RVVB护套线过电流诱发短路故障发生概率与起火燃烧过程分析*

为深入研究电气火灾中护套线因过电流诱发短路故障的转化过程,搭建RVVB护套线过电流诱发短路故障电路,统计短路发生概率,借助高速影像,获取短路发生的时间和次数,分析护套线起火燃烧过程。结果表明:在过电流故障发生1 h内,I≤16 A时护套线仅线芯发热、绝缘炭化,无法诱发短路;I=24 A时护套线发生短路概率为40%,在973 s内发生初次短路;32 A≤I<48 A时护套线发生多次短路的概率随电流值增大而增大,在I=48 A时达到50%,发生初次短路的时间随电流值增大而减小,最短时间为28 s;短路引发绝缘层燃烧的概率随电流值增大呈指数递增,I=24 A时护套线在短路后发生燃烧的概率为62.5%,在48 A时达到100%,短路后1 618 ms内火焰可蔓延至护套线两端,形成全线燃烧现象。研究结果可对溯源电气火灾发生的根本原因提供数据支撑。     

BVR多芯铜导线过电流故障下燃烧及火焰传播研究*

为深入研究BVR多芯铜导线过电流故障下燃烧及火焰传播特征,采用堆栈技术分析导线受热形变,并利用高速摄像机记录故障导线发热、熔断及绝缘燃烧现象,研究导线发热形变、熔断时间及燃烧时火焰传播速度与电流值变化关系。结果表明:当I=136 A时,导线不发生熔断,只有当高温线芯直接接触周围可燃物才可引发火灾;当I=153 A时,导线会发生熔断现象,且熔断时间随过电流值升高而缩短;当I=204 A时,导线发生熔断,断路电弧引燃周围热解气体,火焰前沿迅速蔓延至导线两端,平均火焰前沿传播速度达2.2 m/s,平均明火持续时间达8.2 s,整根导线无需外界可燃物即可发生明火燃烧。研究结果可为起火原因认定提供技术指导。     

过电流故障铝导线熔痕部位与组织特征关联性研究

为深入研究过电流故障铝导线熔痕部位与组织特征之间的关联关系,本文模拟2.5 mm²BLV铝导线通25～187.5 A电流时的发热、熔断和燃烧过程,研究过电流铝导线发热形变与熔痕形成的内在关联,根据各部位熔痕受热形成过程,分类识别典型组织特征。研究结果表明:随着电流值升高,铝导线先后出现线芯发热、绝缘热解、熔断拉弧、绝缘燃烧、重力折断等现象,发生熔断拉弧的临界电流值位于[71.5,73)A区间内;重力折断痕迹和导线本体组织受线芯发热和绝缘燃烧的共同影响,组织为粗大的块状晶,折断点为锯齿状寸断痕迹;熔断电弧熔痕为高温电弧作用于熔化金属后凝固形成,呈树枝状、纤维状铸态组织,分区分布,孔洞较少,表现为圆珠状、钝头状、尖头型、弯折状、牵拉状等5种典型形貌。通过建立熔痕部位与组织特征的关联,增加故障判断证据维度,为准确识别铝导线发生过电流故障及溯源起火过程提供数据支持。     

通风状况对乳胶泡沫材料燃烧特性影响

设计小尺寸实验平台,研究不同通风管道风速对乳胶泡沫材料燃烧特性的影响。在不同风速条件下进行实验,获得材料表面温度分布、质量损失速率、火焰高度和火蔓延速率等特性参数。实验结果表明,在管道风速为0,1.5,3,4.5,6 m/s时,平均火焰蔓延速率分别为0.24,0.20,0.23,0.25,0.24 cm/s,最大质量损失速率分别为2.80,2.26,2.65,3.18,3.63 g/s。在有风条件下,随着风速的增加,火焰燃烧过程变得更加剧烈,最大质量损失率变大。实验样品的燃烧过程可以分为3个阶段:初始生长、完全燃烧和熄灭。最大火焰高度发生在燃烧过程的第2阶段,不同管道风速下的最大火焰高度分别为96.39,72.83,90.68,94.96,95.32 cm。     

初始引火源燃烧特征对动车车厢轰燃的影响研究北大核心CSCD

为了研究动车组发生火灾时车厢内火焰不断蔓延、火势不断增大导致车厢内轰燃的情况,并得到引起车厢轰燃的临界初始引火源热释放速率及所需燃烧持续时间,采用火灾动力学三维模拟软件FDS模拟其燃烧过程,分析在持续燃烧和非持续燃烧2种状态下不同热释放速率的初始引火源引起的动车组车厢轰燃情况。结果表明:引起动车组车厢轰燃的临界初始引火源热释放速率值为160 k W,燃烧持续时间临界值为1 470 s。随着初始引火源热释放速率的增大,车厢发生轰燃的时间变短,两者之间存在乘幂函数关系;且发生轰燃所需的火源燃烧持续时间也随之缩短,两者之间同样存在乘幂函数关系。根据动车组车厢内常见初始引火源特征,明确了不同行李物品作为初始引火源对动车组车厢发生轰燃的危险性。     

初始引火源燃烧特征对动车车厢轰燃的影响研究北大核心CSCD

为了研究动车组发生火灾时车厢内火焰不断蔓延、火势不断增大导致车厢内轰燃的情况,并得到引起车厢轰燃的临界初始引火源热释放速率及所需燃烧持续时间,采用火灾动力学三维模拟软件FDS模拟其燃烧过程,分析在持续燃烧和非持续燃烧2种状态下不同热释放速率的初始引火源引起的动车组车厢轰燃情况。结果表明:引起动车组车厢轰燃的临界初始引火源热释放速率值为160 k W,燃烧持续时间临界值为1 470 s。随着初始引火源热释放速率的增大,车厢发生轰燃的时间变短,两者之间存在乘幂函数关系;且发生轰燃所需的火源燃烧持续时间也随之缩短,两者之间同样存在乘幂函数关系。根据动车组车厢内常见初始引火源特征,明确了不同行李物品作为初始引火源对动车组车厢发生轰燃的危险性。     

初始引火源燃烧特征对动车车厢轰燃的影响研究

为了研究动车组发生火灾时车厢内火焰不断蔓延、火势不断增大导致车厢内轰燃的情况,并得到引起车厢轰燃的临界初始引火源热释放速率及所需燃烧持续时间,采用火灾动力学三维模拟软件FDS模拟其燃烧过程,分析在持续燃烧和非持续燃烧2种状态下不同热释放速率的初始引火源引起的动车组车厢轰燃情况。结果表明:引起动车组车厢轰燃的临界初始引火源热释放速率值为160 k W,燃烧持续时间临界值为1 470 s。随着初始引火源热释放速率的增大,车厢发生轰燃的时间变短,两者之间存在乘幂函数关系;且发生轰燃所需的火源燃烧持续时间也随之缩短,两者之间同样存在乘幂函数关系。根据动车组车厢内常见初始引火源特征,明确了不同行李物品作为初始引火源对动车组车厢发生轰燃的危险性。     

ZR-BV单芯铜线过电流故障电弧熔痕特征研究

为准确认定电气火灾事故中的过电流故障,模拟在不同电流条件下ZR-BV单芯铜线的过电流故障,通过逐帧分析高速影像研究导线发生过电流故障时的变化过程,使用金相分析技术分类研究过电流导线电弧熔化痕迹的组织特征。结果表明:当I≥4Ie时,导线发生熔断,断路电弧将引燃热分解后的绝缘热解气体,造成火灾的蔓延扩大;过电流导线电弧熔断痕与火烧熔痕的宏观特征较为相似,但喷溅熔痕和发散状熔痕是过电流导线所特有的;枝晶偏析组织是过电流电弧熔断痕的典型组织,且随着电流值的升高,枝晶偏析组织分布范围明显扩大,几乎不再出现等轴状组织。     

通风对综合管廊内电缆燃烧及火蔓延过程影响的数值模拟研究

综合管廊内电缆的火灾燃烧特性一直被国内外学者所关注,然而目前关于通风对电缆燃烧及火蔓延过程影响的研究相对较少。在通风系统的作用下,电缆内部及外部温度分布、热解气体浓度与无通风情况相比有很大的差异,电缆的燃烧及火蔓延过程将会更为复杂。为了研究通风作用下综合管廊内单根电缆的燃烧过程,采用FDS对15 kV交联聚乙烯绝缘铜芯电缆的火蔓延过程开展了数值模拟。通过分析不同风速条件下的电缆火焰形态、各层材料温度、火蔓延长度和热释放速率(HRR)曲线,详细研究了通风速度对综合管廊内单根电缆燃烧及火蔓延过程的影响。结果表明当通风速度不超过2 m/s时,通风能够促进电缆燃烧,电缆表面存在气相火焰,其火蔓延长度、热释放速率峰值等不断增加,此时综合管廊内火灾危险性不断增大;当风速大于等于3 m/s时,通风抑制了电缆燃烧,电缆的火蔓延长度、热释放速率峰值随之迅速降低,电缆PVC层、XLPE层温升的原因是线芯对绝缘材料的热传导,电缆的火灾危险性也随之减小。     

高压击穿电弧作用下开关柜内典型阻燃绝缘件引燃特性的实验研究

高压开关柜内的绝缘件失效故障,易引发火灾事故、区域停电甚至影响电网系统的稳定运行。基于高压击穿电弧模拟与材料引燃机理综合模拟实验平台,针对4 mm厚支柱绝缘子和固封极柱,开展了15 kV击穿电弧作用下的系列引燃实验研究。结果表明,高压电极横向击穿后,电弧迅速上翻形成自上而下“夹持”样品的倒“U”形弧柱,弧根与弧顶首先炭化或引燃。阻燃绝缘件样品顶部形成火焰后,随着燃烧的进行,逐渐从顶部形成穿透样品的内部击穿电弧,该电弧易诱发剧烈燃烧的水平喷射火焰。内部击穿电弧位置向下移动呈“2阶段”特征:在初始阶段较慢,支柱绝缘子和固封极柱样品内击穿点下移速度分别约为2.55 mm/s和1 .74 mm/s,而在第2阶段分别增大至78.50 mm/s和35.03 mm/s。此外,高压起弧瞬间,在紧邻电极上方的绝缘材料表面,升温速率可达180 ℃/s。研究结果可用于高压开关柜各类阻燃绝缘件的科学选型与优化设计,为开关柜防火安全性能的提升提供科学依据。     

航空煤油流淌火蔓延特性试验研究

为保证航空燃油储运安全和机场消防安全,设计并搭建航空燃油流淌火试验平台,以航空煤油(JP4)为试验燃料,根据蠕动泵转速选取4种不同泄漏速率,开展航空煤油流淌火试验研究。试验中记录航空煤油流淌火的火焰前沿位置、燃烧面积、蔓延速率等典型特征参数,并对试验过程进行录像,分析典型特征参数的变化。结果显示,航空煤油流淌火的稳定线燃烧速率为3.71×10-5m/s,初始蔓延速率随泄漏速率的增加率约5.5 mm/s。航空煤油流淌火的典型特征参数均与泄漏速率正相关。     

风电机舱内典型混合液态油品热诱导燃烧特性

为探究不同尺寸方形油盘对双馈异步风力发电机组机舱中典型混合油品燃烧特性的影响,自主设计和搭建了热平板诱导油品加热燃烧测定实验系统。将液压油(CALTEXRANDO HDZ32)和齿轮箱油(CALTEXMEROPA320)按1∶1质量(各40.0g)比例均匀混合后,盛装于横截面尺寸分别为6.5cm×6.5cm、10.0cm×10.0cm、13.5cm×13.5cm 的钢制油盘中,利用热平板加热和诱导盘内同样质量混合油品燃烧,利用摄像机记录其燃烧行为和阶段节点时间,利用热电偶树、温度采集模块对油品燃烧对应阶段节点液内和上方火焰中心轴温度分布进行测定。观察发现,液/齿混合油品在加热后出现液内流动、蒸发、冒泡、气化、燃烧、发烟、火焰蹿高等典型传热传质和液相燃烧现象。实验结果表明,随油盘横截面尺寸递增,混合油品着火时间依次缩短(最高1048.0s),燃烧持续时间依次递减(最高1980.0s),燃烧液内最高温度依次升高(最高564.3 ℃),中心轴第一层火焰熄灭温度依次升高(最高489.2 ℃)。小尺寸油盘内油品交流换热过程缓慢,质量损失速率较低,着火前阶段出现最大质量损失速率(0.041g/s);中大尺寸油盘内对流、传质和传热过程明显增强,质量损失速率较高,火焰蹿高节点时出现最大质量损失速率(0.25g/s和0.29g/s)     

中空结构可燃物竖直向上火蔓延特性实验研究*

为探究中空结构固体可燃物竖直向上火蔓延的特征规律,针对不同试样内径(d)的瓦楞纸圆管进行竖直向上的火蔓延实验研究,探讨试样内径对其竖直向上火蔓延特性的影响。结果表明:其火蔓延过程可以分为火焰发展、稳定蔓延和火焰衰弱3个阶段,蔓延过程中对流换热占据主导地位;平均火焰高度随d的增大先增大后略微减小,在d=70 mm时达到最大;火蔓延速率和质量损失速率均随d的增大而增大,并且质量损失速率与d存在较好的线性关系;火蔓延速率与热释放速率呈现出较好的幂次关系。可以发现在一定范围内,中空结构可燃物的内径越大其火灾危险性越高。     

预防配电线路事故

动力和照明用电,都要靠 配电线路来输送。如果线路设 计、安装不当,维修不善,就 会发生事故。 事故原因 据分析,发生事故的原因 主主有以下几个方面: 一、短路(俗称碰线、混 线或连电)。当两根电线在某 一点碰在一起引起短路时,电 阻突然减少,电流骤然增大(比 正常电流增大30倍以上),从 而大大加速电子间的碰撞和分 子运动,以致产生大量热(比正 常发热量大约增大900倍以 上),使电线绝缘层燃烧,金属 熔化,引起附近可燃物起火。 形成短路的原因主要是:选用 的导线不符合环境要求,致使 其绝缘因受高温、潮湿或腐蚀 等作用而失去绝缘性能;裸导 …     

堆积密度对秸秆燃烧及蔓延特性实验研究

秸秆燃烧是造成森林火灾的重要原因之一,不仅会造成严重的空气污染,还会严重威胁人们的生命及财产安全。文章对秸秆燃烧过程中火焰火蔓延过程、质量损失速率、火焰高度进行了测量和分析。结果表明,秸秆燃烧蔓延过程可分为中心燃烧阶段、聚拢环火阶段、分离环火阶段和熄灭阶段。质量损失速率整体呈现“增加-峰值-下降”的趋势,且堆积密度与质量损失速率峰值呈现线性关系。秸秆阴燃时间随着堆积密度增大而增大,堆积密度与阴燃时间呈现二次函数关系。火焰高度变化趋势与秸秆质量损失速率变化趋势相同,火焰高度随着堆积密度增加而减小。     

隧道混合燃料火灾燃烧蔓延特性实验研究

隧道火灾一直是火灾科学研究领域的重要问题之一。近年来,隧道火灾中由于燃油泄漏而引起的火蔓延现象是一个新兴的研究热点。利用小尺寸(1:10)的隧道火灾模拟实验平台,开展了薄油、窄油池机制下不同混合比例下正丁醇-柴油燃烧特性实验研究。结果表明,根据正丁醇比例,可将正丁醇-柴油混合燃料分为两类。当正丁醇比例不大于20%时,主火焰蔓延速度线性增大,闪燃火焰则由间断变为持续存在且波长由14.17 cm减小到8.42 cm;油面温升速率逐渐增大;当正丁醇比例大于20%时,主火焰蔓延速度接近正丁醇蔓延速度(3.33 cm/s),闪燃火焰持续存在且波长在8.3 cm左右;油面温升速率基本相同。研究结果为认识隧道混合燃料火灾燃烧特性提供了参考。     

内热源影响下高压电力电缆着火机制

为探究高压电力电缆因过载或短路且线芯发热影响下的着火机制,使用加热棒模拟电缆内部故障热源,并开展电缆着火试验,分析内热源功率及电缆线芯截面积对电缆温升、着火时间等着火关键参数的影响,发现电缆从被加热至着火到燃烧的全过程可分为初期加热、热解气体逸出、着火、燃烧及熄灭4个阶段。结果表明：绝缘层熔融物的滴落会导致火焰形态发生变化,电缆各结构层表面温度的升温速率随内热源功率的增加及与内热源表面距离的减小而增大,功率的增加弱化了电缆线芯截面积对各层升温速率的影响;电缆的着火时间与内热源功率呈线性递减的关系。     

低压下聚乙烯绝缘层导线火蔓延熔融滴落实验分析

低压导线火蔓延的研究对于飞机和航天器的防火安全具有重要意义。针对镍铬合金线芯、聚乙烯(PE)绝缘层导线火蔓延过程中的熔融滴落现象,在低压舱内开展了不同气压、不同氧气浓度的大量实验研究,获得了导线熔融滴落频率、质量和火蔓延速度,以及不同氧浓度熔融滴落的上下限。结果表明:(1)在熔融滴落过程中,由于滴落会产生向上的动量,从而使火焰在滴落后发生突然的"跳动"现象,火焰高度先增加后降低;(2)滴落上限和滴落下限随着氧浓度的增加而降低,并且可以划分为3个不同的区域:火蔓延仅存区;滴落和火蔓延共存区;无滴落无火蔓延区。滴落上限和滴落下限下降曲线在50%氧浓度、5kPa压力发生会合,此后只有火蔓延而不存在滴落现象。(3)当压力降低时,由于线芯温度增加,线芯传导热量增加,导致绝缘层熔融速率加快,从而使得滴落频率增加,同时液滴的表面张力随着压力的降低而增加,使得低压下液滴的质量变大。     

20 Ah LiFePO_4电池燃烧过程及温度特性研究

为预防磷酸铁锂(LiFePO_4)电池热失控事故,在燃烧试验箱中开展20 Ah LiFePO_4电池热失控试验,分析其在3种荷电状态(SOC)下的燃烧过程、温度特性、质量和电压变化;分析射流火焰演化过程,探讨SOC对电池表面温度、火焰温度和质量损失的影响,并划分电池的电压变化阶段。结果表明:20 Ah LiFePO_4电池燃烧过程中,热失控会发生2次,且第2次热失控危险性更高;最多会形成5次射流火焰并伴随有火焰推举现象;随着SOC的增加电池表面温度、失重、火灾危险性和质量损失速率越来越大,燃烧持续时间与SOC成反比; SOC对热失控发生时表面不同位置处的温度、火焰温度和电压影响不大。     

典型织物覆盖下软质聚氨酯泡沫火焰蔓延特性研究

为进一步认识软质聚氨酯泡沫(Flexible Polyurethane Foam, FPUF)的燃烧特性和火灾危险性,通过搭建小尺寸试验平台并开展多组试验,从火焰传播现象和传热机理角度分析底部通风条件与织物覆盖耦合作用对火焰形态、样品表面火焰温度、质量损失及火焰蔓延速率等FPUF燃烧参数的影响。结果表明：底部不通风时,覆盖织物涤纶含量越低,燃烧过程中卷缩程度越小,碳层残留物越多,其可隔绝氧气与阻碍热交换,对FPUF火焰蔓延及热解起到一定抑制作用;底部通风时,氧气充足,热交换过程相对自由,覆盖织物的涤纶含量对火焰蔓延及热解影响轻微;覆盖织物涤纶含量越大,热流峰值越大,火焰初期热量积累时间变短,对FPUF的燃烧起促进作用。结合熵值法与加权秩和法,对FPUF进行火灾危险性评价的结果表明,底部通风工况下覆盖涤纶织物的FPUF火灾危险性最大,底部不通风工况下覆盖棉织物的FPUF火灾危险性最小。