CN210243541U

CN210243541U - 一种线芯升温控制及内外温度场耦合演化机理研究平台

Info

Publication number: CN210243541U
Application number: CN201920459240.6U
Authority: CN
Inventors: Qiyuan Xie; 谢启源; Hong Chen; 陈红
Original assignee: University of Science and Technology of China USTC
Current assignee: University of Science and Technology of China USTC
Priority date: 2019-04-08
Filing date: 2019-04-08
Publication date: 2020-04-03
Anticipated expiration: 2029-04-08

Abstract

本实用新型公开了一种高压电力电缆线芯升温控制及内外温度场耦合演化机理研究平台，包括沿轴向两端的绝缘层与外护套被剥离的单芯阻燃电缆，环状加热模块均匀地布置在金属线芯周围，可对电缆两端露出的金属线芯进行加热。可通过调节卡扣的松紧扣来控制电热管的紧实程度，单头电热管两端套有陶瓷垫片。还有由继电器、温控表以及热电偶共同组成的温度调节控制系统，为减小加热装置的热量散失，在装置外装设有保温层。通过在绝缘层、外护套层、金属线芯内以及电缆表面布置热电偶可测量不同升温条件下电缆各层的温度分布。该装置能为阻燃电缆燃烧实验模拟提供更方便、更科学、更符合实际场景的加热方式。

Description

一种线芯升温控制及内外温度场耦合演化机理研究平台

技术领域

本实用新型涉及一种阻燃电缆燃烧特性的研究装置，尤其涉及一种高压电力电缆线芯升温控制及内外温度场耦合演化机理研究平台。

背景技术

随着社会的进步与发展，电缆在大型企业和民用建筑中的使用不断增加，高压电力电缆更是成为城市电力输送的命脉，一旦发生火灾等事故将造成巨大的经济损失，影响城市生活的正常运转。因此，能够使电缆燃烧性能有所下降的阻燃电缆得到越来越多的应用，但尽管如此，其仍是许多建筑物内的主要火灾载荷之一。同时，电缆被引燃后所释放的大量有毒气体和烟雾会对人员造成危害，并会降低能见度，妨碍人员逃生以及灭火救援。故研究阻燃电缆的燃烧特性不仅对各场景中电缆的铺设方案有指导意义，而且有利于电缆阻燃材料的改进。相比于普通电缆，阻燃电缆较不易于燃烧，传统实验中常采用电弧放电或外加热源的方式使阻燃电缆燃烧。

在实际的电缆沟、电缆通道、埋地敷设等电缆铺设场景中，可能由于通风散热不良以及过载电流的产生等问题导致电缆内部热量积累从而使温度上升，另外，电缆接头接触不良也会使接触位置的电阻增大而产生局部加热。在此时，通过炭化导电路径产生持续的电弧是不难实现的，阻燃电缆护套在200℃-300℃时，会发生炭化，可导致泄漏电流和电弧的产生。当配电场所发生严重的电弧故障时，会释放大量的电离气体，这些气体不断扩散，在遭遇其他电路时，很容易在新的位置产生电击穿和新电弧现象，并最终发生电缆火灾。现有的针对阻燃电缆热解与燃烧研究的实验中，多采用外部加热的方法来模拟电缆在外部热源的作用下发生火灾的情况(如：标准GB/T18380.3-2001、中国专利CN205157513U和中国专利 CN105067655A)，而极少能够模拟由上述分析的原因造成的大量欧姆放热而引起电缆燃烧的情况。因此，设计能够模拟由于高压电力电缆内部温度升高导致发生电缆火灾的实验装置很有必要。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种便捷、科学的高压电力电缆线芯升温控制及内外温度场耦合演化机理研究平台。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种高压电力电缆线芯升温控制及内外温度场耦合演化机理研究平台，包括沿轴向两端的绝缘层和外护套被剥离的单芯阻燃电缆，由若干个电热管连接而成的环状加热模块均匀地布置在金属线芯周围，加热模块有相同的两组，分别可对电缆两端露出的金属线芯进行加热；使用卡扣将加热模块中的若干根电热管固定，可通过调节卡扣的松紧扣来控制加热管的固定程度；为避免加热模块与阻燃电缆直接接触，单头电热管管体套有陶瓷垫片；加热模块中还有温度控制模块，同时，为减小加热装置的热量散失，在平台的加热模块外部装设有保温层；通过在绝缘层、外护套层、金属线芯内以及电缆表面布置热电偶可测量不同升温条件下电缆各层的温度分布。

其中，所述实验阻燃电缆样品为两端被剥离绝缘层和外护套的阻燃电缆，被剥离处两端露出金属线芯，在平台中对金属线芯进行加热。

其中，所述金属线芯为被加热对象，金属线芯被多根单头电热管环绕，可均匀受热。

其中，所述加热模块使用的单头电热管可通过由温控表、继电器和热电偶组成的温度控制模块来调节温度。

与现有技术相比，本实用新型具有如下技术优势：

(1)通过对高压电力电缆样品两端所剥露出金属线芯的加热，并利用金属线芯的快速导热，本平台模拟构建了带电运行条件下高压电力电缆线芯温升状态，采用低电压加热方式替代和模拟了高电压欧姆热过程，提升了高压电力电缆带电运行条件下内外温度场耦合演化特性分析与热失控行为早期预警模型研究的安全性、准确性与经济性，同时避免了高压模块带来的不安全隐患。

(2)本平台能够模拟构建不同升温速率的内部金属芯温升过程。

(3)本平台能够详细诊断高压电力电缆内部线芯不同温度变化条件下、中间各层及电缆外表面温度的详细变化特征。

(4)由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型提供的高压电力电缆线芯升温控制及内外温度场耦合演化机理研究平台通过用单头电热管加热模块对电缆金属线芯进行加热，能够模拟实际情景中欧姆放热等条件引起的电缆内部温度升高的情况，在此基础上，实际情景中电缆护套在200℃-300℃时，能够发生炭化，可导致泄漏电流和电弧的产生，使高压电力电缆热解与燃烧，进而可以研究高压电力电缆的燃烧特性。本装置能为高压电力电缆燃烧实验模拟与内外温度场耦合演化机理研究提供更便捷科学、更符合实际场景的加热方式。

附图说明

图1为本实用新型实施例高压电力电缆线芯升温控制及内外温度场耦合演化机理研究平台的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例中轴向的侧视图；

图中：1为高压电力电缆，2为电缆内部铜芯，3为电缆绝缘层，4为阻水带缓冲层，5为皱纹铝护套，6为电缆外护套，7为单头电热管，8为不锈钢卡扣，9为陶瓷垫片，10为第一接电线，11为卡扣松紧扣，12为第一温控表，13为第一继电器，14为第一热电偶，15为第一保温层，16为第二接电线，17为第二温控表，18为第二继电器，19为第二热电偶，20为第二保温层，21为绝缘层热电偶，22为外护套层热电偶，23为金属线芯处热电偶，24为电缆表面热电偶，25为热电偶采集模块。

具体实施方式

下面将对本实用新型实施例作进一步地详细描述。

本实用新型的高压电力电缆线芯升温控制及内外温度场耦合演化机理研究平台，其较佳的具体实施方式是：

包括沿轴向两端的绝缘层和外护套被剥离的单芯阻燃电缆，由若干个电热管连接而成的环状加热模块均匀地布置在金属线芯周围，加热模块有相同的两组，分别可对电缆两端露出的金属线芯进行加热。使用卡扣将加热模块中的若干根电热管固定，可通过调节卡扣的松紧扣来控制加热管的固定程度。为避免加热模块与阻燃电缆直接接触，电热管管体套有陶瓷垫片。此外还有由继电器、温控表以及热电偶共同组成的温度调节控制系统，同时，为减小加热装置的热量散失，在平台加热模块装设有保温层。通过在绝缘层、外护套层、金属线芯内以及电缆表面布置热电偶可测量不同升温条件下电缆各层的温度分布。

所述加热模块由若干根同尺寸的电热管组成，电热管具有绝缘层，并通过陶瓷垫片避免电热管与阻燃电缆的直接接触。

所述电热管为单头不锈钢电加热管，具有温度高、升温速度快，使用成本低且无烟、耐腐蚀的特点。

所述温度控制模块包括继电器、温控表以及热电偶，温控表预先设定电热管的加热温度并利用热电偶检测电热管实时温度，继电器通过比较两个温度的差别闭合或断开电路开关，能够较为精确的控制加热装置的温度。

所述卡扣为固定装置，可通过卡扣的松紧扣来调节固定程度，同时具有耐高温、不易变形的特点，可与电热管长时间直接接触。

具体实施例：

图1给出了高压电力电缆线芯升温控制及内外温度场耦合演化机理研究平台整体结构示意图；图2给出了装置沿轴向的侧视图。

如图1所示，高压电力电缆1由内向外依次由电缆内部铜芯2、电缆绝缘层3、阻水带缓冲层4、皱纹铝护套5以及电缆外护套6这几部分组成，电缆绝缘层3具体为交联聚乙烯绝缘层，将高压电力电缆1切割成40厘米左右的长度，剥除两端除电缆内部铜芯2以外的绝缘层及外护套，每端露出一定长度的电缆内部铜芯2。在两端裸露的电缆内部铜芯2外均匀地环绕着由若干根单头电热管7与不锈钢卡扣8组成的加热模块。单头电热管7为具有绝缘层的不锈钢电加热管，每根加热管管径约为12毫米，长度为20厘米，其两端的陶瓷垫片9外径略粗于加热管直径，为20毫米。陶瓷垫片9能够避免单头加热管7和高压电力电缆1的直接接触，防止单头电热管7对电缆护套直接造成损坏。将单头电热管7固定在一起的不锈钢卡扣8的最大直径大于铜芯与两个加热管直径之和，实验时所需长度可按具体情况通过卡扣松紧扣11进行调节。在电缆一端的第一加热模块中，电热管通过第一接电线10进行连线并接入温度控制模块，在温度控制模块中，第一温控表12事先设置好加热管需要达到的加热温度后与第一继电器13 相接，并将第一温控表12与第一热电偶14相连，接通电源开始加热，通过对比设定温度与第一热电偶14检测到的加热管实时温度，第一继电器13开启或闭合通电开关，从而调节单头电热管的加热温度。此外，为减少加热装置的散热，在第一加热模块外包有由隔热材料制成的第一保温层15。同样，电缆的另一端为第二加热模块。在第二加热模块中，电热管通过第二接电线16接入温度控制模块。在该温度控制模块中，第二温控表17预设温度后与第二继电器 18相接，第二温控表17另一侧与第二热电偶19相连，工作方式与第一节热模块中的温度控制模块相同。第二加热模块外覆有第二保温层20以减少装置的散热。两加热模块工作原理与方式相同又相互独立，可分别对电缆两端的电缆内部铜芯2进行加热。此外，在装置周围布置有绝缘层热电偶21、外护套层热电偶22、金属线芯处热电偶23以及电缆表面热电偶24可分别测量加热过程中电缆的绝缘层、外护套层、铜芯内以及电缆表面处的温度，各处温度数据通过热电偶采集模块25进行采集处理。

进行实验时，首先将高压电力电缆1进行切割，将两端剥离除电缆内部铜芯2以外的部分，得到一段中间带有绝缘层及外护套的完整高压电力电缆1以及两端露出铜芯2的电缆。将单头电热管7均匀分布在电缆内部铜芯2四周后利用不锈钢卡扣8进行固定并通过卡扣松紧扣11调节卡扣圈的长度，为得到更好的固定效果，可使用若干不锈钢卡扣8从单头电热管7的不同位置进行固定。固定好单头电热管7后，电缆其中一端作为第一加热模块连接单头电热管一侧的第一接电线10，并接入第一温控表12及第一继电器13，将第一热电偶14一端与第一温控表12相连，触头一端接触接热管表面。完成装置布置后，将第一保温层15覆于装置外部。电缆另一端作为第二加热模块，各仪表装置与第一加热模块布置相同，两加热模块独立工作。此外，分别将绝缘层热电偶21、外护套层热电偶22、金属线芯处热电偶23以及电缆表面热电偶24置于电缆的绝缘层、外护套层、铜芯内以及电缆表面处等不同位置进行温度监测，以研究高压电力电缆线芯升温控制及内外温度场变化过程。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims

1.一种高压电力电缆线芯升温控制及内外温度场耦合演化机理研究平台，其特征在于，包括沿轴向两端的绝缘层和护套被剥离的单芯阻燃电缆，由若干个单头电热管连接而成的环状加热模块均匀地布置在金属线芯周围，加热模块有相同并独立的两组，分别可对电缆两端露出的金属线芯进行加热；使用卡扣将加热模块中的多根单头电热管固定，可通过调节卡扣的松紧扣来控制加热管的固定程度；为避免加热模块与阻燃电缆直接接触，单头电热管两端套有陶瓷垫片；由继电器、温控表以及热电偶共同组成温度调节控制系统；为减小加热装置的热量散失，在装置外装设有保温层；通过在绝缘层、外护套层、金属线芯内以及电缆表面布置热电偶可测量不同升温条件下电缆各层的温度分布。

2.根据权利要求1所述的高压电力电缆线芯升温控制及内外温度场耦合演化机理研究平台，其特征在于，实验阻燃电缆样品为两端被剥离绝缘层和外护套的阻燃电缆，被剥离部分露出金属线芯，在平台中对金属线芯进行加热。

3.根据权利要求2所述的高压电力电缆线芯升温控制及内外温度场耦合演化机理研究平台，其特征在于，所述金属线芯为被加热对象，其被多根单头电热管环绕，可均匀受热。

4.根据权利要求1所述的高压电力电缆线芯升温控制及内外温度场耦合演化机理研究平台，其特征在于，所述加热模块使用的单头电热管可通过由温控表、继电器和热电偶组成的温度控制模块来调节温度。