CN106404986A - 一种静电放电引燃实验装置及实验方法 - Google Patents

一种静电放电引燃实验装置及实验方法 Download PDF

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Abstract

一种静电放电引燃试验装置及其试验方法，属静电领域。其设置一个密闭的引燃试验容器，引燃试验容器上设置一个泄压阀，在引燃试验容器中设置一个旋转接地电极和一个试验用放电电极；试验用放电电极与旋转接地电极非接触，并相对于旋转接地电极旋转轴线偏心、垂直安装；试验用放电电极与位于引燃试验容器之外的消电器连接；设置循环泵、第一管道和第二管道与密闭的引燃试验容器相连接；设置真空泵与第一管道连接；设置一个爆炸性气体源和一个空气源与第二管道连接；在引燃试验容器中设置一个压力传感器。其采用可调节放电间距、可控爆炸性气体体积浓度及可变电极接近速度，能得到产生引燃爆炸时的最小放电电流，对防爆型静电消除器研制有重要意义。

Description

一种静电放电引燃实验装置及实验方法
技术领域
本发明属于测试领域，尤其涉及一种用于静电放电引燃的测试装置及测试方法。
背景技术
静电消除器、高压电机等高压设备容易产生局部的静电放电现象，其中较为危险的静电放电形式为火花放电；在爆炸危险场所使用静电消除器时，须对其采取一系列必要的安全防爆措施。
静电消除器正常工作时，其放电形式为电晕放电，此种放电形式理论上对可燃气体不具有引燃能力，但至今没有证明其对可燃气体不具有引燃能力的有说服力的试验设备。
静电放电引燃试验装置，是对静电放电是否引燃爆炸性混合物所做的试验装置；通过该试验装置可确定电极锥度、电极材质、电极接近速度、放电间距、放电回路阻抗、混合气压力、混合气体积比、混合气成分等参数对爆炸的影响，从而对静电消除器或高电压设备的设计制造提供必要的参数值，有效防止高压设备在爆炸危险场所运行时，发生爆炸事故。
然而，现有试验装置存在如下缺陷：
1、无法调节电极的接近速度；
2、爆炸性气体无法与空气或氧气充分混合，而影响爆炸阈值。
所以，在实际工作中，迫切需要一种能够调节电极接近速度，测量各种爆炸性气体混合比例下静电放电是否引燃爆炸性混合物所做的试验装置，以便对静电消除器的安全防爆性能进行测试和检验。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种静电放电引燃试验装置及其试验方法，其通过电动机带动接地电极旋转，实现放电电极与接地电极接近速度的调节与控制，通过循环泵实现对引燃试验容器内的混合气充分混合，采用可调节的放电间距、可控的爆炸性气体体积浓度调节，以及可调的电极接近速度，能够得到产生引燃爆炸时的最小放电电流，对防爆型静电消除器的研制具有重要意义。
本发明的技术方案是：提供一种静电放电引燃试验装置，其特征是：
设置一个密闭的引燃试验容器，所述的引燃试验容器具有一个透明的钢化玻璃罩；
在钢化玻璃罩上设置一个泄压阀；
在引燃试验容器中设置一个旋转接地电极和一个试验用放电电极；
所述的试验用放电电极与旋转接地电极之间的距离为d，并相对于旋转接地电极的旋转轴线偏心、垂直安装；
所述的旋转接地电极为一方形金属平板电极，通过一个电动机带动其旋转；
电动机的旋转轴经过第二绝缘体与转接地电极连接；
所述的试验用放电电极设置在方形金属平板电极的上方；
所述的试验用放电电极与位于引燃试验容器之外的消电器连接；
消电器与电源装置连接；
设置一个循环泵，循环泵的进口管和循环泵的出口管与所述密闭的引燃试验容器相通；
设置第一管道和第二管道与密闭的引燃试验容器相连接；
设置一个真空泵与第一管道连接；
设置一个爆炸性气体源和一个空气源与第二管道连接；
在引燃试验容器中设置一个压力传感器。
进一步的，在所述循环泵的出口管或进口管上，设置一个气体传感器。
进一步的，在所述试验用放电电极的引线穿过引燃试验容器处，设置第一绝缘体。
进一步的，在所述旋转接地电极与地之间，设置一个无感电阻，无感电阻的两端，并接一个示波器。
进一步的，在所述的爆炸性气体源、空气源与第二管道之间，设置一个混合泵，将所述的爆炸性气体源与空气源混合后再送入第二管道；在所述的第二管道上设置有气体传感器。
具体的，所述的试验用放电电极与旋转接地电极之间的距离d为0.1—20mm，并在距离旋转接地电极的旋转轴线10mm处垂直安装。
本发明还提供了一种如权利要求1所述静电放电引燃试验装置的试验方法，其特征是所述的静电放电引燃试验按照下列步骤进行：
A、在引燃试验容器内安装试验用放电电极；
B、操作真空泵，使引燃试验容器为真空状态；
C、真空度达到第一设定值后，导入试验气体，使引燃试验容器内的压力达到第二设定值；
D、打开消电器电源装置的电源开关，转动旋转接地电极，使试验用放电电极垂直正对旋转接地电极的长轴中心线；
E、使试验用放电电极对旋转接地电极持续放电第一时间；
F、打开消电器电源装置的电源开关，转动旋转接地电极100次，旋转速度每分钟30次；从而试验在引燃试验容器中是否发生引燃；
G、打开消电器电源装置的电源开关，改变试验条件，转动旋转接地电极100次，旋转速度每分钟60次；从而试验在引燃试验容器中是否发生引燃；
H、打开消电器电源装置的电源开关，改变试验条件，转动旋转接地电极100次，旋转速度每分钟120次；从而试验在引燃试验容器中是否发生引燃；
I、经上述步骤无法引燃时，按上述(B)～(H)步骤重复操作10次。
具体的，所述的第一设定值为102Pa；第二设定值为1.01×105Pa；第一时间为5min
具体的，所述的试验气体为输入引燃试验容器中的，经过混合后的爆炸性混合气；所述的试验条件包括改变经过混合后的爆炸性气体的浓度。
进一步的，所述的试验用放电电极与旋转接地电极之间的距离为0.1—20mm，并在距离旋转接地电极的旋转轴10mm处垂直安装。
与现有技术比较，本发明的优点是：
1.采用可调节的放电间距、可控的爆炸性气体体积浓度调节，以及可调的电极接近速度，能够得到产生引燃爆炸时的最小放电电流，整个装置及试验方法提供了更完善的试验参数，特别是电极接近速度，对防爆型静电消除器的研制具有重要意义。
2.通过此试验装置和试验方法设计的防爆型静电消除器将具有更高的安全性能。
附图说明
图1是本发明试验装置的结构示意图；
图2是本发明试验装置的另一种结构示意图。
图中1为引燃试验容器，2为钢化玻璃罩，3为电动机，4为旋转接地电极，5为试验用放电电极，6为泄压阀，7为消电器，8为压力传感器，9为循环泵，9-1为循环泵出口管，9-2为循环泵进口管，10为气体传感器，11为第一管道，12为第二管道，13为电源装置，14为第一绝缘体，15为第二绝缘体，16为无感电阻，17为示波器，18为混合气泵。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
图1中，本发明的技术方案提供了一种静电放电引燃试验装置，其发明点在于：
设置一个密闭的引燃试验容器1，所述的引燃试验容器具有一个透明的钢化玻璃罩2和一个金属材质的引燃试验容器底部；
在钢化玻璃罩上设置一个泄压阀6；
在引燃试验容器中设置一个旋转接地电极4和一个试验用放电电极5；
所述的旋转接地电极为一方形金属平板电极，通过一个电动机3带动其旋转；
电动机的输出轴经过第二绝缘体15与转接地电极连接；
所述的试验用放电电极设置在方形金属平板电极的上方；
所述的试验用放电电极与旋转接地电极之间的距离为d，并相对于旋转接地电极的旋转轴线偏心、垂直安装；
所述的试验用放电电极与位于引燃试验容器之外的消电器7连接；
消电器与电源装置13连接；
设置一个循环泵9，循环泵进口管9-2和循环泵出口管9-1与所述密闭的引燃试验容器相通；
设置第一管道11和第二管道12与密闭的引燃试验容器相连接；
设置一个真空泵与第一管道连接；
设置一个爆炸性气体源和一个空气源与第二管道连接；
在引燃试验容器中设置一个压力传感器8。
在所述循环泵的出口管或进口管(图中以进口管为例)上，设置一个气体传感器10。
在所述试验用放电电极的引线穿过引燃试验容器处，设置第一绝缘体14。
在所述旋转接地电极与地之间，设置一个无感电阻16，无感电阻的两端，并接一个示波器17。
进一步的，可在所述的爆炸性气体源、空气源与第二管道之间，设置一个混合泵，将所述的爆炸性气体源与空气源混合后再送入第二管道。此时在所述的第二管道上设置有气体传感器。
进一步的，所述的试验用放电电极与旋转接地电极之间的距离d为0.1—20mm，并在距离旋转接地电极的旋转轴线10mm处垂直安装。
图2是本发明试验装置的另一种结构示意图，其与图1的区别在于爆炸性气体源和空气源先经过一个混合气泵18混合后，再与第二管道连接，输入至引燃试验容器中，以期获得更好的气体混合效果，此时在第二管道上可以设置一个气体传感器10，进行相应的检测。
图1、图2中，按照常规，在第一管道、第二管道与引燃试验容器连接处，设置了阀门，这是按照气体输送安全规程的规定设置的。
在进行静电放电引燃试验时，放电电极在与接地电极接近的过程中，会引起电极间电场的剧烈畸变，电场短时间内急剧变大，引发脉冲放电；脉冲放电强度与所加电压、接近速度等紧密相关。
而带有大量静电荷的快速运动的物体又是静电消除器的消电对象，因此“电极接近速度”——这一参数，对静电消除器设计至关重要。
本发明的技术方案，通过电动机带动接地电极旋转，从而实现了放电电极与接地电极接近速度的调节与控制。
有些易爆气体比空气或氧气轻，悬浮在上方，影响气体引燃，甚至不会引燃；所以要使爆炸性气体与空气或氧气充分混合，对确定静电消除器的电气参数有极为重要的影响。
本发明的技术方案，通过循环泵实现对引燃试验容器内的混合气强制进行充分混合。
采用本发明技术方案进行静电放电的引燃试验，具体试验方法如下：
(1)如图1所示在引燃试验容器内安装试验用电极，在消电器电源装置的二次端子的高电压侧尽可能地使用聚乙烯等覆盖绝缘物的导体连接。试验用电极与旋转接地电极(SUS 304制20×30mm的方形金属平板电极)距离为0.1—20mm，并在距离旋转轴10mm处垂直安装。
(2)操作真空泵，使引燃试验容器为真空状态，真空度达到102Pa后，导入试验气体，使引燃试验容器内的压力达到1.01×105Pa。
(3)打开消电器电源装置的电源开关，转动旋转式接地电极，使试验用电极针垂直正对接地金属平板电极中心线，使电极针对接地电极持续放电5min。
(4)打开消电器电源装置的电源开关，转动旋转式接地电极100次，旋转速度每分钟30次；从而试验是否发生引燃。
(5)打开消电器电源装置的电源开关，改变试验条件，转动旋转式接地电极100次，旋转速度每分钟60次；从而试验是否发生引燃。
(6)打开消电器电源装置的电源开关，改变试验条件，转动旋转式接地电极100次，旋转速度每分钟120次；从而试验是否发生引燃。
(7)经上述步骤无法引燃时，按上述(2)～(6)步骤重复操作10回。
其中，所述的试验气体为输入引燃试验容器中的，经过混合后的爆炸性混合气；所述的试验条件包括改变经过混合后的爆炸性气体的浓度。
关于本技术方案的引燃试验装置，补充说明如下：
1、引燃容器内的试验用的放电电极(可为阻抗型放电电极)所施加的电压与静电消除器电源装置的输出高压一致或高于其输出电压；
2、放电电极与接地旋转电极之间的放电距离d，可通过上下移动放电电极来调整；
3、旋转接地电极与旋转螺杆机械连接，旋转螺杆与电动机之间通过绝缘体连接，实现旋转；
4、旋转接地电极的旋转轴偏移旋转接地电极长轴中心7mm，放电电极距离旋转轴中心线10mm；
5、压力传感器固定于引燃容器底部的金属基座上，实时监测试验容器内混合气压力；
6、当引燃容器内的压力达到0.7MPa时，位于钢化玻璃罩上的泄压阀将实施泄压动作；
7、将旋转接地电极串接一个无感电阻对地，利用示波器监测电压，实现对放电能量的监控。
引燃试验装置实施方式1(方案一)：
1、引燃容器罩材质为透明钢化玻璃；
2、钢化玻璃罩的顶部中心设有泄压阀，当容器内压力大于0.7MPa时，泄压阀产生泄压动作；
3、旋转接地电极是一种从中心距离长轴方向7mm处旋转的金属平板(SUS 304制20×30mm的方形金属平板电极)；
4、固定好放电电极，确定放电间距d；
5、放电间距d，可通过上下移动放电电极来调整；
6、打开真空泵，使引燃试验容器内压力达到指定压力，关闭真空泵；
7、抽真空完成后，充入爆炸性气体到指定压力，关闭爆炸性气体高压钢瓶阀门；
8、打开无水洁净空气气体高压钢瓶阀门，缓慢充入洁净空气；并同时打开循环泵，监测爆炸性气体体积浓度；
9、充气过程中，实时调节爆炸性气体体积浓度，到指定浓度、指定混合气压力，关闭高压钢瓶阀门；
10、上述操作完成后，按规定的试验方法进行试验；
11、试验过程中，通过监测对地电流(或串接一个无感电阻，监测电压)，实现对放电能量的监控。
引燃试验装置实施方式2(方案二)：
1、引燃容器罩材质为透明钢化玻璃；
2、钢化玻璃罩的顶部中心设有泄压阀，当容器内压力大于0.7MPa时，泄压阀产生泄压动作；
3、旋转接地电极是一种从中心距离长轴方向7mm处旋转的金属平板(SUS 304制20×30mm的方形金属平板电极)；
4、固定好放电电极，确定放电间距d；
5、放电间距d，可通过上下移动放电电极来调整；
6、打开真空泵，使引燃试验容器内压力达到指定压力，关闭真空泵；
7、抽真空完成后，分别打开爆炸性气体和无水洁净空气高压钢瓶阀门；
8、打开混合气泵，抽取并混合爆炸性气体和无水洁净空气；
9、充气过程中，调节爆炸性气体体积浓度至指定浓度，当达到指定混合气压力时，先后关闭混合气泵、高压钢瓶阀门；
10、打开循环泵，使试验容器内的爆炸性气体在整个试验过程中与空气充分混合
11、上述操作完成后，按规定的试验方法进行试验；
12、试验过程中，通过监测对地电流(或串接一个无感电阻，监测电压)，实现对放电能量的监控。
由于本发明采用可调节的放电间距、可控的爆炸性气体体积浓度调节，以及可调的电极接近速度，能够得到产生引燃爆炸时的最小放电电流，整个装置及试验方法提供了更完善的试验参数，特别是电极接近速度，对防爆型静电消除器的研制具有重要意义。
本发明可广泛用于防爆型静电消除装置的制造和防爆性能测试领域。

Claims (10)

1.一种静电放电引燃试验装置，其特征是：
设置一个密闭的引燃试验容器，所述的引燃试验容器具有一个透明的钢化玻璃罩；
在钢化玻璃罩上设置一个泄压阀；
在引燃试验容器中设置一个旋转接地电极和一个试验用放电电极；
所述的试验用放电电极与旋转接地电极之间的距离为d，并相对于旋转接地电极的旋转轴线偏心、垂直安装；
所述的旋转接地电极为一方形金属平板电极，通过一个电动机带动其旋转；
电动机的旋转轴经过第二绝缘体与转接地电极连接；
所述的试验用放电电极设置在方形金属平板电极的上方；
所述的试验用放电电极与位于引燃试验容器之外的消电器连接；
消电器与电源装置连接；
设置一个循环泵，循环泵的进口管和循环泵的出口管与所述密闭的引燃试验容器相通；
设置第一管道和第二管道与密闭的引燃试验容器相连接；
设置一个真空泵与第一管道连接；
设置一个爆炸性气体源和一个空气源与第二管道连接；
在引燃试验容器中设置一个压力传感器。
2.按照权利要求1所述的静电放电引燃试验装置，其特征是在所述循环泵的出口管或进口管上，设置一个气体传感器。
3.按照权利要求1所述的静电放电引燃试验装置，其特征是在所述试验用放电电极的引线穿过引燃试验容器处，设置第一绝缘体。
4.按照权利要求1所述的静电放电引燃试验装置，其特征是在所述旋转接地电极与地之间，设置一个无感电阻，无感电阻的两端，并接一个示波器。
5.按照权利要求1所述的静电放电引燃试验装置，其特征是在所述的爆炸性气体源、空气源与第二管道之间，设置一个混合泵，将所述的爆炸性气体源与空气源混合后再送入第二管道；在所述的第二管道上设置有气体传感器。
6.按照权利要求5所述的静电放电引燃试验装置，其特征是所述的试验用放电电极与旋转接地电极之间的距离d为0.1—20mm，并在距离旋转接地电极的旋转轴线10mm处垂直安装。
7.一种如权利要求1所述静电放电引燃试验装置的试验方法，其特征是所述的静电放电引燃试验按照下列步骤进行：
A、在引燃试验容器内安装试验用放电电极；
B、操作真空泵，使引燃试验容器为真空状态；
C、真空度达到第一设定值后，导入试验气体，使引燃试验容器内的压力达到第二设定值；
D、打开消电器电源装置的电源开关，转动旋转接地电极，使试验用放电电极垂直正对旋转接地电极的长轴中心线；
E、使试验用放电电极对旋转接地电极持续放电第一时间；
F、打开消电器电源装置的电源开关，转动旋转接地电极100次，旋转速度每分钟30次；从而试验在引燃试验容器中是否发生引燃；
G、打开消电器电源装置的电源开关，改变试验条件，转动旋转接地电极100次，旋转速度每分钟60次；从而试验在引燃试验容器中是否发生引燃；
H、打开消电器电源装置的电源开关，改变试验条件，转动旋转接地电极100次，旋转速度每分钟120次；从而试验在引燃试验容器中是否发生引燃；
I、经上述步骤无法引燃时，按上述(B)～(H)步骤重复操作10次。
8.按照权利要求7所述的静电放电引燃试验装置的试验方法，其特征是所述的第一设定值为102Pa；第二设定值为1.01×105Pa；第一时间为5min。
9.按照权利要求7所述的静电放电引燃试验装置的试验方法，其特征是所述的试验气体为输入引燃试验容器中的，经过混合后的爆炸性混合气；所述的试验条件包括改变经过混合后的爆炸性气体的浓度。
10.按照权利要求7所述的静电放电引燃试验装置的试验方法，其特征是所述的试验用放电电极与旋转接地电极之间的距离为0.1—20mm，并在距离旋转接地电极的旋转轴10mm处垂直安装。
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