淺談關(guān)于電氣線路短路引起的電氣火災(zāi)的原因

未曉妃

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：我國人口眾多，同時對用電需求也非常多。我們?nèi)粘Ｉ钚枰娏碚樟廖覀兊募覉@并為工業(yè)供電。它可以是建設(shè)性的，也可以是破壞性的，這取決于處理它的謹慎程度。稍有不慎，就會引發(fā)火災(zāi)，造成經(jīng)濟損失和慘痛的傷害。電氣火災(zāi)中*危險的故障之一是短路。因短路甚至因觸電而死亡而導致的火災(zāi)事故數(shù)不勝數(shù)。電火災(zāi)的主要原因是短路期間大電流流過導體而產(chǎn)生的熱量。本文簡單介紹導線短路的定義、原因以及對短路的預防同時對整篇文章做了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：電氣火災(zāi)；電氣短路；短路電?。欢搪啡酆?；短路原因

1 引言

   電氣短路的主要后果是火災(zāi)。根據(jù)消防局收集的數(shù)據(jù)，其中電氣火災(zāi)占比28.4％。其中有6.5％是由短路引起的，在導線短路期間的高電流會使導體升溫，損壞絕緣層，并可能導致電火災(zāi)，從而造成嚴重傷害和生命危險。

2 短路定義

   短路可以定義為一種不良條件，即由于在電源的端子之間形成新的低電阻路徑，大量電流在電源的端子之間或電源與地之間流動。在短路期間，流經(jīng)短路點的電流呈指數(shù)級增長，電壓降至零。短路是由于偶然或有意在電路中的兩點之間建立的低電阻連接。這種過量的電流可能會導致電路損壞、過熱、磁應(yīng)力、電弧、火災(zāi)或爆炸。在短路中可用的電流量是由系統(tǒng)電壓源的容量和系統(tǒng)的阻抗（包括故障）決定的。由于整個電路電流突然*大，即使是連接松動的導線接頭處或短路點處有電弧或火花，也會在很短的時間內(nèi)釋放出大量熱量，溫度弧達到3000℃，不僅能熔化金屬，還可以引燃絕緣材料，還會引起導線附近可燃材料的蒸氣或粉塵火災(zāi)或爆炸事故。短路時會產(chǎn)生短路弧、熱效應(yīng)、磁效應(yīng)和力效應(yīng)，從而留下相應(yīng)的痕跡。

3 引起短路的原因

   有幾種情況會導致短路，當兩個裸導體接觸時，發(fā)生短路。短路是由于絕緣破裂造成的。另一種類型的短路發(fā)生時，一些導電物體，如工具或動物，意外地進入架空電線。如果物體同時接觸到兩根電線，電流在到達用戶的電力服務(wù)之前有一條短路路徑可以返回到電源。如果該物體與地面連接，地面可以作為一個短路路徑。短路的主要原因有：絕緣故障、接線不當、設(shè)備故障、電力處理不當、自然災(zāi)害。其中，絕緣失效是短路的主要原因。電纜絕緣損壞可能是短路的原因，不正確的接線允許直接接觸不同的相位。即使是潮濕的表面也會導電并導致短路。不正確的接線允許不同端子之間的直接接觸，從而導致短路。電力處理不當或與帶電導體直接接觸也可能是接地故障和短路的原因。

（1）導線絕緣故障

通常，電線用非導電材料（如pvc或聚乙烯）絕緣。如果絕緣層磨損、熔化或損壞（通常是由于釘子或螺釘刺穿，或被嚙齒動物咀嚼），帶電布線可能能夠直接接觸中性線，導致短路。

（2）電線連接損壞

電線連接損壞或松動將導致電阻增加。反過來，這將導觸布線溫度升高，從而引發(fā)導線短路，從而可能導致火災(zāi)或電。

（3）設(shè)備接線故障

有時，是家庭里的用電器具，而不是電線，是引發(fā)短路造成火災(zāi)的原因。問題可能是設(shè)備本身、電源線或插頭內(nèi)的接線有故障。（故障電源線和插頭通常很容易被發(fā)現(xiàn)，因為它們在外觀上觀察可以看出燒焦、熔化或有磨損痕跡）。

（4）短路與接地故障

當熱線與中性線接觸時，就會發(fā)生典型的短路。相比之下，接地故障是指熱接線接觸電氣系統(tǒng)的接地組件的情況，例如，電器的接地部分、接地的金屬壁箱或銅接地線。接地故障的*大危險不是電氣火災(zāi)，而是嚴重的電擊或觸電，特別是在潮濕的條件下。而接地故障的常見原因包括水滲入電氣箱，電線松動或磨損，以及絕緣性不足的電器或電動工具。

4短路效應(yīng)及痕跡形成機理

（1）短路電弧及短路熔痕

短路電弧是短路發(fā)生時電壓擊穿空氣產(chǎn)生的放電現(xiàn)象在導線發(fā)生短路時，一般都會伴有短路電弧發(fā)生，能產(chǎn)生耀。眼的白光，并可能伴隨“滋滋”的聲響。電弧不僅在短路時才出現(xiàn)，在干燥的地毯上行走產(chǎn)生的放電現(xiàn)象和內(nèi)電現(xiàn)象都有電弧產(chǎn)生，但這種電弧持續(xù)時間很短，只是以電火花的形式出現(xiàn)，一閃即滅。如果要使電弧能夠持續(xù)下去，則需要電離導體產(chǎn)生的蒸氣不斷地補充到周圍環(huán)境中（如在焊接過程中需要不斷充入一種氣體）。由于空氣是較好的絕緣體，因此大氣環(huán)境下要在兩導體間產(chǎn)生電弧，不僅需要很高的電壓，而且兩導體間的間距還十分小，但一旦短路發(fā)生，導體間由金屬蒸氣和電力產(chǎn)生的空氣分子組成的導電路徑就能產(chǎn)生持續(xù)電弧。

短路電弧溫度雖然很高，但于其作用范圍十分小，除非距可燃物很近，否則一般的可燃物很難被其引燃。與固體燃料相比，氣體燃料（包括絕緣物質(zhì)分離產(chǎn)生的蒸氣）更容易被引燃。對于保護裝置良好的線路，當短路發(fā)生時會自動切斷電源，使電弧的持續(xù)時間很短，因而引燃固體燃料的可能性很小，除非保護裝置不起作用或在短路發(fā)生處存在氣體燃料以及易引燃的細碎固體燃料如棉花或碎鋸末等。

（2）熱效應(yīng)及熱作用熔痕

短路的熱效應(yīng)與火災(zāi)原因有著十分密切的關(guān)系，其實質(zhì)是電流的熱效應(yīng)。當電氣系統(tǒng)中通過短路電流時，由于電流的熱效應(yīng)，總會使電氣系統(tǒng)溫度升高。短路電流的熱效應(yīng)與正常負荷電流時的發(fā)熱不一樣，兩者都遵從焦耳定律，但由于短路電流大，同時產(chǎn)生的熱量也很大，且持續(xù)時間很短，一般是十分之幾秒到幾秒，這種熱量不能在短時間內(nèi)向周圍擴散，所以可以認為全部用于加熱導體。高溫會使導體的表面及接觸點處的導體熔化，產(chǎn)生熔痕。

（3）磁效應(yīng)

短路的磁效應(yīng)是由于短路發(fā)生時，電流由正常值瞬間升至正常值的數(shù)十倍、幾百倍甚至上千倍，并又在*短的時間內(nèi)從*大值降至零。變化的電線的周圍引起電場的變化，變化的電場又引起磁場的變化，當有鐵磁性物質(zhì)如鐵釘?shù)忍幱趯Ь€附近時，變化的磁場可將鐵磁發(fā)生材料磁化，并可能產(chǎn)生干擾信號，干擾通信、控制信號等。當短路電流消失時，周圍鐵磁性物質(zhì)的磁性不會馬上消失，稱為剩磁。影響剩磁的主要因素有：短路電流的峰值大小；電流的空間分布影響產(chǎn)生的磁場強度；樣品和短路電線的相對位置；鐵磁性材料的磁化特性；樣品的形狀；材料的初始磁化狀態(tài)；溫度；提取樣品時的取樣工具（要盡量無磁或小磁，應(yīng)在１０Ｇｓ以下）。此外，時間對剩磁沒有影響。

在火災(zāi)勘驗中，根據(jù)懷疑火災(zāi)中是否存在導線短路或雷電引起的熔融痕跡，檢查雷電及導線周圍的剩磁材料進行剩磁檢測，看是否存在剩磁，判斷存在剩磁的大小，通過對導線和雷電現(xiàn)象分析可以進一步分析火災(zāi)原因。

（4）力效應(yīng)短路

電流通過導線時產(chǎn)生的作用力，稱為短路電流的力效應(yīng)。電流是由電子的定向移動形成的，電流通過導線時導線之間相互存在作用力。正常情況下，這種作用力較小，但在短路時由于短路電流很大，產(chǎn)生的作用力也很大，使線路受到很大的沖擊作用力。短路電流產(chǎn)生的作用力一般出現(xiàn)在短路發(fā)生后的*一個周期內(nèi)，此時導體會受到*大的機械應(yīng)力，導體的強度不足時，就會造成損壞。在變電所和高層建筑大電流低壓供電的地方，大多數(shù)三相母線被平行布置在同一個平面內(nèi)，在這種情況下，根據(jù)同相相吸，異相相斥的原理，可以證明三相短路時，中間相受力*大。力效應(yīng)一般不會留下痕跡，但是可以通過導線的異?；蝿拥痊F(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)。

5如何防止電氣短路

短路保護主要有三種類型：

（1）接地故障斷路器（GPCI）

GPCI出口或電路可感應(yīng)到電流水平的微小變化，并立即關(guān)閉電流。1971年，加拿大電氣法規(guī)規(guī)定，接地故障電路滅弧室保護現(xiàn)在需要在水槽，浴缸或淋?。ㄔ∈遥瑥N房，洗衣房，吧臺等）1.5ｍ范圍內(nèi)或戶外成品等級2.5ｍ范圍內(nèi)進行保護。GPCI應(yīng)由有執(zhí)照的電工安裝。要每個月檢查一次來保證設(shè)備可以持續(xù)工作。

（2）電弧故障斷路器（AFCIS）

AFCIS通過在感應(yīng)到電流流動方式的不規(guī)則性后立即關(guān)閉電流來保護房間免受電氣火災(zāi)的影響。它們可用作AFCIS插座或斷路器，在臥室、客廳、大廳、用餐區(qū)、未完工的地下室和附屬車庫以及許多硬連線電器中，額外AFCIS需要通過代碼來工作。

（3）斷路器／保險絲

如今，大多數(shù)家庭都有一個配備斷路器的電氣服務(wù)面板，每個斷路器都控制著房屋中的特定電路。斷路器系統(tǒng)取代了20世紀60年代后建造或更新的房屋中的保險絲。斷路器通過檢測電流的變化來防止電線的短路。

6 安科瑞電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

（一）概述

Acre1-6000電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，是根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范標準由安科瑞電氣股份有限公司研發(fā)的全數(shù)字化獨立運行的系統(tǒng)，已通過消防電子產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中*的消防電子產(chǎn)品試驗認證，并且均通過嚴格的EMC電磁兼容試驗，保證了該系列產(chǎn)品在低壓配電系統(tǒng)中的安全正常運行，現(xiàn)均已批量生產(chǎn)并在全國得到廣泛地應(yīng)用。該系統(tǒng)通過對剩余電流、過電流、過電壓、溫度和故障電弧等信號的采集與監(jiān)視，實現(xiàn)對電氣火災(zāi)的早期預防和報警，當必要時還能聯(lián)動切除被檢測到剩余電流、溫度和故障電弧等超標的配電回路;并根據(jù)用戶的需求，還可以滿足與AcreIEMS企業(yè)微電網(wǎng)管理云平臺或火災(zāi)自動報警系統(tǒng)等進行數(shù)據(jù)交換和共享。

（二）應(yīng)用場合

適用于智能樓宇、醫(yī)院、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業(yè)、以及石油化工、文教衛(wèi)生、金融、電信等領(lǐng)域。

（三）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（四）系統(tǒng)功能

1.監(jiān)控設(shè)備能接收多臺探測器的剩余電流、溫度信息，報警時發(fā)出聲、光報警信號，同時設(shè)備上紅色“報警”指示燈亮，顯示屏指示報警部位及報警類型，記錄報警時間，聲光報警一直保持，直至按設(shè)備的“復位”按鈕或觸摸屏的“復位”按鍵遠程對探測器實現(xiàn)復位。對于聲音報警信號也可以使用觸摸屏“消聲”按鍵手動消*。

2.當被監(jiān)測回路報警時，控制輸出繼電器閉合，用于控制被保護電路或其他設(shè)備，當報警消*后，控制輸出繼電器釋放。

3.通訊故障報警：當監(jiān)控設(shè)備與所接的任一臺探測器之間發(fā)生通訊故障或探測器本身發(fā)生故障時，監(jiān)控畫面中相應(yīng)的探測器顯示故障提示，同時設(shè)備上的黃色“故障”指示燈亮，并發(fā)出故障報警聲音。電源故障報警：當主電源或備用電源發(fā)生故障時，監(jiān)控設(shè)備也發(fā)出聲光報警信號并顯示故障信息，可進入相應(yīng)的界面查看詳細信息并可解除報警聲響。

4.當發(fā)生剩余電流、超溫報警或通訊、電源故障時，將報警部位、故障信息、報警時間等信息存儲在數(shù)據(jù)庫中，當報警解除、排除故障時，同樣予以記錄。歷史數(shù)據(jù)提供多種便捷、快速的查詢方法。

（五）配置方案

7 總結(jié)

   電氣火災(zāi)在我國火災(zāi)發(fā)生的原因中占比*大，一旦發(fā)生，會造成了經(jīng)濟財產(chǎn)損失和人員傷亡。因此，要預防電氣火災(zāi)，企業(yè)和人民要提高安全用電意識，規(guī)范使用用電設(shè)備，養(yǎng)成良好的用電習慣，從根本上預防火災(zāi)發(fā)生，減少火災(zāi)對我們的傷害。本論文通過對短路故障的整理，對短路有了明確的理解，并對短路電氣火災(zāi)的發(fā)生原因進行了理論論證。在日后對電氣火災(zāi)短路故障的學習中，應(yīng)該多做實驗，發(fā)現(xiàn)問題，尋找規(guī)律，總結(jié)經(jīng)驗。讓自己對短路概念有更*層次的認識。

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