用于电缆热失效的仿真测试装置及其测试方法

1.本技术涉及电缆测试技术领域，具体的是一种用于电缆热失效的仿真测试装置及其测试方法。


背景技术：

2.电缆是由单股或多股导线和绝缘层组成，可用于传输电力或信息等，因此，在电力系统、信息传输和仪表等系统中被广泛应用。尤其对于现代高度自动化的系统和设备，电缆的安全稳定运行至关重要。
3.电缆在实际应用过程中，有时会处于高温环境中，其绝缘层在高热量的作用下发生变化，使得绝缘性能下降而产生热失效，导致安全风险。为了尽可能的降低电缆热失效而导致的安全风险，因此，需要获取电缆热失效的参数。
4.然而，电缆处于高温环境下，尤其是火灾环境中，无法获取其热失效的相关参数，从而不能进一步对电缆热失效进行深入研究。


技术实现要素：

5.本技术提供了一种用于测定电缆热失效的仿真测试装置及其测试方法，能够获取电缆在火灾环境下热失效的相关参数，为电缆在火灾环境下热失效的进一步研究提供了依据。
6.第一方面，本技术提供了一种用于电缆热失效的仿真测试装置，包括：
7.燃烧部件，用于向待测电缆提供具有火源的热失效环境，且通过所述燃烧部件能够调节所述热失效环境的第一热失效参数；
8.绝缘电阻测量部件，用于连接所述待测电缆以测量所述待测电缆在所述热失效环境下的绝缘电阻；
9.监测部件，至少能够获取所述待测电缆的聚热区域的温度，其中，所述聚热区域靠近所述火源分布；
10.调节部件，用于承载所述待测电缆，并且所述调节部件能够调节所述待测电缆与所述火源之间的第二热失效参数。
11.本技术的技术方案中，通过燃烧部件能够模拟真实火灾环境，待测电缆可在真实火灾环境中发生热失效，再通过绝缘电阻测量部件、监测部件及调节部件可获得更全面的电缆热失效参数，进而有利于对电缆在真实火灾环境下进行深入研究，以尽可能来降低电缆热失效而导致安全风险。
12.在本技术的一些实施例中，所述燃烧部件包括：
13.燃料供应装置，用于提供燃料，并能够通过所述燃料供应装置调节所述热失效环境的第一热失效参数；
14.燃烧器，与所述燃料供应装置连接，用于产生火源以向所述待测电缆提供热失效环境。
15.在本技术的一些实施例中，所述第一热失效参数包括火焰的强度。
16.在本技术的一些实施例中，所述监测部件包括:
17.热电偶，设置于所述待测电缆的聚热区域以测量所述聚热区域的温度；
18.温度测试件，与所述热电偶电连接，用于输出所述热电偶所测量的温度。
19.在本技术的一些实施例中，所述仿真测试装置还包括集气罩，所述燃烧器位于所述集气罩内，所述集气罩包括支架以及安装于所述支架的罩体。
20.在本技术的一些实施例中，所述罩体开设有可调节开度的开口。
21.在本技术的一些实施例中，所述仿真测试装置还包括气体检测部件，所述气体检测部件包括：
22.气体采集件，设置于所述集气罩内，用于收集所述待测电缆在所述热失效环境中所产生的气体；
23.气体检测件，与所述气体采集件连接，用于分析所述气体采集件所收集气体的成分和含量。
24.在本技术的一些实施例中，所述第二热失效参数包括所述待测电缆与所述火源的火焰部位之间的距离及所述待测电缆相对于所述火源的方位。
25.在本技术的一些实施例中，所述调节部件包括:
26.承载平台，具有相对设置的第一表面和第二表面，所述第一表面用于承载所述待测电缆；
27.支撑杆，所述支撑杆的一端连接于所述承载平台的第二表面，所述支撑杆的另一端可拆卸的连接于所述支架，所述支撑杆能够通过用于承载所述待测电缆的所述承载平台来调节所述待测电缆与所述火源的火焰部位之间的距离或所述待测电缆相对于所述火源的方位。
28.在本技术的一些实施例中，所述支撑杆为可伸缩的支撑杆。
29.在本技术的一些实施例中，所述调节部件还包括调节面板，所述调节面板设置在所述承载平台的一侧面，并与所述支撑杆连接，用于控制所述支撑杆来调节所述待测电缆与所述火源的火焰部位之间的距离或所述待测电缆相对于所述火源的方位。
30.在本技术的一些实施例中，所述支撑杆设置有称重传感器。
31.在本技术的一些实施例中，所述仿真测试装置还包括处理部件，所述处理部件与所述绝缘电阻测量部件、所述监测部件及所述调节部件电连接，用于根据所述第一热失效参数、所述绝缘电阻测量部件所测量到的绝缘电阻、所述监测部件所获取的温度及所述第二热失效参数以得到所述待测电缆热失效的各临界值。
32.第二方面，本技术还提供了一种用于电缆热失效的测试方法，所述测试方法采用上述任一实施例中所述的仿真测试装置，所述测试方法包括如下步骤：
33.向待测电缆提供具有火源的热失效环境，并获取所述热失效环境的第一热失效参数；
34.获取所述待测电缆在所述热失效环境下的绝缘电阻；
35.获取所述待测电缆的聚热区域的温度，其中，所述聚热区域靠近所述火源分布；
36.获取所述待测电缆与所述火源之间的第二热失效参数；
37.根据所述第一热失效参数、所述绝缘电阻、所述聚热区域的温度及所述第二热失
效参数，得到所述待测电缆热失效的各临界值。
38.本技术的技术方案中，通过仿真测试装置可使待测电缆在真实火灾环境中发生热失效，且还可获得更全面的电缆热失效参数，进而有利于对电缆在真实火灾环境下进行深入研究，以尽可能来降低电缆热失效而导致安全风险。
39.在本技术的一些实施例中，所述测试方法还包括如下步骤：
40.获取所述待测电缆在所述热失效环境中所产生气体的成分和含量。
41.在本技术的一些实施例中，所述测试方法还包括如下步骤：
42.获取所述待测电缆在热失效环境下的重量。
附图说明
43.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本技术的实施例，并与说明书一起用于解释本技术的原理。
44.图1为本技术一些实施例的仿真测试装置的结构示意图；
45.图2为本技术一些实施例的仿真测试装置的结构示意图；
46.图3为本技术一些实施例的仿真测试装置中调节部件的结构示意图；
47.图4为本技术一些实施例的仿真测试装置的结构示意图；
48.图5为本技术一些实施例中待测电缆内部温度及绝缘电阻随时间变化的曲线图；
49.图6(a)和6(b)为本技术一些实施例中待测电缆在不同火焰区域及不同敷设方式下的内部温度与时间的曲线图；
50.图7(a)、7(b)和7(c)为本技术一些实施例中的电缆外表面及桥架内外表面在不同火焰区域下的各种敷设方式的温度与时间的曲线图。
51.附图标记说明：
52.10-仿真测试装置；
53.11-燃烧部件；
54.111-燃料供应系统；
55.112-燃料流量控制仪；
56.113-燃烧器；
57.12-绝缘电阻测量部件；
58.13-监测部件；
59.131-热电偶；
60.132-温度测试件；
61.14-集气罩；
62.141-支架；
63.142-罩体；
64.15-气体检测部件；
65.151-气体采集件；
66.152-气体检测件；
67.16-调节部件；
68.161-承载平台；
69.162-支撑杆；
70.163-调节面板；
71.17-处理部件。
72.通过上述附图，已示出本技术明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本技术构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本技术的概念。
具体实施方式
73.下面将结合附图对本技术技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本技术的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本技术的保护范围。
74.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术；本技术的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
75.在本技术实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、特定顺序或主次关系。在本技术实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
76.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
77.在本技术实施例的描述中，术语“多个”指的是两个以上(包括两个)，同理，“多组”指的是两组以上(包括两组)，“多片”指的是两片以上(包括两片)。
78.在本技术实施例的描述中，技术术语“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术实施例的限制。
79.在本技术实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术实施例中的具体含义。
80.电缆是由单股或多股导线和绝缘层组成，可用于传输电力或信息等，因此，在电力系统、信息传输和仪表等系统中被广泛应用。尤其对于现代高度自动化的系统和设备，电缆的安全稳定运行至关重要。电缆在实际应用过程中，有时会处于高温环境中，其绝缘层在高热量的作用下发生变化，使得绝缘性能下降而产生热失效，导致安全风险。为了尽可能的降低电缆热失效而导致的安全风险，因此，需要获取电缆热失效的参数。然而，电缆处于高温
环境下，尤其是火灾环境中，无法获取其热失效的相关参数，从而不能进一步对电缆热失效进行深入研究。
81.为解决现有技术中无法在火灾中获取电缆热失效的相关参数，本技术提供了一种用于电缆热失效的仿真测试装置，该仿真测试装置能够获取电缆在火灾环境下热失效的相关参数，为电缆在火灾环境下热失效的进一步研究提供了依据。
82.如图1所示，本技术提供的用于电缆热失效的仿真测试装置10，包括燃烧部件11、绝缘电阻测量部件12、监测部件13和调节部件16。其中，燃烧部件11用于向待测电缆提供具有火源的热失效环境，且通过燃烧部件11能够调节热失效环境的第一热失效参数。绝缘电阻测量部件12用于连接待测电缆以测量待测电缆在热失效环境下的绝缘电阻。监测部件13至少能够获取待测电缆的聚热区域的温度，其中，聚热区域靠近火源分布。调节部件16用于承载待测电缆，并且调节部件16能够调节待测电缆与火源的火焰部位之间的第二热失效参数。
83.电缆在火灾环境中，其局部温度会快速升高，过高温度会烧坏电缆，导致电缆失去作用，从而导致电缆热失效。目前，电缆在火灾环境中发生热失效，其热失效参数无法获得，从而阻碍了对电缆热失效的进一步研究。在本技术的实施例中，燃烧部件11能够模拟真实火灾环境，待测电缆可在真实火灾环境中发生热失效，再通过绝缘电阻测量部件12、监测部件13及调节部件16可获得更全面的电缆热失效参数，进而有利于对电缆在真实火灾环境下进行深入研究，以尽可能来降低电缆热失效而导致安全风险。
84.在本技术的一些实施例中，燃烧部件11包括燃料供应装置和燃烧器113。其中，燃料供应装置不仅用于提供燃料，而且还能够调节热失效环境的第一热失效参数。燃烧器113与燃料供应装置连接，用于产生火源以向待测电缆提供热失效环境的第一热失效参数，使得燃料部件能够模拟出更真实的火灾环境，这样待测电缆在上述火灾环境中发生热失效，其获得的热失效参数更为准确。
85.请参照图2所示，燃料供应装置包括燃料供应系统111和燃料流量控制仪112，其中，燃料流量控制仪112分别与燃料供应系统111和燃烧器113连接，燃料供应系统111可提供燃料，燃料流量控制仪112可调节热失效环境的第一热失效参数，燃烧器113能够点燃燃料产生火源。
86.在上述一些实施例中，燃料供应装置所提供的燃料为可燃气体，示例性的，可燃气体包括但不局限于为氢气(h2)、一氧化碳(co)、甲烷(ch4)、乙烷(c2h6)、丙烷(c3h8)、丁烷(c4h
10
)、乙烯(c2h4)、丙烯(c3h6)、丁烯(c4h8)、乙炔(c2h2)、丙炔(c3h4)、丁炔(c4h6)。
87.在本技术的一些实施例中，第一热失效参数包括火焰的强度。可以理解的是，上述燃料流量控制仪112可控制燃料流量，从而控制火焰的强度，即燃料流量越大，则火焰的强度越强。这样可为待测电缆提供不同强度的火灾环境，以获得更全面的电缆热失效参数。
88.在本技术的实施例中，绝缘电阻测量部件12可测量电缆内部导线间的绝缘电阻。当待测电缆处于热失效环境中，绝缘电阻测量部件12所测量的绝缘电阻会发生变化，通过这些绝缘电阻的变化能够反映出电缆热失效时间。因此，在上述热失效时间内可作出响应，来降低安全风险。本技术并未对绝缘电阻测量部件12做具体的限制，只要能够测量电缆内部导线间的绝缘电阻即可。示例性的，绝缘电阻测量部件12可为绝缘电阻测试仪。
89.请继续参照图2所示，在本技术的一些实施例中，监测部件13包括热电偶131及温
度测试件132，其中，热电偶131设置于待测电缆的聚热区域以测量该聚热区域的温度。温度测试件132与上述热电偶131电连接，用于输出热电偶131所测量的温度。
90.通常情况下，热电偶131以阵列的形式分布于待测电缆的聚热区域，该聚热区域为火源的火焰部位在待测电缆的正投影区域。热电偶131阵列包括多组k型贴片式热电偶131和k型铠装热电偶131，能够同时测量电缆内外表面或桥架(金属管)内外表面等位置的温度。另外，也可以依据实际情况调整热电偶131的布设位置和方式。
91.温度测试件132与热电偶131电连接，进而能够采集热电偶131的信号，从而输出待测电缆的聚热区域的实时温度。
92.此外，在本技术的另一些实施例中，监测部件13还可以为温度传感器、感烟传感器、气体传感器、图像式火灾探测器等。
93.请继续参照图2所示，在本技术的一些实施例中，仿真测试装置10还包括集气罩14，燃烧器113位于该集气罩14内，集气罩14包括支架141以及安装于支架141的罩体142。
94.在上述实施例中，集气罩14不仅可维持火灾下的高温环境，还可收集火灾所产生的烟气。
95.在本技术的一些实施例中，罩体142开设有可调节开度的开口。
96.上述可调节开度的开口设置，能够调节集气罩14内的含氧量，进而可调节火源的强度。此外，在本技术的一些实施例中，亦可完全关闭罩体142的开口，即在密闭条件下，获取电缆的热失效参数。
97.在上述一些实施例中，支架141的材料为耐高温的不锈钢材料，该支架141所构成的集气罩14尺寸可根据实际情况进行设计。罩体142的材料可采用耐高温的防火玻璃材料，该材料具有重量轻、集烟效果好等优点。
98.请继续参照图2所示，在本技术的一些实施例中，仿真测试装置10还包括气体检测部件15，该气体检测部件15包括气体采集件151和气体检测件152。其中，气体采集件151设置于集气罩14内，用于收集待测电缆在热失效环境中所产生的气体。气体检测件152与气体采集件151连接，用于分析气体采集件151所收集气体的成分和含量。
99.在上述实施例中，气体采集件151能够采集仿真测试装置10内的烟气，再通过气体检测件152进行检测，可获得烟气的成分和含量。这样有助于了解电缆在热失效环境中产生的气体成分及相应的含量，从而可保障维修工作人员的身体健康及人身安全。
100.在本技术的一些实施例中，气体采集件151为可为本领域常规的气体采集器，气体检测件152也可为本领域常规的气体检测仪。
101.在本技术的一些实施例中，第二热失效参数包括待测电缆与火源的火焰部位之间的距离及待测电缆相对于火源的方位。
102.在上述实施例中，通过第二热失效参数，可有利于电缆的装设，从而尽可能降低电缆的热失效。
103.请继续参照图3所示，在本技术的一些实施例中，调节部件16包括承载平台161和支撑杆162。其中，承载平台161具有相对设置的第一表面和第二表面，第一表面用于承载待测电缆。支撑杆162的一端连接于承载平台161的第二表面，其另一端可拆卸的连接于支架141，支撑杆162能够通过用于承载待测电缆的承载平台161来调节待测电缆与火源之间的第二热失效参数。
104.在上述实施例中，支撑杆162可拆卸的连接于支架141，这样能够使支撑杆162沿着支架141的轴向方向进行连接，从而实现通过承载平台161来调节待测电缆与火源的火焰部位之间的距离或待测电缆相对于火源的方位。通过第二热失效参数，可有利于电缆的装设，从而尽可能降低电缆的热失效。
105.示例性的，若调节待测电缆与火源的火焰部位之间的距离，可将支撑杆162从支架141上拆卸下来，根据待测电缆与火源的火焰部位之间的预设距离，再将支撑杆162重新与支架141连接。若调节待测电缆相对于火源的方位，可将支撑杆162连接于不同位置的支架141。
106.在本技术的一些实施例中，承载平台161上可安装传送带，通过该传送带可将待测电缆调节至测试所需的位置。在本实施例中，承载平台161及传送带均可使用耐高温的防火橡胶材料制成。
107.在本技术的一些实施例中，支撑杆162为可伸缩的支撑杆162。
108.在上述实施例中，通过可伸缩的支撑杆162，使调节第二热失效参数变得简单。并且上述支撑杆162可采用耐高温的不锈钢材料，使其结构稳定，自动伸缩效果好。
109.请继续参照图3所示，在本技术的一些实施例中，调节部件16还包括调节面板163，调节面板163设置在承载平台161的一侧面，并与支撑杆162连接，用于控制支撑杆162来调节待测电缆与火源的火焰部位之间的距离或待测电缆相对于火源的方位。
110.在上述实施例中，通过调节面板163输入第二热失效参数，即可控制支撑杆162运动来调节待测电缆与火源之间的第二热失效参数，这样使得调节第二热失效参数变得更简单方便。
111.在本技术的一些实施例中，支架141上的轴向方向上可设置导轨，支撑杆162的一端可沿着导轨运动，这样也有助于调节第二热失效参数。
112.请继续参照图3所示，在本技术的一些实施例中，支撑杆162设置有称重传感器164。
113.在本技术的另一些实施例中，承载平台161上也可设置称重传感器164。
114.在上述的实施例中，通过上述称重传感器164，可监测电缆在热失效过程中质量的变化，这样有利于对电缆热失效的进一步研究。
115.请参照图4所示，在本技术的一些实施例中，仿真测试装置10还包括处理部件17，处理部件17与绝缘电阻测量部件12、监测部件13及调节部件16电连接，用于根据第一热失效参数、绝缘电阻测量部件12所测量到的绝缘电阻、监测部件13所获取的温度及第二热失效参数以得到待测电缆热失效的各临界值。
116.此外，处理部件17还可与气体检测部件15中气体检测件152电连接。
117.在上述实施例中，处理部件17能够将所获得的电缆热失效参数整合，更加直观的了解电缆热失效参数之间的关联，从而为电缆热失效的进一步研究提供依据。
118.在本技术的一些实施例中，处理部件17可为计算机。
119.第二方面，本技术还提供了一种用于电缆热失效的测试方法，测试方法采用上述任一实施例中的仿真测试装置，该测试方法包括如下步骤：
120.向待测电缆提供具有火源的热失效环境，并获取热失效环境的第一热失效参数；
121.获取待测电缆在热失效环境下的绝缘电阻；
122.获取待测电缆的聚热区域的温度，其中，聚热区域靠近火源分布；
123.获取待测电缆与火源之间的第二热失效参数；
124.根据第一热失效参数、绝缘电阻、聚热区域的温度及第二热失效参数，得到待测电缆热失效的各临界值。
125.具体的，使用燃料部件中燃料供应装置向燃烧器提供燃料，产生火源，通过火源向待测电缆提供热失效环境，并通过燃料部件可获取第一热失效参数。再通过绝缘电阻测量部件获得待测电缆在热失效环境下的绝缘电阻，通过监测部件可获得待测电缆的聚热区域的温度，及通过调节部件可获得待测电缆与火源之间的第二热失效参数。
126.本技术的技术方案中，通过仿真测试装置可使待测电缆在真实火灾环境中发生热失效，且获得更全面的电缆热失效参数，进而有利于对电缆在真实火灾环境下的深入研究，以尽可能来降低电缆热失效而导致安全风险。
127.在本技术的一些实施例中，测试方法还包括如下步骤：
128.获取待测电缆在热失效环境中所产生气体的成分和含量。
129.在上述实施例中，通过仿真测试装置中的气体检测部件即可实现。
130.在本技术的一些实施例中，测试方法还包括如下步骤：
131.获取待测电缆在热失效环境下的重量。
132.在上述实施例中，通过调节部件中称重传感器即可实现。
133.以下实施例对电缆的不同敷设方式(桥架敷设、金属感敷设和直接悬挂敷设)进行了相应测试，测试结果如图5至图7所示。
134.在本文中，火源的火焰可具有火焰连续区、火焰间歇区和烟气区。
135.参照图5所示，图5为本技术一些实施例中待测电缆内部温度及绝缘电阻随时间变化的曲线图。由图5可知，当待测电缆的绝缘电阻值出现1个量级的骤降时，电缆出现热失效现象，此点可称为电缆的绝缘失效点，即对应的时间称为电缆的绝缘失效时间，该绝缘失效时间为370s，电缆内部温度称为电缆的绝缘失效温度，该绝缘失效温度为288.4℃。
136.参照图6(a)和6(b)所示，6(a)和6(b)为本技术一些实施例中待测电缆在不同火焰区域及不同敷设方式下的内部温度与时间的曲线图。由图6(a)和6(b)可知，电缆在火焰连续区、火焰间歇区和烟气区内部温度随时间变化规律存在明显差异。同时，电缆在同一火焰区域内的不同敷设方式下，其内部温升曲线也存在明显差异，上述测试结果能够不同火灾环境和不同敷设方式对电缆内部的热响应的影响。
137.参照图7(a)、7(b)和7(c)所示，7(a)、7(b)和7(c)为本技术一些实施例中的电缆外表面及桥架内外表面在不同火焰区域下的各种敷设方式的温度与时间的曲线图。由图7(a)、7(b)和7(c)可知，在各个火焰区域内，电缆的外表面、桥架内外表面温度存在明显差异，该测试结果对揭示不同火灾环境下电缆的热响应特征具有重要意义。
138.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围。