一种检测用碳化路径材料、制备方法及其应用与流程

1.本发明涉及配电线路故障电弧检测技术领域，特别涉及一种检测用碳化路径材料、制备方法及其应用。


背景技术：

2.文物建筑由于历史等原因，其耐火等级远低于一般工业与民用建筑，且存在负荷与配电系统不匹配、电气设施陈旧、线路老化、用电不规范等现象。同时，文物建筑供配电系统中电压波动大、线路一致性差、负载类型复杂、分布电容大、干扰信号严重，由于这些问题电网中容易产生故障电弧干扰，故障电弧产生时会产生瞬时高压，对周围空气形成放电，过程中会产生很高的热量，极易引燃周围的可燃物，近年来所发生的电气火灾，大多也与故障电弧有关。
3.国内外对故障电弧的探测极为重视，国外很早就颁布了针对故障电弧探测器的ul 1699标准，国内在2014年也发布了gb 14287.4-2014《电气火灾监控系统故障电弧探测器》标准，标准中对碳化路径的制备是通过对两根距离很近但未接触的导线进行高压放电的方式而产生的。目前国内碳化路径材料的具体做法概述为：在电缆样本上施加15kv
±
10％高压，10秒on和10秒off反复进行，变压器提供30ma的电流，通过电缆标本的绝缘部分，创造碳化导通路径，但该方法存在形成的碳化通道不稳定、成功率低、需要高压的协助，不够安全，且会产生大量二恶英、氯化氢、苯环等有毒物质，不够节能环保。
4.所以，现有市场上亟需一种得率高、碳化路径统一、能够工业化量产、检测结果准确的探测故障电弧装置合格程度的试验材料。


技术实现要素：

5.发明目的：
6.本发明的目的是针对现有技术中，碳化路径制备方法存在形成的碳化通道不稳定、成功率低、需要高压的协助，不够安全，且会产生大量二恶英、氯化氢、苯环等有毒物质，不够节能环保等一系列问题，提供一种检测用碳化路径材料的制备方法及其应用，有助于碳化路径材料的规模化量产。
7.本发明的技术方案：
8.一种检测用碳化路径材料，由abs、pvc和环氧玻纤布层压板的混合物经碳化制成；所述环氧玻纤布层压板型号为3240，由电工玻璃布浸以环氧树脂，经烘干、热压而成；所述abs、pvc和环氧玻纤布层压板的添加质量比的范围可选自5～3：1～2：1～2中的某一个比值。
9.在其他方面，本发明还提供一种检测用碳化路径材料的制备方法，包括：
10.将abs、pvc和环氧玻纤布层压板混合，加热至碳化燃烧，燃烧结束后过滤，提取燃烧产物；将燃烧产物萃取、重结晶，得到碳化路径材料。
11.在一些实施方案中，所述环氧玻纤布层压板型号为3240，其由电工玻璃布浸以环
氧树脂，经烘干、热压而成。
12.在一些实施方案中，所述abs、pvc和环氧玻纤布层压板的添加质量比的范围可选自5～1：5～1：5～1中的某一个比值；其中，abs的含量最好高于pvc和环氧玻纤布层压板，优选地，所述abs、pvc和环氧玻纤布层压板的添加质量比为5～3：1～2：1～2。
13.在一些实施方案中，所述加热至碳化燃烧，为将abs、pvc和环氧玻纤布层压板混合物置于马弗炉或其他高温密闭容器中进行加热，加热温度700～1000℃，加热时间0.5～2h，待混合物碳化至碳化路径材料；不同温度不同时间碳化条件下的材料的碳化程度不同，影响最终结构，同时影响其作为故障电弧路径的准确率和稳定性。
14.在一些实施方案中，所述萃取为使用四氯化碳提取，目的是将粉末状碳化物质从其他杂质中提取出来，保证纯度和碳化通道的稳定性。
15.在其他方面，本发明还提供一种故障电弧探测器，包含上述检测用碳化路径材料，所述检测用碳化路径材料以绝缘材料封装，所述绝缘材料上下两端内侧分别设有铜制导体，铜制导体与碳化路径材料相互接触；其中，所述绝缘材料不限形式，可以为绝缘胶囊、绝缘袋或绝缘胶带等，所述绝缘材料也不限材质，通过上下两头铜质导体分别通过外引铜线接入220v交流电源火线与零线，进行使用。
16.在一些实施方案中，所述检测用碳化路径产品上下两头的铜制导体在封装内的距离为2～5mm，在此范围中能够有效保证故障电弧材料的正常使用，当距离低于2mm或高于5mm时，铜制导体间距过近或过远，碳化通道不稳定，故障电弧材料无法正常作用。
17.在一些实施方案中，本发明还提供了上述检测用碳化路径材料或者上述故障电弧探测器在检测故障电弧产品中的应用。具体地，所述检测用碳化路径产品可与市售故障电弧探测产品、220v电源、开关、示波器、负载串联到同一闭合线路中，通过市售故障电弧探测产品是否正常报警判断产品是否合格；若正常报警，说明市售故障电弧探测产品合格，若无法正常报警，说明市售故障电弧探测产品存在质量问题，无法出厂。
18.有益效果：
19.本发明提供了一种检测用碳化路径材料的制备方法及其应用，可以应用于试验室对碳化路径的模拟，也可以应用于故障电弧探测产品生产企业的产品出厂检验，减少了人为通过高压而使导体外绝缘材料碳化的时间成本、提高了材料制备的效率以及测试的精准性，有利于碳化路径材料的规模化量产。
附图说明
20.以下结合附图进一步说明本发明：
21.图1为本发明制备所得检测用碳化路径胶囊的结构示意图；其中，1为碳化路径材料，2为绝缘材料，3为铜制导体，4为外引铜线，5为胶囊外部的铜质导线。
22.图2为实施例1所制备碳化路径材料-1置于闭合线路中测试市售故障电弧探测产品示波器上显示的波形图。
23.图3为实施例4所制备碳化路径材料-4置于闭合线路中测试市售故障电弧探测产品示波器上显示的波形图。
24.图4为实施例7所制备碳化路径材料-7置于闭合线路中测试市售故障电弧探测产品示波器上显示的波形图。
具体实施方式
25.以下将结合具体实施方案来说明本发明。需要说明的是，下面的实施例为本发明的示例，仅用来说明本发明，而不用来限制本发明。在不偏离本发明主旨或范围的情况下，可进行本发明构思内的其他组合和各种改良。
26.本发明以下实施例所采用的原料若无特殊说明均为市售成品，实施例所述市售故障电弧探测产品购自辽宁立显消防工程有限公司，为合格产品；实施例中若未特殊说明，所采用环氧玻纤布层压板型号为3240，购自浙江豪德盛绝缘材料有限公司。
27.实施例所使用pvc颗粒尺寸：直径
×
长度＝0.5mm2×
5mm
±
0.5mm，颗粒质量10g
±
1g；所使用abs颗粒尺寸：长
×
宽
×
高＝(5mm
×
4mm
×
3mm)
±
0.2mm，颗粒质量10g
±
1g；所使用环氧玻纤布层压板尺寸：长
×
宽
×
高＝(6mm
×
6mm
×
1.6mm)
±
0.2mm，片材质量10g
±
1g。
28.实施例1～9
29.碳化材料提取：在管式炉中，通过加热盘对上述abs、pvc和环氧玻纤布层压板三种材料于700℃加热至燃烧，加热1h后，停止加热，待燃烧和灼热完全结束，过滤容器内的烟尘，得到燃烧产物；所述abs、pvc和环氧玻纤布层压板三者质量比如表1所述。
30.萃取纯化：将上述所得的燃烧产物使用四氯化碳萃取，提取其中的粉末状物质。
31.重结晶：将萃取后的物质重结晶，得到碳化路径材料-1～9。
32.表1实施例abs、pvc和环氧玻纤布层压板三者的质量比值
[0033][0034]
对比例1～6
[0035]
碳化材料提取：在管式炉中，通过加热盘对上述abs、pvc和环氧玻纤布层压板三种材料中的一种或两种于700℃加热至燃烧，加热1h后，停止加热，待燃烧和灼热完全结束，过滤容器内的烟尘，得到燃烧产物；所述abs、pvc和环氧玻纤布层压板三者质量比如表2所示。
[0036]
萃取纯化：将上述所得的燃烧产物使用四氯化碳萃取，提取其中的粉末状物质。
[0037]
重结晶：将萃取后的的物质重结晶，得到碳化路径材料-1’～6’。
[0038]
表2对比例abs、pvc和环氧玻纤布层压板三者添加质量比的数据表
[0039][0040]
表3abs、pvc和不同型号的环氧玻纤布层压板三者在质量比为4:1:2下制备碳化路径材料的数据表
[0041][0042]
实施例10～13
[0043]
碳化材料提取：在管式炉中，通过加热盘对上述abs、pvc和环氧玻纤布层压板三种材料加热至燃烧，加热1h后，停止加热，待燃烧和灼热完全结束，过滤容器内的烟尘，得到燃烧产物；所述abs、pvc和环氧玻纤布层压板三者质量比为4:1:2。所述加热温度数值如表4所示。
[0044]
萃取纯化：将上述所得的燃烧产物使用四氯化碳萃取，提取其中的粉末状物质。
[0045]
重结晶：将萃取后的的物质重结晶，得到碳化路径材料-10～13。
[0046]
表4实施例10～13的加热温度数据表
[0047]
实施例加热温度(℃)材料实施例10500碳化路径材料-10实施例11700碳化路径材料-11实施例12900碳化路径材料-12实施例131000碳化路径材料-13
[0048]
将上述碳化路径材料-1～13及碳化路径材料-1’～8’通过绝缘胶囊封装，在胶囊上下两头插入铜制导体，铜质导体与碳化路径材料相接触，两侧的导体在胶囊内的距离为2mm，避免导体的接触。将两端铜质导体分别通过外引铜线接入220v交流电源火线与零线，与市售故障电弧探测产品、220v电源、开关、示波器、不同负载串联到同一闭合线路中，通过强电流作用，使得胶囊形成碳化导通路径并打开通路。重复测试100次，计算报警准确率。通过报警准确率反映市售故障电弧探测产品是否合格。
[0049]
表4碳化路径材料检测结果数据表
[0050][0051][0052]
图2、图3、图4分别显示了表4中实施例1、4、7测试实验的示波器的显示图像，三个图像中处于下方的波形均为上方波形的方块中的放大图像。可以清楚的看出，图1～3中的波形都不是标准的正弦波，在每个波形的极值点处均有不同程度的水平线，表示电路中有故障电弧的存在，并且从水平线后突然上升或下降，在此过程中就存在瞬间的能量释放，能够说明电路存在安全问题。
[0053]
并且由上述实验及实施例可发现，通过abs、pvc和环氧玻纤布层压板三种材料加热复配后得到的碳化路径材料能够有效代替现有国内碳化路径材料的常规制备方法，对生产出厂的故障电弧探测产品进行质量检测，当碳化路径材料胶囊与市售故障电弧探测产品、220v电源、开关、示波器、不同负载串联到同一闭合线路中，打开通路，通过市售故障电弧探测产品是否能够正常报警判断产品合格情况。可以减少人为通过高压而使导体外绝缘材料碳化的时间成本，提高了材料制备的效率，有利于碳化路径材料的规模化量产。
[0054]
由表4可知，abs、pvc和环氧玻纤布层压板三种材料的配比对碳化路径材料的检测结果具有较大影响。当仅取某一种或两种材料进行碳化时，报警结果的差距很大，准确性低、稳定性差，无法作为故障电弧进行使用。当abs、pvc和环氧玻纤布层压板三种材料混合使用时，可提高检测准确率，特别的当碳化温度在700～1000℃时，报警准确率可达99～100％，碳化温度在700～900℃时，报警准确率可达100％。
[0055]
以上实验结果表明，本方法能简化配电线路碳化路径材料的制备工艺，并极大程度地提高得率至85％以上，提高了碳化路径材料的制备效率。此外，本法所制备的碳化路径材料完全可应用于配电线路故障电弧探测试验，准确率可达99～100％。
[0056]
本发明还可以由其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。