技术领域
[0001] 本
发明属于电气故障模拟实验装置技术领域，具体涉及一种模拟电气故障的实验装置。
背景技术
[0002] 近五年，我国每年的火灾死亡人数超过1500人，直接经济损失超过 37亿元/年，电气火灾超过10万起/年，约占火灾总数的1/3，与2012年之前相比有大幅度增加。期间共发生电气火灾52.4万起，造成3261人死亡、2063人受伤，直接经济损失92亿余元，其中重特大电气火灾17起，占重特大火灾总数的70％。而电气设备故障
电弧引燃易燃材料是城市火灾的主要诱因，相比其他电气故障，电弧故障更为难以迅速发现及处理，极易造成严重后果。
[0003]
短路作为引发重大电气火灾的主要故障形式之一，受到了广泛关注。短路常指在
电路中出现的
电阻突然降低或者
电流突然增强的故障情况。
铜铝导线因自身故障于火灾发生之前形成的短路
熔化痕迹，称为火灾前短路熔痕，为引发火灾的原因。铜铝导线带电，在外界火焰或高温作用下，导致绝缘层失效发生短路后残留的痕迹，称为火灾中短路熔痕，是整个回路处于通电状态的主要依据。导线发生电气线路短路时，容易击穿空气放电产生电弧，具有较大的火灾危险性。因此，判断短路熔珠为火灾前还是火灾中的痕迹特征，是认定电气火灾的关键证据。
[0004] 因而研究导线短路故障，提高电气火灾调查的科学性与准确性，对电气火灾调查具有重要的现实意义。但是，
现有技术中无法在火灾环境实施短路故障模拟，同时手动操作不切实际且危险性较大，影响对电气火灾调查的科学性和准确性。
发明内容
[0005] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种模拟电气故障的实验装置，以解决上述背景技术中提出的现有技术中无法在火灾环境实施短路故障模拟，同时手动操作不切实际且危险性较大，影响对电气火灾调查的科学性和准确性的问题。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种模拟电气故障的实验装置，包括带有防爆性能的
箱体，所述箱体的箱
门上设有可视窗口，所述箱体的一侧设有压
力报警装置，所述箱体的顶部开有排烟通道
开关，所述箱体的内部通过排烟管道开关与安装在所述箱体顶端的排烟管道连通；
[0007] 所述排烟管道的内部设有实时烟气分析仪，所述排烟管道的中间依次连接有电除尘装置和烟气
净化装置；
[0008] 所述箱体的内部对称设有两组变
角度升降装置，一组所述变角度升降装置由
套管、第一定
滑轮、第二定滑轮、套管连接件、第一链条、第二链条、内槽、外槽和
挡板，所述外槽固定在所述箱体的内
侧壁上，所述内槽滑动设置在所述外槽的内侧，且所述外槽的上下两端设置有防止内槽
脱轨的挡板，所述内槽上通过套管连接件安装有套管，所述套管连接件固定在内槽上，所述第一定滑轮设置有一个且其固定在所述箱体的内侧壁上，所述第一链条的一端连接在套管的外侧端，所述第一链条的另一端绕过第一定滑轮与第一机械摇柄连接，所述第一机械摇柄安装在所述箱体的外壁上，所述第二定滑轮设置有四个且其分别固定在箱体的内外两侧壁上靠近内槽顶端和底端的
位置，所述第二链条绕在四个所述第二定滑轮的上且其两端分别固定在所述内槽的顶端和底端，第二机械摇柄安装在箱体的外侧壁两个箱体外侧壁的第二定滑轮之间，且所述第二链条与所述第二机械摇柄传动连接；
[0009] 所述箱体的内部还有
温度传感器、
压力传感器、和烟气收集装置，所述烟气收集装置包括
采样头、收集管路、收集管路开关、
电子温度计、烟气冷却装置和烟气收集瓶，所述收集管路固定在所述箱体的侧端，所述采样头通过收集管路与烟气收集瓶连接，所述收集管路上设置有收集管路开关和烟气冷却装置，所述烟气冷却装置的出液口端设置有电子温度计；
[0010] 所述箱体的内部还安装有液态二
氧化
碳喷洒头，所述液态二氧化碳喷洒头通过运输管道与二氧化碳储罐连通，所述运输管道中间还安装有管道开关和用于输送液态二氧化碳的压力
泵；
[0011] 所述箱体的底部设有用于放置燃烧样品的金属托盘，在所述金属托盘的底部有用于加热使样品燃烧的加热装置。
[0012] 优选的，所述实时烟气分析仪使用GS280紫差分气体分析仪，所述温度传感器采用偶丝直径为2.5mm的E型
热电偶，具有-200度～750度的温度量程满足实验条件的要求，所述压力传感器使用PTC305H高温压力传感器，用于承受模拟实验中对温度的要求，
精度较高。
[0013] 优选的，所述采样头使用
石英材料制作而成，所述收集管路所用的是抗
腐蚀性能强不易氧化且能够承受烟气的高温侵蚀的铜管，所述管路开关使用单向
阀门，用于防止收集的烟气因为气压而逆向流动。
[0014] 优选的，所述烟气冷却装置采用
水循环冷却装置。
[0015] 优选的，所述套管连接件包括两个半圆形的
钢片，所述半圆形的钢片的直线端固定在内槽的侧部，且其弧线端延伸至外槽的外侧，所述套管通过
螺栓转动安装在两个半圆形的钢片上，且在半圆形钢片外侧面标有角度刻度。
[0016] 优选的，所述套管使用石英材料制作，且在所述套管外侧沿管壁长度方向设置有
导轨，所述导轨内设置有与导轨配合滑动的小轮，所述第一链条与所述小轮的轮轴连接。
[0017] 优选的，所述第一链条和第二链条均为中间有孔的链条，且所述孔的大小与所述第一定滑轮和第二定滑
轮齿的大小相适应，用于控制所述套管的移动。
[0018] 优选的，所述二氧化碳储罐的结构为内容器和外容器组成的双层容器，且内容器材料选用16MnDR钢板，外容器材料选用Q235-B普通碳素结构钢，且所述二氧化碳储罐上带有压力表和差压式液位计，用于及时掌握容器内储存量以及压力变化，便于充装及排液时的操作。
[0019] 优选的，所述管道开关采用电动
法兰式衬氟
球阀，用于实现智能控制，所述输送管道采用
碳钢材料制作而成，所述压力泵采用二氧化碳
增压泵，且其配备有耐腐蚀、耐低温的二氧化碳
密封件。
[0020] 优选的，所述加热装置的加热单元采用电加热板，用于实现燃烧样品的均匀加热以及加热温度达到燃烧样品的燃点的作用。
[0021] 本发明与现有技术相比具有以下优点：
[0022] 1、本发明在箱体的内部安装有变角度升降装置，通过转动机械摇柄内部的摇柄拉动链条使套管实现转动最终使导线实现转动，通过拉动链条实现内槽上下移动使套管上下移动最终实现导线上下移动，套管是由固定在熔珠制备箱内部的两片钢片夹住实现固定的，可以使导线短路的角度以及高度实现可控变化结构精巧，自动化程度高，制备效率高，制备效果好，安装简便，可推广应用。
[0023] 2、本发明设计的电气故障模拟箱可以模拟电气故障导致火灾发生的一次短路或者用液体或者固体两相材料来模拟火灾导致电气发生故障二次短路的制备；且在制备的过程中可以监测熔痕熔珠形成时的环境压力和温度以及各种烟气成分和浓度。
[0024] 3、本发明通过在箱体内部安装有液态二氧化碳灭火装置，从而达到箱体内部发生起火时能通过液态二氧化碳通
过喷头喷洒出来实现及时灭火的目的。
附图说明
[0025] 图1是本发明的结构示意图。
[0026] 图2是本发明中的变角度升降装置结构示意图；
[0027] 图3是本发明中的套管和套管连接件示意图；
[0028] 图4是本发明中变角度升降装置中第一链条连接结构示意图；
[0029] 图5是本发明中变角度升降装置中第二链条连接结构示意图；
[0030] 图6是本发明中变角度升降装置内外槽结构俯视图示意图；
[0031] 图7是本发明中变角度升降装置内外槽结构左视图示意图；
[0032] 图8是本发明中烟气收集装置的连接结构示意图。
[0033] 图9是本发明中排烟管道连接结构示意图。
[0034] 附图标记说明：
[0035] 1-箱体；2-可视窗口；3-压力报警装置；41-第一机械摇柄；42-第二机械摇柄5-排烟通道开关；6-排烟管道；7-实时烟气分析仪；8-电除尘装置；9- 烟气净化装置；11-套管；121-第一定滑轮；122-第二定滑轮；13-套管连接件； 141-第一链条；142-第二链条；15-内槽；16-外槽；17-挡板；18-温度传感器； 19-压力传感器；20-烟气收集装置；21-采样头；22-收集管路；23-管路开关； 24-电子温度计；25-烟气冷却装置；26-烟气收集瓶；27-二氧化碳喷洒头；28- 管道开关；29-二氧化碳储罐；30-输送管道；31-压力泵；32-压力表；33-差压式液位计；34-金属托盘；35-加热装置；36-导线。
具体实施方式
[0036] 下面将结合本发明
实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0037] 实施例1，如图1-9所示，本发明提供一种技术方案：一种模拟电气故障的实验装置，包括带有防爆性能的箱体1，所述箱体1的箱门上设有可视窗口2，通过可视窗口2观察箱体1内部的实验情况，同时能观察导线36的角度调整以及高度调整情况，所述箱体1的一侧设有压力报警装置3，所述箱体1的顶部开有排烟通道开关5，所述箱体1的内部通过排烟管道开关5与安装在所述箱体1顶端的排烟管道6连通；所述箱体1为双层
[0038] 本实施例中，所述排烟管道6的内部设有实时烟气分析仪7，所述排烟管道6的中间依次连接有电除尘装置8和烟气净化装置9。
[0039] 本实施例中，所述箱体1的内部对称设有两组变角度升降装置，所述变角度升降装置由套管11、第一定滑轮121、第二定滑轮122、套管连接件13、第一链条141、第二链条142、内槽15、外槽16和挡板17组成，所述外槽16固定在所述箱体1的侧壁，所述内槽15滑动连接在所述外槽 16的内侧，且所述外槽16的上下两端设置有防止内槽15脱轨的挡板17，所述内槽15上通过套管连接件13安装有套管11，所述套管连接件13固定在内槽15上，所述第一定滑轮121设置有一个且其转动连接在所述箱体1的侧壁，所述第一链条141的一端固定在套管11的外侧端，所述第一链条141的另一端绕过第一定滑轮121与第一机械摇柄41活动连接，所述第二定滑轮122设置有四个且其分别转动连接在箱体1的内外两侧靠近内槽15顶端和底端的位置，所述第二链条142的绕着四个所述第二定滑轮122的外侧且其两端分别固定在所述内槽15的顶端和底端，第二机械摇柄42安装在箱体1的外侧壁两个箱体1外侧壁的第二定滑轮122之间，且所述第二链条142与所述第二机械摇柄42传动连接，所述套管11 外侧沿管壁长度方向设置有导轨，所述导轨内设置有与导轨配合滑动的小轮，所述第一链条141与所述小轮的轮轴连接。
[0040] 本实施例中，所述套管连接件13包括两个半圆形的钢片，半圆形的钢片的直线端固定在内槽15的侧部，且其弧线端延伸至外槽16的外侧，套管11通过螺栓转动安装在两个半圆形的钢片上。
[0041] 本实施例中，所述套管11使用石英材料制作，其不
导电性和耐高温性能够满足实验要求，且在所述套管11外侧
上管壁长度方向设置有导轨，所述导轨内设置有与导轨配合滑动的小轮，所述第一链条141与所述小轮的轮轴连接。
[0042] 结合图2对一组所述变角度升降装置的具体工作过程如下：摇动第一机械摇柄41，通过第一链条141作用给套管11上部的导轨内的小轮的轮轴一个向上的力，小轮在导轨内转动，将套管11的右端向上拉起，由于套管11右端可以上下转动左端被套管连接件13连接，给其一个向上的力则套管11可以实现向上转动，完成角度的调整。
[0043] 套管连接件13
焊接在内槽15上，当内槽15移动时会带动套管连接件13移动，以此带动套管11移动，实现导线上下移动，导线上下移动的具体过程为：摇动第二机械摇柄42，第二链条142的两端与内槽15上下两端相连，摇动第二机械摇柄42给内槽15一个向上或者向下的力让第二链条142带动其移动第二链条142与内槽15的连接方式为链条焊接在内槽15的两端，来最终带动导线36上下移动，如前所述，内槽15和外槽 16是叠放在一起的双层槽，且内槽15和外槽16的
槽口均朝向所述箱体1 的中心，外槽16直接焊接在箱体1内壁上，起着固定内槽15的作用，通过外槽壁将内槽卡在里面，这个设计可以使内槽15在左右方向的位移为0 实现左右方向位置固定，还能实现内槽15上下移动，而第二定滑轮12的作用是固定第二链条142减少摩擦以及省力。内槽15的上下移动带动导线36上下移动，内槽15对导线还具有一定的保护作用在模拟火灾时。
[0044] 另外一组变角度升降装置的运动控制方式与上述的变角度升降装置的运动控制方式左右相反，两组变角度升降装置镜像布设。
[0045] 本实施例中，所述箱体1的内部还有温度传感器18、压力传感器19、和烟气收集装置20，所述烟气收集装置20包括采样头21、收集管路22、收集管路开关23、电子温度计24、烟气冷却装置25和烟气收集瓶26，所述收集管路22固定在所述箱体1的侧端，所述采样头21通过收集管路22 与烟气收集瓶26连接，所述收集管路22上设置有收集管路开关23和烟气冷却装置25，所述烟气冷却装置25的出液口端设置有电子温度计24，其中管路开关23设置有两个分别为23D和23D’，两个管路开关23D和23D’分别固定安装在收集管路22的两端且位于烟气冷却装置25的两侧。
[0046] 其中，本
申请的压力传感器19用于采集箱体内的压力值，便于在实验过程中对箱体1内部的压力进行实时观察。
[0047] 压力报警装置3用于对箱体1内部压力进行实时监视，且与设定的压力阀值进行对比，一旦超过阀值进行报警，防止压力过大发生危险。
[0048] 本实施例中，所述箱体1的内部还安装有液态二氧化碳喷洒头27，所述液态二氧化碳喷洒头27通过运输管道30与二氧化碳储罐29连通，所述运输管道30中间还安装有管道开关28和用于输送液态二氧化碳的压力泵31；
[0049] 本实施例中，所述箱体1的底部设有用于放置燃烧样品的金属托盘 34，在所述金属托盘34的底部有用于加热使样品燃烧的加热装置35。
[0050] 本实施例中，所用的排烟管道6内部的实时烟气分析仪7使用GS280 紫差分气体分析仪，其能够实现在线测量分析SO2、NO、NO2、NH3、H2S、 CI2、HCI等多种气体的浓度，箱体1内部的温度传感器18采用偶丝直径为2.5mm的E型热电偶，其具有-200摄氏度～750摄氏度的温度量程满足实验条件的要求，箱体1内部的压力传感器19使用PTC305H高温压力传感器，其能够承受模拟实验中对温度的要求，且具有较高的精度，采样头 21使用石英材料制作而成，石英材料能够承受较高的温度，可以在实验的环境下进行气体的采集，同时采样头21的头部处包有过滤掉烟气中灰尘的
滤纸防止烟气中的灰尘进入采样通道，烟气的收集管路22所用的是铜管，其抗腐蚀性能强，不易氧化，且能够承受烟气的高温，收集管路22 上的管路开关23使用
单向阀门，其可以防止需要收集的烟气因为气压而逆向流动，烟气冷却装置25采用
水循环冷却装置。
[0051] 本实施例中，第一链条141和第二链条142应做成中间有孔的链条，孔的大小能够与第一定滑轮121和第二定滑轮122齿的大小相适应，能够严格控制套管11一端或者内槽15的上下移动。
[0052] 本实施例中，液态二氧化碳储罐29结构为内容器和外容器组成的双层容器，内容器材料选用16MnDR钢板，外容器材料选用Q235-B普通碳素结构钢，管道开关28采用电动法兰式衬氟球阀，实现智能控制。所述的输送管道30采用碳钢材料制作而成，所述压力泵31采用二氧化碳增压泵，配备有耐腐蚀、耐低温的二氧化碳密封件，有效保证了泵的使用寿命。
[0053] 本实施例中，用于加热使样品燃烧的加热装置35的加热单元采用电加热板，能够实现燃烧样品的均匀加热以及加热温度可以达到燃烧样品的燃点。
[0054] 实施例2，如图1-9所示，本实施例提供一种利用实施例中公开的模拟电气故障的实验装置模拟导线二次短路熔痕熔珠的过程，该过程为：
[0055] 首先，将导线36的一端通过箱体1顶端的压力传感器19的接线孔插入箱体的内部，然后通过箱体1内部一侧的内槽15内侧穿入变角度升降装置的套管11内，通过另一侧的套管11以及内槽15后穿出，与此同时可以转动两组变角度升降装置的第一机械摇柄41拉动第一链条141来拉动套管11从而来使得导线向上或者向下改变角度，并观察半圆形钢片上有角度刻度可以知道调整的角度，相应地还可以摇动两组变角度升降装置的第二机械摇柄42来上下拉动第二链条142以使内槽15上下移动从而使套管11以及固定套管11内的导线实现上下移动，在箱体1的外壁上有距离刻度可以知道导线调整高度。
[0056] 然后，打开温度传感器18、压力传感器19、排烟管道开关5、排烟管道6内部的实时烟气分析仪7以及排烟管道后面连接的电除尘装置8和烟气净化装置9，给箱体内部的
燃料托盘34里放置好液相或者固相的燃料，将箱门关闭，打开加热板35开关对液相或者固相的燃料进行加热使其燃烧。
[0057] 最后，在燃料燃烧时内部温度传感器18对箱体内部温度进行监测，当温度达到需要的温度时，比如400℃时，打开管路开关23D，将导线通电进行短路，然后制备熔珠熔痕，通过可视窗口2观察制备过程，制备结束后先关闭烟气收集装置开关23D，烟气收集装置20收集到的烟气是熔痕或者熔珠形成前后一段时间内的烟气，收集的烟气进入水循环冷却装置 25，水循环冷却装置25原理是冷水从进水端进入流过充满高温烟气的铜管路22之后，热水从出水端流出，电子温度计24监测出水端的温度，当出水端的温度达到要求时，打开开关
23D’使收集的烟气进入集气瓶26中，与此同时打开液态二氧化碳喷洒头27进行灭火与排烟，当实时烟气分析仪7检测到二氧化碳的浓度较大时，再打开箱门取出熔痕或者熔珠，这样就制备出了二次短路的熔痕或者熔珠。
[0058] 需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0059] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、
修改、替换和变型，本发明的范围由所附
权利要求及其等同物限定。
