌(203)的兩端，其中一個(gè)固定，另一個(gè)與絲杠(202)連接，可隨絲桿(202)移動；所述伺服電機(jī)(205)設(shè)在內(nèi)外嵌套式雙層箱體(1)的夾層中，并與絲杠(202)連接；所述絲杠(202)由伺服電機(jī)(205)帶動，可在耐熱陶瓷導(dǎo)軌(203)中隨導(dǎo)軌軌跡運(yùn)動，并使上述兩個(gè)耐高溫陶瓷接線座(201)上的導(dǎo)線(204)觸碰；所述耐熱陶瓷導(dǎo)軌(203)固定在陶瓷底座上，所述陶瓷底座固定在內(nèi)外嵌套式雙層箱體(1)的內(nèi)箱(101)的內(nèi)腔底部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電氣火災(zāi)短路模擬裝置，其特征在于:所述溫控系統(tǒng)包括有加熱單元和冷卻單元，其中，所述加熱單元包括有陶瓷纖維保溫層(301)和加熱棒(302)，所述陶瓷纖維保溫層(301)包裹著內(nèi)外嵌套式雙層箱體(1)的內(nèi)箱外表面除其玻璃視窗外的部分，所述加熱棒(302)鑲嵌在該陶瓷`纖維保溫層(301)上；所述冷卻單元包括有冷卻管道層(303)、視窗冷卻系統(tǒng)(304)和水冷機(jī)組(305)，所述冷卻管道層(303)焊接在內(nèi)外嵌套式雙層箱體(1)的內(nèi)箱外表面上，所述視窗冷卻系統(tǒng)(304)對應(yīng)設(shè)在內(nèi)外嵌套式雙層箱體(1)的內(nèi)箱(101)外側(cè)上，用于對該內(nèi)箱(101)上的玻璃視窗進(jìn)行降溫，所述水冷機(jī)組(305)通過管路分別與冷卻管道層(303)和視窗冷卻系統(tǒng)(304)連接，構(gòu)成循環(huán)水回路，所述水冷機(jī)組(305)提供低溫水，低溫水在上述循環(huán)水回路中運(yùn)行，回流至水冷機(jī)組(305),循環(huán)交換熱量進(jìn)行降溫。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電氣火災(zāi)短路模擬裝置，其特征在于:所述環(huán)境模擬系統(tǒng)包括有真空泵(401)、真空管道組件、真空控制單元、氣體流量計(jì)(402)、電磁閥，其中，所述真空泵(401)對應(yīng)設(shè)在內(nèi)外嵌套式雙層箱體(1)的下方，并與真空管道組件連接，由真空控制單元控制，在所述真空控制單元的控制下實(shí)現(xiàn)抽真空和保真空；所述氣體流量計(jì)(402)分別安裝在內(nèi)外嵌套式雙層箱體(1)外側(cè)的注氣管道(104)上，并通過電磁閥控制其通斷和外界氣體的注入量，按照不同火災(zāi)條件，注入不同氣體進(jìn)行混合，氧氣體積比為:20.5%-13.3%，熱煙體積比為:13.5%-100%，水蒸氣的相對濕度為:35%_100%。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種電氣火災(zāi)短路模擬裝置，其特征在于:所述真空管道組件包括有真空快速接頭、真空管、單向閥、進(jìn)氣閥(403)和真空電磁閥，其中，所述真空管的一端通過真空快速接頭與內(nèi)外嵌套式雙層箱體(1)底部的抽真空口( 105)連接，其另一端與真空泵(401)連接；所述單向閥和真空電磁閥分別安裝在該真空管；所述進(jìn)氣閥(403)對應(yīng)安裝在內(nèi)外嵌套式雙層箱體(1)的泄真空管道(103)上，用于釋放真空；所述進(jìn)氣閥(403)控制釋放內(nèi)外嵌套式雙層箱體(1)的真空，其中先釋放外箱(102)的真空，再釋放內(nèi)箱(101)的真空，并可通過調(diào)壓閥手動調(diào)節(jié)釋放真空速率，同時(shí)所述內(nèi)外嵌套式雙層箱體(O上安裝有手動閥門進(jìn)行手動泄壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種電氣火災(zāi)短路模擬裝置，其特征在于:所述真空控制單元包括有壓力變送器、數(shù)字壓力控制器和機(jī)械式真空壓力表(404)，其中，所述壓力變送器和數(shù)字壓力控制器均在內(nèi)外嵌套式雙層箱體(1)的夾層中，并分別與真空管道組件的真空電磁閥連接，實(shí)現(xiàn)抽真空和保持真空；所述機(jī)械式真空壓力表(404)裝在內(nèi)外嵌套式雙層箱體(1)的夾層中，并位于該內(nèi)外嵌套式雙層箱體(1)的外箱(102)的玻璃視窗區(qū)域內(nèi)，用于實(shí)時(shí)顯示內(nèi)外嵌套式雙層箱體(1)的外箱真空度。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種電氣火災(zāi)短路模擬裝置，其特征在于:所述氧氣體積比、熱煙體積比和相對濕度，均用劑量針管從內(nèi)外嵌套式雙層箱體(1)的備用孔中抽出，進(jìn)行測量。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電氣火災(zāi)短路模擬裝置，其特征在于:所述測量系統(tǒng)包括有鉬銠熱電偶、紅外測溫傳感器和激光位移傳感器(501)，其中，所述鉬銠熱電偶分別安裝在內(nèi)外嵌套雙層箱體(1)的內(nèi)、外箱(101、102)上，用于測試內(nèi)箱(101)溫度變化和外箱(102)溫度變化，以及短路點(diǎn)附近環(huán)境的溫度；所述紅外測溫傳感器設(shè)在內(nèi)外嵌套雙層箱體(I)外，透過該內(nèi)外嵌套雙層箱體(1)頂部的測試孔(106)測試短路熔痕的溫度變化；所述激光位移傳感器(501)安裝在內(nèi)箱(101)內(nèi)，用于測試兩個(gè)耐高溫陶瓷接線座(201)之間的距離變化。
10.一種權(quán)利要求1所述電氣火災(zāi)短路模擬裝置的模擬方法，其特征在于: 當(dāng)模擬一次短路火災(zāi)時(shí)，首先，所述短路制動系統(tǒng)在測量系統(tǒng)的輔助下精確實(shí)現(xiàn)其兩個(gè)耐高溫陶瓷接線座上的兩根導(dǎo)線觸碰短路；然后，所述溫控系統(tǒng)在測量系統(tǒng)的監(jiān)控下，通過其加熱單元對內(nèi)外嵌套式雙層箱體的內(nèi)箱進(jìn)行加熱，使內(nèi)外嵌套式雙層箱體的內(nèi)箱溫度升高，同時(shí)，所述環(huán)境模擬系統(tǒng)對內(nèi)外嵌套式雙層箱體進(jìn)行抽真空，使內(nèi)外嵌套式雙層箱體產(chǎn)生壓強(qiáng)差，隨后往該內(nèi)外嵌套式雙層箱體的內(nèi)箱注入煙塵和水蒸氣，直到該內(nèi)外嵌套式雙層箱體的內(nèi)外壓強(qiáng)平衡為止；接著，所述溫控系統(tǒng)的加熱單元繼續(xù)對內(nèi)外嵌套式雙層箱體的內(nèi)箱進(jìn)行加熱，當(dāng)溫度升至設(shè)定值時(shí)，停止加熱，此時(shí)可保溫；最后，通過溫控系統(tǒng)的冷卻單元使內(nèi)外嵌套式雙層箱體的內(nèi)箱降溫到室溫，并最終從上述兩個(gè)耐高溫陶瓷接線座上取下短路后的導(dǎo)線，整個(gè)模擬過程結(jié)束； 當(dāng)模擬二次短路火災(zāi)時(shí)，首先，所述溫控系統(tǒng)在測量系統(tǒng)的監(jiān)控下，通過其加熱單元對內(nèi)外嵌套式雙層箱體的內(nèi)箱進(jìn)行加熱，使內(nèi)外嵌套式雙層箱體的內(nèi)箱溫度升高，同時(shí)，所述環(huán)境模擬系統(tǒng)對該內(nèi)外嵌套式雙層箱體進(jìn)行抽真空，使該內(nèi)外嵌套式雙層箱體產(chǎn)生壓強(qiáng)差，隨后往該內(nèi)外嵌套式雙層箱體的內(nèi)箱注入煙塵和水蒸氣，直到該內(nèi)外嵌套式雙層箱體的內(nèi)外壓強(qiáng)平衡為止；然后，所述短路制動系統(tǒng)在測量系統(tǒng)的輔助下精確實(shí)現(xiàn)其兩個(gè)耐高溫陶瓷接線座上的兩根導(dǎo)線觸碰短路；接著，所述溫控系統(tǒng)的加熱單元繼續(xù)對內(nèi)外嵌套式雙層箱體的內(nèi)箱進(jìn)行加熱，當(dāng)溫度升至設(shè)定值時(shí)，停止加熱，此時(shí)可保溫；最后，通過溫控系統(tǒng)的冷卻單元使內(nèi)外嵌套式雙層箱體的內(nèi)箱降溫到室溫，并最終從上述兩個(gè)耐高溫陶瓷接線座上取下短 路后的導(dǎo)線，整個(gè)模擬過程結(jié)束。
【文檔編號】G01N33/00GK103776973SQ201410076848
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年3月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月4日
【發(fā)明者】梁棟, 王莉, 楊文兵, 莫善軍, 沈浩, 王海蓉, 褚燕燕 申請人:中山大學(xué)