铝合金导线过电流故障演化过程及熔痕微观组织研究
发布时间：2021-11-06 12:26
铝合金导线因性价比高、抗氧化性强和密度低等优势广泛应用于高压输电线路及供电干线,当电气系统中发生短路、中性线浮动和雷击等故障均会诱发导线电流增大。针对铝合金导线过电流故障演化过程及熔痕微观组织不明的问题,本文浅析了铝合金导线过电流故障发热现象和电弧演变过程,探究了电流和绝缘层对过电流故障熔痕微观组织的影响,对比分析了铝合金导线,铝导线和铜包铝导线过电流故障熔痕的微观组织特征。研究结论对电气火灾物证鉴定技术具有科学和实践意义。采用电气故障模拟实验装置,模拟了 128 A-224 A电流条件下铝合金导线过电流故障,利用非接触式高速红外热像仪捕捉导线实时温度。研究结果表明,随着电流增大导线升温速率增加,熔断时间减小,铝合金导线绝缘滴落至少需要160 A电流。绝缘导线与裸导线发热过程不同,裸导线的升温速率大于绝缘导线,熔断温度比绝缘导线下降了29.68℃,熔断时间缩短了 17.4 s,数值计算导线温度时应考虑绝缘层对导线温度的影响。在焦耳热作用下线芯熔断后导线端部依次产生金属电弧和气体电弧,电弧熔痕形成过程受电弧热-力共同作用影响。利用金相显微镜和扫描电子显微镜等测试手段表征了铝合金导线电弧熔...
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
一次枝晶与过冷度及生长速度的相互关系
西安科技大学全日制工程硕士学位论文8针对过电流故障电弧形成机理不清的问题，从金属电弧和气体电弧两个方面解释电弧形成机理，分析电流、导线材质和导线间隙对电弧的影响，基于热-力作用探究电弧熔痕形成过程。（3）电流和绝缘层对铝合金导线过电流故障熔痕微观组织的影响针对铝合金导线电气故障痕迹微观特征不明的问题，采用OM观察电弧熔痕的金相组织，利用Image-Pro-Plus软件对金相图片二值化，分析电流与晶粒之间数学关系，并对其结果进行非线性拟合；通过X射线衍射仪和X射线能谱仪分析绝缘层对熔痕微观形貌的影响，最后控制变量法对比分析铝合金导线，铝导线和铜包铝导线电弧熔痕，过渡区及导线本体的金相组织特征，探究不同铝系导线电弧熔痕的物相结构。1.4技术路线及篇章技术路线如图1.3所示：图1.3技术路线图后续文章结构安排如下：第2章为实验方法，系统介绍电气故障模拟实验装置的功能，技术参数以及实验导线热物性参数，在查阅大量国内外研究现状的基础上，总结实验研究方法，优化实验方案，明确实验条件，最后通过FAST-IR、TG/DSC、OM、XRD及SEM/EDS等表征实验过程及实验结果。
西安科技大学全日制工程硕士学位论文102实验方法本文旨在研究铝合金导线过电流故障熔痕微观特征，包括导线温度和电弧演变过程，考察电流和绝缘层对导线温度及痕迹特征的影响，探究铝系导线过电流故障痕迹微观特征差异。基于上述研究内容，本章进行相应的实验设计，首先介绍实验装置和实验导线，其次在前人的实验研究基础上，设计解决本文科学问题的实验方案，最后利用TG/DSC、OM、XRD和SEM/EDS等测试手段分析痕迹微观组织。2.1实验装置与材料2.1.1实验装置实验采用中国人民警察大学火灾物证鉴定中心自主研发的“电气故障模拟实验装置”，该中心在电气火灾研究方面开展了大量前沿研究工作，具有扎实的工作基础，并不断对电气故障模拟实验装置进行改进，目前该实验装置精度和灵敏度高，操作性强，可以开展直流故障模拟，单向交流故障模拟，双向交流故障模拟和欠过压实验模拟，实验装置系统图如2.1所示。实验导线控制系统CCD相机实验台绝缘木块电气故障模拟装置焊把FAST-IR（a）实验装置示意图（b）实验装置实物图图2.1实验装置系统图电气故障模拟实验装置主要由以下几部分构成：电源系统、控制系统、连线装置、绝缘木块和实验台等。电源系统可输出220V/380V电压，30A–300A交流电或直流电，最大功率为80kw。控制系统可采用自动操作和手动操作，电流输出精度0.1A，电流电压采集频率1.5×104Hz。连线装置采用快拆结构。绝缘木块防止实验过程发生接地故障。实验台采用不锈钢材料，结构尺寸为2000mm(长)×1500mm(宽)×1200mm(高)。本文所开展的实验研究主要基于此平台，在前人研究的基础上通过控制电流，绝缘
【参考文献】：
期刊论文
[1]过电流故障演化过程及熔痕特征研究[J]. 陈晓坤,徐学岩,李阳,王伟峰,白磊,王刘兵,王博. 西安科技大学学报. 2020(03)
[2]单股铜导线过电流故障痕迹形成规律研究[J]. 周广英,李阳. 武警学院学报. 2017(12)
[3]高电导率耐热铝合金导体材料的合金设计[J]. 刘东雨,李文杰,韩钰,高倩,刘静静,侯世香,李宝让,陈新,祝志祥,卢云深,马光. 材料热处理学报. 2014(S1)
[4]基于热重红外联用分析的PE、PS、PVC热解机理研究[J]. 罗希韬,王志奇,武景丽,吴晋沪. 燃料化学学报. 2012(09)
[5]金属火灾熔痕的显微组织及物相成分的实验研究[J]. 王海蓉,刘建勇,姚浩伟,梁栋. 光谱学与光谱分析. 2012(07)
[6]过电流对电线绝缘材料结构、组成及热稳定性的影响[J]. 舒中俊,钟小璇,李冬梅,吴莹,高伟. 消防科学与技术. 2011(10)
[7]采用AES深度刻蚀研究不同氧气含量下短路熔痕的成分[J]. 高伟,吴莹,刘术军,王连铁. 光谱学与光谱分析. 2010(07)
[8]铜导线短路熔痕的XPS研究[J]. 吴莹,孟庆山,王新明,高伟,邸曼. 光谱学与光谱分析. 2010(05)
[9]过负荷时间和倍数对铜导线金相组织的影响[J]. 张金专. 消防科学与技术. 2009(07)
[10]卫星搭载导线着火前期特性实验研究[J]. 孔文俊,王宝瑞,劳世奇,艾育华. 空间科学学报. 2008(01)
博士论文
[1]通电聚乙烯导线火蔓延伴随的熔融滴落行为研究[D]. 何豪.中国科学技术大学 2017
[2]脉冲电流对金属凝固组织的影响[D]. 廖希亮.上海大学 2007
[3]开关电器触头材料喷溅侵蚀模型研究及其试验[D]. 吴细秀.华中科技大学 2005
硕士论文
[1]铝合金与镁、铜焊接工艺及接头组织和性能研究[D]. 张永琴.西安科技大学 2017
[2]合金元素含量与加工工艺对8030铝合金导线性能的影响[D]. 张国玲.郑州大学 2012
本文编号：3479830
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
一次枝晶与过冷度及生长速度的相互关系
西安科技大学全日制工程硕士学位论文8针对过电流故障电弧形成机理不清的问题，从金属电弧和气体电弧两个方面解释电弧形成机理，分析电流、导线材质和导线间隙对电弧的影响，基于热-力作用探究电弧熔痕形成过程。（3）电流和绝缘层对铝合金导线过电流故障熔痕微观组织的影响针对铝合金导线电气故障痕迹微观特征不明的问题，采用OM观察电弧熔痕的金相组织，利用Image-Pro-Plus软件对金相图片二值化，分析电流与晶粒之间数学关系，并对其结果进行非线性拟合；通过X射线衍射仪和X射线能谱仪分析绝缘层对熔痕微观形貌的影响，最后控制变量法对比分析铝合金导线，铝导线和铜包铝导线电弧熔痕，过渡区及导线本体的金相组织特征，探究不同铝系导线电弧熔痕的物相结构。1.4技术路线及篇章技术路线如图1.3所示：图1.3技术路线图后续文章结构安排如下：第2章为实验方法，系统介绍电气故障模拟实验装置的功能，技术参数以及实验导线热物性参数，在查阅大量国内外研究现状的基础上，总结实验研究方法，优化实验方案，明确实验条件，最后通过FAST-IR、TG/DSC、OM、XRD及SEM/EDS等表征实验过程及实验结果。
西安科技大学全日制工程硕士学位论文102实验方法本文旨在研究铝合金导线过电流故障熔痕微观特征，包括导线温度和电弧演变过程，考察电流和绝缘层对导线温度及痕迹特征的影响，探究铝系导线过电流故障痕迹微观特征差异。基于上述研究内容，本章进行相应的实验设计，首先介绍实验装置和实验导线，其次在前人的实验研究基础上，设计解决本文科学问题的实验方案，最后利用TG/DSC、OM、XRD和SEM/EDS等测试手段分析痕迹微观组织。2.1实验装置与材料2.1.1实验装置实验采用中国人民警察大学火灾物证鉴定中心自主研发的“电气故障模拟实验装置”，该中心在电气火灾研究方面开展了大量前沿研究工作，具有扎实的工作基础，并不断对电气故障模拟实验装置进行改进，目前该实验装置精度和灵敏度高，操作性强，可以开展直流故障模拟，单向交流故障模拟，双向交流故障模拟和欠过压实验模拟，实验装置系统图如2.1所示。实验导线控制系统CCD相机实验台绝缘木块电气故障模拟装置焊把FAST-IR（a）实验装置示意图（b）实验装置实物图图2.1实验装置系统图电气故障模拟实验装置主要由以下几部分构成：电源系统、控制系统、连线装置、绝缘木块和实验台等。电源系统可输出220V/380V电压，30A–300A交流电或直流电，最大功率为80kw。控制系统可采用自动操作和手动操作，电流输出精度0.1A，电流电压采集频率1.5×104Hz。连线装置采用快拆结构。绝缘木块防止实验过程发生接地故障。实验台采用不锈钢材料，结构尺寸为2000mm(长)×1500mm(宽)×1200mm(高)。本文所开展的实验研究主要基于此平台，在前人研究的基础上通过控制电流，绝缘
【参考文献】：
期刊论文
[1]过电流故障演化过程及熔痕特征研究[J]. 陈晓坤,徐学岩,李阳,王伟峰,白磊,王刘兵,王博. 西安科技大学学报. 2020(03)
[2]单股铜导线过电流故障痕迹形成规律研究[J]. 周广英,李阳. 武警学院学报. 2017(12)
[3]高电导率耐热铝合金导体材料的合金设计[J]. 刘东雨,李文杰,韩钰,高倩,刘静静,侯世香,李宝让,陈新,祝志祥,卢云深,马光. 材料热处理学报. 2014(S1)
[4]基于热重红外联用分析的PE、PS、PVC热解机理研究[J]. 罗希韬,王志奇,武景丽,吴晋沪. 燃料化学学报. 2012(09)
[5]金属火灾熔痕的显微组织及物相成分的实验研究[J]. 王海蓉,刘建勇,姚浩伟,梁栋. 光谱学与光谱分析. 2012(07)
[6]过电流对电线绝缘材料结构、组成及热稳定性的影响[J]. 舒中俊,钟小璇,李冬梅,吴莹,高伟. 消防科学与技术. 2011(10)
[7]采用AES深度刻蚀研究不同氧气含量下短路熔痕的成分[J]. 高伟,吴莹,刘术军,王连铁. 光谱学与光谱分析. 2010(07)
[8]铜导线短路熔痕的XPS研究[J]. 吴莹,孟庆山,王新明,高伟,邸曼. 光谱学与光谱分析. 2010(05)
[9]过负荷时间和倍数对铜导线金相组织的影响[J]. 张金专. 消防科学与技术. 2009(07)
[10]卫星搭载导线着火前期特性实验研究[J]. 孔文俊,王宝瑞,劳世奇,艾育华. 空间科学学报. 2008(01)
博士论文
[1]通电聚乙烯导线火蔓延伴随的熔融滴落行为研究[D]. 何豪.中国科学技术大学 2017
[2]脉冲电流对金属凝固组织的影响[D]. 廖希亮.上海大学 2007
[3]开关电器触头材料喷溅侵蚀模型研究及其试验[D]. 吴细秀.华中科技大学 2005
硕士论文
[1]铝合金与镁、铜焊接工艺及接头组织和性能研究[D]. 张永琴.西安科技大学 2017
[2]合金元素含量与加工工艺对8030铝合金导线性能的影响[D]. 张国玲.郑州大学 2012
本文编号：3479830
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