CN116577455A - 一种耐火电缆的耐火试验方法及其试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐火电缆的耐火试验方法及其试验装置，包括支撑钢架，安装在支撑钢架上用作试验墙的试验背板，正对试验背板一侧用于模拟火源的燃烧装置，设置于试验背板上方用于模拟电缆受到撞击场景的冲击振动发生装置，用于连接待测样品的控制柜，以及与燃烧装置、冲击振动发生装置、控制柜相连用于采集试验数据的数据采集与处理系统。本发明用于评估电缆在火‑振动‑水多维度耦合环境下的耐火性能，结构简单，成本低，操作方便简捷，适于推广应用。
Description
技术领域
本发明属于耐火电缆耐火试验技术领域，具体地说，是涉及一种耐火电缆的耐火试验方法及其试验装置。
背景技术
耐火电缆是指具有规定的耐火性能的电缆，保证火灾自动报警系统、火灾警报与消防应急广播系统、消防应急照明和疏散指示系统、防排烟系统、特定场所的疏散用电梯和消防电梯等消防用电设备在火灾中的持续供电。我国耐火电缆采用的耐火性能试验方法主要有GB/T 19216.21-2003、GB/T 19216.1-2021、GB/T 19216.2-2021和GB/T 19216.3-2021。然而，上述试验方法仅规定了火焰温度750℃～800℃和830℃～870℃，和从模拟电缆受火燃烧和电缆受火同时受冲击的角度评价电缆耐火性能。然而，电缆在火灾中可能受到更高的温度，同时在火灾发生后自动喷淋系统将启动，电缆可能遇到受火、振动和水等多因素耦合作用的复杂环境。因此，有必要评估电缆在火-振动-水多维度耦合环境下的耐火性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐火电缆的耐火试验方法及其试验装置，主要用于评估电缆在火-振动-水多维度耦合环境下的耐火性能。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种耐火电缆的耐火试验装置，包括支撑钢架，安装在支撑钢架上用作试验墙的试验背板，正对试验背板一侧用于模拟火源的燃烧装置，设置于试验背板上方用于模拟电缆受到撞击场景的冲击振动发生装置，用于连接待测样品的控制柜，以及与燃烧装置、冲击振动发生装置、控制柜相连用于采集试验数据的数据采集与处理系统。
进一步地，本发明还包括设置于试验背板一侧用于对待测样品进行喷水的喷水机构，用于模拟火灾中电缆受到自动喷淋灭火系统喷水的场景。
进一步地，在本发明中，所述冲击振动发生装置(4)为直径24.9～25.1mm、长595～605mm的钢圆棒，所述钢圆棒围绕与试验墙平行的轴线自由转动，并与试验墙的上边缘处于同一水平面；其中，所述轴线将圆棒分为两个不相等的长度冲击试验背板，较长的部分为395～405mm；圆棒以其自身的重量从与水平面呈55°～65°的角度跌落，冲击上支撑钢架的中点。
进一步地，在本发明中，所述试验背板上安装有两根热电偶，所述燃烧装置的位置在水平方向上与试验背板相距28～32mm，垂直方向上比热电偶的中线低40～60mm。
进一步地，在本发明中，所述燃烧装置采用带状燃烧器，所述带状燃烧器带有燃气进气管和空气进气管，所述燃气进气管和空气进气管(8)上分别设置有燃气质量流量控制器和空气质量流量控制器。
基于上述耐火试验装置，本发明还提供了一种耐火电缆的耐火试验方法，包括以下步骤：
S1，对燃烧装置的热源、喷水机构的喷水量进行验证；
S2，制备待测样品，选用一根长度不小于1500mm的电缆，并将电缆两端拆掉100mm的绝缘和外护套；
S3，采用接地的P型铜夹将待测样品弯曲形成一个“U”字形状固定在试验背板的中央；
S4，将待测样品两端接入测试电路，将电压调节至试样额定电压或指定电压，施加电流0.45A。试样在通电状态下预运行5min，无异常；
S5，通过燃气质量流量控制器和空气质量流量控制器控制燃气和空气流量，经文丘里混合器混合后，在带状燃烧器处燃烧混合气体产生火焰；
S6，开启冲击振动发生装置，5min±10s后冲击一次试样，之后每隔5min±10s冲击一次试样；在每次敲击后，敲击棒应在敲击后20s内从试样上提起；
S7，耐火试验结束前15min，启动喷水机构，持续5s，第一次喷水60s后再一次喷水，持续5s，整个过程重复15次；
S8，计时，利用数据采集与处理系统采集试验数据，并记录实时电压，电流，冲击次数，喷水次数和喷水流量，绘制实时曲线，形成试验报告。
进一步地，在步骤S1中的热源验证中，点燃带状燃烧器，调整燃气和空气的流量，燃烧稳定后，记录10分钟内的2支热电偶的温度数据，至少每30秒采集一次温度数据，热源正常应当满足：
(a)两根热电偶中任一热电偶10分钟内平均读数的算术平均数处于710～790℃或910～990℃的要求范围内；
(b)两根热电偶中任一热电偶10分钟内平均读数之差不超过40℃。
进一步地，在步骤S1中的喷水机构的水流量验证中，水流量为0.75～0.85L/min，并通过测量体积的方式进行验证。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供的耐火电缆的耐火试验方法，可评估电缆在喷灯火910℃～990℃下的耐火性能，为耐火电缆开发、耐火电缆结构优化、耐火材料研究等方面提供数据支持，具有较广阔的应用前景。
(2)本发明提供的耐火电缆的耐火试验方法可模拟电缆在火灾初期阶段受到因各种物件或建筑构件等倒塌引起的冲击振动，同时受到自动喷淋系统喷水。
(3)本发明提出的耐火电缆耐火性能试验装置，可模拟电缆遇到的火-振动-水同时出现的复杂环境，同时该装置结构简单，成本低，操作方便简捷，适于推广应用。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图。
图2为本发明的平面结构示意图。
图3为本发明的侧面结构示意图。
图4为本发明中的待测样品的安装结构示意图。
图5为本发明中的喷水结构的安装示意图。
图6为本发明中的测试电路的一种连接结构示意图。
图7为图6中的测试电路的一种具体连接结构示意图。
图8为本发明-实施例2中测试报告样图。
其中，附图标记对应的名称为：
1-支撑钢架，2-试验背板，3-燃烧装置，4-冲击振动发生装置，5-喷水机构，6-带状燃烧器，7-燃气进气管，8-空气进气管，9-P型铜夹，10-待测样品，11-变压器，12-熔断器，13-相线，14-铁环，15-导线组，16-负载和指示装置，17-接地导线，18-金属屏蔽层。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
实施例1
如图1～5所示，本发明公开的一种耐火电缆的耐火试验装置，包括支撑钢架1，安装在支撑钢架1上用作试验墙的试验背板2，正对试验背板2一侧用于模拟火源的燃烧装置3，设置于试验背板2上方用于模拟电缆受到撞击场景的冲击振动发生装置4，用于连接待测样品的控制柜，以及与燃烧装置、冲击振动发生装置、控制柜相连用于采集试验数据的数据采集与处理系统。
在本实施例中，试验背板应由采用耐热、不燃、非金属材质的板材制成，牢牢固定到两根横向支撑钢架1上，一根在板材顶部，一根在板材底部。也可采用竖向支架。板材应长(900±100)mm、高(300±50)mm、厚(10±2)mm，墙的总质量(即板材加上钢支架的质量)应为(10±0.5)kg。必要时，支撑钢架1内应放置压载物。
在本实施例中，所述冲击振动发生装置4为钢圆棒，直径24.9～25.1mm，长595～605mm。钢圆棒围绕与试验墙平行的轴线进行自由转动，与试验墙的上边缘处于同一水平面，两者之间相距(200±5)mm。轴线将钢圆棒分为两个不等长部分，较长部分为(400±5)mm，用于撞击试验墙。钢条在自身重量的作用下，从(60±5)°的角向水平方向落下，冲击上支撑钢架的中点。
在本实施例中，所述试验背板2上安装有两根热电偶，热电偶的水平线在墙底部上方(100±10)mm。先安装带状燃烧器，位置在水平方向上与试验墙相距28～32mm，垂直方向上比热电偶的中线低40～60mm。
在本实施例中，所述燃烧装置3采用带状燃烧器6，所述带状燃烧器带有燃气进气管7和空气进气管8，所述燃气进气管7和空气进气管8上分别设置有燃气质量流量控制器和空气质量流量控制器。使用时，可以通过燃气质量流量控制器和空气质量流量控制器控制火源的温度大小。
本发明还包括设置于试验背板2一侧用于对待测样品进行喷水用于模拟火灾中电缆受到自动喷淋灭火系统喷水浸入场景的喷水机构5。
实施例2
基于上述耐火试验装置，本发明还提供了一种耐火电缆的耐火试验方法，在试验背板上安装两根直径1.5mm矿物绝缘不锈钢铠装的K型热电偶，热电偶尖端位于试验背板前方(20.0±1.0)mm处。热电偶的水平线处于壁底之上(100±10)mm处。燃烧装置的位置在水平方向上与试验背板2相距(H’)28～32mm，垂直方向上比热电偶的中线低(V’)40～60mm。首先对燃烧装置的热源、喷水机构的喷水量进行验证；热源验证中，点燃带状燃烧器，调整燃气和空气的流量，燃烧稳定后，记录10分钟内的2支热电偶的温度数据，每3s采集一次温度数据，热源正常应当满足：
(a)两根热电偶中任一热电偶10分钟内平均读数的算术平均数处于710～790℃或910～990℃的要求范围内；
(b)两根热电偶中任一热电偶10分钟内平均读数之差不超过40℃。
喷水机构的水流量为0.75～0.85L/min。启动喷水装置，持续5s，第一次喷水60s后再一次喷水，持续5s，整个过程重复15次，收集喷水量，用量筒测量其体积，计算平均水流量。热源验证和水流量验证的实测数据如表1所示。
表1：实测数据
将待测样品10两端接入测试电路，并在其外部缠绕铁环14；在试样的变压器端，将中性线接地，如有任何保护导体也将其接地。任何金属屏蔽、引流线或金属层相互连接并接地。将变压器(组)与导线连接，但不包括未明确说明拟作为中性或保护线的任何导线，如图6的电路图所示。如金属护套、铠装或金属屏蔽层18作为中性或保护导体，按中性或保护导体连接。将电压调节至试样额定电压0.6/1kV或450/750V或220/380V；施加电流0.45A。电缆试样在通电状态下预运行5min，无异常。
对于单相、双相或三相电缆，采用2A的熔断器12或具有相同特性的断路器，将每条相线13与变压器(组)11输出端的一相连接。
对于有四条或更多导线的多芯电缆(不包括任何中性线或保护线)，应将导线分为大体相等的导线组15，尽可能保证相邻导线属于不同的导线组。
对于多对电缆，将导线分为两组相等的导线组，保证每对导线的a芯连接至其中一相，而b芯连接至另一相(图6中的L1和L2)。四线组可视为两对线。
对于多三线组电缆，应将导线分为三组相等的导线组，保证每个三线组的a芯连接至其中一相，b芯连接至另一相，c芯连接至变压器的第三相(图6中的L1、L2、L3)。串联各组导线，并采用2A的熔断器或具有相同特性的断路器，将每组导线与变压器(组)输出端的一相连接。
在试样不与变压器连接的另一端：
将各相导线或导线组15连接至负载和指示装置16的一端，负载和指示装置的另一端接地；
将中性线和任何保护线连接至负载和指示装置的一端，负载和指示装置的另一端连接到变压器的L1(或L2或L3)(见图6)。
待测样品准备就绪后，调节丙烷质量流量控制器使丙烷流量至195mg/s；调节空气质量流量控制器使干燥洁净的空气流量为1650mg/s，经文丘里混合器混合后，在带状燃烧器处燃烧混合气体产生火焰，调节喷灯与试样之间的距离；使喷灯喷火面距离电缆中线的水平距离H’＝31mm；喷灯中线距离电缆中线的垂直距离V’＝45mm。
开启冲击振动发生装置，(5min±10s)后冲击一次试样，之后每隔(5min±10s)冲击一次试样；在每次敲击后，敲击棒应在敲击后20s内从试样上提起。
耐火试验结束前15min，启动喷水装置，持续5s，第一次喷水60s后再一次喷水，持续5s，整个过程重复15次。
计时，利用数据采集与处理系统采集试验数据，并记录实时电压、电流、丙烷流量、空气流量，绘制实时曲线；在记录表中记录冲击次数，喷水次数和喷水流量数据。
实施例3
如图7所示，本实施例以测试1根型号为BTLY-0.6/1kV 1×25电缆为例。制备一根约1.5m的待测试的BTLY-0.6/1kV 1×25电缆样品，电缆的两端剥除约100mm的绝缘和外护套，裸露出导体，用于电气连接；裸露的芯线分开，以避免相互接触。
待测样品应弯曲形成一个“U”字形状。弯曲内半径应为制造商声明的正常使用的最小弯曲半径，电缆垂直段之间的距离应为(475±10)mm，并采用P型铜夹9将待测样品10装在试验墙中央。铜夹接地，并在弧形部分任意一端以及中心处对电缆进行支撑。
待测样品准备就绪后，调节丙烷质量流量控制器使丙烷流量至195mg/s；调节空气质量流量控制器使干燥洁净的空气流量为1650mg/s，经文丘里混合器混合后，在带状燃烧器处燃烧混合气体产生火焰，调节喷灯与试样之间的距离；使喷灯喷火面距离电缆中线的水平距离H’＝31mm；喷灯中线距离电缆中线的垂直距离V’＝45mm。按照图7连接后，将电压调节至试样额定电压0.6/1kV；施加电流0.45A，由100W的灯泡产生。电缆试样在通电状态下预运行5min，无异常。
开启冲击振动发生装置，(5min±10s)后冲击一次试样，之后每隔(5min±10s)冲击一次试样；在每次敲击后，敲击棒应在敲击后20s内从试样上提起。
耐火试验结束前15min，启动喷水装置，持续5s，第一次喷水60s后再一次喷水，持续5s，整个过程重复15次。
计时，利用数据采集与处理系统采集试验数据，并记录实时电压、电流、丙烷流量、空气流量，绘制实时曲线；在记录表中记录冲击次数，喷水次数和喷水流量数据，形成如图8的试验报告。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种耐火电缆的耐火试验装置，其特征在于，包括支撑钢架(1)，安装在支撑钢架(1)上用作试验墙的试验背板(2)，正对试验背板(2)一侧用于模拟火源的燃烧装置(3)，设置于试验背板(2)上方用于模拟电缆受到撞击场景的冲击振动发生装置(4)，用于连接待测样品的控制柜，以及与燃烧装置、冲击振动发生装置、控制柜相连用于采集试验数据的数据采集与处理系统。
2.根据权利要求1所述的一种耐火电缆的耐火试验装置，其特征在于，还包括设置于试验背板(2)一侧用于对待测样品进行喷水的喷水机构(5)，用于模拟火灾中电缆受到自动喷淋灭火系统喷水的场景。
3.根据权利要求2所述的一种耐火电缆的耐火试验装置，其特征在于，所述冲击振动发生装置(4)为直径24.9～25.1mm、长595～605mm的钢圆棒，所述钢圆棒围绕与试验墙平行的轴线自由转动，并与试验墙的上边缘处于同一水平面；其中，所述轴线将圆棒分为两个不相等的长度冲击试验背板，较长的部分为395～405mm；圆棒以其自身的重量从与水平面呈55°～65°的角度跌落，冲击上支撑钢架的中点。
4.根据权利要求3所述的一种耐火电缆的耐火试验装置，其特征在于，所述试验背板(2)上安装有两根热电偶，所述燃烧装置的位置在水平方向上与试验背板(2)相距28～32mm，垂直方向上比热电偶的中线低40～60mm。
5.根据权利要求4所述的一种耐火电缆的耐火试验装置，其特征在于，所述燃烧装置(3)采用带状燃烧器(6)，所述带状燃烧器带有燃气进气管(7)和空气进气管(8)，所述燃气进气管(7)和空气进气管(8)上分别设置有燃气质量流量控制器和空气质量流量控制器。
6.一种耐火电缆的耐火试验方法，其特征在于，采用了如权利要求5所述的耐火试验装置，包括以下步骤：
S1，对燃烧装置的热源、喷水机构的喷水量进行验证；
S2，制备待测样品，选用一根长度不小于1500mm的电缆，并将电缆两端拆掉100mm的绝缘和外护套；
S3，采用接地的P型铜夹将待测样品弯曲形成一个“U”字形状固定在试验背板的中央；
S4，将待测样品两端接入测试电路，将电压调节至试样额定电压或指定电压，施加电流0.45A。试样在通电状态下预运行5min，无异常；
S5，通过燃气质量流量控制器和空气质量流量控制器控制燃气和空气流量，经文丘里混合器混合后，在带状燃烧器处燃烧混合气体产生火焰；
S6，开启冲击振动发生装置，5min±10s后冲击一次试样，之后每隔5min±10s冲击一次试样；在每次敲击后，敲击棒应在敲击后20s内从试样上提起；
S7，耐火试验结束前15min，启动喷水机构，持续5s，第一次喷水60s后再一次喷水，持续5s，整个过程重复15次；
S8，计时，利用数据采集与处理系统采集试验数据，并记录实时电压，电流，冲击次数，喷水次数和喷水流量，绘制实时曲线，并形成试验报告。
7.根据权利要求6所述的一种耐火电缆的耐火试验方法，其特征在于，在步骤S1中的热源验证中，点燃带状燃烧器，调整燃气和空气的流量，燃烧稳定后，记录10分钟内的2支热电偶的温度数据，至少每30秒采集一次温度数据，热源正常应当满足：
(a)两根热电偶中任一热电偶10分钟内平均读数的算术平均数处于710～790℃或910～990℃的要求范围内；
(b)两根热电偶中任一热电偶10分钟内平均读数之差不超过40℃。
8.根据权利要求6所述的一种耐火电缆的耐火试验方法，其特征在于，在步骤S1中的喷水机构的水流量验证中，水流量为0.75～0.85L/min，并通过测量体积的方式进行验证。
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