低壓電氣火災(zāi)的原因與鑒定方法的研究

賈傳圣，周長龍

（江蘇師范大學電氣工程及其自動化學院，江蘇 徐州221116）

0 引 言

電能作為人類生產(chǎn)、生活主要的能源，得到了廣泛的應(yīng)用。在最近的十年間，我國發(fā)電量一直處于連年增長的趨勢。然而，在用電量大幅提升的同時，一些確定或不確定的因素引起的電氣火災(zāi)也隨之大量發(fā)生。據(jù)公安部消防局統(tǒng)計2000～2007年，全國共發(fā)生電氣火災(zāi)26．2×104起，電氣火災(zāi)發(fā)生率及所造成的財產(chǎn)損失分別占同期總數(shù)的23．7﹪和35．9﹪，均占各類火災(zāi)原因之首。

1 電氣火災(zāi)的原因

按照起火的直接原因，電氣火災(zāi)一般指由電氣線路、用電設(shè)備、器具、以及供配電設(shè)備出現(xiàn)故障性釋放熱能，如電火花、高溫、電弧以及故障性釋放熱能（電發(fā)熱器具的熾熱表面），引燃本體或其他可燃物而造成的火災(zāi)。靜電和雷電引起的火災(zāi)在我國屬于電氣火災(zāi)。根據(jù)大量的火災(zāi)統(tǒng)計資料所示，發(fā)生電氣火災(zāi)的起因，從電氣本質(zhì)上可分為：短路、過負載、接觸不良、漏電等幾種主要情況。其中由于短路引起的火災(zāi)數(shù)量最多，再次是由于過負載、接觸不良、漏電而引起的電氣火災(zāi)。此外，還有因為操作人員的誤操作、忘記關(guān)斷器具的電源等引起的火災(zāi)。本文所稱的低壓電氣火災(zāi)，指工頻50 Hz，電壓380／220 V交流電引發(fā)的電氣火災(zāi)。

1．1 短 路

短路是指線路中不同相或不同電位的兩根導線或兩根以上導線直接相連或經(jīng)過小負載，連接在一起，如圖1所示。

圖1 典型低壓配電系統(tǒng)短路原理圖

短路是造成電氣故障和電氣火災(zāi)的主要原因之一，低壓電氣設(shè)備常因短路而造成電氣火災(zāi)。當電氣線路及用電設(shè)備發(fā)生短路故障，這時回路中的電流會突然增加。根據(jù)電氣火災(zāi)的燃燒原理，故障處會產(chǎn)生高溫或電弧，引燃線路絕緣層或短路故障處可燃物所造成的火災(zāi)稱之為短路火災(zāi)。短路火災(zāi)是目前造成線路電氣火災(zāi)中最為嚴重的火災(zāi)事故。

短路產(chǎn)生的主要原因：絕緣線路長時間受外部高溫、潮濕或腐蝕等作用而失去絕緣能力；絕緣線路使用時間過長，絕緣陳舊老化或受損，使線芯裸露；絕緣線路敷設(shè)過低，受碰撞擠壓致使絕緣損壞；絕緣線路穿墻過洞或穿越樓板未穿管保護，遭磨擦損傷絕緣；裸電線安裝太低，搬運金屬物件時不慎碰在電線上，線路上有金屬物件或小動物跌落，發(fā)生電線之間的跨接；架空線路電線間距太小，檔距過大，電線松馳，架空線與建筑物樹木距離太近，造成電線與建筑物或樹木接觸；電線機械強度不夠，使電線斷落接觸大地，或斷落在另一根電線上；雷擊或供電電源過電壓，使導線絕緣薄弱處或正常絕緣被擊穿；線路過載或連接處接觸不良造成線路過熱導致絕緣損壞。

1．2 過負荷

電氣設(shè)備或?qū)Ь€中的電流超過其額定值，導致設(shè)備和線路過熱而引發(fā)的火災(zāi)稱為過負荷火災(zāi)。過負荷使導線中的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽斐蓪Ь€長時間的過熱，損壞線路的絕緣層，達到一定溫度時，就會引發(fā)火災(zāi)。過負荷除了本身會產(chǎn)生火災(zāi)外，還會造成線路和電氣設(shè)備其他的電氣故障。導線過負荷的原因主要有以下幾點：設(shè)計、安裝時選型不正確，使電氣設(shè)備的額定容量小于實際負載容量；隨意增加用電設(shè)備，導致用電負荷超過設(shè)計容量；檢修維護不及時，使導線長期處于帶病運行狀態(tài)。導線的絕緣材料絕大多數(shù)是可燃有機材料，只有少數(shù)屬于無機材料，如陶瓷、石棉等。

1．3 接觸不良

導線與導線，導線與配電用電設(shè)備之間連接時，因接觸不良，在通電回路電流作用下，致使接觸處局部產(chǎn)生高溫電弧，引起電氣線路絕緣層附近的可燃物質(zhì)及積落的可燃粉塵著火造成的火災(zāi)，稱為接觸不良火災(zāi)，它是線路火災(zāi)中容易忽略并難以預防的一種。一般用電設(shè)備接觸處示意圖如圖2，當電流通過接觸電阻R時，所消耗的功率P和發(fā)熱量Q分別為：

P ＝I2R ，Q ＝0．24PT

式中，P為電功率，I為電流，R為接觸電阻，Q為發(fā)熱量，T為電流作用時間。由公式得出，一般情況下因為接觸電阻的存在，發(fā)熱量與電流的平方成正比，與通電時間也成正比。因此，當電路中過負荷或短路電流存在時，更容易引發(fā)火災(zāi)。

圖2 接觸處發(fā)熱示意圖

U－接觸處電壓（V）；I－回路電阻（A）；R－接觸電阻（Ω）

接觸不良產(chǎn)生的主要原因：線路安裝質(zhì)量差，造成導線與導線，導線與電氣設(shè)備的連接點不牢；接點由于熱作用或長期振動，使接頭松動；線路連接處有雜質(zhì)，如氧化層、泥土等；銅鋁接頭的接觸點處理不當，由于銅鋁膨脹系數(shù)不同，熱脹冷縮產(chǎn)生空隙；以及電解腐蝕作用造成接觸電阻過大。

1．4 漏 電

低壓供電線路絕緣材料受一種或多種因素造成絕緣性能降低或失去絕緣性能，與接地導體、潮濕建筑物等相接觸時，電流從線路內(nèi)向外流出，在漏電路徑中產(chǎn)生高溫電弧電火花引起周圍可燃物燃燒造成的火災(zāi)，稱之為漏電火災(zāi)。線路漏電引起火災(zāi)，可發(fā)生在相線、相線與中性線、相線與大地之間，但最為常見的還是線路對地漏電造成火災(zāi)。漏電產(chǎn)生的主要原因：線路使用時間過長，絕緣老化失效；線路受潮濕高溫多塵腐蝕性等惡劣環(huán)境影響絕緣降低；線路經(jīng)常過電流運行，絕緣受熱作用損壞；接頭絕緣恢復處理不當，絕緣失效；線路絕緣受機械性損傷，如磨擦劃傷、動物啃咬等。

2 電氣火災(zāi)的鑒定

火災(zāi)原因的調(diào)查認定一般由現(xiàn)場勘查、調(diào)查詢問、技術(shù)鑒定3大系統(tǒng)組成，如圖3所示。

圖3 火災(zāi)調(diào)查系統(tǒng)圖

2．1 現(xiàn)場勘查

現(xiàn)場勘查是對火災(zāi)有關(guān)的場所、物體進行實地勘驗、查找、鑒別，提取能證明火災(zāi)發(fā)生、發(fā)展痕跡物證的過程。同時為技術(shù)鑒定提取材料，并與調(diào)查訪問所獲取的證據(jù)相互驗證。一般根據(jù)實際需要，火災(zāi)現(xiàn)場勘查分為環(huán)境勘查、初步勘查、細項勘查、專項勘查四個步驟進行。環(huán)境勘查，是火災(zāi)調(diào)查人員在現(xiàn)場周圍對火場的巡視和觀察，以便對整個現(xiàn)場獲得一個火災(zāi)發(fā)生、發(fā)展總的概念。然后進行初步勘查，在火災(zāi)現(xiàn)場內(nèi)部，在不挖掘、翻動現(xiàn)場殘留物的情況下觀察，勘查火災(zāi)現(xiàn)場的每個特征：火勢范圍、火災(zāi)現(xiàn)場燃燒程度、電氣控制裝置、線路分布等情況。細項勘查又稱動態(tài)勘查，是指對初步勘查過程中所發(fā)現(xiàn)的痕跡物證，在不破壞的原則下，進行挖掘、翻動，勘驗和收集，詳細觀察研究火場上有關(guān)物體的表面顏色、煙痕、裂紋、灰燼，測量記錄有關(guān)物體的位置，未燒完的木材炭化程度等，同時還可運用現(xiàn)場勘查的技術(shù)手段，進行細目照相、錄像、錄音、測量距離、確定大小，采用各種儀器、技術(shù)手段發(fā)現(xiàn)和收集痕跡物證。在火災(zāi)現(xiàn)場找到可以供給火災(zāi)能量的物體（物質(zhì)）或殘體后，就需要對其進行專項勘查。根據(jù)它的性能用途，使用和敷設(shè)狀態(tài)，變化特征分析因為什么發(fā)生故障，什么原因造成火災(zāi)，并視需要和可能作為技術(shù)鑒定的檢材。

2．2 調(diào)查訪問

調(diào)查訪問是火災(zāi)調(diào)查人員向發(fā)現(xiàn)火災(zāi)的人、報警人、當事人等有關(guān)人員（撲救人、現(xiàn)場活動人、犯罪嫌疑人等）了解發(fā)生火災(zāi)情況的行為。火災(zāi)現(xiàn)場調(diào)查訪問是火災(zāi)原因認定的重要一環(huán)，不僅對火災(zāi)原因認定的證人、證言、書證等證據(jù)收集、獲取有著不可替代的作用，同時對起火點、起火源、起火物甚至火災(zāi)原因認定等方面，與火災(zāi)現(xiàn)場勘查起著相輔相成的重要作用。

2．3 技術(shù)鑒定

國內(nèi)現(xiàn)代電氣火災(zāi)鑒定技術(shù)方法共有六大類，即宏觀痕跡鑒定法、金相分析法、成分分析法、微觀形貌鑒別法、剩磁法和模擬實驗。在以上電氣火災(zāi)的鑒定方法中，目前金相分析法應(yīng)用最廣泛。

2．3．1 宏觀法的選擇與應(yīng)用

宏觀鑒定法又稱外觀鑒定法，是對火場中遺留的導線熔痕，依據(jù)外觀特征，用肉眼或借助顯微鏡通過觀察比較，鑒定出導線熔痕的熔化性質(zhì)，初步判斷導線熔痕是由于什么原因形成的。導線短路時在短路點處形成的熔痕、過負荷時在過負荷全線造成的絕緣破壞及線芯上留下的熔痕、接觸不良時在接觸點處形成的高溫過熱痕跡、斷路時在斷路點處形成的電弧灼燒痕跡都能從宏觀上進行初步鑒定，但宏觀鑒定法依賴于人的經(jīng)驗，對鑒定人的要求較高，并且準確性不易保證，因而在電氣線路火災(zāi)物證鑒定中很少單獨使用宏觀鑒定法。

2．3．2 金相法的選擇與應(yīng)用

金相法的特點是依據(jù)同一種金屬在經(jīng)過不同的加熱、保溫、冷卻等一系列熱處理后金相組織所顯示的不同變化，鑒別出它的熔化性質(zhì)，從而為確定火災(zāi)原因提供依據(jù)。因此，凡短路電流或電弧熱作用產(chǎn)生的熔痕，接觸不良、漏電過熱形成的熔痕，火災(zāi)熱作用形成的熔痕，雷電流形成的熔痕以及導線過載等均適合選用本方法。火調(diào)人員發(fā)現(xiàn)在起火點及其附近導線以及查接件上有熔化痕跡，懷疑與起火原因有關(guān)，但又不能確定熔痕的熔化性質(zhì)，可將熔痕連同部分導線或金屬本體提取下來，應(yīng)用本方法進行鑒別，以確認它是火燒熔化還是電流及電弧熱作用形成，然后再結(jié)合火場的其他起火因素，通盤考慮后，做出起火原因的結(jié)論。

2．3．3 成分分析法的選擇與應(yīng)用

成分分析法的主要特點是針對性較強，是配合金相分析的一種方法，可以相互驗證使結(jié)論更為準確。在火災(zāi)現(xiàn)場勘查中，成分分析法是利用熔珠內(nèi)部空洞內(nèi)表面的元素含量來確定短路熔珠性質(zhì)，進而判斷起火原因的一種鑒定方法。成分分析法的理論基礎(chǔ)是一、二次短路形成時的環(huán)境條件不同，一次短路形成于火災(zāi)前，周圍是潔凈的空氣，因而一次短路熔珠空洞內(nèi)部氮元素含量會高于二次短路熔珠空洞內(nèi)部氮元素含量，二次短路形成于火場當中，周圍是燃燒產(chǎn)物，具有較多的碳，因而二次短路熔珠空洞內(nèi)部碳元素含量會高于一次短路熔珠碳元素含量。這一結(jié)論對于一般火災(zāi)現(xiàn)場是適用的，但當火場中導線穿管布置時，即使發(fā)生了二次短路，由于外部管材的保護，也有可能是在一個相對潔凈的環(huán)境中形成熔珠，因而其內(nèi)部空洞內(nèi)表面元素含量與一次短路應(yīng)相同或相近。因而在利用成分分析法進行物證技術(shù)鑒定時，同樣要考慮痕跡的形成條件以及取樣的具體部位。

2．3．4 微觀形貌法的選擇與應(yīng)用

微觀形貌法的主要特點是對微小痕跡（如弧光放電痕跡、金屬噴濺痕跡、電子器件燒損痕跡）的表面形態(tài)進行分析，根據(jù)其微觀形貌特征，確定其熔化性質(zhì)和形成原因。

2．3．5 剩磁法的選擇與應(yīng)用

上述各項鑒定方法，都是在有熔痕的情況下進行的。而剩磁法的最大特點，是在無短路熔痕的情況下，依據(jù)其剩磁的大小，規(guī)律等判斷線路及設(shè)備等是否發(fā)生過短路?；馂?zāi)調(diào)查人員，通常在確定火災(zāi)是否由線路或設(shè)備短路引起時，主要靠短路熔痕來做出判定。但由于火災(zāi)過程的復雜，有時將線路燒毀，已形成的短路熔痕受到破壞無從查找，但又懷疑起火是由短路引起的，卻又無根據(jù)時，則采用本方法解決。在應(yīng)用本方法時，應(yīng)根據(jù)火災(zāi)實際情況，結(jié)合各種起火可能，進行綜合分析。當短路與其他原因交叉時，在排除其他火源（包括縱火、吸煙、其他用火等），查明該線路以往的故障史，將各種疑點落實后 ，才可作為判定是否發(fā)生過短路的依據(jù)。

在火災(zāi)調(diào)查中，如果單用一種方法把握不大 ，就應(yīng)考慮同時采用多種方法進行綜合分析，做出準確的判斷。

3 結(jié)束語

電氣火災(zāi)的危害是巨大的，而且難以預測，給國家和人們造成了極大的損失，必須采取有效防范措施。

預防電氣火災(zāi)應(yīng)該以人們的安全用電素質(zhì)為根本，加強在廣大人民群眾中宣傳教育工作，提高人民的安全用電意識；對從事電氣防火專業(yè)人員定期進行電氣防火安全培訓，提高現(xiàn)場監(jiān)督水平，加大管理力度和有效性；國家出臺相關(guān)的政策法規(guī)，提高對電氣設(shè)備的防火標準，加強對防火設(shè)備的檢測，及早發(fā)現(xiàn)和消除隱患；推廣電氣防火新技術(shù)、新設(shè)備的應(yīng)用，例如，漏電火災(zāi)報警系統(tǒng)，漏電保護器，家用滅火系統(tǒng)，限流保護器等。

該性質(zhì)的計算難度相當于求解素域上f次方程的根，使一些惡意破壞者無法偽造其他代理簽名者的簽名，從而有效防止合謀攻擊。同時，對于RSA算法來講，其參數(shù)的選擇直接關(guān)系到RSA系統(tǒng)的安全。因此，對系統(tǒng)的設(shè)置和應(yīng)用協(xié)議，我們在應(yīng)用密碼系統(tǒng)過程中，一定得慎重考慮。

4 總 結(jié)

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，密碼分析與通信系統(tǒng)攻擊技術(shù)的提高，信息安全的需求越來越高，有效的通信系統(tǒng)保密技術(shù)也需不斷完善和發(fā)展。因此，在我國通信事業(yè)飛速發(fā)展的同時，我們也需不斷發(fā)展保密技術(shù)，在信息技術(shù)中取得主動權(quán)，促進通信系統(tǒng)的完善。

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