CN107644578B - 一种炭化路径放电火灾危险性演示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种炭化路径放电火灾危险性演示装置，整个演示装置从左至右分别为第一电源接入区、第二演示区、第三负荷加载显示区；在第一电源接入区左侧布置电源线、保险丝、带漏电保护短路保护器和短路保护器；在第二演示区布置演示模块，其结构为：在炭化路径板上设置有两条已局部炭化完成的导线；在第三负荷加载显示区上方布置负载和插座，中部布置触摸显示屏和按键模块，下方布置工作状态指示灯、网线接口模块和触摸显示屏开关。本发明装置演示了零线和火线经过石墨炭层直接短接产生剧烈的放电电弧和高温的电气火灾引火源的现象和原因、痕迹特征；以及带漏电保护短路保护器和短路保护器无法消除该类故障产生的引火源。

Description

一种炭化路径放电火灾危险性演示装置

技术领域

本发明属于电气火灾研究技术领域，特别是一种炭化路径放电火灾危险性演示装置。

背景技术

在电气线路中，由于零线和火线两相线之间某对应点附近的绝缘层因老化或拉拽、摩擦等作用出现微小破损处，在持续的通电情况下，在零线和火线对应的微小破损处会不间断地产生微小的放电电弧；并在电弧能量作用下，破损处的表层绝缘层逐步炭化，慢慢形成具有导电性能的石墨炭层，当形成的石墨炭层逐步从表层延伸至绝缘层内表面时，相当于火线通过该石墨炭与零线短接产生放电电弧，成为电气火灾引火源。该放电电弧所释放的能量足以将可燃物引燃，具有很大的火灾危害性。国内对该类故障产生的引火源的机理研究尚处于空白阶段，现有针对电气火灾调查以及痕迹查找主要集中在短路、漏电、接触不良等电气故障上，对炭化路径放电故障这一引火源的研究和痕迹分析处于空白状况。而一种炭化路径放电火灾危险性演示装置就能有效填补这一空白，可使消防部队和火调人员清楚的认识到炭化路径放电的形成机理和痕迹特征；还可使普通的人民大众认识到该类故障的火灾危险性；同时还能为预防该类引火源提供技术依据。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种炭化路径放电火灾危险性演示装置，通过演示炭化路径实验以及实验后形成的痕迹特征，可使电气火灾防控技术人员、火灾调查人员、普通大众认识到炭化路径放电引发电气火灾发生的过程、原因以及火灾物证鉴定人员判别鉴定该类故障产生的痕迹特征。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种炭化路径放电火灾危险性演示装置，包括：

A)装置的元器件

整个演示装置从左至右分别为第一电源接入区、第二演示区、第三负荷加载及显示区；在第一电源接入区左侧布置电源线、保险丝、带漏电保护短路保护器和短路保护器；中间分别布置有电气火灾带漏电保护短路保护器和短路保护器对应的开关；

在第二演示区布置演示模块，所述演示模块用于演示炭化路径放电，其结构为：在炭化路径板上设置有两条已局部炭化完成的导线；

在第三负荷加载及显示区上方布置负载和插座，中部布置触摸显示屏和按键模块，下方布置工作状态指示灯、网线接口模块和触摸显示屏开关；

B)装置的内部电路

220V交流电源通过电源线、保险丝、总开关依次连接，所述总开关分别连接两条支路，两条支路分别为：带漏电保护短路保护器与一个开关串联的支路、短路保护器与一个开关串联的支路；两条支路分别独立连接第二演示区的演示模块，即与演示模块的输入端连接；

演示模块连接有一个开关，所述演示模块还连接到负载，所述负载连接有插座；

演示模块的输入导线设置有一个电流互感器，电流互感器连接到信号调理模块，所述信号调理模块连接到MCU微处理器模块；所述MCU微处理器模块通过电源模块供电，且MCU微处理器模块还分别连接网线接口模块、按键模块和显示驱动模块；所述显示驱动模块连接到触摸显示屏。

进一步的，演示模块连接有显示此模块导通或者断开的指示灯。

进一步的，所述演示模块前端串联有升压变压器和开关。

进一步的，所述插座用于连接各种用电器具或模拟负载。

进一步的，所述MCU微处理器模块还连接有存储模块。

进一步的，所述触摸显示屏能直接进行波形显示、存储的操作指令。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：演示了零线和火线经过石墨炭层短接产生剧烈放电电弧和高温的电气火灾引火源的现象。可使消防部队和火调人员清楚的认识到炭化路径放电的形成机理和痕迹特征；还可使普通的人民大众认识到该类故障的火灾危险性；同时还能为预防该类火灾引火源的科技人员提供技术依据。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中炭化演示部分示意图。

图3是本发明中设置有升压变压器时的电路图。

图4是本发明中电器元件连接电路图。

图中：1—电源线；2—保险丝；4—带漏电保护短路保护器；5—短路保护器；6—开关；7—石墨炭；8-炭化路径板；9—交流负载；11—指示灯；12—白炽灯；13—插座；14—触摸显示屏；15—触摸显示屏开关；16—按键模块；17—网线接口模块；18—工作状态指示灯；20—零线；21—火线；22-升压变压器；23-开关；32-总开关；33-电流互感器；34-电源模块；35-存储模块；36-MCU微处理器模块；37-信号调理模块；39-显示驱动模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明揭示了炭化引起电气火灾的现象和原因，即导线由于拉拽，摩擦，碰撞等机械作用造成绝缘层破损，在破损处由于放电电弧作用下，逐渐形成石墨炭层，当达到一定程度后，零线和火线经过石墨炭层短接产生剧烈的放电电弧和高温的电气火灾引火源。

本发明一种炭化路径放电火灾危险性演示装置，其结构包括：

A)装置的元器件

整个演示装置从左至右分别为第一电源接入区、第二演示区、第三负荷加载及显示区；在第一电源接入区左侧布置电源线1、保险丝2、带漏电保护短路保护器4和短路保护器5；中间分别布置有带漏电保护短路保护器4和短路保护器5的开关6；

在第二演示区布置演示模块，所述演示模块用于演示炭化路径放电，其结构为：在炭化路径板8上设置有两条已局部炭化完成的导线；

在第三负荷加载及显示区上方布置负载和插座13，中部布置触摸显示屏14和按键模块16，下方布置工作状态指示灯18、网线接口模块17和触摸显示屏开关15；

B)装置的内部电路

220V交流电源通过电源线1、保险丝2、总开关32依次连接，所述总开关32分别连接两条支路，两条支路分别为：带漏电保护短路保护器4与一个开关6串联的支路、短路保护器5与一个开关6串联的支路；两条支路分别独立连接第二演示区的演示模块，即与演示模块的输入端连接；

演示模块连接有一个开关6，所述演示模块还连接到负载；

演示模块的输入导线设置有一个电流互感器33，电流互感器33连接到信号调理模块37，所述信号调理模块37连接到MCU微处理器模块36；所述MCU微处理器模块36通过电源模块34供电，且MCU微处理器模块36还分别连接网线接口模块17、按键模块16和显示驱动模块39；所述显示驱动模块39连接到触摸显示屏14。

演示模块连接有显示此模块导通或者断开的指示灯11。所述MCU微处理器模块36还连接有存储模块35。插座13可以连接各种用电器具和模拟负载；触摸显示屏14既可以显示当前电流波形；按键模块16可以发送指令，选择所需要的功能；网线接口模块17可以通过网线连接至电脑，在电脑终端储存和显示波形；工作状态指示灯18可指示当前工作状态。

本发明装置演示因电路绝缘层被电弧作用高温热解形成石墨炭，石墨炭瞬间导通放电的电气故障即为炭化路径导通放电故障。

炭化路径放电放电原理是电路导线的绝缘因老化、腐蚀或拉拽、摩擦等机械作用造成线路两相电线之间的绝缘层对应点有破损，破损处会出现瞬间放电电弧，这种电弧可以使电线的绝缘发生炭化并形成石墨炭层，这种故障会在电路中较长时间内间歇性地不断发生，电路绝缘被不断炭化，当炭化达到一定程度后，会在电路某一电流出现的瞬间，炭化形成的石墨炭导通放电形成电弧放电故障，该放电电弧足以引燃可燃物形成引火源。

该装置主要分为两大部分，分别是加速炭化部分和炭化放电部分。加速炭化：首先在两截导线之间制作绝缘层破损口通过升压变压器22将220V电压升高为1～3kV，将1～3kV高压加在两截导线之间，绝缘层破损处在高压的作用下产生放电，放电电弧产生的高温使周围的绝缘层逐步炭化，形成石墨炭的过程。炭化放电：将制作好的炭化路径板(即固定有两截导线经过加速炭化后破损处绝缘层形成石墨炭的炭化路径板)转接至220V交流电路中，在石墨炭层发生剧烈放电电弧的过程称之为炭化放电。

加速炭化部分：演示绝缘层破损处在不断的放电电弧的作用下形成石墨炭的过程，由于实际生活中绝缘层破损处形成石墨炭的过程十分缓慢，因此该装置采用升压变压器22产生的高压加速这一炭化过程。加速炭化部分的主要实施过程是将两节带绝缘层的导线中部分别划开一个2-3mm的开口，使内部的铜导线露出，将两截导线划开的开口对应在一起，用胶布进行固定在绝缘的炭化路径板上。然后将两截导线一端通过开关23与升压变压器22的高压侧相连，另一端悬空。升压变压器22的低压端与220V家庭常用的交流电连接。连接完电路后，通过以每次闭合约0.5～1s，断开约0.5～1s的频率间断性闭合、断开开关23，对炭化路径板8中的两截导线进行加速炭化，使其在开口处的绝缘层逐渐形成具有导电性质的石墨炭。当开口处形成足够多的石墨炭后，断开升压变压器22电源，同时将炭化路径板取下。

炭化路径放电部分：演示形成绝缘层破损处形成石墨炭后当有正常电流通过后，在该处会产生暴鸣声和很强的电弧光，其释放的能量足以引燃周围的可燃物，与短路产生的短路电弧不同，短路是零线20和火线21直接短接产生，而炭化放电则是零线20和火线21通过导电的石墨炭7短接，因此，释放的能量未能将零线20和火线21直接熔断，只是将部分线芯熔断。炭化放电部分主要实施过程是将炭化完成后的炭化路径板连接至220V电路中，炭化路径板8一端与用电器具负载相连，另一端与短路保护器负载端相连，然后将短路保护器与220V电源端连接。电路连接好后打开电源总闸，进行通电试验，此时看到即使短路保护器5动作，但在石墨炭形成处也会产生高温飞溅的熔珠。如果将脱脂棉放置在此处，在短路保护器5动作之后脱脂棉也会被引燃，因此短路保护器无法消除该类故障产生的引火源。同时，将短路保护器更换为带漏电保护短路保护器再进行相同的实验，发现带漏电保护短路保护器也不能对该类故障产生的引火源具有消除作用。

痕迹特征分析：在产生炭化路径放电故障之后，在故障点处形成的痕迹特征与短路故障不同，短路故障是在短路点整体形成球状或者半球状熔痕，而该类故障只是在故障点部分线芯断裂，断裂处多线铜导线发生粘连或形成半球状熔痕，部分线芯连接完好。断裂处金相组织存在较多的细小组织，基本不存在气孔。且熔痕部分与非熔痕部分组织接线明显。

Claims (6)

1.一种炭化路径放电火灾危险性演示装置，其特征在于，包括：

A)装置的元器件

整个演示装置从左至右分别为第一电源接入区、第二演示区、第三负荷加载显示区；在第一电源接入区左侧布置电源线(1)、保险丝(2)、带漏电保护短路保护器(4)和短路保护器(5)；中间分别布置有带漏电保护短路保护器(4)和短路保护器(5)的开关(6)；

在第二演示区布置演示模块，所述演示模块用于演示炭化路径放电，其结构为：在炭化路径板(8)上设置有两条已局部炭化完成的导线；

在第三负荷加载及显示区上方布置负载和插座(13)，中部布置触摸显示屏(14)和按键模块(16)，下方布置工作状态指示灯(18)、网线接口模块(17)和触摸显示屏开关(15)；

B)装置的内部电路

220V交流电源通过电源线(1)、保险丝(2)、总开关(32)依次连接，所述总开关(32)分别连接两条支路，两条支路分别为：带漏电保护短路保护器(4)与一个开关(6)串联的支路、短路保护器(5)与一个开关(6)串联的支路；两条支路分别独立连接第二演示区的演示模块，即与演示模块的输入端连接；

演示模块连接有一个开关(6)，所述演示模块还连接到负载，所述负载连接有插座(13)；

演示模块的输入导线设置有一个电流互感器(33)，电流互感器(33)连接到信号调理模块(37)，所述信号调理模块(37)连接到MCU微处理器模块(36)；所述MCU微处理器模块(36)通过电源模块(34)供电，且MCU微处理器模块(36)还分别连接网线接口模块(17)、按键模块(16)和显示驱动模块(39)；所述显示驱动模块(39)连接到触摸显示屏(14)。

2.如权利要求1所述的一种炭化路径放电火灾危险性演示装置，其特征在于，演示模块连接有显示此模块导通或者断开的指示灯(11)。

3.如权利要求1所述的一种炭化路径放电火灾危险性演示装置，其特征在于，在所述演示模块前端串联有升压变压器(22)和开关(23)。

4.如权利要求1所述的一种炭化路径放电火灾危险性演示装置，其特征在于，所述插座(13)用于连接各种用电器具或模拟负载。

5.如权利要求1所述的一种炭化路径放电火灾危险性演示装置，其特征在于，所述MCU微处理器模块(36)还连接有存储模块(35)。

6.如权利要求1所述的一种炭化路径放电火灾危险性演示装置，其特征在于，所述触摸显示屏(14)能直接进行波形显示、存储的操作指令。