CN103776973A - 一种电气火灾短路模拟装置及其模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电气火灾短路模拟装置及其模拟方法，包括内外嵌套式双层箱体、短路制动***、温控***、环境模拟***、测量***，其中，短路制动***触发短路发生，温控***、环境模拟***和测量***实现火灾发生后火场环境变化的模拟，包括温度变化和环境气氛变化。本发明通过各个***相互配合的方式实现电气火灾短路的重演，其方法简单可行，避免由于过程复杂和条件多变，而难以研究的问题，另外，此设计可实现模拟条件的***性和准确性，极大提高电气火灾一、二次短路模拟的有效性和可靠性，为电气火灾物证鉴定技术和研究提供直接而有力的数据。

Description

一种电气火灾短路模拟装置及其模拟方法

技术领域

本发明涉及电气火灾短路模拟的技术领域，尤其是指一种电气火灾短路模拟装置及其模拟方法。

背景技术

我国《消防法》第51条第3款规定：“公安机关消防机构根据火灾现场勘验、调查情况和有关的检验、鉴定意见，及时制作火灾事故认定书，作为处理火灾事故的证据”。火灾发生以后，原因调查是公安消防部门不可回避的法定职责，必须准确、迅速地查明火灾原因，及时公布调查结论，保障公众合理知情权。2012年最新颁布的《公安部关于修改<火灾事故调查规定>的决定》（公安部121号令）第23条规定:“现场提取的痕迹、物品需要进行专门性技术鉴定的，公安机关消防机构应当委托依法设立的鉴定机构进行。”随着社会和经济的发展，火灾日益复杂化，火灾物证鉴定己成为火灾调查中一种重要的技术手段和方法，对查明火灾原因发挥着越来越重要的作用。廖光煊等认为，火灾调查研究是火灾科学的重要分支，火灾调查中经过分析鉴定，具有证明作用的物证是认定火灾原因、火灾性质和处理火灾责任者的依据和司法诉讼的证据。火灾物证鉴定是火灾原因调查工作的“重要基础”，其为事故起火原因提供最为直接的证据，贯穿着火灾事故调查、分析的全过程，是火灾科学基础研究最为耀眼的“明珠”之一。

电气火灾是指由于电气线路、用电设备、器具以及供配电设备出现故障性释放的热能；如高温、电弧、电火花以及非故障性释放的能量；如电热器具的炽热表面，在具备燃烧条件下引燃本体或其他可燃物而造成的火灾。根据火灾统计数据表明，电气火灾是火灾统计的主要类别，占40%以上，其中，短路是引发重大电气火灾最严重的故障形式。电气火灾物证鉴定是针对火灾现场提取的导线、电气连接件、电热器具、用电设备上的金属痕迹物证进行定性分析，判断痕迹形成的时刻是火灾发生前还是火灾发生后及痕迹形成时是否有电作用的参与。

电气火灾常见的短路故障形成的熔痕分为一次短路熔痕（PSM,primary shortcircuited melted mark）和二次短路熔痕（SSM,second short circuited melted mark），PSM是指火灾之前由于电气短路形成的熔痕，SSM则指在火灾环境中，由于火烧破坏绝缘层而发生短路形成的熔痕，如何鉴别和判定短路熔痕的性质对分析火灾的原因和火灾事故认定至关重要，尤其是一二次短路的区别。

以美国国家标准与技术研究院（NIST）发行NFPA921最具特色，NFPA921定性讨论了导线在不同条件下，如过流、过载、火烧、接触不良、电弧等作用下形成的金属导线熔化形成的熔痕，但并未讨论熔痕形成机理以及熔痕判别标准。

日本学者最早通过测定熔痕中碳化残留物结构、晶体中树枝状结晶臂间隔和氧化物浓度来区分PSM和SSM。美国采用的金相检验分析技术，基于微观结构，鉴别导线的火烧熔痕和短路熔痕。

我国自上世纪80年代以来开始研究电气火灾原因技术鉴定方法，公安部消防局四个消防所研究成果各具特色，目前应用最广泛的是金相分析法，由公安部沈阳所牵头编制的GB16840.4-1997标准。现有的短路熔痕分析法主要有外观分析、内部组织分析、二次离子质谱法断面元素深度分析、枝晶间隙分析法等。

近年来公安部沈阳所高伟等应用俄歇电子能谱(AES)对短路熔痕表层作刻蚀分析，分析O和C等元素的含量，用以推断短路发生时的周围环境气氛条件，另外高伟等应用光学显微镜（OM）和原子力显微镜（AFM）观测了熔痕微观组织，进行了不同条件熔痕凝固组织对比分析。魏巍等对电气事故中铜导线短路熔珠金相组织中的共晶体进行了定性和定量分析，通过（Cu+Cu₂O）共晶体含量来区分PSM、SSM，含量>30%为PSM，含量<30%或者不含共晶体为SSM。王芸等利用扫描电子显微镜(SEM)对铜导线PSM熔痕和PSM熔痕的微观形貌进行了观察，并对PSM和SSM内部气孔进行了统计分析。刘筱薇等分析了电流过载引起的铜导线过热熔断熔痕具有的特点：熔痕未熔化的粗晶粒区和细晶粒区之间有明确的界线。姜蓬等引入数字图像处理方法对短路熔痕金相图进行分析、处理，提取金相图中晶格的轮廓，提出分类参数，改进了金相分析方法。

总结国内外研究进展，在电气火灾物证鉴定领域，主要存在以下缺陷：

1、迄今为止人们尚未搞清火灾短路熔痕的形成机理以及各种因素作用的规律，需要深入开展理论和实验研究，以揭示其中蕴涵的内在规律，促进火灾物证鉴定水平的提高。

2、在实际电气火灾案例物证鉴定工作中：一方面标准中缺乏相关对照标准图谱，对不同类别熔痕金相组织进行分析判断时，没有统一量化标准，主要靠人的肉眼观察结合个人经验对金相显微组织进行判断分类，在一定程度上缺乏客观性和通用性，容易出现误判。

3.另一方面由于实际火灾现场环境复杂，金属熔痕形成过程中受到多种不确定性因素干扰，如短路点温度、凝固过冷度、电流脉冲作用等，很多情况下凝固之后难免继续受热，金属有可能再熔化或再结晶，最终形成的熔痕金相组织比较复杂。现有的标准中没有复杂成因条件下短路熔痕的判据，故不能直接判别熔痕性质。

综上所述，目前电气火灾物证鉴定技术方法客观上存在进一步提升的空间，仅仅依据传统的金属结晶的基本规律无法解释复杂成因条件下短路熔痕显微组织行为特征,所以基于模拟火灾现场氛围的模拟装置，从熔痕形成机理角度深入分析多种因素耦合作用下，短路熔痕组织的多态性，建立更加可靠的熔痕类型识别判据，提高电气火灾物证鉴定的准确度。

申请号为201010570717.1的中国专利介绍了一种新型电气短路试验仪，用于火灾物证的鉴定。其结构为：在炉体的上部设有密封的炉膛，其下方设有电机，电机置于冷却箱内，电机的输出轴与接线柱的底端连接，在炉膛的底部设有样品收集盘，并从样品收集盘底部穿出两根电极，两根电极分别位于接线柱的两侧；在炉体的一个端侧设有控制装置。但是该试验仪只是实现火灾现场的温度上升条件，未进行升温速率的控制，另外未考虑真实火场的降温情况，而熔痕的过冷度直接影响熔痕的最终结果，不利于有效和可靠地进行火灾物证鉴定研究。

理论基础：

电气火灾是由于电气线路、用电设备、器具以及供配电设备出现故障性释放的热能，在具备燃烧条件下引燃本体或其他可燃物而造成的火灾。电气火灾常见的短路故障形成的熔痕分为一次短路熔痕（PSM,primary short circuitedmelted mark）和二次短路熔痕（SSM,second short circuited melted mark），PSM是指火灾之前由于电气短路形成的熔痕，SSM则指在火灾环境中，由于火烧破坏绝缘层而发生短路形成的熔痕。

如果用金属理论解释电气火灾熔痕的形成过程，可以描述为：PSM：电气线路由于故障，释放大量热，金属导线融化，冷却凝固结晶形成熔痕，或是由于短路引起的火灾再加热，再结晶，形成复杂的一次短路熔痕；过程可以总结为：电热生成---金属导线融化---冷却结晶---在火场环境变化中再结晶。SSM：发在发生后，现场大量热分解导线的绝缘皮，导线短路释放热，导线融化，在火灾现场的温度下，结晶形成二次短路熔痕。其过程可以总结为：火灾温度上升---绝缘皮损伤---短路生热金属导线融化---伴随火场环境变化结晶凝固。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种电气火灾短路模拟装置及其模拟方法，能实现电气火灾一、二次短路的复杂过程，并可实现升温速率和降温速率的准确控制，同时可实现环境气氛模拟，使一、二次短路的模拟条件准确可控和全面，为电气火灾一、二次短路的机理研究提供可靠和体系性数据。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案其电气火灾短路模拟装置，包括：内外嵌套式双层箱体，为整个装置的框架；短路制动***，用于实现电气火灾中导线的触碰短路；温控***，用于实现电气火灾模拟现场中温度的上升和下降；环境模拟***，通过对内外嵌套式双层箱体抽真空度后，由外部往内外嵌套式双层箱体内注入烟尘和水蒸气，实现电气火灾现场中环境的模拟；测量***，用于测量内外嵌套式双层箱体内温度的变化和短路点温度在短路后随时间的变化，以及辅助短路制动***中两根导线的可控触碰。

所述内外嵌套式双层箱体的内、外箱同一侧面上分别设有用于观察箱体内情况的玻璃视窗，内箱是高温真空空间，也是短路工作空间，外箱是常温真空空间；所述内外嵌套式双层箱体的顶部贯穿有一测试孔，用于供测量***的红外测温传感器测试短路熔痕温度的变化，其底部贯穿有一抽真空口和一泄真空口，且所述泄真空口外接有泄真空管道，其外侧面外接有多条注气管道，烟尘和水蒸气通过该多条注气管道进入内外嵌套式双层箱体的内箱内。

所述短路制动***包括带有导线的耐高温陶瓷接线座、丝杠、耐热陶瓷导轨、陶瓷底座和伺服电机，其中，所述耐高温陶瓷接线座有两个分别装于耐热陶瓷导轨的两端，其中一个固定，另一个与丝杠连接，可随丝杆移动；所述伺服电机设在内外嵌套式双层箱体的夹层中，并与丝杠连接；所述丝杠由伺服电机带动，可在耐热陶瓷导轨中随导轨轨迹运动，并使上述两个耐高温陶瓷接线座上的导线触碰；所述耐热陶瓷导轨固定在陶瓷底座上，所述陶瓷底座固定在内外嵌套式双层箱体的内箱的内腔底部。

所述温控***包括有加热单元和冷却单元，其中，所述加热单元包括有陶瓷纤维保温层和加热棒，所述陶瓷纤维保温层包裹着内外嵌套式双层箱体的内箱外表面除其玻璃视窗外的部分，所述加热棒镶嵌在该陶瓷纤维保温层上；所述冷却单元包括有冷却管道层、视窗冷却***和水冷机组，所述冷却管道层焊接在内外嵌套式双层箱体的内箱外表面上，所述视窗冷却***对应设在内外嵌套式双层箱体的内箱外侧上，用于对该内箱上的玻璃视窗进行降温，所述水冷机组通过管路分别与冷却管道层和视窗冷却***连接，构成循环水回路，所述冷水机组提供低温水，低温水在上述循环水回路中运行，回流至冷水机组，循环交换热量进行降温。

所述环境模拟***包括有真空泵、真空管道组件、真空控制单元、气体流量计、电磁阀，其中，所述真空泵对应设在内外嵌套式双层箱体的下方，并与真空管道组件连接，由真空控制单元控制，在所述真空控制单元的控制下实现抽真空和保真空；所述气体流量计分别安装在内外嵌套式双层箱体外侧的注气管道上，并通过电磁阀控制其通断和外界气体的注入量，按照不同火灾条件，注入不同气体进行混合，氧气体积比为：20.5%-13.3%，热烟体积比为：13.5%-100%，水蒸气的相对湿度为：35%-100%。

所述真空泵包括有排气滤芯、进气滤芯、真空油过滤器、散热风扇。

所述真空管道组件包括有真空快速接头、真空管、单向阀、进气阀和真空电磁阀，其中，所述真空管的一端通过真空快速接头与内外嵌套式双层箱体底部的抽真空口连接，其另一端与真空泵连接；所述单向阀和真空电磁阀分别安装在该真空管；所述进气阀对应安装在内外嵌套式双层箱体的泄真空管道上，用于释放真空；所述进气阀控制释放内外嵌套式双层箱体的真空，其中先释放外箱的真空，再释放内箱的真空，并可通过调压阀手动调节释放真空速率，同时所述内外嵌套式双层箱体上安装有手动阀门进行手动泄压。

所述真空控制单元包括有压力变送器、数字压力控制器和机械式真空压力表，其中，所述压力变送器和数字压力控制器均在内外嵌套式双层箱体的夹层中，并分别与真空管道组件的真空电磁阀连接，实现抽真空和保持真空；所述机械式真空压力表装在内外嵌套式双层箱体的夹层中，并位于该内外嵌套式双层箱体的外箱的玻璃视窗区域内，用于实时显示内外嵌套式双层箱体的外箱真空度。

所述氧气体积比、热烟体积比和相对湿度，均用剂量针管从内外嵌套式双层箱体的备用孔中抽出，进行测量。

所述测量***包括有铂铑热电偶、红外测温传感器和激光位移传感器，其中，所述铂铑热电偶分别安装在内外嵌套双层箱体的内、外箱上，用于测试内箱温度变化和外箱温度变化，以及短路点附近环境的温度；所述红外测温传感器设在内外嵌套双层箱体外，透过该内外嵌套双层箱体顶部的测试孔测试短路熔痕的温度变化；所述激光位移传感器安装在内箱内，用于测试两个耐高温陶瓷接线座之间的距离变化。

本发明所述电气火灾短路模拟装置的模拟方法，如下：

当模拟一次短路火灾时，首先，所述短路制动***在测量***的辅助下精确实现其两个耐高温陶瓷接线座上的两根导线触碰短路；然后，所述温控***在测量***的监控下，通过其加热单元对内外嵌套式双层箱体的内箱进行加热，使内外嵌套式双层箱体的内箱温度升高，同时，所述环境模拟***对内外嵌套式双层箱体进行抽真空，使内外嵌套式双层箱体产生压强差，随后往该内外嵌套式双层箱体的内箱注入烟尘和水蒸气，直到该内外嵌套式双层箱体的内外压强平衡为止；接着，所述温控***的加热单元继续对内外嵌套式双层箱体的内箱进行加热，当温度升至设定值时，停止加热，此时可保温；最后，通过温控***的冷却单元使内外嵌套式双层箱体的内箱降温到室温，并最终从上述两个耐高温陶瓷接线座上取下短路后的导线，整个模拟过程结束；

当模拟二次短路火灾时，首先，所述温控***在测量***的监控下，通过其加热单元对内外嵌套式双层箱体的内箱进行加热，使内外嵌套式双层箱体的内箱温度升高，同时，所述环境模拟***对该内外嵌套式双层箱体进行抽真空，使该内外嵌套式双层箱体产生压强差，随后往该内外嵌套式双层箱体的内箱注入烟尘和水蒸气，直到该内外嵌套式双层箱体的内外压强平衡为止；然后，所述短路制动***在测量***的辅助下精确实现其两个耐高温陶瓷接线座上的两根导线触碰短路；接着，所述温控***的加热单元继续对内外嵌套式双层箱体的内箱进行加热，当温度升至设定值时，停止加热，此时可保温；最后，通过温控***的冷却单元使内外嵌套式双层箱体的内箱降温到室温，并最终从上述两个耐高温陶瓷接线座上取下短路后的导线，整个模拟过程结束。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、本发明利用该电气火灾一、二次短路中基于各个条件的不同，利用每个条件一个或几个***的组合的方式，能有效实现电气火灾一、二次短路的复杂过程，并可实现升温速率和降温速率的准确控制，避免了模拟条件的不可控，***复杂等缺点，能够极大地提高物证鉴定的准确和有效性；

2、本发明采用伺服电机和激光测距等手段，实现一次短路距离和接触的可控，为进一步严谨和细致研究短路熔痕机理特性提供了必备条件；

3、本发明采用红外测温传感器，透过测试孔测试一、二次短路熔痕的温度变化，实现真实监控熔痕温度的变化，避免了用环境温度代替短路熔痕温度的误区，从而为电气火灾一、二次短路熔痕鉴定研究提供最佳的数据资料。

附图说明

图1为本发明所述电气火灾短路模拟装置的立体图。

图2为本发明所述电气火灾短路模拟装置的等轴剖视图。

图3为本发明所述电气火灾短路模拟装置的主视图。

图4为本发明所述电气火灾短路模拟装置的俯视图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

参见图1至图4所示，本实施例所述的电气火灾短路模拟装置，包括：内外嵌套式双层箱体1，为整个装置的框架；短路制动***，用于实现电气火灾中导线的触碰短路；温控***，用于实现电气火灾模拟现场中温度的上升和下降；环境模拟***，通过对内外嵌套式双层箱体1抽真空度后，由外部往内外嵌套式双层箱体1内注入烟尘和水蒸气（这些烟尘和水蒸气包括燃烧产生的浓烟和消防灭火喷水***在火场中产生的大量水蒸气的情况），实现电气火灾现场中环境的模拟；测量***，用于测量内外嵌套式双层箱体1内温度的变化和短路点温度在短路后随时间的变化，以及辅助短路制动***中两根导线的可控触碰。

所述内外嵌套式双层箱体1的内、外箱101、102同一侧面上分别设有用于观察箱体内情况的玻璃视窗，内箱101是高温真空空间，也是短路工作空间，而外箱102是常温真空空间；所述内外嵌套式双层箱体1的顶部设有贯穿内、外箱101、102的一测试孔106，用于供测量***的红外测温传感器测试短路熔痕温度的变化，其底部设有贯穿内、外箱101、102的一抽真空口105和一泄真空口，且所述泄真空口外接有泄真空管道103，其外侧面外接有三条注气管道104，烟尘和水蒸气通过该三条注气管道104进入内外嵌套式双层箱体1内；所述内外嵌套式双层箱体1的内箱101的大小尺寸为（深×宽×高/mm）:330×520×420，其厚度为8mm的SUS#310S(国标2520)钢板焊接而成；所述内外嵌套式双层箱体1的外箱102的尺寸为（深×宽×高/mm）：1300×1350×1350，厚度为8mm的SECC钢板焊接而成，外表面并做喷塑处理。

所述短路制动***包括带有导线204的耐高温陶瓷接线座201（具有为6位接线座，其选择根据外接电源的电路电流规格选取不同规格的耐高温陶瓷接线座）、丝杠202、耐热陶瓷导轨203、陶瓷底座和伺服电机205，其中，所述耐高温陶瓷接线座201有两个分别装于耐热陶瓷导轨203的两端，相距10cm，其中一个固定，另一个与丝杠202连接，可随丝杆202移动；所述伺服电机205设在内外嵌套式双层箱体1的夹层中，并与丝杠202连接，其功率为：100W；所述丝杠202由伺服电机205带动进行前进、后退和停止运动，且可在耐热陶瓷导轨203中随导轨轨迹运动，并使上述两个耐高温陶瓷接线座201上的导线204触碰，所述丝杠202的运动速度为2.0-0.5mm/s，精度为0.5-0.2mm/s；所述耐热陶瓷导轨203固定在陶瓷底座上，所述陶瓷底座固定在内外嵌套式双层箱体1的内箱101的内腔底部。在两个耐高温陶瓷接线座201的触碰过程中，所述测量***的激光位移传感器501测量两个耐高温陶瓷接线座201间的距离，并显示在可读界面。两个耐高温陶瓷接线座201之间的真实距离，在短路制动***运行一段时间后，要用千分尺进行人工校准，并在测量***中进行修正。

所述温控***包括有加热单元和冷却单元，其中，所述加热单元包括有陶瓷纤维保温层301和加热棒302，所述陶瓷纤维保温层301包裹着内外嵌套式双层箱体1的内箱外表面除其玻璃视窗外的部分，其具体是厚度50mm的高密度陶瓷纤维板；所述加热棒302镶嵌在该陶瓷纤维保温层301上，具体为硅碳棒，分布在内外嵌套式双层箱体1的内箱体外的三个侧面和上下两个面上，其功率为：36-48kw，最高温度：1100℃，升温速率范围为：3℃-130℃/min。所述冷却单元包括有冷却管道层303、视窗冷却***304和水冷机组305，其降温速率为：5℃-50℃/min；所述冷却管道层303焊接在内外嵌套式双层箱体1的内箱外表面上，其宽为：30mm方形管，所用材料:SUS#310S(国标2520)不锈钢方通，厚度≥3mm；所述视窗冷却***304对应设在内外嵌套式双层箱体1的内箱101外侧上，用于对该内箱101上的玻璃视窗进行降温，所述水冷机组305通过管路分别与冷却管道层303和视窗冷却***304连接，构成循环水回路，所述水冷机组305提供低温水，低温水在上述循环水回路中运行，回流至水冷机组305，循环交换热量进行降温。

所述水冷机组305的主要指标参数如下列表所示：

所述环境模拟***包括有真空泵401、真空管道组件、真空控制单元、气体流量计402、电磁阀，其中，所述真空泵401对应设在内外嵌套式双层箱体1的下方，并与真空管道组件连接，由真空控制单元控制，在所述真空控制单元的控制下实现抽真空和保真空功能；所述气体流量计402分别安装在内外嵌套式双层箱体1外侧的注气管道104上，并通过电磁阀控制其通断和外界气体的注入量，按照不同火灾条件，注入不同气体进行混合，氧气体积比为：20.5%-13.3%，热烟体积比为：13.5%-100%，水蒸气的相对湿度为：35%-100%；所述氧气体积比、热烟体积比和相对湿度，均用剂量针管从内外嵌套式双层箱体1的备用孔中抽出，进行测量。

在加热状态下真空环境获取以及高温状态下的真空保持，需要真空泵401在高温下工作，故采用水冷和风冷给真空管道组件进行冷却，这部分冷却循环是本装置启动之后就一直工作，直到整个试验结束。

所述真空泵401包括有排气滤芯、进气滤芯、真空油过滤器、散热风扇。真空泵抽气速率(m³/h)为：100（30L/S），极限压力(mbar)为:0.5。

所述真空管道组件包括有真空快速接头、真空管、单向阀、进气阀403和真空电磁阀，其中，所述真空管的一端通过真空快速接头与内外嵌套式双层箱体1底部的抽真空口105连接，其另一端与真空泵401连接；所述单向阀和真空电磁阀分别安装在该真空管；所述进气阀403对应安装在内外嵌套式双层箱体1的泄真空管道103上，用于释放真空；所述进气阀403控制释放内外嵌套式双层箱体1的真空，其中先释放外箱102的真空，再释放内箱101的真空，并可通过调压阀手动调节释放真空速率，2-10分钟可以真空释放，同时对于意外断电，所述内外嵌套式双层箱体1上安装有手动阀门进行手动泄压。

所述真空控制单元包括有压力变送器、数字压力控制器和机械式真空压力表404，构成一个体系，其中，所述压力变送器和数字压力控制器均在内外嵌套式双层箱体1的夹层中，并分别与真空管道组件的真空电磁阀连接，实现抽真空和保持真空；所述机械式真空压力表404装在内外嵌套式双层箱体1的夹层中，并位于该内外嵌套式双层箱体1的外箱102的玻璃视窗区域内，用于实时显示内外嵌套式双层箱体1的外箱真空度。

所述测量***包括有铂铑热电偶、红外测温传感器和激光位移传感器501，其中，所述铂铑热电偶分别安装在内外嵌套双层箱体1的内、外箱101、102上，用于测试内箱101温度变化和外箱102温度变化，以及短路点附近环境的温度，其测温范围为：0-1800℃，测温精度为：<±0.5%t；所述红外测温传感器设在内外嵌套双层箱体1外，透过该内外嵌套双层箱体1顶部的测试孔106测试短路熔痕的温度变化，其规格型号为：美国雷泰，MR1SASF，温度范围：300-1200℃，精度：0.1℃；所述激光位移传感器501安装在内箱101内，用于测试两个耐高温陶瓷接线座201之间的距离变化，其量程为:150mm，分辨率为:0.001mm，线性度为：±0.003mm。

以下为本实施例上述电气火灾短路模拟装置的具体模拟方式，包括以下两种情况：

1、模拟一次短路火灾，包括以下步骤：

1）电气火灾短路装置与外电源连接，两个耐高温陶瓷接线座201各接上一根导线204，外电源设置电压120-380V，电流200A；

2）伺服电机205带动丝杠202运动，使与丝杠202连接的那个耐高温陶瓷接线座201在耐热陶瓷导轨203上，以每秒0.5-1mm的速度向另一个耐高温陶瓷接线座201运动，触碰实现导线204短路，其中，在耐高温陶瓷接线座201移动的过程中，测量***的激光位移传感器501测量两个耐高温陶瓷接线座201间的距离，并显示在可读界面，即短路制动***在测量***的辅助下精确实现两根导线触碰短路；

3）温控***在测量***的监控下，通过其加热单元对内外嵌套式双层箱体1的内箱101进行加热，按照每分钟10-20℃的升温速度，使内外嵌套式双层箱体1的内箱101温度升高，同时，环境模拟***对内外嵌套式双层箱体1进行抽真空，降低压强至10⁴Pa，使内外嵌套式双层箱体1产生压强差，随后往该内外嵌套式双层箱体1的内箱101注入烟尘和水蒸气，当内外嵌套式双层箱体1内的压强达到10⁵Pa后，停止烟气和水蒸气注入，此时，该内外嵌套式双层箱体1的内外压强基本平衡；

4）温控***的加热单元继续对内外嵌套式双层箱体1的内箱101进行加热，当温度升至600-800℃后，停止加热，并保温30分钟左右；

5）温控***的冷却单元对内外嵌套式双层箱体1的内箱101进行冷却，按照每分钟20-30℃的降温速度，使内外嵌套式双层箱体1的内箱101温度降到室温；

6）从两个耐高温陶瓷接线座201上取下短路后的导线，整个一次短路模拟过程结束。

2、模拟二次短路火灾，包括以下步骤：

1）电气火灾短路装置与外电源连接，两个耐高温陶瓷接线座201各接上一根导线204，外电源设置电压120-380V，电流200A；

2）温控***在测量***的监控下，通过其加热单元对内外嵌套式双层箱体1的内箱101进行加热，按照每分钟10-20℃的升温速度，使内外嵌套式双层箱体1的内箱101温度升高，同时，环境模拟***对内外嵌套式双层箱体1进行抽真空，降低压强至10⁴Pa，使内外嵌套式双层箱体1产生压强差，随后往该内外嵌套式双层箱体1的内箱101注入烟尘和水蒸气，当内外嵌套式双层箱体1内的压强达到10⁵Pa后，停止烟气和水蒸气注入，此时，该内外嵌套式双层箱体1的内外压强基本平衡；

3）伺服电机205带动丝杠202运动，使与丝杠202连接的那个耐高温陶瓷接线座201在耐热陶瓷导轨203上，以每秒0.5-1mm的速度向另一个耐高温陶瓷接线座201运动，触碰实现导线204短路，其中，在耐高温陶瓷接线座201移动的过程中，测量***的激光位移传感器501测量两个耐高温陶瓷接线座201间的距离，并显示在可读界面，即短路制动***在测量***的辅助下精确实现两根导线触碰短路；

4）温控***的加热单元继续对内外嵌套式双层箱体1的内箱101进行加热，当温度升至600-800℃后，停止加热，并保温30分钟左右；

5）温控***的冷却单元对内外嵌套式双层箱体1的内箱101进行冷却，按照每分钟20-30℃的降温速度，使内外嵌套式双层箱体1的内箱101温度降到室温；

6）从两个耐高温陶瓷接线座201上取下短路后的导线，整个二次短路模拟过程结束。

综上所述，在采用以上方案后，本发明通过各个***相互配合的方式实现电气火灾短路的重演，其方法简单可行，避免由于过程复杂和条件多变，而难以研究的问题，另外，此设计可实现模拟条件的***性和准确性，极大提高电气火灾一、二次短路模拟的有效性和可靠性，为电气火灾物证鉴定技术和研究提供直接而有力的数据，值得推广。

以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电气火灾短路模拟装置，其特征在于，包括：内外嵌套式双层箱体（1），为整个装置的框架；短路制动***，用于实现电气火灾中导线的触碰短路；温控***，用于实现电气火灾模拟现场中温度的上升和下降；环境模拟***，通过对内外嵌套式双层箱体（1）抽真空度后，由外部往内外嵌套式双层箱体（1）内注入烟尘和水蒸气，实现电气火灾现场中环境的模拟；测量***，用于测量内外嵌套式双层箱体（1）内温度的变化和短路点温度在短路后随时间的变化，以及辅助短路制动***中两根导线的可控触碰。

2.根据权利要求1所述的一种电气火灾短路模拟装置，其特征在于：所述内外嵌套式双层箱体（1）的内、外箱（101、102）同一侧面上分别设有用于观察箱体内情况的玻璃视窗，内箱（101）是高温真空空间，也是短路工作空间，外箱（102）是常温真空空间；所述内外嵌套式双层箱体（1）的顶部贯穿有一测试孔（106），用于供测量***的红外测温传感器测试短路熔痕温度的变化，其底部贯穿有一抽真空口（105）和一泄真空口，且所述泄真空口外接有泄真空管道（103），其外侧面外接有多条注气管道（104），烟尘和水蒸气通过该多条注气管道（104）进入内外嵌套式双层箱体（1）的内箱（101）内。

3.根据权利要求1所述的一种电气火灾短路模拟装置，其特征在于：所述短路制动***包括带有导线（204）的耐高温陶瓷接线座（201）、丝杠（202）、耐热陶瓷导轨（203）、陶瓷底座和伺服电机（205），其中，所述耐高温陶瓷接线座（201）有两个分别装于耐热陶瓷导轨（203）的两端，其中一个固定，另一个与丝杠（202）连接，可随丝杆（202）移动；所述伺服电机（205）设在内外嵌套式双层箱体（1）的夹层中，并与丝杠（202）连接；所述丝杠（202）由伺服电机（205）带动，可在耐热陶瓷导轨（203）中随导轨轨迹运动，并使上述两个耐高温陶瓷接线座（201）上的导线（204）触碰；所述耐热陶瓷导轨（203）固定在陶瓷底座上，所述陶瓷底座固定在内外嵌套式双层箱体（1）的内箱（101）的内腔底部。

4.根据权利要求1所述的一种电气火灾短路模拟装置，其特征在于：所述温控***包括有加热单元和冷却单元，其中，所述加热单元包括有陶瓷纤维保温层（301）和加热棒（302），所述陶瓷纤维保温层（301）包裹着内外嵌套式双层箱体（1）的内箱外表面除其玻璃视窗外的部分，所述加热棒（302）镶嵌在该陶瓷纤维保温层（301）上；所述冷却单元包括有冷却管道层（303）、视窗冷却***（304）和水冷机组（305），所述冷却管道层（303）焊接在内外嵌套式双层箱体（1）的内箱外表面上，所述视窗冷却***（304）对应设在内外嵌套式双层箱体（1）的内箱（101）外侧上，用于对该内箱（101）上的玻璃视窗进行降温，所述水冷机组（305）通过管路分别与冷却管道层（303）和视窗冷却***（304）连接，构成循环水回路，所述水冷机组（305）提供低温水，低温水在上述循环水回路中运行，回流至水冷机组（305），循环交换热量进行降温。

5.根据权利要求1所述的一种电气火灾短路模拟装置，其特征在于：所述环境模拟***包括有真空泵（401）、真空管道组件、真空控制单元、气体流量计（402）、电磁阀，其中，所述真空泵（401）对应设在内外嵌套式双层箱体（1）的下方，并与真空管道组件连接，由真空控制单元控制，在所述真空控制单元的控制下实现抽真空和保真空；所述气体流量计（402）分别安装在内外嵌套式双层箱体（1）外侧的注气管道（104）上，并通过电磁阀控制其通断和外界气体的注入量，按照不同火灾条件，注入不同气体进行混合，氧气体积比为：20.5%-13.3%，热烟体积比为：13.5%-100%，水蒸气的相对湿度为：35%-100%。

6.根据权利要求5所述的一种电气火灾短路模拟装置，其特征在于：所述真空管道组件包括有真空快速接头、真空管、单向阀、进气阀（403）和真空电磁阀，其中，所述真空管的一端通过真空快速接头与内外嵌套式双层箱体（1）底部的抽真空口（105）连接，其另一端与真空泵（401）连接；所述单向阀和真空电磁阀分别安装在该真空管；所述进气阀（403）对应安装在内外嵌套式双层箱体（1）的泄真空管道（103）上，用于释放真空；所述进气阀（403）控制释放内外嵌套式双层箱体（1）的真空，其中先释放外箱（102）的真空，再释放内箱（101）的真空，并可通过调压阀手动调节释放真空速率，同时所述内外嵌套式双层箱体（1）上安装有手动阀门进行手动泄压。

7.根据权利要求5所述的一种电气火灾短路模拟装置，其特征在于：所述真空控制单元包括有压力变送器、数字压力控制器和机械式真空压力表（404），其中，所述压力变送器和数字压力控制器均在内外嵌套式双层箱体（1）的夹层中，并分别与真空管道组件的真空电磁阀连接，实现抽真空和保持真空；所述机械式真空压力表（404）装在内外嵌套式双层箱体（1）的夹层中，并位于该内外嵌套式双层箱体（1）的外箱（102）的玻璃视窗区域内，用于实时显示内外嵌套式双层箱体（1）的外箱真空度。

8.根据权利要求5所述的一种电气火灾短路模拟装置，其特征在于：所述氧气体积比、热烟体积比和相对湿度，均用剂量针管从内外嵌套式双层箱体（1）的备用孔中抽出，进行测量。

9.根据权利要求1所述的一种电气火灾短路模拟装置，其特征在于：所述测量***包括有铂铑热电偶、红外测温传感器和激光位移传感器（501），其中，所述铂铑热电偶分别安装在内外嵌套双层箱体（1）的内、外箱（101、102）上，用于测试内箱（101）温度变化和外箱（102）温度变化，以及短路点附近环境的温度；所述红外测温传感器设在内外嵌套双层箱体（1）外，透过该内外嵌套双层箱体（1）顶部的测试孔（106）测试短路熔痕的温度变化；所述激光位移传感器（501）安装在内箱（101）内，用于测试两个耐高温陶瓷接线座（201）之间的距离变化。

10.一种权利要求1所述电气火灾短路模拟装置的模拟方法，其特征在于：

当模拟一次短路火灾时，首先，所述短路制动***在测量***的辅助下精确实现其两个耐高温陶瓷接线座上的两根导线触碰短路；然后，所述温控***在测量***的监控下，通过其加热单元对内外嵌套式双层箱体的内箱进行加热，使内外嵌套式双层箱体的内箱温度升高，同时，所述环境模拟***对内外嵌套式双层箱体进行抽真空，使内外嵌套式双层箱体产生压强差，随后往该内外嵌套式双层箱体的内箱注入烟尘和水蒸气，直到该内外嵌套式双层箱体的内外压强平衡为止；接着，所述温控***的加热单元继续对内外嵌套式双层箱体的内箱进行加热，当温度升至设定值时，停止加热，此时可保温；最后，通过温控***的冷却单元使内外嵌套式双层箱体的内箱降温到室温，并最终从上述两个耐高温陶瓷接线座上取下短路后的导线，整个模拟过程结束；

当模拟二次短路火灾时，首先，所述温控***在测量***的监控下，通过其加热单元对内外嵌套式双层箱体的内箱进行加热，使内外嵌套式双层箱体的内箱温度升高，同时，所述环境模拟***对该内外嵌套式双层箱体进行抽真空，使该内外嵌套式双层箱体产生压强差，随后往该内外嵌套式双层箱体的内箱注入烟尘和水蒸气，直到该内外嵌套式双层箱体的内外压强平衡为止；然后，所述短路制动***在测量***的辅助下精确实现其两个耐高温陶瓷接线座上的两根导线触碰短路；接着，所述温控***的加热单元继续对内外嵌套式双层箱体的内箱进行加热，当温度升至设定值时，停止加热，此时可保温；最后，通过温控***的冷却单元使内外嵌套式双层箱体的内箱降温到室温，并最终从上述两个耐高温陶瓷接线座上取下短路后的导线，整个模拟过程结束。

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