【摘 要】
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为了满足日益增长的电力需求,多根电缆成束敷设的情况日益增加,导致电缆散热不良,且电缆之间存在着热交换,增加了火灾危险性。当发生电缆火灾时,聚合物燃烧产生的有毒物质是导致火灾中人员伤亡的最主要因素,而电缆中聚合物的热分解、燃烧行为和火蔓延行为会因敷设数量而更加复杂。以往研究主要针对固定电缆数量下的火灾学研究,而对不同敷设方式下电缆束燃烧特性和火蔓延行为缺乏系统性研究。本文选取常见商用两款电缆ZR-K
【基金项目】
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云南省重点研发计划项目资助（202003AC100001）； 中央高校基本科研业务费专项资金资助（WK2320000052）；
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为了满足日益增长的电力需求,多根电缆成束敷设的情况日益增加,导致电缆散热不良,且电缆之间存在着热交换,增加了火灾危险性。当发生电缆火灾时,聚合物燃烧产生的有毒物质是导致火灾中人员伤亡的最主要因素,而电缆中聚合物的热分解、燃烧行为和火蔓延行为会因敷设数量而更加复杂。以往研究主要针对固定电缆数量下的火灾学研究,而对不同敷设方式下电缆束燃烧特性和火蔓延行为缺乏系统性研究。本文选取常见商用两款电缆ZR-KVV和WDZ-YJY作为研究对象,基于热解动力学理论对两种电缆护套材料热解进行系统理论研究;采用燃烧特性实验平台,模拟了不同敷设数量下电缆火灾场景,对燃烧参数进行系统实验研究;采用自主设计的火蔓延实验平台对不同敷设数量下电缆竖向顺流火蔓延行为进行分析。本文研究主要涵盖以下内容:（1）研究了两种电缆的护套材料阻燃PVC和低烟无卤PE的热解参数,为电缆燃烧特性研究和火蔓延行为研究提供数据支撑。利用热分析动力学理论分析护套材料在不同升温速率、环境氛围、老化程度下的热解过程,通过KAS无模型函数法计算每个阶段的活化能,发现低烟无卤PE第一阶段活化能为阻 燃PVC材料的两倍,为研究电缆燃烧特性中的点燃时间提供基础数据支撑;通过计算得到护套材料在空气中的热解起始温度为T=702K,该温度作为确定竖向顺流火蔓延火焰前锋位置的数据支撑。同时对护套材料的热解气体进行红外光谱分析,对老化程度对热解的影响加以分析。（2）研究了敷设数量对两种电缆燃烧特性的影响规律。建立了不同敷设数量下的燃烧速率与热释放速率模型,揭示了敷设数量对电缆燃烧特性的影响规律。（3）研究了外加辐射作用下电缆点燃及燃烧特性,测量了不同外加辐射下线缆的点燃时间,发现电缆点燃时间符合0.5次方幂指数关系;揭示了外加辐射对线缆火燃烧特强化作用机制,基于火焰热反馈理论建立了一个外加辐射作用下的最大燃烧速率预测模型。（4）研究了敷设数量对竖向顺流火蔓延特性的影响。竖向顺流火蔓延按蔓延速率的大小和波动情况分为三个阶段,即点燃阶段、平稳过渡阶段和快速发展阶段;电缆数量对点燃阶段和平稳过渡阶段的火蔓延速率影响较小;火蔓延进入快速发展阶段的时间会随敷设数量的增加而提前,最大火蔓延速率随电缆数量增加呈升高趋势;随着电缆老化程度加深,竖向顺流火蔓延点燃阶段和平稳过渡阶段进程会缩短,火蔓延开始加速的时间会提前,且最大火蔓延速度也会变快。
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