針對(duì)穿管銅導(dǎo)線過(guò)電流故障熔化痕跡難以識(shí)別的問(wèn)題,利用電氣故障模擬及痕跡制備實(shí)驗(yàn)裝置,實(shí)驗(yàn)?zāi)M了4～7倍額定電流I_e下穿管銅導(dǎo)線過(guò)電流故障,劃分了過(guò)電流故障傳熱特征階段,分析了電流對(duì)碳煙析出、熔斷時(shí)間、熔痕體積和熔痕數(shù)量的影響,探究了過(guò)電流故障熔痕金相組織特征。研究發(fā)現(xiàn):"累積期"電流增大碳煙析出增加,熔斷時(shí)間減小。穿管銅導(dǎo)線發(fā)生熔斷電流至少5.5I_e,在5.5～7I_e時(shí)產(chǎn)生了電弧熔痕、迸濺熔珠及結(jié)痂痕;隨著電流增大,電弧熔痕和迸濺熔珠的體積逐漸增大,結(jié)痂痕的體積逐漸減小;迸濺熔珠和結(jié)痂痕數(shù)量逐漸增加。電弧熔痕的金相組織為樹(shù)枝晶和胞狀晶,迸濺熔珠和結(jié)痂痕金相組織只有胞狀晶,熔痕與本體之間無(wú)明顯過(guò)渡區(qū),熔痕內(nèi)部存在孔洞。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明穿管銅導(dǎo)線過(guò)電流故障與未穿管銅導(dǎo)線過(guò)電流故障痕跡特征存在差別。研究結(jié)論為火災(zāi)事故調(diào)查中識(shí)別與鑒定穿管銅導(dǎo)線過(guò)電流故障痕跡提供參考依據(jù)。 

【文章來(lái)源】：西安科技大學(xué)學(xué)報(bào). 2020,40(03)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

不同電流時(shí)結(jié)痂痕特征

式中 Pprod為導(dǎo)線產(chǎn)熱功率;Ploss為導(dǎo)線散熱功率;h為絕緣層表面的換熱系數(shù);ρ為電阻率;aa為電阻溫度系數(shù);T為溫度(s為絕緣表面;c為線芯;o為外部;∞為環(huán)境);r為線芯半徑。“加熱期”ΔT?0,導(dǎo)線產(chǎn)熱功率小于散熱功率,絕緣層與鋼管內(nèi)部環(huán)境存在負(fù)的溫度差,線芯產(chǎn)熱量一部分用來(lái)升高導(dǎo)線的溫度,一部分通過(guò)絕緣層散失到鋼管內(nèi)。“累積期”ΔT<0,線芯溫度達(dá)到了絕緣層熱解溫度,絕緣層開(kāi)始熱分解。鋼管作為良好的熱導(dǎo)體,常溫下導(dǎo)熱系數(shù)為45 W/(m·K)[18],散熱速率遠(yuǎn)大于空氣,使線芯熔斷需要的溫度更高,因此,穿管導(dǎo)線發(fā)生熔斷電流值增加了1.5Ie,電流增加極大降低了發(fā)生火災(zāi)的危險(xiǎn)。由公式(2)可知,導(dǎo)線產(chǎn)熱功率正比于電流的平方,則電流增大線芯溫度越高,絕緣層通過(guò)熱傳導(dǎo)和熱輻射得到的熱量也越大,使絕緣層熱解產(chǎn)生的碳煙越多,線芯溫度也加速了線芯熔化,熔斷時(shí)間也會(huì)減小。“燃燒期”ΔT>0,導(dǎo)線產(chǎn)熱功率等于散熱功率,碳煙氣體分布在鋼管內(nèi),高溫使導(dǎo)線在機(jī)械性能最弱處開(kāi)裂,熔斷過(guò)程中線芯直徑越來(lái)越小,電阻熱逐漸增加,線芯由固態(tài)變成液態(tài),在熔斷處形成液橋,溫度達(dá)到銅的沸點(diǎn)時(shí),液橋被拉斷,斷裂處產(chǎn)生了金屬蒸汽,在熱作用下,電子從陰極發(fā)射并向陽(yáng)極加速運(yùn)動(dòng),動(dòng)動(dòng)過(guò)程中的電子與金屬蒸汽發(fā)生非彈性碰撞,使金屬蒸汽產(chǎn)生電子雪崩形成電弧[19],電弧溫度[2]如圖7所示。Iarc為電弧產(chǎn)生的電流值,當(dāng)電流大于4.5 A時(shí),電弧溫度與電流值線性正相關(guān)。5.5Ie電弧溫度為12 238.40 K,遠(yuǎn)大于銅的熔點(diǎn)(1 357.77 K),瞬間將導(dǎo)線熔化,產(chǎn)生電弧熔痕和迸濺熔珠,同時(shí)引燃套管內(nèi)熱解氣體,引發(fā)導(dǎo)線全線燃燒。

文獻(xiàn)[6]研究表明,3倍以上額定電流導(dǎo)線才能產(chǎn)生斷路電弧引發(fā)火災(zāi)。因此實(shí)驗(yàn)分別模擬4Ie,4.5Ie,5Ie,5.5Ie,6Ie,7Ie電流時(shí)的故障熔化痕跡,每個(gè)電流值在相同條件下重復(fù)10次實(shí)驗(yàn)以減少誤差。用CCD相機(jī)(Canon,5D Ⅳ)記錄導(dǎo)線從通電開(kāi)始至故障終止整個(gè)過(guò)程,用體視顯微鏡(Zeiss,Stemi 508)測(cè)試樣品宏觀形貌,用100 mL H2O,50 mL HCl以及5 g無(wú)水FeCl3固體配制金相腐蝕劑侵蝕試樣磨拋表面6～8 s[17],用金相顯微鏡(Zeiss,Axio Vert.A1)測(cè)試樣品金相組織。2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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本文編號(hào)：3539170