CN107657878B - 一种电气火灾多发和抑制电气引火源的演示平台 - Google Patents

一种电气火灾多发和抑制电气引火源的演示平台 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电气火灾多发和抑制电气引火源的演示平台，包括第一电源接入区、第二演示区、第三负荷加载显示区；在第二演示区有共三大类(九小类)可产生引火源的电气故障和引火源引燃可燃物引发火灾的实验模块，该实验演示平台可以展示短路、漏电、全线/局部线路过载、接触不良发热/放电、相间高阻抗放电、炭化路径放电、导线聚集发热电气故障如何产生引火源和引燃可燃物引发火灾；现行电路保护器对这些电气故障产生引火源为什么没有防控能力，以及新研制的电气引火源消控装置为什么能有效防控的全过程。

Description

一种电气火灾多发和抑制电气引火源的演示平台
技术领域
本发明属于电气火灾研究技术领域，特别是一种电气火灾多发和抑制电气引火源的演示平台。
背景技术
随着社会的进步发展，我国人均用电量越来越高，电气线路的布局也日趋复杂。电能在带给人们便利的同时，所引发的电气火灾事故也与日俱增。近年来据《中国消防年鉴》统计火灾显示，电气火灾发生率以及所造成的损失均位居各类火灾原因之首，发生起数比例多在30％左右，所造成的损失占全部火灾损失的40％左右。然而，我国现阶段对电气火灾引火源的分析和研究尚不够全面***，特别是对电气火灾引火源进行***性的总结和分类。特别地，国内对能够***的演示和揭示电气火灾引火源的装置还不存在，而一种电气火灾多发和抑制电气引火源的演示平台能够有效填补这一空白。该装置可使消防部队和火调人员清楚的认识到各类电气火灾引火源形成机理和痕迹特征；还可使普通的***认识到各类电气火灾的危险性；同时还能为预防电气火灾引火源提供技术依据。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种电气火灾多发和抑制电气引火源的演示平台，为真实展示短路、漏电、相间高阻抗放电、炭化路径放电、接触不良发热/放电、全线/局部过载、堆积导线发热电气故障产生引火源易燃可燃物燃烧的全过程。通过演示，可使电气火灾防控技术人员、火灾调查人员、普通大众认识到各类电气火灾发生的过程、原因以及火灾物证鉴定人员判别鉴定各类电气故障产生的痕迹特征。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种电气火灾多发和抑制电气引火源的演示平台，包括：
A)装置的元器件
整个演示平台从左至右分别为第一电源接入区、第二演示区、第三负荷加载及显示区；在第一电源接入区左侧布置电源线、保险丝、电气火灾引火源消控装置、带漏电保护短路保护器和短路保护器；中间分别布置有电气火灾引火源消控装置、带漏电保护短路保护器和短路保护器的开关；右侧布置各个演示模块的开关；
在第二演示区依次布置各个演示模块，所述演示模块包括第一演示模块、第二演示模块、第三演示模块、第四演示模块、第五演示模块、第六演示模块和第七演示模块；
所述第一演示模块用于演示短路和漏电情况，其结构为：在模拟框架上平行设置零线、火线和地线，安装有用于垂直推动火线上下移动的步进电机；
所述第二演示模块用于演示接触不良放电和接触不良发热情况，其结构为：在模拟框架上一侧设置有铜棒，与铜棒相对的另一侧设置有碳棒或导电金属棒；所述铜棒与碳棒或导电金属棒连接在同一导线支路中，且碳棒或导电金属棒上设置有移动机构，使得碳棒或导电金属棒的尖端能接近或者远离铜棒的尖端；
所述第三演示模块用于演示相间高阻情况，其结构为：在模拟框架上平行设置火线和零线；火线和零线之间保持一定距离；
所述第四演示模块用于演示局部过载情况，其结构为：在模拟框架上平行设置两条不同线径的导线，一条导线为细导线，一条导线为粗导线；
所述第五演示模块用于演示导线聚集情况，其结构为：在模拟框架上设置导线，且导线以缠绕方式聚集在一起；
所述第六演示模块用于演示炭化路径放电情况，其结构为：在模拟框架上设置有两条已局部炭化完成的导线；
所述第七演示模块用于演示双相过载情况，其结构为：在模拟框架上平行设置两条线径相同的细导线，分别为零线和火线，当回路中发生过载时，使用热红外成像仪观察出零线和火线的细导线的温升情况；
在第三负荷加载及显示区上方布置负载和插座，中部布置触摸显示屏和按键模块，下方布置工作状态指示灯、网线接口模块和触摸显示屏开关；
B)装置的内部电路
220V交流电源通过电源线、保险丝、总开关依次连接，所述总开关分别连接三条支路，三条支路分别为：电气火灾引火源消控装置与一个开关串联的支路、带漏电保护短路保护器与一个开关串联的支路、短路保护器与一个开关串联的支路；三条支路分别独立连接第二演示区的若干演示模块，即与演示模块的输入端连接；
每个演示模块都连接有一个开关，所有演示模块共同连接到负载，所述负载还连接有插座；
每个演示模块的输入导线都设置有一个电流互感器，所有电流互感器共同连接到信号调理模块，所述信号调理模块连接到MCU微处理器模块；所述MCU微处理器模块通过电源模块供电，且MCU微处理器模块还分别连接网络接口模块、按键模块、显示驱动模块和步进电机控制模块；所述步进电机控制模块连接到步进电机，所述显示驱动模块连接到触摸显示屏。
进一步的，每个演示模块都连接有显示此模块导通或者断开的指示灯。
进一步的，所述第四演示模块、第五演示模块、第六演示模块和第七演示模块共用一个模拟框架。
进一步的，所述插座用于连接各种用电器具或模拟负载。
进一步的，所述MCU微处理器模块还连接有存储模块。
进一步的，所述触摸显示屏能直接进行波形显示、存储的操作指令。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1)可以演示短路/漏电引火源演示模块、局部过载/导线聚集发热/炭化放电/双相过载演示模块、接触不良发热/放电演示模块、相间高阻抗演示模块，在分别产生短路、漏电、全线/局部线路过载、接触不良发热/放电、相间高阻抗放电、炭化路径放电放电、堆积导线发热电气故障时，所产生的引火源和引燃可燃物引发火灾的真实现象。2)可以演示现行电路保护器对短路、漏电、全线/局部线路过载、接触不良发热/放电、相间高阻抗放电、炭化路径放电放电、堆积导线发热电气故障时，所产生的引火源没有防控能力。3)可以演示新研制的电气引火源消控装置对短路、漏电、全电路过载、接触不良放电、相间高阻抗放电、炭化路径放电放电能有较强的防控的能力。4)可以显示、记录、保存和传输短路、漏电、接触不良放电、相间高阻抗放电、炭化路径放电放电故障的波形、波数和发生时间、时段等技术数据。为判定电气火灾提供客观科学依据，为在电气火灾发生后，对物证的查找、提取和鉴定、判断提供了理论依据和技术支持。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明中第四演示模块结构示意图。
图3是本发明中第五演示模块结构示意图。
图4是本发明中第六演示模块结构示意图。
图5是本发明中第七演示模块结构示意图。
图6为本发明中电器元件连接电路图。
图1中，1—电源线；2—保险丝；3—电气火灾引火源消控装置；4—带漏电保护短路保护器；5—短路保护器；6—开关；7—第一演示模块；9—第二演示模块；10—第三演示模块；11—指示灯；12—白炽灯；13—插座；14—触摸显示屏；15—触摸显示屏开关；16—按键模块；17—网线接口模块；18—工作状态指示灯；19—步进电机；20—零线；21—火线；22—地线；23—铜棒；24—碳棒(或导电金属棒)；26—调节旋钮；28—第四演示模块；29—第五演示模块；30—第六演示模块；31—第七演示模块；32-总开关；33-电流互感器；34-电源模块；35-存储模块；36-MCU微处理器模块；37-信号调理模块；38-步进电机控制模块；39-显示驱动模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明共三大类(九小类)可产生引火源的电气故障和引火源引燃可燃物引发火灾的实验模块，以及短路、过载、漏电等断路保护器和能实现在保证电气线路正常使用的前提下，有效控制电气火灾引火源的产生的所有相关装置、器具和过程都集成到一起，并设计、安装到该实验演示平台上。
该实验演示平台可以展示短路、漏电、全线/局部线路过载、接触不良发热/放电、相间高阻抗放电、炭化路径放电、堆积导线发热电气故障如何产生引火源和引燃可燃物引发火灾；现行电路保护器对这些电气故障产生引火源为什么没有防控能力，以及新研制的电气引火源消控装置为什么能有效防控的全过程。
该实验平台能深刻揭示了电气火灾多发的原因和原理，是电路中可以产生电气火灾引火源的电气故障种类较多，且到现在在用的电路保护器没有一种可以抑制和防控电气火灾起火源的产生，电路中现行保护器实际的目的是保护电路不受电气故障的影响而崩溃或电气故障越发严重，尽量保证故障电路外的其他电路正常运行。最新研制的电气火灾引火源消控装置对短路、漏电、接触不良放电、相间高阻抗放电、炭化路径放电电气故障都能实现在保证电气线路正常使用的前提下，有效控制电气火灾引火源的产生。
该实验平台配备的触摸显示屏可以显示并储存电气故障发生时的波形、波数和发生时段、时间，还可以通过数据线，将存储数据导入电脑上进行处理。大部分操作均通过触摸屏控制完成，对操作者具有非常高的安全保证。例如该装置在演示漏电和短路实验时，操作人员只需要通过触摸屏进行操作和控制，大大增加了该装置的安全性、可靠性和智能化。同时，该装置自带有插座，可以连接各种用电器具或模拟负载。该装置除了能够演示9种之外，还能够分别演示普通短路保护器，带漏电保护短路保护器以及电气火灾引火源消控装置对各类电气火灾引火源故障的切除情况。实验证明，电气火灾引火源消控装置能够切除绝大部分电气火灾引火源。
该装置主要实施步骤：首先打开触摸屏，此时控制短路故障的步进电机进行复位；复位完成后将装置的电源线连接至220V家用电源中，在保证所有开关处于断开的情况下，打开总开关32，选择需要进行实验的短路保护器和需要进行实验的电气火灾引火源故障类型，连接负载，打开相应的开关进行实验，通过在触摸屏选择相应的故障类型，可显示保存故障电流波形。
本发明的具体结构为如下，包括：
A)装置的元器件
整个演示平台从左至右分别为第一电源接入区、第二演示区、第三负荷加载及显示区；在第一电源接入区左侧布置电源线1、保险丝2、电气火灾引火源消控装置3、带漏电保护短路保护器4和短路保护器5；中间分别布置有电气火灾引火源消控装置3、带漏电保护短路保护器4和短路保护器5的开关6；右侧布置各个演示模块的开关6；
在第二演示区依次布置各个演示模块，所述演示模块包括第一演示模块7、第二演示模块9、第三演示模块10、第四演示模块28、第五演示模块29、第六演示模块30和第七演示模块31；
所述第一演示模块7用于演示短路和漏电情况，其结构为：在模拟框架上平行设置零线20、火线21和地线22，安装有用于垂直推动火线21上下移动的步进电机19；
短路演示实验：连接好短路/漏电故障模块电路，在触摸显示屏14中点击短路故障演示实验，确认安全后点击“保存”，此时步进电机19拖动火线21向零线20运动，产生短接。发生短路故障后，步进电机19自动拖动火线21复位，使之与零线20分离，完成一次短路实验，此时触摸显示屏14已保存了故障电流波形。
漏电演示实验：连接好短路/漏电故障模块电路，在触摸显示屏14中点击漏电故障演示实验，确认安全后点击“保存”，此时步进电机19拖动火线21向地线22运动，产生漏电。发生漏电故障后，步进电机19自动拖动火线复位，使之与地线22分离，完成一次漏电实验，此时触摸显示屏14已保存了故障电流波形。
所述第二演示模块9用于演示接触不良放电和接触不良发热情况，其结构为：在模拟框架上一侧设置有铜棒23，与铜棒23相对的另一侧设置有碳棒24或导电金属棒；所述铜棒23与碳棒24或导电金属棒连接在同一导线支路中，且碳棒24或导电金属棒上设置有移动机构，使得碳棒24或导电金属棒的尖端能接近或者远离铜棒23的尖端；
接触不良放电演示实验：连接好接触不良发热/放电故障模块电路，通过在触摸显示屏14中点击接触不良演示实验，进行实验时可保存故障波形。通过旋转调节旋钮26调整碳棒24或导电金属棒和铜棒23之间的距离，使之产生放电电弧。放电电弧的能量足以引燃可燃物，为了能够形象地展示，可将脱脂棉放入碳棒24或导电金属棒和铜棒23接触点上部，产生的电弧可将其引燃。
接触不良发热演示实验：连接好接触不良发热/放电故障模块电路，通过在触摸显示屏14中点击接触不良演示实验，进行实验时可保存故障波形。通过旋转调节旋钮26调整碳棒24或导电金属棒和铜棒23之间的距离，使之不产生电弧但碳棒24由于接触点电阻较大会处于升温发热发红的状态。产生的高温足以引燃可燃物，为了能够形象地展示，可将脱脂棉放入碳棒24或导电金属棒和铜棒23接触点上部，产生的电弧可将其引燃。
所述第三演示模块10用于演示相间高阻情况，其结构为：在模拟框架上平行设置火线21和零线20；火线21和零线20之间保持一定距离；
相间高阻抗演示实验：先将沾有盐溶液的脱脂棉搭接在相间高阻抗模块的零线20和火线21之间。连接好相间高阻抗演示模块电路，通过在触摸显示屏14中点击相间高阻抗演示实验，进行实验时可保存故障波形。此时脱脂棉产生间歇性的放电电弧，所产生的电弧的能量足以引燃可燃物。
所述第四演示模块28用于演示局部过载情况，其结构为：在模拟框架上平行设置两条不同线径的导线，一条导线为细导线，一条导线为粗导线；
局部过载演示实验：将局部过载模块四个端头***至局部过载/导线聚集发热/炭化放电/双相过载演示模块中对应的四个端口中，连接局部过载/导线聚集发热/炭化放电/双相过载演示模块电路，接通负载，可以使用热红外成像仪清晰地观察出细导线的温升明显高于粗导线。
所述第五演示模块29用于演示导线聚集情况，其结构为：在模拟框架上设置导线，且导线以缠绕方式聚集在一起；
导线聚集演示实验：将导线聚集模块四个端头***至局部过载/导线聚集发热/炭化放电/双相过载演示模块中对应的四个端口中，连接局部过载/导线聚集发热/炭化放电/双相过载演示模块电路，接通负载，可以使用热红外成像仪清晰地观察出导线聚集处的温升明显，绝缘层开始生烟软化，到一定时间后会发生短路故障。
所述第六演示模块30用于演示炭化路径放电情况，其结构为：在模拟框架上设置有两条已局部炭化完成的导线；
炭化路径放电演示实验：将已完成的炭化路径板(即在破损处已形成石墨炭)四个端头***至局部过载/导线聚集发热/炭化放电/双相过载演示模块中对应的四个端口中，连接局部过载/导线聚集发热/炭化放电/双相过载演示模块电路，接通负载，在石墨炭处发生强烈的电弧，并伴随有巨大声响，产生的高温电弧足以引燃可燃物。
所述第七演示模块31用于演示双相过载情况，其结构为：在模拟框架上平行设置两条线径相同的细导线，分别为零线20和火线21，当回路中发生过载时，使用热红外成像仪观察出零线20和火线21的细导线的温升情况；
双相过载演示实验：双相过载演示实验主要用于模拟全线过载情况，即零线20和火线21均发生过载。将双相过载模块四个端头***至局部过载/导线聚集发热/炭化放电/双相过载演示模块中对应的四个端口中，连接局部过载/导线聚集发热/炭化放电/双相过载演示模块电路，接通负载，可以使用热红外成像仪清晰地观察出零线和火线的细导线的温升明显，甚至发热发红。
在第三负荷加载及显示区上方布置负载和插座13，中部布置触摸显示屏14和按键模块16，下方布置工作状态指示灯18、网线接口模块17和触摸显示屏开关15；
B)装置的内部电路
220V交流电源通过电源线1、保险丝2、总开关32依次连接，所述总开关32分别连接三条支路，三条支路分别为：电气火灾引火源消控装置3与一个开关6串联的支路、带漏电保护短路保护器4与一个开关6串联的支路、短路保护器5与一个开关6串联的支路；三条支路分别独立连接第二演示区的若干演示模块，即与演示模块的输入端连接；
每个演示模块都连接有一个开关6，所有演示模块共同连接到负载，所述负载还连接有插座13；
每个演示模块的输入导线都设置有一个电流互感器33，所有电流互感器33共同连接到信号调理模块37，所述信号调理模块37连接到MCU微处理器模块36；所述MCU微处理器模块36通过电源模块34供电，且MCU微处理器模块36还分别连接网线接口模块17、按键模块16、显示驱动模块39和步进电机控制模块38；所述步进电机控制模块38连接到步进电机19，所述显示驱动模块39连接到触摸显示屏14。
每个演示模块都连接有显示此模块导通或者断开的指示灯11。第四演示模块28、第五演示模块29、第六演示模块30和第七演示模块31可以共用一个模拟框架，在使用时，需要演示哪个模块，直接将需要演示的模块安装在模块框架上即可，这样做的好处在于可以节省整个演示平台的演示面积。MCU微处理器模块36还连接有存储模块35。
第三负荷加载及显示区还包括：插座13、触摸显示屏14、按键模块16、网线接口模块17、工作状态指示灯18。插座13为可以连接各种用电器具或模拟负载。；触摸显示屏14既可以显示当前电流波形，也可以发送指令，选择所需要的功能；按键模块16可以发送指令，选择所需要的功能；网线接口模块17可以通过网线连接至电脑，在电脑终端储存和显示波形；工作状态指示灯18可指示当前工作状态。

Claims (6)

1.一种电气火灾多发和抑制电气引火源的演示平台，其特征在于，包括：
A)装置的元器件
整个演示平台从左至右分别为第一电源接入区、第二演示区、第三负荷加载及显示区；在第一电源接入区左侧布置电源线(1)、保险丝(2)、电气火灾引火源消控装置(3)、带漏电保护短路保护器(4)和短路保护器(5)；中间分别布置有电气火灾引火源消控装置(3)、带漏电保护短路保护器(4)和短路保护器(5)的开关(6)；右侧布置各个演示模块的开关(6)；
在第二演示区依次布置各个演示模块，所述演示模块包括第一演示模块(7)、第二演示模块(9)、第三演示模块(10)、第四演示模块(28)、第五演示模块(29)、第六演示模块(30)和第七演示模块(31)；
所述第一演示模块(7)用于演示短路和漏电情况，其结构为：在模拟框架上平行设置零线(20)、火线(21)和地线(22)，安装有用于垂直推动火线(21)上下移动的步进电机(19)；
所述第二演示模块(9)用于演示接触不良放电和接触不良发热情况，其结构为：在模拟框架上一侧设置有铜棒(23)，与铜棒(23)相对的另一侧设置有碳棒(24)或导电金属棒；所述铜棒(23)与碳棒(24)或导电金属棒连接在同一导线支路中，且碳棒(24)或导电金属棒上设置有移动机构，使得碳棒(24)或导电金属棒的尖端能接近或者远离铜棒(23)的尖端；
所述第三演示模块(10)用于演示相间高阻情况，其结构为：在模拟框架上平行设置火线(21)和零线(20)；火线(21)和零线(20)之间保持一定距离；
所述第四演示模块(28)用于演示局部过负载情况，其结构为：在模拟框架上平行设置两条不同线径的导线，一条导线为细导线，一条导线为粗导线；
所述第五演示模块(29)用于演示导线聚集情况，其结构为：在模拟框架上设置导线，且导线以缠绕方式聚集在一起；
所述第六演示模块(30)用于演示炭化路径情况，其结构为：在模拟框架上设置有两条已局部炭化完成的导线；
所述第七演示模块(31)用于演示双相过负载情况，其结构为：在模拟框架上平行设置两条线径相同的细导线，分别为零线(20)和火线(21)，当回路中发生过流时，使用热红外成像仪观察出零线(20)和火线(21)的细导线的温升情况；
在第三负荷加载及显示区上方布置负载和插座(13)，中部布置触摸显示屏(14)和按键模块(16)，下方布置工作状态指示灯(18)、网线接口模块(17)和触摸显示屏开关(15)；
B)装置的内部电路220V交流电源通过电源线(1)、保险丝(2)、总开关(32)依次连接，所述总开关(32)分别连接三条支路，三条支路分别为：电气火灾引火源消控装置(3)与一个开关(6)串联的支路、带漏电保护短路保护器(4)与一个开关(6)串联的支路、短路保护器(5)与一个开关(6)串联的支路；三条支路分别独立连接第二演示区的若干演示模块，即与演示模块的输入端连接；
每个演示模块都连接有一个开关(6)，所有演示模块共同连接到负载，所述负载还连接有插座(13)；
每个演示模块的输入导线都设置有一个电流互感器(33)，所有电流互感器(33)共同连接到信号调理模块(37)，所述信号调理模块(37)连接到MCU微处理器模块(36)；所述MCU微处理器模块(36)通过电源模块(34)供电，且MCU微处理器模块(36)还分别连接网线接口模块(17)、按键模块(16)、显示驱动模块(39)和步进电机控制模块(38)；所述步进电机控制模块(38)连接到步进电机(19)，所述显示驱动模块(39)连接到触摸显示屏(14)。
2.如权利要求1所述的一种电气火灾多发和抑制电气引火源的演示平台，其特征在于，每个演示模块都连接有显示此模块导通或者断开的指示灯(11)。
3.如权利要求1所述的一种电气火灾多发和抑制电气引火源的演示平台，其特征在于，所述第四演示模块(28)、第五演示模块(29)、第六演示模块(30)和第七演示模块(31)共用一个模拟框架。
4.如权利要求1所述的一种电气火灾多发和抑制电气引火源的演示平台，其特征在于，所述插座(13)用于连接各种用电器具或模拟负载。
5.如权利要求1所述的一种电气火灾多发和抑制电气引火源的演示平台，其特征在于，所述MCU微处理器模块(36)还连接有存储模块(35)。
6.如权利要求1所述的一种电气火灾多发和抑制电气引火源的演示平台，其特征在于，所述触摸显示屏(14)能直接进行波形显示、存储的操作指令。
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