淺談電氣線路短路引起的電氣火災(zāi)

張穎姣

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(dǎo)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(dǎo)體而產(chǎn)生的熱量。本文簡單介紹導(dǎo)線短路的定義、原因以及對短路的預(yù)防同時對整篇文章做了總結(jié)。

關(guān)鍵：詞電氣火災(zāi)電氣短路短路電弧短路熔痕短路原因

１引言

電氣短路的主要后果是火災(zāi)。根據(jù)國家消防局收集的數(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(dǎo)線短路期間的高電流會使導(dǎo)體升溫，損壞絕緣層，并可能導(dǎo)致電火災(zāi)，從而造成嚴重傷害和生命危險。

2短路的定義

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(dǎo)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增大，即使是連接松動的導(dǎo)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(dǎo)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。

3什么引起短路

有幾種情況會導(dǎo)致短路，當兩個裸導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)電并導(dǎo)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(dǎo)致短路。電力處理不當或與帶電導(dǎo)體直接接觸也可能是接地故障和短路的原因。

（1）導(dǎo)線絕緣故障

通常，電線用非導(dǎo)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(dǎo)致短路。

（2）電線連接損壞

電線連接損壞或松動將導(dǎo)致電阻增加。反過來，這將導(dǎo)觸布線溫度升高，從而引發(fā)導(dǎo)線短路，從而可能導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體間產(chǎn)生電弧，不僅需要很高的電壓，而且兩導(dǎo)體間的間距還十分小，但一旦短路發(fā)生，導(dǎo)體間由金屬蒸氣和電力產(chǎn)生的空氣分子組成的導(dǎo)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)熱不完全一樣，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(dǎo)體。高溫會使導(dǎo)體的表面及接觸點處的導(dǎo)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，并又在極短的時間內(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?dǎo)線附近時，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(dǎo)線短路或雷電引起的熔融痕跡，檢查雷電及導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)線時導(dǎo)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)生后的第一個周期內(nèi)，此時導(dǎo)體會受到極大的機械應(yīng)力，導(dǎo)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(dǎo)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，浴缸或淋浴（浴室，廚房，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)

（1）概述

Acre1-6000電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，是根據(jù)國家現(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)，已通過國家消防電子產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心的消防電子產(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(yù)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。

（2）應(yīng)用場合

適用于智能樓宇、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業(yè)、國家重點消防單位以及石油化工、文教衛(wèi)生、金融、電信等領(lǐng)域。

（3）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（4）系統(tǒng)功能

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(fù)位”按鈕或觸摸屏的“復(fù)位”按鍵遠程對探測器實現(xiàn)復(fù)位。對于聲音報警信號也可以使用觸摸屏“消聲”按鍵手動消除。

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，當報警消除后，控制輸出繼電器釋放。

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。

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。

（5）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(yù)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(yù)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深層次的認識。

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審核編輯 黃宇