一种电弧火源的电力电缆阻燃性能现场测试装置及方法

技术领域

本发明涉及由电弧作为火源的电力电缆阻燃性能现场测试技术，具体涉及一种电弧火源的电力电缆阻燃性能现场测试装置及方法。

背景技术

近年来，电气火灾已连续多年高居我国建筑物火灾成因的首位且呈上升趋势，已占到全部建筑物重特大火灾的60％左右。其中，电气线路故障占到了电气火灾总数的近八成。因此，国家对重要公共建筑场所提出采用阻燃低烟无卤电力电缆的要求。电力电缆是居民小区和重要建筑场所等居配工程的重要组成部分，一旦发生火灾，严重危及人身安全。

目前电力电缆阻燃性能的测试，需要对若干根3.5米的电缆样品进行燃烧试验，判断阻燃性能是够合格。对于已经安装完成的电力电缆和在运的电力电缆，想要在不影响电缆运行的情况下进一步了解电缆阻燃性能，可以通过测试电缆护套的阻燃性能。电气火灾的主要原因的电路出现异常放电引发电弧，但是传统的燃烧试验的测试方法需要人工点火，且用到的火源都是化学火源，而电弧火源的温度和功率远高于化学火源。目前市面上有的护套阻燃性能测试装置功能单一，只能单独测试氧指数或垂直燃烧。阻燃测试装备太大，不适用于现场实时进行测试。测试的结果，还需要通过人工编辑完成测试报告，无法满足智能化检测需求。

发明内容

发明目的：本发明的一个目的在于提供一种电弧火源的电力电缆阻燃性能现场测试装置，该装置不需要人工进行点火，直接通过电弧打火装置产生火焰；本发明的第二目的在于提供一种电弧火源的电力电缆阻燃性能现场测试方法，该方法既能测试氧指数也能测试垂直燃烧数据，且检测结果直观。

技术方案：本发明的电弧火源的电力电缆阻燃性能现场测试装置，包括燃烧室、气体供给机构、底座；所述燃烧室安置在底座上方，在燃烧室外部的底座嵌入检测控制器；所述燃烧室下方的底座中心处设置可移动电弧台；所述可移动电弧台上方安装电弧打火装置；所述燃烧室下方的底座内还安装氧指数燃烧仓；所述燃烧室顶部中央安装机械夹爪，机械夹爪用于夹紧试样；所述气体供给机构与燃烧室内部连通，向燃烧室内注入气体；所述检测控制器包括信息显示传输单元、电弧火源单元、氧指数测试单元、垂直燃烧测试单元；所述电弧火源单元与电弧打火装置电性连接，用于控制电弧打火装置的电压和电流；所述氧指数测试单元用于测量护套试样的氧指数；所述垂直燃烧测试单元测量护套试样的垂直燃烧性能，并记录点燃次数，燃烧时长，自动判断燃烧是否合格；所述信息显示传输单元用于显示点火时间、燃烧时间、试样是否滴落。

所述电弧打火装置包括电源和至少两根呈羊角形的管状电极，利于电弧火源的稳定燃烧和控制火源的功率。

所述气体供给机构包括氧气瓶、氮气瓶，氧气瓶和氮气瓶的输出管路上分别安装一个气流控制电磁阀，在氧气瓶、氮气瓶输出管路的末端分别安装气体喷嘴，气体喷嘴位于燃烧室内部，实现向燃烧室内部输送氧气和氮气。

所述气体喷嘴内部设置气体流量控制器和顺磁氧浓度传感器，能够控制进入燃烧室的气体的流量，监测气体浓度。

所述燃烧室与底座为可分离结构，燃烧室采用不锈钢材质，且可折叠收纳，全部展开后高度300～1000mm，宽度在300～1000mm，长300～1000mm，所述氧指数燃烧仓上部分材质为耐热玻璃管，且直径在75～120mm之间，高度在300mm～400mm之间；下部分材质为不锈钢，高度为60～80mm，直径小于耐热玻璃管，便于携带。

本发明还包括一种电弧火源的电力电缆阻燃性能现场测试方法，所述测试方法氧指数燃烧测试和垂直燃烧测试。

所述氧指数燃烧测试包括以下步骤：

S1:选择空旷实验场地，移除燃烧室，并安装氧指数燃烧仓；

S2：测试人员先装配测试装置，在现场取下测试试样，将测试试样垂直放置于氧指数燃烧仓；

S3：启动气体供给机构，向氧指数燃烧仓内注入氧气和氮气的混合气体，并启动电弧打火装置；

S4：设置检测控制器来控制外部手持式打火装置发出的火焰，使火焰至离测试试样顶端中心合适的位置点燃测试试样；

S5：设定火焰作用时间，若在该时间内测试试样被点燃，且移开火焰护套试样持续燃烧，则记录护套试样燃烧时间；

S6：通过检测控制器对护套试样燃烧进行氧指数燃烧数据分析，通过改变氧气和氮气的比例，循环反复，直到试验燃烧时间小于180s，或燃烧距离低于50mm。

步骤S4中，所述控制电弧打火装置发出的火焰具体包括以下步骤：

S41：预检测处理，调整电弧打火装置的电源来控制火焰长度为16±4mm，火焰于护套试样的上方点燃，设定点燃时间，并观察在点燃时间内护套试样是否被点燃，通过检测控制器检测并记录；

S42：预检测处理完成后，调整电弧打火装置的电源控制火焰长度为20±2mm的蓝色火焰。

步骤S5中，若在该时间内护套试样未被点燃，则返回步骤S2重新调整氧指数燃烧仓内氧气和氮气的浓度，升高氧气浓度，直至在设定的火焰作用时间内护套试样被点燃。

所述垂直燃烧测试包括以下步骤：

(一)选择空旷实验场地，移除氧指数燃烧仓；

(二)测试人员先装配测试装置，在现场取下电力电缆的护套试样，放置于机械夹爪中，移动可移动电弧台；将测试试样与水平面垂直设置，并在测试试样正下方放置电弧打火装置；

(三)调节电弧打火装置产生火焰，移动电弧打火装置发出的火焰至少离测试样品底端中心10mm±1mm的距离；

(四)检测控制器对护套试样的燃烧进行垂直燃烧数据分析，循环反复。

有益效果：本发明的技术方案与现有技术相比，其有益效果在于：(1)不需要人工进行点火，直接通过电弧打火装置产生火焰并调节电弧产生的火焰；(2)通过氧指数和垂直燃烧判据模块直接进行燃烧性能判断，使用方便快捷，检测结果直观，有利于现场应用；(3)电弧中心产生的火焰可达数千摄氏度，可以满足不同阻燃材料性能的检测；(4)本发明可实现现场检测电力电缆护套料氧指数和垂直燃烧，有效提高了电力电缆阻燃性能检测速度，适用于在运电力电缆阻燃性能测试，同时可实现测试数据云储存，形成测试数据库，对于电力电缆供应商进行跟踪性质量评价，适合大规模推广、保障电力电缆入网质量。

附图说明

图1为本发明在进行氧指数燃烧测试时装置的结构示意图；

图2为本发明在进行垂直燃烧测试时装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式和说明书附图对本发明的技术方案进行详细介绍。

如图1所示，本发明的测试装置包括燃烧室1、氧指数燃烧仓2、机械夹爪、可移动电弧台4、电弧打火装置6、气体供给机构、检测控制器8。燃烧室1安置在底座5上方，在燃烧室1外部的底座5嵌入检测控制器8。燃烧室1与底座5为可分离结构，燃烧室1正面采用透明玻璃材质，其余三面采用不锈钢材质，且可折叠收纳，全部展开后高度300～1000mm，宽度在300～1000mm，长300～1000mm；氧指数燃烧仓2为上下可分离结构，上部分材质为耐热玻璃管，且直径在75～120mm之间，高度在300mm～400mm之间，下部分材质为不锈钢，高度为60～80mm，直径小于耐热玻璃管，下部分材质为不锈钢，便于现场安装，同时保证实验安全性。利用机械夹爪3夹紧护套试样。燃烧室1下方的底座5中心处设置可移动电弧台4，可移动电弧台4上表面设置医用脱脂面层，利用夹具来固定医用脱脂面层，定医用脱脂面层具体采用脱脂棉，试验一次更换一次；医用脱脂面层上方安装电弧打火装置6。医用脱脂面层5位于护套试样正下方。电弧打火装置6包括电源和两根呈羊角形的管状电极。气体供给机构7与燃烧室1内部连通，向燃烧室1内注入气体。气体供给机构7包括氧气瓶、氮气瓶、气流控制电磁阀、气体喷嘴，氧气瓶和氮气瓶的输出管路上分别安装一个气流控制电磁阀，在氧气瓶、氮气瓶输出管路的末端分别安装气体喷嘴，气体喷嘴位于燃烧室1内部，向燃烧室1内注入气体。本实施例中，气体喷嘴内部设置气体流量控制器和顺磁氧浓度传感器。燃烧室1下方的底座5内还安装氧指数燃烧仓2。

燃烧室1顶部中央安装机械夹爪，机械夹爪用于夹紧试样。机械夹爪可将护套试样垂直夹起，也可将护套试样吊起，同时机械夹爪3可以进行多角度旋转，这些功能结构均为现有技术中的结构。在进行氧指数燃烧实验时气体供给机构里是氛围气体，一般是氧气和氮气的混合气体，通过控制气体比例来控制试样燃烧时的氧气环境。电弧打火装置6中为电源和2根呈羊角形的管状电极，通过外加电源和天梯顶端间距来控制电弧中心产生的火焰温度。电弧打火装置6的电弧中心产生的火焰可以达到数千摄氏度的高温，可以满足不同阻燃材料性能的检测。

检测控制器8包括信息显示传输单元、电弧火源单元、氧指数测试单元、垂直燃烧测试单元；电弧火源单元与电弧打火装置6电性连接，用于控制电弧打火装置6的电压和电流。氧指数测试单元用于测量护套试样的氧指数；垂直燃烧测试单元测量护套试样的垂直燃烧性能，并记录点燃次数，燃烧时长，自动判断燃烧是否合格。信息显示传输单元包括键盘模块、液晶显示模块、485接口模块、4G网络模块；键盘模块用于检测装置的系统参数和功能设置，液晶显示模块用于显示测试结果，并根据测试结果中的氧指数和垂直燃烧参数判断被测电缆是否合格；485接口模块用于连接电脑进行数据传输；4G网络模块用于通过4G网络将测试结果发送至便携智能终端或云服务器。本方案中，测试结果通过信息显示传输单元中的液晶显示模块反馈给测试人员，测试人员判断电缆是否合格，并可选择地将测试结果上传至便携智能终端或云服务器，提高智能化程度。

本发明还包括电弧火源的电力电缆阻燃性能现场测试方法，测试方法包括氧指数燃烧测试和垂直燃烧测试，其中，氧指数燃烧测试包括以下步骤：

S1：选择空旷实验场地，移除燃烧室1，并安装氧指数燃烧仓2；

S2：测试人员先装配测试装置，在现场取下电力电缆的测试试样，将测试试样垂直放置于氧指数燃烧仓2内部；

S3：启动气体供给机构，向氧指数燃烧仓2内注入氧气和氮气的混合气体，并启动电弧打火装置6；

S4：设置检测控制器8来控制外部手持式电弧打火装置发出的火焰，使火焰至离测试试样顶端中心合适的位置点燃测试试样；其中，控制电弧打火装置6发出的火焰具体包括以下步骤：

S41：预检测处理，调整电弧打火装置6的电源来控制火焰长度为16±4mm，火焰于护套试样的上方点燃，设定点燃时间，并观察在点燃时间内护套试样是否被点燃，通过检测控制器8检测并记录；

S42：预检测处理完成后，调整电弧打火装置6的电源控制火焰长度为20±2mm的蓝色火焰。

S5：设定火焰作用时间，本方案中，火焰作用时间设定为30s，若在30s内测试试样被点燃，且移开火焰护套试样持续燃烧，则记录护套试样燃烧时间；若30s内护套试样未被点燃，则返回步骤S2重新调整氧指数燃烧仓2内氧气和氮气的浓度，升高氧气浓度，直至在30s内护套试样被点燃为止；

S6：通过检测控制器8对护套试样燃烧进行氧指数燃烧数据分析，通过改变氧气和氮气的比例，重复试验步骤，直至获得样品的氧指数；。

垂直燃烧测试包括以下步骤：

(一)选择空旷实验场地，移除氧指数燃烧仓2；

(二)测试人员先装配测试装置，在现场取下电力电缆的护套试样，放置于机械夹爪3中，移动可移动电弧台4；将测试试样与水平面垂直设置，并在测试试样正下方放置电弧打火装置6；

(三)调节电弧打火装置6产生火焰，基于标准GB/T2408-2021，移动电弧打火装置6发出的火焰至少离测试样品底端中心10mm±1mm的距离；电弧火焰保持50W，(50W的火焰标准是可以将铜块温度从100℃±2℃上升到700℃±3℃，所需时间为44s±2s，参见GB/T5169.22-2015)。

(四)检测控制器8对测试试样的燃烧进行垂直燃烧数据分析，循环反复。