CN111426726B - 含氧化锌设备的防爆测试方法及装置、设计方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含氧化锌设备的防爆测试方法及装置、设计方法及装置，含氧化锌设备包括氧化锌电阻片，测试方法包括控制冲击电流发生器向氧化锌电阻片通入不同的冲击电流；获取不同的冲击电流下，氧化锌电阻片破坏时产生的电阻片碎片的冲击强度，以及氧化锌电阻片破坏时含氧化锌设备内部压缩空气的最大压强；根据冲击强度和最大压强获取不同的冲击电流下，氧化锌电阻片破坏时产生的最大冲击强度。通过本发明的技术方案，测试过程有效模拟了氧化锌电阻片的破坏过程，提升了防爆试验的真实性和试验效率，提高了防爆试验的经济性，并有效指导了含氧化锌设备的防爆结构的设计。
Description
技术领域
本发明实施例涉及电气工程技术领域，尤其涉及一种含氧化锌设备的防爆测试方法及装置、设计方法及装置。
背景技术
氧化锌电阻片是防雷设备的核心部件，氧化锌电阻片由于其优异的非线性特性和耐受能力广泛应用于电力系统。正常电压下，氧化锌电阻片为高阻值电阻，起到绝缘作用，雷电过电压下，氧化锌电阻片转换为低阻值电阻，大电流流过氧化锌电阻片以向大地释放，雷电过电压后，氧化锌电阻片的阻值迅速恢复，线路恢复绝缘。大电流流过氧化锌电阻片会在电阻片内部产生大量能量，氧化锌电阻片会出现发热等现象，当冲击电流超过氧化锌电阻片的承受值时，氧化锌电阻片会出现热崩溃、热穿孔甚至破裂等现象。一旦氧化锌电阻片出现破裂，电阻片碎片形成冲击力，并将结构破坏，影响防雷设备的安全运行。
目前可以通过在内部环氧桶上设计厚度较薄的槽口来释放氧化锌电阻片破坏产生的冲击应力，即利用较薄的槽口形成多个压力释放口。但是，槽口设计的厚度过小会导致环氧结构的机械受力下降，风偏或电动力下内部槽口容易破坏，外部湿气侵入到内部的电阻片中，导致电阻片受潮而失效。槽口设计的厚度过大又会导致电阻片破坏产生的应力无法在第一时间得到释放，电弧持续燃烧下，防雷设备内部产生大量气体，可能导致防雷设备的整体结构剧烈破坏，内部材料在持续高温下会出现燃烧，影响防雷设备与人员安全。目前标准要求对防雷设备本体进行防爆性能测试，分析防雷设备的防爆性能，但试验中无法获得氧化锌电阻片破坏下对于结构的冲击作用，只能简单的判断是否通过，对于防爆结构的设计指导意义不强，并且防爆试验单次费用高，如果通过多次试验以验证防爆结构性能，经济性不强。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种含氧化锌设备的防爆结构测试方法及装置、设计方法及装置，测试过程有效模拟了氧化锌电阻片的破坏过程，提升了防爆试验的真实性和试验效率，提高了防爆试验的经济性，并有效指导了含氧化锌设备的防爆结构的设计。
第一方面，本发明实施例提供了一种含氧化锌设备的防爆测试方法，所述含氧化锌设备包括氧化锌电阻片，所述测试方法包括：
控制冲击电流发生器向所述氧化锌电阻片通入不同的冲击电流；
获取不同的所述冲击电流下，所述氧化锌电阻片破坏时产生的电阻片碎片的冲击强度；
获取不同的所述冲击电流下，所述氧化锌电阻片破坏时所述含氧化锌设备内部压缩空气的最大压强；
根据所述冲击强度和所述最大压强获取不同的所述冲击电流下，所述氧化锌电阻片破坏时产生的最大冲击强度。
可选地，所述控制冲击电流发生器向所述氧化锌电阻片通入不同的冲击电流，包括：
获取所述含氧化锌设备受到的最大雷击电流；
控制冲击电流发生器向所述氧化锌电阻片通入的冲击电流由电阻片设定电流变化至所述最大雷电电流。
可选地，所述获取不同的所述冲击电流下，所述氧化锌电阻片破坏时产生的电阻片碎片的冲击强度，包括：
获取不同的所述冲击电流下，所述氧化锌电阻片破坏时产生的电阻片碎片的速度；
根据所述速度获取所述氧化锌电阻片破坏时产生的电阻片碎片的冲击强度。
可选地，所述氧化锌电阻片破坏时产生的电阻片碎片的速度满足如下公式：
其中，v为所述氧化锌电阻片破坏时产生的电阻片碎片的速度，d为t1时间内所述电阻片碎片移动的距离；
所述氧化锌电阻片破坏时产生的电阻片碎片的冲击强度满足如下公式：
其中，P1为所述氧化锌电阻片破坏时产生的电阻片碎片的冲击强度，m为所述电阻片碎片的质量，t2为所述电阻片碎片碰撞防爆罩的时间，S为所述电阻片碎片垂直于所述电阻片碎片速度方向的面积。
可选地，所述获取不同的所述冲击电流下，所述氧化锌电阻片破坏时所述含氧化锌设备内部压缩空气的最大压强，包括：
获取不同的所述冲击电流下，所述氧化锌电阻片破坏时产生的最大温升；
根据所述最大温升获取所述氧化锌电阻片破坏时所述含氧化锌设备内部压缩空气的最大压强。
可选地，所述含氧化锌设备内部压缩空气的最大压强满足如下公式：
其中，P2为所述含氧化锌设备内部压缩空气的最大压强，n为所述含氧化锌设备内部压缩空气的物质的量，R为常数，T为所述氧化锌电阻片波坏时产生的温升，V为所述含氧化锌设备内部压缩空气的体积。
可选地，所述根据所述冲击强度和所述最大压强获取不同的所述冲击电流下，所述氧化锌电阻片破坏时产生的最大冲击强度，包括：
将对应同一所述冲击电流的所述冲击强度的最大值与所述最大压强的和值，作为对应该所述冲击电流的所述氧化锌电阻片破坏时产生的最大冲击强度。
第二方面，本发明实施例还提供了一种含氧化锌设备的防爆设计方法，包括：
获取构成所述含氧化锌设备的氧化锌电阻片的破裂临界电流，以及所述含氧化锌设备受到的最大雷击电流；
根据如第一方面所述的测试方法，获取对应所述破裂临界电流的所述最大冲击强度，以及对应所述最大雷击电流的所述最大冲击强度；
根据对应所述破裂临界电流的所述最大冲击强度以及对应所述最大雷击电流的所述最大冲击强度，获取防爆结构中防爆槽的槽口强度。
可选地，所述设计方法还包括：
获取所述氧化锌电阻片破坏时产生的最大电阻片碎片的最大长度；
根据所述最大长度获取所述防爆结构中防爆槽的槽口尺寸。
可选地，在根据对应所述破裂临界电流的所述最大冲击强度以及对应所述最大雷击电流的所述最大冲击强度，获取所述防爆结构中防爆槽的槽口强度之后，还包括：
测试设定机械负荷后的所述含氧化锌设备的密封性；
根据所述密封性的测试结果调节所述防爆结构中防爆槽的槽口强度的设计值。
第三方面，本发明实施例还提供了一种含氧化锌设备的防爆测试装置，包括：
防爆罩，用于放置构成所述含氧化锌设备的氧化锌电阻片；
冲击电流发生器，所述冲击电流发生器的两个输出端分别与所述氧化锌电阻片的两端电连接；
拍摄部件，用于监测所述防爆罩内所述氧化锌电阻片的破坏过程；
温度监测部件，用于监测所述防爆罩内的温升；
控制器，分别与所述冲击电流发生器、温度监测部件以及拍摄部件电连接，用于执行如第一方面所述的测试方法。
可选地，所述测试装置还包括：
电流感应部件，对应所述氧化锌电阻片的放电端设置，用于获取所述氧化锌电阻片的放电电流；
录波部件，与所述电流感应部件以及所述拍摄部件电连接，用于根据所述放电电流触发所述拍摄部件工作。
可选地，所述测试装置还包括：
位于所述防爆罩内的上电极片和下电极片，所述上电极片和所述下电极片分别位于所述氧化锌电阻片的两侧，所述上电极片和所述下电极片用于固定所述氧化锌电阻片；
所述冲击电流发生器通过所述上电极片和所述下电极片向所述氧化锌电阻片通入冲击电流。
第四方面，本发明实施例还提供了一种含氧化锌设备的防爆设计装置，包括：
电流获取模块，用于获取构成所述含氧化锌设备的氧化锌电阻片的破裂临界电流，以及所述含氧化锌设备受到的最大雷击电流；
冲击强度获取模块，用于根据如第一方面所述的测试方法，获取对应所述破裂临界电流的所述最大冲击强度，以及对应所述最大雷击电流的所述最大冲击强度；
槽口强度获取模块，用于根据对应所述破裂临界电流的所述最大冲击强度以及对应所述最大雷击电流的所述最大冲击强度，获取防爆结构中防爆槽的槽口强度。
本发明实施例提供了一种含氧化锌设备的防爆测试方法及装置、设计方法及装置，含氧化锌设备包括氧化锌电阻片，控制冲击电流发生器向氧化锌电阻片通入不同的冲击电流，获取不同的冲击电流下，氧化锌电阻片破坏时产生的电阻片碎片的冲击强度，以及氧化锌电阻片破坏时，含氧化锌设备内部压缩空气的最大压强，根据冲击强度和最大压强获取不同的冲击电流下，氧化锌电阻片破坏时产生的最大冲击强度，测试过程有效模拟了氧化锌电阻片的破坏过程，提升了防爆试验的真实性和试验效率，提高了防爆试验的经济性，并有效指导了含氧化锌设备的防爆结构的设计。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种含氧化锌设备的防爆测试方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种含氧化锌设备的防爆测试装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种含氧化锌设备的防爆设计方法的流程示意图；
图4为本发明实施例提供的一种含氧化锌设备的防爆设计方法的具体流程示意图；
图5为本发明实施例提供的一种含氧化锌设备的防爆设计装置的结构示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例提供的一种含氧化锌设备的防爆测试方法的流程示意图。含氧化锌设备的防爆的测试方法可以应用在需要对含氧化锌设备，例如防雷设备的防爆结构进行测试的场景，可以有本发明实施例提供的含氧化锌设备的防爆的测试装置执行，该含氧化锌设备的防爆测试方法可以采用软件和/或硬件的方式来实现。如图1所示，含氧化锌设备的防爆的测试方法包括：
S101、控制冲击电流发生器向氧化锌电阻片通入不同的冲击电流。
具体地，氧化锌电阻片是含氧化锌设备，例如防雷设备的核心部件，氧化锌电阻片由于其优异的非线性特性和耐受能力广泛应用于电力系统防雷，正常电压下，氧化锌电阻片为高阻值电阻，起到绝缘作用。雷电过电压下，氧化锌电阻片转换为低阻值，大电流流过氧化锌电阻片向大地释放，雷电过电压后，氧化锌电阻片的阻值迅速恢复，线路恢复绝缘。
大电流流过电阻片会在电阻片内部产生大量能量，电阻片会出现发热等现象，当冲击电流超过电阻片的承受值，其会出现热崩溃、热穿孔、破裂等现象。一旦出现破裂，电阻片碎片形成冲击力，并将结构破坏，影响安全运行。例如，内含氧化锌电阻片的防雷设备在大的雷电流下会导致氧化锌电阻片破坏，电弧无法可靠熄灭，电弧放电的温度高达2000℃，并释放出大量的热量。当电弧作用于防雷设备内部的环氧树脂纤维棒、硅橡胶表面的局部温度超过500℃时，促使表面的分子链降解甚至气化，电阻片在破坏情况下出现向外的冲击作用，内部空气在高温也会发生剧烈的膨胀，如果释放的内部压力无法得到有效释放，会导致整体防雷设备出现炸裂，影响附近设备和人员安全。
因此可以通过控制冲击电流发生器调节冲击电流发生器向氧化锌电阻片通入的冲击电流，以实现对氧化锌电阻片破坏过程的模拟。可选地，在控制冲击电流发生器向氧化锌电阻片通入不同的冲击电流之前，先将氧化锌电阻片放置在氧化锌电阻片破裂性能的试验装置中，例如将氧化锌电阻片放置在透明的防爆玻璃罩中，透明的防爆玻璃罩还有利于对氧化锌电阻片破坏情况的观察。
控制冲击电流发生器向氧化锌电阻片通入不同的冲击电流，可以先获取含氧化锌设备受到的最大雷击电流，然后控制冲击电流发生器向氧化锌电阻片通入的冲击电流由电阻片设定电流变化至最大雷电电流。具体地，含氧化锌设备的实际线路处对应设置有雷电定位系统，可以通过雷电定位系统获取到含氧化锌设备的实际线路附近最大的雷电流幅值，即获取含氧化锌设备可能受到的最大雷击电流。电阻片设定电流小于最大雷击电流，可以设置将电阻片设定电流通入氧化锌电阻片时，氧化锌电阻片不会破坏产生电阻片碎片，将最大雷击电流通入氧化锌电阻片，氧化锌电阻片破坏产生电阻片碎片，控制冲击电流发生器向氧化锌电阻片通入的冲击电流由电阻片设定电流变化至最大雷电电流，例如可以设置冲击电流由电阻片设定电流逐步变化至最大雷电电流，以准确模拟氧化锌电阻片破坏产生电阻片碎片的过程。
S102、获取不同的冲击电流下，氧化锌电阻片破坏时产生的电阻片碎片的冲击强度。
控制冲击电流发生器向氧化锌电阻片通入的冲击电流由电阻片设定电流变化至最大雷电电流，冲击电流增加至氧化锌电阻片破裂对应的临界冲击电流时，氧化锌电阻片破坏产生电阻片碎片，获取不同的冲击电流下，氧化锌电阻片破坏时产生的电阻片碎片的冲击强度。
可选地，获取不同的冲击电流下，氧化锌电阻片破坏时产生的电阻片碎片的冲击强度，可以先获取不同的冲击电流下，氧化锌电阻片破坏时产生的电阻片碎片的速度，然后根据氧化锌电阻片破坏时产生的电阻片碎片的速度获取氧化锌电阻片破坏时产生的电阻片碎片的冲击强度。
具体地，获取不同的冲击电流下，氧化锌电阻片破坏时产生的电阻片碎片的速度，氧化锌电阻片破坏时产生的电阻片碎片的速度满足如下公式：
其中，v为氧化锌电阻片破坏时产生的电阻片碎片的速度，d为t1时间内电阻片碎片移动的距离。具体地，可以利用拍摄部件观测防爆罩内氧化锌电阻片的破坏情况，拍摄部件例如可以为高清摄像机，可以利用高清摄像机对防爆罩内的情况进行拍照，可以设置t1为高清摄像机拍摄的两张相邻的照片之间的时间间隔，d为两张相邻的照片中氧化锌电阻片破坏产生的电阻片碎片移动的距离，由于含氧化锌设备内部的氧化锌电阻片与外部环氧桶的距离一般小于1mm，因此可以设置d小于1mm。
获取到不同的冲击电流下，氧化锌电阻片破坏时产生的电阻片碎片的速度，然后根据氧化锌电阻片破坏时产生的电阻片碎片的速度获取氧化锌电阻片破坏时产生的电阻片碎片的冲击强度，氧化锌电阻片破坏时产生的电阻片碎片的冲击强度满足如下公式：
其中，P1为氧化锌电阻片破坏时产生的电阻片碎片的冲击强度，m为电阻片碎片的质量，t2为电阻片碎片碰撞防爆罩的时间，S为电阻片碎片垂直于电阻片碎片速度方向的面积。具体地，可以通过天平获得氧化锌电阻片破坏产生的电阻片碎片的质量m，利用高清摄像机对防爆罩内的情况进行拍照，电阻片碎片碰撞防爆罩的时间t2可以由高清摄像机拍照获取，电阻片碎片垂直于电阻片碎片速度方向的面积S同样可以由高清摄像机拍照获取，结合获取到的不同的冲击电流下，氧化锌电阻片破坏时产生的电阻片碎片的速度v，即可获取氧化锌电阻片破坏产生的电阻片碎片的各个面会出现的冲击强度数值P1，即获取到不同冲击电流下，氧化锌电阻片破坏时产生的电阻片碎片的冲击强度。
S103、获取不同的冲击电流下，氧化锌电阻片破坏时含氧化锌设备内部压缩空气的最大压强。
控制冲击电流发生器向氧化锌电阻片通入的冲击电流由电阻片设定电流变化至最大雷电电流，冲击电流增加至氧化锌电阻片破裂对应的临界冲击电流时，氧化锌电阻片破坏产生电阻片碎片，获取不同的冲击电流下，含氧化锌设备内部压缩空气的最大压强。
可选地，获取不同的冲击电流下，含氧化锌设备内部压缩空气的最大压强，可以先获取不同的冲击电流下，氧化锌电阻片破坏时产生的最大温升，然后根据最大温升获取氧化锌电阻片破坏时，含氧化锌设备内部压缩空气的最大压强。
具体地，获取不同的冲击电流下，氧化锌电阻片破坏时产生的最大温升，可以利用温度监测部件获取不同的冲击电流下，氧化锌电阻片破坏时产生的最大温升，温度监测部件例如可以为高速红外成像仪，即可以通过高速红外成像仪获得氧化锌电阻片在不同冲击电流下破坏过程中的最大温升。
获取到不同的冲击电流下，氧化锌电阻片破坏时产生的最大温升，然后根据最大温升获取氧化锌电阻片破坏时含氧化锌设备内部压缩空气的最大压强，含氧化锌设备内部压缩空气的最大压强满足如下公式：
其中，P2为含氧化锌设备内部压缩空气的最大压强，n为含氧化锌设备内部压缩空气的物质的量，这里可以将n当作常数，R为常数，T为氧化锌电阻片波坏时产生的温升，T是开氏温度，V为含氧化锌设备内部压缩空气的体积。具体地，可以通过高速红外成像仪获得氧化锌电阻片在不同冲击电流下破坏过程中的最大温升T，结合含氧化锌设备内部压缩空气的体积V，参照上述理想气体状态方程，即可获取氧化锌电阻片破坏时含氧化锌设备内部压缩空气的最大压强P2。
S104、根据冲击强度和最大压强获取不同的冲击电流下，氧化锌电阻片破坏时产生的最大冲击强度。
具体地，获取到不同的冲击电流下，氧化锌电阻片破坏时产生的电阻片碎片的冲击强度，以及氧化锌电阻片破坏时含氧化锌设备内部压缩空气的最大压强，可以将对应同一冲击电流的冲击强度的最大值与最大压强的和值，作为对应该冲击电流的氧化锌电阻片破坏时产生的最大冲击强度，即氧化锌电阻片破坏时产生的最大冲击强度满足如下公式：
P＝P1max+P2
其中，P为氧化锌电阻片破坏时产生的最大冲击强度，P1max为冲击强度的最大值，P2为最大压强，据此，获取到不同的冲击电流下，氧化锌电阻片破坏时产生的最大冲击强度，以为防爆结构的防爆槽的槽口强度的设计提供试验数据支撑。
本发明实施例的测试过程真实模拟了含氧化锌设备爆裂而产生的冲击力，获得了含氧化锌设备中的氧化锌电阻片破坏时产生的真实的爆裂冲击力，可依据试验量化结果进行含氧化锌设备防爆结构的设计，真正有效指导了防爆结构的设计，且提高了防爆试验的效率与经济性，试验可重复性强，可高效并经济地优化防爆结构，有利于含氧化锌设备整体运行稳定性的进一步提升。
另外，也可以设置脱扣结构，在氧化锌防雷设备损坏后，脱扣器内的放电间隙会放电，而间隙放电又会引起脱扣器内的微量火药爆炸，使得脱扣器的外壳被炸开，脱扣器、信号采集传感器和接地线落下，失去绝缘性能的氧化锌防雷设备由绝缘托架进行支撑和绝缘，系统仍可正常运行，从而防止含氧化锌设备的爆炸，避免事故的发生。但这种脱扣结构仅能在配网应用，并且存在一定的误动作概率，在更高电压等级线路中，窗口尺寸不满足脱扣结构的设计要求。本发明实施例提供的含氧化锌设备的防爆测试方法，能够有效实现对更高电压等级的含氧化锌设备的防爆结构的测试，有利于跟高电压等级的含氧化锌设备的防爆结构的设计。
本发明实施例还提供了一种含氧化锌设备的防爆测试装置，图2为本发明实施例提供的一种含氧化锌设备的防爆测试装置的结构示意图。如图2所示，含氧化锌设备的防爆测试装置包括防爆罩1、冲击电流发生器3、拍摄部件4、温度监测部件5和控制器(图2中未示出)，冲击电流发生器3的两个输出端分别与氧化锌电阻片2的两端电连接，控制器分别与冲击电流发生器3、温度监测部件5以及拍摄部件4电连接。
防爆罩1用于放置构成含氧化锌设备的氧化锌电阻片2，防爆罩1例如可以为透明的玻璃防爆罩，用于放置样品以进行试验，其具有防爆性能，透明的玻璃防爆罩有利于对防爆罩1内部的氧化锌电阻片2破坏过程的观测，冲击电流发生器3用于向氧化锌电阻片2通入冲击电流，可以设置冲击电流发生器3的正端与氧化锌电阻片2的一端电连接，冲击电流发生器3的负端与氧化锌电阻片2的另一端电连接，并与接地端GND电连接。拍摄部件4用于监测防爆罩1内氧化锌电阻片2的破坏过程，拍摄部件4例如可以为高清摄像机，即可以利用高清摄像机对防爆罩1内的氧化锌电阻片2的破坏过程进行拍照。温度监测部件5用于监测防爆罩1内的温升，温度监测部件5例如可以为高速红外成像仪，即可以通过高速红外成像仪获得氧化锌电阻片2在不同冲击电流下破坏过程中的最大温升。
控制器用于执行上述实施例的含氧化锌设备的防爆测试方法，控制器可以控制冲击电流发生器3向氧化锌电阻片2通入不同的冲击电流，并通过拍摄部件4获取不同的冲击电流下，氧化锌电阻片2破坏时产生的电阻片碎片的冲击强度，以及通过温度监测部件5获取不同的冲击电流下，氧化锌电阻片2破坏时含氧化锌设备内部压缩空气的最大压强。获取到不同的冲击电流下，氧化锌电阻片2破坏时产生的电阻片碎片的冲击强度，以及氧化锌电阻片2破坏时含氧化锌设备内部压缩空气的最大压强，根据冲击强度和最大压强获取不同的冲击电流下，氧化锌电阻片2破坏时产生的最大冲击强度。
可选地，如图2所示，含氧化锌设备的防爆测试装置还可以包括电流感应部件7和录波部件8，电流感应部件7对应氧化锌电阻片2的放电端设置，即对应氧化锌电阻片2的下端设置，电流感应部件7用于获取氧化锌电阻片2的放电电流，电流感应部件7例如可以为图2所示的感应线圈，电流感应部件7利用霍尔效应将感测到的氧化锌电阻片2的放电电流波形，录波部件8与电流感应部件7以及拍摄部件4电连接，电流感应部件7将检测到的氧化锌电阻片2放电电流波形传输至录波部件8，录波部件8例如可以为录波仪，录波部件8用于记录氧化锌电阻片2放电过程的电流波形，并根据放电电流触发拍摄部件4工作，即录波部件8通过氧化锌电阻片2的放电电流波形与高速摄影机联动，触发高速摄影机进行拍摄记录。
示例性地，可以设置当录波仪判断氧化锌电阻片2的放电电流达到氧化锌电阻片2破裂对应的临界电流值，或者即将达到氧化锌电阻片2破裂对应的临界电流值时，触发拍摄部件4，例如高速摄影机对氧化锌电阻片2的破坏情况进行拍摄记录，避免拍摄部件4一直处于工作状态，以降低测试装置的功耗。
可选地，如图2所示，含氧化锌设备的防爆测试装置还可以包括位于防爆罩1内的上电极片9和下电极片10，上电极片9和下电极片10分别位于氧化锌电阻片2的两侧，上电极片9和下电极片10用于固定氧化锌电阻片2，冲击电流发生器3通过上电极片9和下电极片10向氧化锌电阻片2通入冲击电流。具体地，上电极片9为样品的上接触电极，下电极片10为样品的下接触电极，上电极片9和下电极片10用于导电并固定氧化锌电阻片2样品。
本发明实施例通过拍摄部件4，例如高速摄影机获得了电阻片碎片破坏初段的速度和电阻片碎片的冲击方向，从而得到电阻片碎片各个面的冲击力，通过温度监测部件5，例如高速红外成像仪获得电阻片碎片破坏过程中的空气最大温升，从而获得受限空间下最大气体压强。电阻片碎片破坏的冲击强度同时考虑电阻片本身破坏而产生的冲击强度和空气热膨胀所产生的冲击强度，真实模拟了含氧化锌设备爆裂而产生的冲击力，可依据试验量化结果进行含氧化锌设备防爆结构设计，真正有效指导了防爆结构的设计，且提高了防爆试验的效率与经济性，试验可重复性强，可高效并经济地优化防爆结构，有利于含氧化锌设备整体运行的稳定性进一步提升。
本发明实施例还提供了一种含氧化锌设备的防爆设计方法。图3为本发明实施例提供的一种含氧化锌设备的防爆设计方法的流程示意图。含氧化锌设备的防爆设计方法可以应用在需要对含氧化锌设备的防爆结构进行设计的场景，可以由本发明实施例提供的含氧化锌设备的防爆设计装置执行，该含氧化锌设备的防爆设计方法可以采用软件和/或硬件的方式来实现。如图3所示，含氧化锌设备的防爆设计方法包括：
S201、获取构成含氧化锌设备的氧化锌电阻片的破裂临界电流，以及含氧化锌设备受到的最大雷击电流。
具体地，构成含氧化锌设备的氧化锌电阻片的破裂临界电流为氧化锌电阻片开始破裂时的临界冲击电流值，含氧化锌设备受到的最大雷击电流为雷击下可能出现的最大雷击电流，可以由设置在含氧化锌设备线路附近的雷电定位系统获得。
S202、根据含氧化锌设备的防爆结构的测试方法，获取对应破裂临界电流的最大冲击强度，以及对应最大雷击电流的最大冲击强度。
具体地，参照上述实施例的含氧化锌设备的防爆测试方法，通过获取对应破裂临界电流的氧化锌电阻片破坏时产生的电阻片碎片的冲击强度，以及对应破裂临界电流的氧化锌电阻片破坏时含氧化锌设备内部压缩空气的最大压强，即可获得对应破裂临界电流的氧化锌电阻片破坏时产生的最大冲击强度。同样地，通过获取对应最大雷击电流的氧化锌电阻片破坏时产生的电阻片碎片的冲击强度，以及对应最大雷击电流的氧化锌电阻片破坏时含氧化锌设备内部压缩空气的最大压强，即可获得对应最大雷击电流的氧化锌电阻片破坏时产生的最大冲击强度。
S203、根据对应破裂临界电流的最大冲击强度以及对应最大雷击电流的最大冲击强度，获取防爆结构中防爆槽的槽口强度。
具体地，获取到对应破裂临界电流的最大冲击强度以及对应最大雷击电流的最大冲击强度后，可以设计防爆槽的槽口耐冲击强度满足如下条件：
PI1≤PC≤PI2
其中，PC为防爆槽的槽口耐冲击强度，PI1为破裂临界电流I1下含氧化锌设备破坏受到的最大冲击强度，PI2为最大雷击电流I2下含氧化锌设备破坏受到的最大冲击强度。具体地，含氧化锌设备的防爆结构可以包括氧化锌电阻片构成的圆柱状芯体、套在芯体外侧的设置有多个压力释放口的第一防爆结构以及套在第一防爆结构外侧的设置有多个防爆槽的第二防爆结构，芯体、第一防爆结构和第二防爆结构由内向外形成嵌套的圆柱状结构，压力释放口与防爆槽一一对应设置。
示例性地，第一防爆结构和第二防爆结构可以采用环氧树脂构成，第一防爆结构上设置的压力释放口形成压力释放的第一出口，当含氧化锌设备的芯体发生过热后，热气流首先从前述压力释放口扩散出去。通过在第二防爆结构上设置防爆槽，防爆槽的厚度小于第二防爆结构的壁厚，防爆槽形成应力薄弱部位，当热气流从压力释放口出来后，从防爆槽冲出，以防止膨胀的热气流对芯体造成更大的损坏，降低线路发生掉串的风险。
本发明实施例设置防爆槽的槽口耐冲击强度大于等于破裂临界电流下含氧化锌设备破坏受到的最大冲击强度，以确保含氧化锌设备的防爆结构的密封性，避免槽口设计的厚度过小导致的环氧结构的机械受力下降，风偏或电动力下内部槽口容易破坏，外部湿气侵入到内部的电阻片中，导致电阻片受潮而失效的问题。本发明实施例设置防爆槽的槽口耐冲击强度小于等于最大雷击电流下含氧化锌设备破坏受到的最大冲击强度，以避免槽口设计的厚度过大导致的电阻片破坏产生的应力无法在第一时间得到释放，电弧持续燃烧下，含氧化锌设备内部产生大量气体，可能导致含氧化锌设备的整体结构剧烈破坏，内部材料在持续高温下会出现燃烧，影响含氧化锌设备与人员安全的问题。
在设计防爆结构的防爆槽的耐冲击强度时，防爆槽的耐冲击强度Pc越接近PI1越有利于防爆槽的动作，因此可以从PI1开始设计防爆槽的槽口强度，再根据防爆结构的具体材料确定防爆槽的槽口的厚度。
可选地，还可以获取氧化锌电阻片破坏时产生的最大电阻片碎片的最大长度，例如可以通过高清摄影仪获取到氧化锌电阻片破坏时产生的最大电阻片碎片的最大长度L，然后根据最大长度获取防爆结构中防爆槽的槽口尺寸，例如可以设置防爆结构中防爆槽的槽口的宽度根据L进行设计，防爆结构中防爆槽的槽口的长度根据2L进行设计。以防爆结构呈圆柱状为例，圆柱状的防爆结构竖直放置时，槽口沿水平方向的尺寸为槽口的宽度，槽口沿竖直方向的尺寸为槽口的长度，设置防爆结构中防爆槽的槽口的宽度根据L进行设计，防爆结构中防爆槽的槽口的长度根据2L进行设计，以确保氧化锌电阻片的电阻片碎片能够撞击到防爆槽的槽口，例如可以设置防爆结构中防爆槽的槽口的宽度大于等于L，防爆结构中防爆槽的槽口的长度大于等于2L。
可选地，在根据对应破裂临界电流的最大冲击强度以及对应最大雷击电流的最大冲击强度，获取防爆结构中防爆槽的槽口强度之后，还可以测试设定机械负荷后的含氧化锌设备的密封性，根据密封性的测试结果调节防爆结构中防爆槽的槽口强度的设计值。具体地，可以对设计好防爆结构的含氧化锌设备进行密封性能试验，在防爆结构上加上额定机械负荷，然后进行含氧化锌设备的密封性能测试。如果密封性能未通过，将防爆槽的槽口强度增加例如10％，然后重复测试含氧化锌设备的密封性，直到密封性能符合要求，确定密封性测试通过时的槽口强度为最终的槽口强度。
图4为本发明实施例提供的一种含氧化锌设备的防爆设计方法的具体流程示意图。该含氧化锌设备的防爆设计方法同样可以应用在需要对含氧化锌设备的防爆结构进行设计的场景，可以由本发明实施例提供的含氧化锌设备的防爆设计装置执行。如图4所示，含氧化锌设备的防爆设计方法包括：
S301、获取最大的雷电流幅值。
S302、将氧化锌电阻片放置在氧化锌电阻片破裂性能试验装置中。
S303、进行不同电流的破坏试验，并通过高速摄影机拍摄电阻片的破坏过程。
S304、获得不同电流幅值下，电阻片破坏时的最大冲击强度。
S305、通过高速红外成像仪获得氧化锌电阻片在不同电流下破坏过程中的最大温升。
S306、获得氧化锌电阻片破坏过程中，含氧化锌设备内部压缩空气的最大压强。
S307、得到不同电流幅值下含氧化锌设备中破坏下的最大冲击强度。
S308、对含氧化锌设备结构进行防爆设计。
S309、进行机械负荷后的密封性能，判定密封性是否符合要求。若是，执行步骤311；若否，执行步骤310。
S310、将防爆槽的槽口强度增加10％。
S311、获得含氧化锌设备防爆槽结构。
本发明实施例还提供了一种含氧化锌设备的防爆设计装置。图5为本发明实施例提供的一种含氧化锌设备的防爆设计装置的结构示意图。如图5所示，含氧化锌设备的防爆设计装置包括电流获取模块401、冲击强度获取模块402和槽口强度获取模块403，电流获取模块401用于获取构成含氧化锌设备的氧化锌电阻片的破裂临界电流，以及含氧化锌设备受到的最大雷击电流。冲击强度获取模块402用于根据上述实施例所述的测试方法，获取对应破裂临界电流的最大冲击强度，以及对应最大雷击电流的最大冲击强度。槽口强度获取模块403用于根据对应破裂临界电流的最大冲击强度以及对应最大雷击电流的最大冲击强度，获取防爆结构中防爆槽的槽口强度。
本发明实施例先搭设了氧化锌电阻片破坏的试验平台，通过试验获得了氧化锌电阻片破坏初段会出现的冲击能量和电弧导致的局部温升，依据冲击能量与空气膨胀压强的计算，获得了氧化锌电阻片破坏条件下的冲击力。依据量化的冲击力获得防爆槽的耐冲击性能，并进行密封性能验证，以确保其密封性能满足正常运行需求。通过上述设计，获得了真实的爆裂冲击力，可依据试验量化结果进行含氧化锌设备防爆结构设计，真正有效指导了防爆结构的设计，提高了防爆试验的效率与经济性，试验可重复性强，可高效并经济的优化防爆结构，有利于含氧化锌设备整体运行的稳定性进一步提升。
本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (10)
1.一种含氧化锌设备的防爆测试方法，其特征在于，所述含氧化锌设备包括氧化锌电阻片，所述测试方法包括：
控制冲击电流发生器向所述氧化锌电阻片通入不同的冲击电流；
获取不同的所述冲击电流下，所述氧化锌电阻片破坏时产生的电阻片碎片的冲击强度；
获取不同的所述冲击电流下，所述氧化锌电阻片破坏时所述含氧化锌设备内部压缩空气的最大压强；
根据所述冲击强度和所述最大压强获取不同的所述冲击电流下，所述氧化锌电阻片破坏时产生的最大冲击强度；
其中，所述控制冲击电流发生器向所述氧化锌电阻片通入不同的冲击电流，包括：
获取所述含氧化锌设备受到的最大雷击电流；其中，所述最大雷击电流由设置在所述含氧化锌设备线路附近的雷电定位系统获得；
控制冲击电流发生器向所述氧化锌电阻片通入的冲击电流由电阻片设定电流变化至所述最大雷击 电流；
其中，所述获取不同的所述冲击电流下，所述氧化锌电阻片破坏时产生的电阻片碎片的冲击强度，包括：
获取不同的所述冲击电流下，所述氧化锌电阻片破坏时产生的电阻片碎片的速度；
根据所述速度获取所述氧化锌电阻片破坏时产生的电阻片碎片的冲击强度；
其中，所述氧化锌电阻片破坏时产生的电阻片碎片的速度满足如下公式：
其中，v为所述氧化锌电阻片破坏时产生的电阻片碎片的速度，d为t1时间内所述电阻片碎片移动的距离；
所述氧化锌电阻片破坏时产生的电阻片碎片的冲击强度满足如下公式：
其中，P1为所述氧化锌电阻片破坏时产生的电阻片碎片的冲击强度，m为所述电阻片碎片的质量，t2为所述电阻片碎片碰撞防爆罩的时间，S为所述电阻片碎片垂直于所述电阻片碎片速度方向的面积，S通过拍摄部件拍摄获得；
所述根据所述冲击强度和所述最大压强获取不同的所述冲击电流下，所述氧化锌电阻片破坏时产生的最大冲击强度，包括：
将对应同一所述冲击电流的所述冲击强度的最大值与所述最大压强的和值，作为对应该所述冲击电流的所述氧化锌电阻片破坏时产生的最大冲击强度。
2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述获取不同的所述冲击电流下，所述氧化锌电阻片破坏时所述含氧化锌设备内部压缩空气的最大压强，包括：
获取不同的所述冲击电流下，所述氧化锌电阻片破坏时产生的最大温升；
根据所述最大温升获取所述氧化锌电阻片破坏时所述含氧化锌设备内部压缩空气的最大压强。
3.根据权利要求2所述的测试方法，其特征在于，所述含氧化锌设备内部压缩空气的最大压强满足如下公式：
其中，P2为所述含氧化锌设备内部压缩空气的最大压强，n为所述含氧化锌设备内部压缩空气的物质的量，R为常数，T为所述氧化锌电阻片波坏时产生的温升，V为所述含氧化锌设备内部压缩空气的体积。
4.一种含氧化锌设备的防爆设计方法，其特征在于，包括：
获取构成所述含氧化锌设备的氧化锌电阻片的破裂临界电流，以及所述含氧化锌设备受到的最大雷击电流；其中，所述最大雷击电流由设置在所述含氧化锌设备线路附近的雷电定位系统获得；
根据如权利要求1-3任一项所述的测试方法，获取对应所述破裂临界电流的所述最大冲击强度，以及对应所述最大雷击电流的所述最大冲击强度；
根据对应所述破裂临界电流的所述最大冲击强度以及对应所述最大雷击电流的所述最大冲击强度，获取防爆结构中防爆槽的槽口强度；其中，所述槽口强度大于等于对应所述破裂临界电流的所述最大冲击强度，所述槽口强度小于等于对应所述最大雷击电流的所述最大冲击强度。
5.根据权利要求4所述的设计方法，其特征在于，还包括：
获取所述氧化锌电阻片破坏时产生的最大电阻片碎片的最大长度；
根据所述最大长度获取所述防爆结构中防爆槽的槽口尺寸。
6.根据权利要求4所述的设计方法，其特征在于，在根据对应所述破裂临界电流的所述最大冲击强度以及对应所述最大雷击电流的所述最大冲击强度，获取所述防爆结构中防爆槽的槽口强度之后，还包括：
测试设定机械负荷后的所述含氧化锌设备的密封性；
根据所述密封性的测试结果调节所述防爆结构中防爆槽的槽口强度的设计值。
7.一种含氧化锌设备的防爆测试装置，其特征在于，包括：
防爆罩，用于放置构成所述含氧化锌设备的氧化锌电阻片；
冲击电流发生器，所述冲击电流发生器的两个输出端分别与所述氧化锌电阻片的两端电连接；
拍摄部件，用于监测所述防爆罩内所述氧化锌电阻片的破坏过程；
温度监测部件，用于监测所述防爆罩内的温升；
控制器，分别与所述冲击电流发生器、温度监测部件以及拍摄部件电连接，用于执行如权利要求1-3任一项所述的测试方法。
8.根据权利要求7所述的测试装置，其特征在于，还包括：
电流感应部件，对应所述氧化锌电阻片的放电端设置，用于获取所述氧化锌电阻片的放电电流；
录波部件，与所述电流感应部件以及所述拍摄部件电连接，用于根据所述放电电流触发所述拍摄部件工作。
9.根据权利要求7所述的测试装置，其特征在于，还包括：
位于所述防爆罩内的上电极片和下电极片，所述上电极片和所述下电极片分别位于所述氧化锌电阻片的两侧，所述上电极片和所述下电极片用于固定所述氧化锌电阻片；
所述冲击电流发生器通过所述上电极片和所述下电极片向所述氧化锌电阻片通入冲击电流。
10.一种含氧化锌设备的防爆设计装置，其特征在于，包括：
电流获取模块，用于获取构成所述含氧化锌设备的氧化锌电阻片的破裂临界电流，以及所述含氧化锌设备受到的最大雷击电流；其中，所述最大雷击电流由设置在所述含氧化锌设备线路附近的雷电定位系统获得；
冲击强度获取模块，用于根据如权利要求1-3任一项所述的测试方法，获取对应所述破裂临界电流的所述最大冲击强度，以及对应所述最大雷击电流的所述最大冲击强度；
槽口强度获取模块，用于根据对应所述破裂临界电流的所述最大冲击强度以及对应所述最大雷击电流的所述最大冲击强度，获取防爆结构中防爆槽的槽口强度；其中，所述槽口强度大于等于对应所述破裂临界电流的所述最大冲击强度，所述槽口强度小于等于对应所述最大雷击电流的所述最大冲击强度。
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