電氣線路接觸不良引發火災原因剖析
電氣火災中接點接觸不良是引起火災的重要原因。電氣線路中,導線與導線、導線與電氣設備、導線與開關接線端子、插頭與插座的接插部位等接點處相接不實、發生銹蝕或存在氧化層會造成接觸電阻過大。
近年來,我國由于電氣原因引起的火災頻繁發生,而在一些特大、重大火災中,有相當多的部分是電氣設備所引起的,電氣火災中由于接觸電阻存在的隱蔽性多為人們所忽視,給消防工作帶來嚴重的危害。例如發生在2001年山西大同市云中商城服裝大世界的火災,致使經濟損失1964.2萬元。火災是服裝大世界東廳三層邊棚個體經營戶17號擅自移動電表線路,增設電路用電負荷,造成電表連接處接觸不良,產生電弧引燃可燃物。嚴重的火災事實表明,接觸電阻過大是十分險惡的潛在火災隱患,一旦條件具備,必將引發火災。因此,通過加強接觸不良火災的研究探討,明確接觸電阻過大的形成機理和發熱原因,從而為接觸不良火災的調查提供科學的理論基礎是很有必要的。
1接觸不良的種類
接觸電阻過大絕大部分是產生在電源線相接的接點部位,如電源線與電源線的接點處,電源線與線路中的開關、電氣安全保護裝置的接點處,電源線與較大的電氣設備相接處,或電源線、母線的連接部位等。所以,可將接觸不良的種類分為以下幾種:
1.1導線與導線連接處接觸不良
在所有接觸不良火災原因中,線路接頭處接觸電阻過大引起的火災居第一位。電氣線路的連接處,若存在接點接觸松弛,接點間的電壓足以擊穿空氣間隙形成電弧,迸出火花,點燃附近的可燃物形成火災。如1995年湖北沙市市荊沙商場火災,就是由于商場化妝品部可燃天花板的電線連接不牢,產生電弧,引燃吊頂所致。這起火災,燒毀商場建筑1100㎡,直接經濟損失184萬余元。
1.2導線與電器設備的連接處接觸不良
電器設備違反接線方式、連接不牢,或維護保養不良,或長期運行過程中在接頭處產生導電不良的氧化膜,或接頭因振動、熱的作用等,使連結處發生松動、氧化造成接觸電阻過大。如遼寧鞍山商場火災,火災原因是居住在商場賓館六樓東側的商場賓館經理張某居室內的電熱器接線端子與電源線接線端子接觸不良,打火引燃周圍可燃物成災。
1.3插頭與插座的接插部位接觸不良
各種電源,用電設備、裝置,照明燈具,電熱器具,家用電器等插頭與插座的接插部位接觸松動或接觸不良會產生電弧、火花而引起火災。例如北京和平門烤鴨店火災,引起這起火災的直接原因是插頭與插座銅片之間松動或接觸不良,導致接觸電阻過大,過熱產生電火花及電弧后熔化,灼熱的熔珠引燃周圍可燃物。
1.4導線與開關接線端連接處接觸不良
導線與電源和電器設備的自動空氣開關或手動刀閘開關接觸不良、連接點松動,接觸電阻過大,局部過熱和產生擊穿電弧或電火花引燃可燃物起火。如2002年廣西三江縣福祿鄉高安村火災,這起火災直接財產損失326.3萬元。火災是村民張某家電源開關接觸不良,接觸電阻過大產生高溫引燃可燃物所致。
2接觸電阻過大的原因
導線之間,導線與電氣設備之間或與附屬電氣部件之間接點的接觸不良主要來自于設計、制造、安裝、運行和管理等環節。衡量電氣接頭好壞的標準是接觸電阻的大小。根據發電,供電及用電容量大小,對接頭接觸電阻的要求也不盡相同,一般容量較大的設備要小些,容量小的設備可大些。重要母線和干線的連接處,要求接觸電阻值不應大于相同長度母線的1.2倍。如果接頭接觸電阻超過了允許值,就容易過熱、打火,以致引起火災。電氣接頭接觸電阻增大的原因有以下幾點:
2.1違反接線規范和連接方式,安裝質量差
違反接線規范和連接方式,造成導線與導線,導線與電氣設備銜接點連接不牢或連接處沾有雜質如氧化層、泥土等,安裝質量差引起接觸電阻過大。如2002年甘肅西峰百貨大樓火災。百貨大樓三層配電箱處接線方式違反電氣線路安裝規定,將三相輸出電線多股纏繞連接,造成此處接觸不良產生高溫,將輸出端電線絕緣層損壞造成短路,將22根輸出線和部分零線熔斷,直接經濟損失107.6萬元。線路連接不規范,一是開關設備接在零線上,如果將開關裝設在零線上,即使開關斷開時沒有形成回路,相線對地電壓也仍是220V的工作電壓,在線路敷設較復雜的情況下,相線若遇到零線就會發生短路現象;二是線路接頭松動,線路在連接時沒有采取絞接,時間長了就會在接頭處出現打火或接觸電阻過大的現象。
2.2銅、鋁混接時,接頭處理不當
銅、鋁混接時,接頭處理不當,未用銅鋁過渡接頭或鋁導線未用超聲波搪錫處理后連接,發生電化學腐蝕導致接觸電阻過大。銅、鋁導線簡單地連接在一起,長期處于潮濕的環境中,就好似浸泡在電解液中的一對電極,構成原電池,在原電池作用下,活潑金屬鋁會被電蝕而氧化生成一層致密的物質嚴重影響導電性能,使接頭電阻增加。所以,銅芯線與鋁芯線相接,如果接頭處理不當,表面會出現一層氧化層,隨著時間的推移,氧化層會越積越厚,并產生較大的接觸電阻。如2001年內蒙古通遼市科爾沁區供銷大廈火災。起火部位接頭銅線和鋁線絞接在一起,接頭不規范,沒有足夠的絞接長度,而且松晃不緊密,接觸電阻過大,通電時在接頭處產生熱量,接頭用膠布纏繞包裹,熱量不能及時散發,熱量集聚達到膠布燃點,引起膠布燃燒,進而引燃導線絕緣層和附近可燃物,直接經濟損失506.7萬元。
2.3導線連接處長時間氧化或在惡劣環境下腐蝕
接點長時間氧化或在惡劣環境下腐蝕會受到污染,造成接觸不良引起接觸電阻過大。這種污染有多方面的原因。
2.3.1塵埃污染接觸面直接暴露在空氣中,由于靜電吸力使飄揚于空氣中的灰粉、塵土、紡織纖維等固體顆粒覆蓋在接觸表面,造成接觸電阻增大。
2.3.2吸附膜的污染空氣中水分子和氣體分子的吸附作用,會在接觸表面形成一層吸附膜,這種吸附膜無論采用什么材料都難以消除,它的存在會造成接觸不良,接觸電阻增大。
3.3.3無機膜的污染電接觸材料暴露在空氣中會受到化學腐蝕作用。由此而在金屬表面形成各種導電性差的金屬薄膜,引起接觸電阻增大。另外在潮濕空氣中,在原電池作用下,金屬間發生電化學腐蝕,使表面積存銹蝕物,影響導電性能。例如,銅和鋁合金具有良好的導電性能,但銅表面易形成厚度較大、導電率很小的Cu2O無機膜,這種膜隨溫度升高,厚度迅速增加,接觸電阻成千倍增大。而鋁在空氣中幾秒內即形成Al2O3膜,這種膜很堅固,且具有絕緣性能。無機膜使觸頭間的導電性能幾乎完全被破壞。
2.4金屬的蠕變作用
金屬接觸面由于長期受接觸壓力的作用,日久會產生蠕變,即產生永久的變形,使接觸壓力減小。由于金屬有效接觸面減小,電流在流經電接觸區時從原截面較大的導體突然轉入截面較小的接觸點,電流就會發生劇烈收縮現象,由此而產生收縮電阻,引起接觸電阻增加。
2.5受磁場和電動力作用
電氣接頭在電氣設備運行過程中有電流通過時,工作在電磁場中,必定受到磁場及電動力的作用,特別是在短路、過負荷等故障電流作用下的動力效應更大。這種電動力往往會使線路中接頭發生振動,日久使堅固的螺栓等發生松動,造成接觸不良,接觸電阻增大。
2.6其它情況
(1)設備振動或開關等啟動裝置頻繁操作。操作產生的機械振動引起接頭松動或形成間隙,接觸壓力減小,使接觸電阻增大。
(2)采用螺釘接點,壓力聯結器太緊,使金屬導線結構破壞,在壓力接點處切斷導線而形成高電阻區。
(3)導線的熱脹冷縮造成永久變形,使接觸松動造成接觸電阻過大。特別是鋁線受熱膨脹時可使導線從接點處擠出,當接點冷卻時鋁線收縮使接點松動,造成接觸不良。
(4)空氣開關觸頭、刀閘開關、插銷觸頭等可分觸頭,如果沒有足夠的壓力或接觸面粗糙不平或受到污染都會造成接觸電阻增大。
總之,造成接頭接觸電阻增大的原因,主要是接觸面積和接觸壓力的減少所致。
3結語
接觸不良導致接觸電阻過大火災具有隱蔽性,是易被人們所忽視的火災隱患。導線、接線端、接插件以及可動觸點等,在違反接線規范和連接方式,接點相接不實,安裝質量差情況下,或在銅、鋁混接時,接頭處理不當時,或在金屬蠕變作用下,或在磁場和電動力作用下,或開關頻繁操作,或在惡劣環境中使用時,接點處連接松動、發生銹蝕或存在氧化層直接造成接觸電阻過大。接觸電阻過大過熱,接觸松動打火,接觸不良引發短路時就會造成火災。了解接觸不良火災原因和特點,明確接觸電阻過大的形成機理及引起火災的規律,為接觸不良火災的調查及預防提供科學的理論基礎。智淼君安（江蘇）消防工程技術有限公司http://www.yofcsl.com.cn/
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關鍵詞：電氣線路接觸不良引發火災原因剖析
近年來,我國由于電氣原因引起的火災頻繁發生,而在一些特大、重大火災中,有相當多的部分是電氣設備所引起的,電氣火災中由于接觸電阻存在的隱蔽性多為人們所忽視,給消防工作帶來嚴重的危害。例如發生在2001年山西大同市云中商城服裝大世界的火災,致使經濟損失1964.2萬元。火災是服裝大世界東廳三層邊棚個體經營戶17號擅自移動電表線路,增設電路用電負荷,造成電表連接處接觸不良,產生電弧引燃可燃物。嚴重的火災事實表明,接觸電阻過大是十分險惡的潛在火災隱患,一旦條件具備,必將引發火災。因此,通過加強接觸不良火災的研究探討,明確接觸電阻過大的形成機理和發熱原因,從而為接觸不良火災的調查提供科學的理論基礎是很有必要的。
1接觸不良的種類
接觸電阻過大絕大部分是產生在電源線相接的接點部位,如電源線與電源線的接點處,電源線與線路中的開關、電氣安全保護裝置的接點處,電源線與較大的電氣設備相接處,或電源線、母線的連接部位等。所以,可將接觸不良的種類分為以下幾種:
1.1導線與導線連接處接觸不良
在所有接觸不良火災原因中,線路接頭處接觸電阻過大引起的火災居第一位。電氣線路的連接處,若存在接點接觸松弛,接點間的電壓足以擊穿空氣間隙形成電弧,迸出火花,點燃附近的可燃物形成火災。如1995年湖北沙市市荊沙商場火災,就是由于商場化妝品部可燃天花板的電線連接不牢,產生電弧,引燃吊頂所致。這起火災,燒毀商場建筑1100㎡,直接經濟損失184萬余元。
1.2導線與電器設備的連接處接觸不良
電器設備違反接線方式、連接不牢,或維護保養不良,或長期運行過程中在接頭處產生導電不良的氧化膜,或接頭因振動、熱的作用等,使連結處發生松動、氧化造成接觸電阻過大。如遼寧鞍山商場火災,火災原因是居住在商場賓館六樓東側的商場賓館經理張某居室內的電熱器接線端子與電源線接線端子接觸不良,打火引燃周圍可燃物成災。
1.3插頭與插座的接插部位接觸不良
各種電源,用電設備、裝置,照明燈具,電熱器具,家用電器等插頭與插座的接插部位接觸松動或接觸不良會產生電弧、火花而引起火災。例如北京和平門烤鴨店火災,引起這起火災的直接原因是插頭與插座銅片之間松動或接觸不良,導致接觸電阻過大,過熱產生電火花及電弧后熔化,灼熱的熔珠引燃周圍可燃物。
1.4導線與開關接線端連接處接觸不良
導線與電源和電器設備的自動空氣開關或手動刀閘開關接觸不良、連接點松動,接觸電阻過大,局部過熱和產生擊穿電弧或電火花引燃可燃物起火。如2002年廣西三江縣福祿鄉高安村火災,這起火災直接財產損失326.3萬元。火災是村民張某家電源開關接觸不良,接觸電阻過大產生高溫引燃可燃物所致。
2接觸電阻過大的原因
導線之間,導線與電氣設備之間或與附屬電氣部件之間接點的接觸不良主要來自于設計、制造、安裝、運行和管理等環節。衡量電氣接頭好壞的標準是接觸電阻的大小。根據發電,供電及用電容量大小,對接頭接觸電阻的要求也不盡相同,一般容量較大的設備要小些,容量小的設備可大些。重要母線和干線的連接處,要求接觸電阻值不應大于相同長度母線的1.2倍。如果接頭接觸電阻超過了允許值,就容易過熱、打火,以致引起火災。電氣接頭接觸電阻增大的原因有以下幾點:
2.1違反接線規范和連接方式,安裝質量差
違反接線規范和連接方式,造成導線與導線,導線與電氣設備銜接點連接不牢或連接處沾有雜質如氧化層、泥土等,安裝質量差引起接觸電阻過大。如2002年甘肅西峰百貨大樓火災。百貨大樓三層配電箱處接線方式違反電氣線路安裝規定,將三相輸出電線多股纏繞連接,造成此處接觸不良產生高溫,將輸出端電線絕緣層損壞造成短路,將22根輸出線和部分零線熔斷,直接經濟損失107.6萬元。線路連接不規范,一是開關設備接在零線上,如果將開關裝設在零線上,即使開關斷開時沒有形成回路,相線對地電壓也仍是220V的工作電壓,在線路敷設較復雜的情況下,相線若遇到零線就會發生短路現象;二是線路接頭松動,線路在連接時沒有采取絞接,時間長了就會在接頭處出現打火或接觸電阻過大的現象。
2.2銅、鋁混接時,接頭處理不當
銅、鋁混接時,接頭處理不當,未用銅鋁過渡接頭或鋁導線未用超聲波搪錫處理后連接,發生電化學腐蝕導致接觸電阻過大。銅、鋁導線簡單地連接在一起,長期處于潮濕的環境中,就好似浸泡在電解液中的一對電極,構成原電池,在原電池作用下,活潑金屬鋁會被電蝕而氧化生成一層致密的物質嚴重影響導電性能,使接頭電阻增加。所以,銅芯線與鋁芯線相接,如果接頭處理不當,表面會出現一層氧化層,隨著時間的推移,氧化層會越積越厚,并產生較大的接觸電阻。如2001年內蒙古通遼市科爾沁區供銷大廈火災。起火部位接頭銅線和鋁線絞接在一起,接頭不規范,沒有足夠的絞接長度,而且松晃不緊密,接觸電阻過大,通電時在接頭處產生熱量,接頭用膠布纏繞包裹,熱量不能及時散發,熱量集聚達到膠布燃點,引起膠布燃燒,進而引燃導線絕緣層和附近可燃物,直接經濟損失506.7萬元。
2.3導線連接處長時間氧化或在惡劣環境下腐蝕
接點長時間氧化或在惡劣環境下腐蝕會受到污染,造成接觸不良引起接觸電阻過大。這種污染有多方面的原因。
2.3.1塵埃污染接觸面直接暴露在空氣中,由于靜電吸力使飄揚于空氣中的灰粉、塵土、紡織纖維等固體顆粒覆蓋在接觸表面,造成接觸電阻增大。
2.3.2吸附膜的污染空氣中水分子和氣體分子的吸附作用,會在接觸表面形成一層吸附膜,這種吸附膜無論采用什么材料都難以消除,它的存在會造成接觸不良,接觸電阻增大。
3.3.3無機膜的污染電接觸材料暴露在空氣中會受到化學腐蝕作用。由此而在金屬表面形成各種導電性差的金屬薄膜,引起接觸電阻增大。另外在潮濕空氣中,在原電池作用下,金屬間發生電化學腐蝕,使表面積存銹蝕物,影響導電性能。例如,銅和鋁合金具有良好的導電性能,但銅表面易形成厚度較大、導電率很小的Cu2O無機膜,這種膜隨溫度升高,厚度迅速增加,接觸電阻成千倍增大。而鋁在空氣中幾秒內即形成Al2O3膜,這種膜很堅固,且具有絕緣性能。無機膜使觸頭間的導電性能幾乎完全被破壞。
2.4金屬的蠕變作用
金屬接觸面由于長期受接觸壓力的作用,日久會產生蠕變,即產生永久的變形,使接觸壓力減小。由于金屬有效接觸面減小,電流在流經電接觸區時從原截面較大的導體突然轉入截面較小的接觸點,電流就會發生劇烈收縮現象,由此而產生收縮電阻,引起接觸電阻增加。
2.5受磁場和電動力作用
電氣接頭在電氣設備運行過程中有電流通過時,工作在電磁場中,必定受到磁場及電動力的作用,特別是在短路、過負荷等故障電流作用下的動力效應更大。這種電動力往往會使線路中接頭發生振動,日久使堅固的螺栓等發生松動,造成接觸不良,接觸電阻增大。
2.6其它情況
(1)設備振動或開關等啟動裝置頻繁操作。操作產生的機械振動引起接頭松動或形成間隙,接觸壓力減小,使接觸電阻增大。
(2)采用螺釘接點,壓力聯結器太緊,使金屬導線結構破壞,在壓力接點處切斷導線而形成高電阻區。
(3)導線的熱脹冷縮造成永久變形,使接觸松動造成接觸電阻過大。特別是鋁線受熱膨脹時可使導線從接點處擠出,當接點冷卻時鋁線收縮使接點松動,造成接觸不良。
(4)空氣開關觸頭、刀閘開關、插銷觸頭等可分觸頭,如果沒有足夠的壓力或接觸面粗糙不平或受到污染都會造成接觸電阻增大。
總之,造成接頭接觸電阻增大的原因,主要是接觸面積和接觸壓力的減少所致。
3結語
接觸不良導致接觸電阻過大火災具有隱蔽性,是易被人們所忽視的火災隱患。導線、接線端、接插件以及可動觸點等,在違反接線規范和連接方式,接點相接不實,安裝質量差情況下,或在銅、鋁混接時,接頭處理不當時,或在金屬蠕變作用下,或在磁場和電動力作用下,或開關頻繁操作,或在惡劣環境中使用時,接點處連接松動、發生銹蝕或存在氧化層直接造成接觸電阻過大。接觸電阻過大過熱,接觸松動打火,接觸不良引發短路時就會造成火災。了解接觸不良火災原因和特點,明確接觸電阻過大的形成機理及引起火災的規律,為接觸不良火災的調查及預防提供科學的理論基礎。智淼君安（江蘇）消防工程技術有限公司http://www.yofcsl.com.cn/
海灣消防公司主營：海灣消防報警系統銷售,消防設備安裝，海灣氣體滅火、海灣電氣火災、消防水噴淋系統施工安裝,售后維修,海灣消防網站：http://www.yofcsl.com.cn/；海灣消防服務熱線：4006-598-119
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