電氣火災(zāi)的主要原因及分析

廖波

【摘要】本文從火災(zāi)的危害入手，選取引發(fā)電氣火災(zāi)的五個(gè)因素來詳細(xì)分析，如短路、接觸不良、過載、電壓過高過低、漏電，以至加深人們對(duì)電氣火災(zāi)的認(rèn)識(shí)。

【關(guān)鍵詞】電氣火災(zāi) 短路短路 接觸不良 過載 電壓過高過低 漏電

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)電氣火災(zāi)約占全部火災(zāi)總數(shù)的30%，且逐年增高。電氣火災(zāi)一旦發(fā)生，不僅會(huì)造成人身傷亡和設(shè)備毀壞外，還會(huì)造成大規(guī)模、長(zhǎng)時(shí)間停電，給居民、企業(yè)、國(guó)家財(cái)產(chǎn)造成重大損失。引起電氣火災(zāi)的因素有很多，接下來我們選取一二進(jìn)行探討：

一、電氣火災(zāi)的主要因素及分析

短路

所謂短路，即負(fù)載與電源兩端被導(dǎo)線連接在一起。我們都知道，線路發(fā)生短路時(shí)，線路中的電流會(huì)瞬間急劇增加，增大時(shí)的電流值為正常時(shí)數(shù)倍乃至數(shù)十倍。那么問題來了，為何線路短路會(huì)導(dǎo)致電流暴增呢？

上圖為尋常的配電系統(tǒng)，設(shè)線路電阻為r，設(shè)負(fù)載電阻為R，設(shè)電源電動(dòng)勢(shì)為E，則負(fù)載側(cè)的路端電壓U為： ，式1

當(dāng)系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，線路電阻r遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于負(fù)載電阻R，線路電阻r可以忽略不計(jì)，也即r=0，于是式1變成： ，式2

若負(fù)載側(cè)發(fā)生了短路，見上圖中的紅線，設(shè)這條紅線的電阻是 ，并且有r= R_S/50。

又由于 遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于R，所以它們的并聯(lián)值就是 。將r和 代入式1，得到：U= E/（1+r/R）=E/（1+r/50r）≈0.98E≈E，式3

從上式發(fā)現(xiàn)，短路前后電壓基本不變。而短路電阻 又比負(fù)載電阻R小得多，則短路電流I_s=U/R_s ≈E/R_s 。

從上述式子得知，短路電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于負(fù)載的運(yùn)行電流。根據(jù)焦耳定律Q=I^2 Rt知道，電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電流的平方成正比，使得溫度急劇上升，大大地超過設(shè)計(jì)允許范圍。倘若溫度達(dá)到導(dǎo)線絕緣材科及其周圍可燃物的燃點(diǎn)，即引起燃燒，從而引發(fā)電氣火災(zāi)事件。

接觸不良

對(duì)于接線端子，僅僅依靠歐姆定律公式來計(jì)算它的溫度變化，是不夠的，必須考慮接觸電阻。

接觸電阻公式： ，式1

從各種接觸材料的K值表查詢得知，K值與接觸端子材料及接觸表面氧化程度都有關(guān)，任何材料的接觸端子表面氧化加劇，對(duì)應(yīng)的K值就會(huì)遞增。F是接觸壓力，m是接觸型式，不同的接觸方式，相應(yīng)m值也不一樣的，對(duì)于接線端子，點(diǎn)、線、面等接觸形式都是可能的，在這不納入討論。

結(jié)合式1公式，當(dāng)接線端子流過電流I后，如果接觸不良（壓力F值變?。敲唇佑|電阻值就會(huì)變大，從而導(dǎo)致接觸電阻的 變大，端子的溫度升高。溫度升高后，材料的表面氧化加劇，使得K系數(shù)越來越大。材料氧化的結(jié)果，使得有效接觸面積減小，那么電阻又增大，又繼續(xù)造成歐姆發(fā)熱值增高，從而進(jìn)入惡性循環(huán)中。若材料長(zhǎng)期處于接觸不良狀態(tài)，由于間隙距離過小，周圍空氣被電離擊穿，接著極短的電氣間隙會(huì)產(chǎn)生局部火花，甚至電弧，且溫度更高可使金屬熔化。

整個(gè)端子接觸不良過程中，都不會(huì)引起電流明顯變化，只會(huì)導(dǎo)致電阻急速增大，雖然這點(diǎn)電阻對(duì)整個(gè)電路來說也不算什么，但這局部的發(fā)熱量效果是顯著的，產(chǎn)生的高溫隨時(shí)可能引發(fā)電氣火災(zāi)。

過載

所謂過載就是指導(dǎo)線中通過的電流量超過了其安全載流量，嚴(yán)重過載或長(zhǎng)時(shí)間過載都會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)溫度。我們拿生活中常見的電機(jī)為例，當(dāng)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，通過電機(jī)的電流值都不會(huì)超過其額定值，正常的發(fā)熱也是會(huì)有，但能夠迅速散發(fā)到周圍環(huán)境中。當(dāng)電機(jī)卡主不轉(zhuǎn)時(shí)，電流值就會(huì)急速增大，根據(jù)焦耳定律Q=I^2 Rt，電流增大，發(fā)熱量會(huì)急劇增加，集聚的熱量無法正常散發(fā)，就會(huì)造成電機(jī)線圈溫度急劇升高，從而燒斷線圈。

所以，長(zhǎng)期過載運(yùn)行會(huì)引起電氣設(shè)備溫度不斷升高，過度發(fā)熱加速絕緣老化，當(dāng)溫度大大超過絕緣材料允許溫升后，會(huì)引起絕緣物起火，易造成電氣火災(zāi)。

電壓過高或過低

當(dāng)電壓過高時(shí)，從最簡(jiǎn)單歐姆定律公式U=IR發(fā)現(xiàn)，用電器的負(fù)載不變，電阻R不變，當(dāng)用電器設(shè)備兩端電壓升高，其對(duì)應(yīng)電流值也會(huì)升高，持續(xù)的高熱量會(huì)加速電氣設(shè)備絕緣老化，最終導(dǎo)致電氣設(shè)備燒毀甚至引起電氣火災(zāi)。

當(dāng)電壓過低時(shí)，根據(jù)P=UI公式，電壓U下降了，功率P理應(yīng)下降?？晒β蔖是恒定的，所以需要加大電流維持功率，發(fā)熱量必會(huì)翻倍，時(shí)間一久，電器絕緣被破壞而燒毀。

漏電

所謂漏電，就是線路中的某一個(gè)地方絕緣皮長(zhǎng)期受到風(fēng)吹日曬、擠壓碰撞、受潮腐蝕等因素破壞，導(dǎo)致線路電流泄露。漏電電流一般不大，不能促使線路熔絲動(dòng)作。若漏電電流沿著線路勻均分布，發(fā)熱量分散，一般也不會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)溫度，漏電之所以能引起電氣火災(zāi)，就是因?yàn)槁╇婋娏骷墼谀骋稽c(diǎn)，從而引起嚴(yán)重的局部發(fā)熱，產(chǎn)生危險(xiǎn)溫度，其實(shí)就是熱電阻和電火花作用。當(dāng)漏電點(diǎn)經(jīng)過鋼筋連接部位時(shí)，它們之間時(shí)有時(shí)無、似接非接的接觸必會(huì)產(chǎn)生電弧或電火花，且這種接觸不實(shí)的接觸點(diǎn)會(huì)引起接觸電阻過大，勢(shì)必造成接觸點(diǎn)局部過熱高溫。兩者之間的接觸面受高溫作用及氧化反應(yīng)的影響，接觸電阻將會(huì)隨溫度升高而變大，電阻加大，便又造成歐姆發(fā)熱增高，由此進(jìn)入惡性循環(huán)，一當(dāng)漏電回路中發(fā)熱或打火花的地方有可燃物質(zhì)，則可能引起漏電火災(zāi)。

二、結(jié)束語

電氣火災(zāi)基本上都是由于電氣設(shè)備的短路、過載、接觸不良或絕緣老化等因素引發(fā)過熱。避免電氣火災(zāi)事件的發(fā)生，我們要合理選用及正確使用電氣設(shè)備，經(jīng)常也要檢查電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，最后還應(yīng)讓電氣設(shè)備有個(gè)良好通風(fēng)環(huán)境，合理的防火措施往往還是能夠很大程度地減少電氣火災(zāi)事故的發(fā)生。

【參考文獻(xiàn)】

[1]《安全生產(chǎn)技術(shù)》，應(yīng)急管理部出版社，2019出版

[2]《電接觸理論及其應(yīng)用技術(shù)》，郭鳳儀、陳忠華等編著，電力出版社，2008年出版