發(fā)布時(shí)間：2020-11-12 02:33

【摘要】：隨著我國經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的發(fā)展,以及城鎮(zhèn)化、工業(yè)化、信息化進(jìn)程的推進(jìn),電力網(wǎng)絡(luò)在廣度和深度都快速延擴(kuò)。電力電纜的安全穩(wěn)定運(yùn)行與人們的生產(chǎn)生活息息相關(guān),高壓電纜系統(tǒng)埋地敷設(shè)方式的不斷推廣,對于電纜系統(tǒng)的安全優(yōu)化設(shè)計(jì)提出了更高的要求和更大的挑戰(zhàn)。對于高壓帶電電纜,它們可抽象為一種外層聚合物包裹生熱金屬的物理結(jié)構(gòu)。各種原因引發(fā)的局部過熱或外部熱源,是導(dǎo)致電纜故障乃至火災(zāi)發(fā)生的重要致因。我國電纜設(shè)計(jì)與敷設(shè)標(biāo)準(zhǔn),對電纜額定載荷等進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定,并指出了安全余量的重要性。針對工程電力電纜,基于電纜徑向?qū)訝畈牧戏植冀Y(jié)構(gòu),建立了電纜內(nèi)外耦合傳熱模型,計(jì)算分析了電纜在不同載荷和環(huán)境條件下的內(nèi)外溫度場分布特征,結(jié)果表明:電纜線芯過細(xì)、護(hù)層材料增厚,均會(huì)導(dǎo)致電纜內(nèi)外溫度明顯升高,從而增加熱災(zāi)害事故發(fā)生的可能性,對于鋁芯電纜,其線芯溫度更易超過XLPE允許工作溫度90℃;處于埋地鋪設(shè)工況的電纜,周圍通風(fēng)散熱條件往往相對不良,也將進(jìn)一步促使帶電電力電纜整體溫度的升高,易形成過熱從而引發(fā)事故。通過開展不同強(qiáng)度外加熱流條件下電纜噴涂0號(hào)水性(s-0)防火涂料加熱引燃實(shí)驗(yàn),分析了不同熱流條件下外護(hù)套受熱行為,結(jié)果表明:加熱功率最高為28kW/m2實(shí)驗(yàn)工況下,噴涂不同厚度涂料的電纜,其外護(hù)套會(huì)先熔化,再脫落,然后被引燃,且隨著涂層厚度的增加,PE外護(hù)套的熔化、脫落時(shí)間也隨之更長;加熱功率最高為55kW/m2實(shí)驗(yàn)工況下,噴涂不同厚度涂料的電纜樣品,其外護(hù)套均在脫落前被引燃,這說明實(shí)際火災(zāi)場景中,此輻射條件下的電纜在起火后,更易發(fā)生沿電纜軸向的火蔓延行為。針對涂刷不同種類和不同厚度防火涂料的電力電纜,開展了基于環(huán)形加熱的加熱功率為55kW/m2檔條件下的加熱引燃實(shí)驗(yàn),分析了電纜點(diǎn)燃時(shí)間、受熱過程中涂料對電纜外護(hù)套保護(hù)作用過程及涂料的受熱形態(tài)變化。結(jié)果表明:涂層厚度為1.5mm時(shí),電纜著火時(shí)間均比0.5mm和1.0mm厚度時(shí)要長;電纜涂刷油性防火涂料后,其平均點(diǎn)燃時(shí)間長于涂刷水性防火涂料的工況,油性防火涂料的延燃效果優(yōu)于水性防火涂料,且水性防火涂料1.5mm厚度著火時(shí)間長于1.0mm和0.5mm,因此在本實(shí)驗(yàn)中其最適厚度為1.5mm,而油性防火涂料1.5mm厚度和1.0mm厚度著火時(shí)間差距較小,因此其最適厚度為1.0mm。電纜涂刷1號(hào)水性(s-1)、2號(hào)水性(s-2)、3號(hào)水性(s-3)和4號(hào)油性(y-4)優(yōu)樂4種防火涂料,在電纜點(diǎn)燃前,分析涂料表面形態(tài)變化,可分為3個(gè)階段:惰性階段、涂料“膨脹”階段和穩(wěn)定階段。通過電纜涂刷油性涂料在受熱過程中整體質(zhì)量和質(zhì)量損失速率的變化數(shù)據(jù),得到其對電纜的保護(hù)呈現(xiàn)出明顯的階段性,即:涂料熱解、形成泡沫狀碳質(zhì)層、外護(hù)套熱解、電纜起火四個(gè)階段,涂料對電纜的保護(hù)主要體現(xiàn)在形成泡沫狀碳質(zhì)層階段。電纜涂刷油性防火涂料受熱后膨脹現(xiàn)象明顯,涂料體積明顯增大,形成“泡沫狀”碳質(zhì)層后,起到較好的隔熱作用,至電纜點(diǎn)燃前,電纜表面溫升速度減緩,而電纜涂刷水性防火涂料受熱后,涂料表面形成“泡狀凸起”,熱解生成的氣體稀釋電纜周圍可燃?xì)鉂舛?延遲電纜點(diǎn)燃時(shí)間。電纜涂刷防火涂料后,電纜起火后火勢蔓延較慢,且油性防火涂料對于電纜火蔓延的抑制效果優(yōu)于水性防火涂料。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM24;TQ637
【圖文】：

實(shí)際工程中，電力電纜往往敷設(shè)于狹長密閉空間，長度往往遠(yuǎn)大于其直徑，??且沿長度方向的電流變化在短距離范圍內(nèi)極小，因此，帶電電纜的主要熱流傳遞??為：內(nèi)部線芯生熱，繼而沿軸向往外熱傳導(dǎo)，以及電纜表面的熱對流。圖２．１給??出了典型單芯帶電電纜的橫向截面結(jié)構(gòu)以及熱傳遞機(jī)理示意圖，如圖所示，電纜??橫截面由４層材料構(gòu)成，最內(nèi)層為生熱線芯層，外部包括３層聚合材料。其中，??為線芯半徑，而／＂ＡｌＰｆ、分別為ＸＬＰＥ層、ＰＥ層以及ＰＶＣ層的外??徑，夕卜部各聚合材料層的內(nèi)徑為其內(nèi)部臨近層的外徑，如ＰＥ層的內(nèi)徑為ＸＬＰＥ??層的外徑。??電軸內(nèi)往外?ｆ?／ｍ??分層結(jié)構(gòu)：?Ｍ?１／＾＼??⑴線芯層｜線芯＾１．．．．．．．?Ｊ?＇??⑷嶋??．．．??圖２．１帶電單芯電纜橫截面結(jié)構(gòu)與內(nèi)外熱流傳遞模型??如圖２．１所示，電纜橫截面溫度場的求解，主要取決于三個(gè)熱過程的耦合：??內(nèi)部線芯的生熱、中間聚合物層的導(dǎo)熱、以及表面層的散熱。以下首先在穩(wěn)態(tài)條??９??

７；為穩(wěn)態(tài)銅芯表面溫度，。Ｃ；?２＞」為穩(wěn)態(tài)線芯內(nèi)部的溫度分布，°外耦合傳熱??在通電過程中的產(chǎn)熱、導(dǎo)熱以及散熱是電纜本身同周圍環(huán)境共，根據(jù)這一過程的邊界條件以及式（２．４）的傳熱與式（２．５）得電纜外護(hù)套及絕緣層處的溫度分布后，便可根據(jù)有均勻內(nèi)熱公式，求得線芯內(nèi)部的溫度分布，可得其數(shù)學(xué)模型為：??ｋＸＬＰＢ＾）?ｒ＾＝（ｌ??ｗ（ｆ）ｋ＝ｎ）??ｑｒ１?ｒ２??７（ｒ）＝＾Ｔ（１＂＾）＋７；??＾為熱流密度；Ｗ／ｍ２。??芯截面積（ｓ芯種挪量⑴

距電纜線芯距離／ｍｍ??圖３．１?１８５ｍｍ２銅芯電纜不同載荷下聚合物穩(wěn)態(tài)徑向溫度場分布??圖３．１為聚合物穩(wěn)態(tài)溫度場分布，計(jì)算對應(yīng)的基本條件如下：電纜銅芯截面??積為１８５ｍｍ２，夕卜層材料分別為ＸＬＰＥ、ＰＥ、ＰＶＣ，厚度分別為１．４ｍｍ、Ｉｍｍ、??１．６ｍｍ，空氣對流換熱系數(shù)為２５Ｗ／（ｍ２－°Ｃ?）。當(dāng)電纜載流量為３７０Ａ、４２０Ａ、??４６０Ａ、５００Ａ、５３０Ａ?xí)r，對應(yīng)的電纜線芯發(fā)熱功率不同。從圖中可以得到電纜三??層聚合物材料的溫度分布情況，電纜最內(nèi)層聚合物ＸＬＰＥ內(nèi)側(cè)溫度最高，分別為??５６．３°Ｃ、６５．５°Ｃ、７３．７－Ｃ、８１．８°Ｃ、８９．９°Ｃ。隨著電纜的載流量的增加，電纜的絕??緣層及外護(hù)套溫度也隨之增加。由于ＸＬＰＥ、ＰＥ及ＰＶＣ的熱物性的不同，導(dǎo)致??溫度的變化也存在一定的差異。??當(dāng)電纜電流增加到５３０Ａ?xí)r，電纜的線芯表面溫度增加到８９．９°Ｃ，已經(jīng)接近??ＸＬＰＥ所容許的長期工作溫度９０°Ｃ。此時(shí)電纜存在較大的火災(zāi)危險(xiǎn)性
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本文編號(hào)：2880116