隨著近二十年來經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，我國人均用電量翻了一番，但電氣火災(zāi)也隨之劇增，給國家經(jīng)濟(jì)和人民生命財產(chǎn)造成了巨大損失。據(jù)公安部消防局《中國消防年鑒》（2014），2013年，全國共統(tǒng)計火災(zāi)38.8萬起，死亡2113人，受傷1637人；但2013年由于電氣而引發(fā)的火災(zāi)共11.6萬起，死亡745人，受傷538人，分別占總數(shù)的29.7%、35.3%和32.9%。因此電氣火災(zāi)的預(yù)防就顯得十分重要。

一.電氣火災(zāi)分析

⊙電氣火災(zāi)的火源

從電氣火災(zāi)發(fā)生的機(jī)理看主要有故障部位局部長時間發(fā)熱，造成絕緣進(jìn)一步下降，最終造成線路短路，導(dǎo)致火災(zāi)；另一個是故障部位產(chǎn)生的電弧或電火花瞬間釋放熱量造成線路短路，導(dǎo)致火災(zāi)。

電火花與電弧主要在氣體或液體絕緣材料中產(chǎn)生，損壞絕緣后，在縫隙或裂紋間會發(fā)生電弧，使兩導(dǎo)體間被擊穿而產(chǎn)生電弧的電壓為30kV/cm。電弧會產(chǎn)生很高的溫度，如2~20A的電弧電流就可以產(chǎn)生2000℃~4000℃的局部高溫，0.5A的電弧電流就足以引發(fā)火災(zāi)。電火花可看成是不穩(wěn)定的、持續(xù)時間很短的電弧，其溫度也很高，由電火花、電弧產(chǎn)生的二次火源有著更大的危險性。

電氣設(shè)備和線路在運(yùn)行時總會發(fā)熱，原因有以下幾種：

1、電流在導(dǎo)體的電阻上產(chǎn)生熱量；

2、鐵心損耗產(chǎn)生的熱量；

3、絕緣介質(zhì)損耗產(chǎn)生的熱量。

在正常情況下，發(fā)熱與散熱能在一個較低的溫度下達(dá)成平衡，這個溫度不超過電氣設(shè)備的長期允許工作溫度，不會有危險高溫出現(xiàn)，只有當(dāng)正常運(yùn)行遭到破壞，使發(fā)熱劇增而散熱不及，這時才可能出現(xiàn)溫度的急劇升高，以至出現(xiàn)危險的高溫，這種危險的高溫在條件恰當(dāng)?shù)臅r候就會引發(fā)火災(zāi)。危險高溫引發(fā)火災(zāi)的途徑比較復(fù)雜，它的效應(yīng)主要有軟化絕緣、分解物質(zhì)產(chǎn)生可(易)燃?xì)怏w、直接烤燃物質(zhì)。

⊙電氣火災(zāi)的生成物分析

以對常用的聚氯乙烯絕緣導(dǎo)線電纜的燃燒研究為例

在發(fā)熱的情況下

若以每分鐘20oC的升溫速度從室溫將其加熱，在85oC時觀察發(fā)現(xiàn)絕緣層開始軟化；在約159oC觀察絕緣層有明顯變色，并有極少量氣體析出；在約240oC測量到少量有機(jī)物氣體，此時絕緣材料開始裂解；在約288oC產(chǎn)生大量氣體；在約328oC重量快速下降，放出氣體中有HCI；在385oC放出HCI、增塑劑和含碳的氧化物；在約477oC主要分解產(chǎn)物為CO和水，絕緣材料完全炭化，條件具備會燃燒。

在過載情況下

在環(huán)境溫度23℃下，使用新的1.0mm2的BV導(dǎo)線（額定負(fù)載15A，極限負(fù)載為20A），在負(fù)載電流28.5A下運(yùn)行，測量導(dǎo)線溫度。在過載90％(如按極限載流量20A考慮，實(shí)際過載42.5％)下經(jīng)過一段時間其溫度穩(wěn)定在96.1℃，導(dǎo)線出現(xiàn)軟化，有輕微的刺激性氣味，說明有微量氣體析出

在短路狀態(tài)下

利用大電流發(fā)生器，在室溫下，把1.0mm2的BV導(dǎo)線電流突然升至5倍額定電流(75A)，作短路模擬實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線溫度急劇上升，瞬間冒出大量白色煙霧，幾分鐘后絕緣層即炭化并沿全線剝離，同時有高溫熔滴滴落。如換用2.5mm2的BLV導(dǎo)線以其5倍的額定電流(140A)做短路實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)線芯瞬時在薄弱處熔斷，熔滴可引燃下邊的碎紙屑等可燃物，其溫度接近300oC。實(shí)際工況下的短路電流是額定電流的成百上千倍，其危險性可想而知。

由上面的研究數(shù)據(jù)可以看出，在電纜開始燃燒之前，除了電纜溫度的升高之外，還會釋放出微量氣體，包括絕緣材料裂解的有機(jī)物、HCl、增塑劑、含碳的氧化物、CO及水氣。

⊙火災(zāi)的發(fā)展過程

火災(zāi)的發(fā)展分為四個階段：萌芽(不可見煙霧)、可見煙霧，火焰和高熱階段。上圖表示了在一定時間內(nèi)火災(zāi)的不同發(fā)展階段。注意在火災(zāi)在萌芽期的醞釀階段提供了更多的時間與機(jī)會來探測并控制火災(zāi)的發(fā)展。

大多數(shù)電氣設(shè)備火災(zāi)是由于設(shè)備過熱引起的，或者是由于電纜短路或放電引發(fā)。一旦火災(zāi)過渡到產(chǎn)生火焰的階段，火災(zāi)蔓延的速率就變得更快，產(chǎn)生重大損害和導(dǎo)致作業(yè)癱瘓的可能性同時增加。若能在電氣火災(zāi)的萌芽階段檢測到異常情況，將可爭取到最大的應(yīng)變時間。

二、電氣火災(zāi)報警的常規(guī)技術(shù)

⊙點(diǎn)型感煙探測器在電氣機(jī)房中的應(yīng)用

點(diǎn)型感煙探測器是在電氣室中最為通用的探測器類型。它們通常安裝在天花板下。有三個因素將影響感煙探測器的偵測速度：煙霧從火源傳送到探測器的路徑，傳送過程中的煙霧稀釋程度，以及探測器靈敏度。我們應(yīng)當(dāng)了解以下幾個可能對電力設(shè)備環(huán)境下安裝的探測器反應(yīng)產(chǎn)生負(fù)面影響，引起偵測延長和破壞可能性增加的因素：

設(shè)備密封-由于電力輸送及變配電系統(tǒng)具有的高電壓特性所產(chǎn)生的危險性，這些設(shè)備通常被封裝在機(jī)柜內(nèi)。機(jī)柜內(nèi)或許會裝有內(nèi)部冷卻風(fēng)扇或空調(diào)系統(tǒng)以使設(shè)備溫度保持在安全范圍內(nèi)。這些機(jī)柜對于工作現(xiàn)場的感煙探測器的傳輸時間產(chǎn)生兩方面的負(fù)面影響：

1、機(jī)柜會限制煙霧流動，延長煙霧離開火源到達(dá)安裝在天花板上的探測器的時間。

2、內(nèi)部風(fēng)扇和空調(diào)系統(tǒng)會稀釋和冷卻煙霧，使煙霧沒有足夠的熱浮力上升到天花板，延長現(xiàn)場探測器的反應(yīng)時間。

機(jī)柜內(nèi)部有煙發(fā)生時，會被箱體所包覆，即使有一點(diǎn)點(diǎn)煙泄露到室內(nèi)也會擴(kuò)散開來，一般設(shè)置在天花板的煙感探測器是感應(yīng)不到的。

⊙吸氣式感煙火災(zāi)探測器在機(jī)房中的應(yīng)用

吸氣式感煙火災(zāi)探測器（俗稱空氣采樣探測器等）的工作方式是利用探測主機(jī)內(nèi)部的抽氣泵，連接采樣管路及毛細(xì)軟管，抽取機(jī)柜內(nèi)部的空氣樣本，沿著采樣管路送回到探測主機(jī)，在探測主機(jī)對空氣樣本進(jìn)行檢測，當(dāng)探測主機(jī)檢測出異常的煙霧濃度增加時發(fā)布適當(dāng)?shù)幕馂?zāi)警報。

柜內(nèi)安裝–柜內(nèi)安裝是配電盤內(nèi)設(shè)備最有效的防護(hù)方式，可以減少氣壓和外部空氣污染對偵測過程的影響。這種下探測器能夠迅速產(chǎn)生反應(yīng)，提供極早期警報信號。

盤內(nèi)安裝方式(從箱體上方)

吸氣式感煙火災(zāi)探測器的采樣管路配置相當(dāng)靈活，采樣管可以配置在機(jī)柜上方，利用軟管及機(jī)柜上方的開孔即可抽取機(jī)柜內(nèi)部的空氣。采樣管路也可以配置在機(jī)柜下方，利用軟管延伸到機(jī)柜內(nèi)部的頂端來抽取空氣樣本。

盤內(nèi)安裝方式(從箱體下方)

箱體上方實(shí)際工程照片

      典型的吸氣式感煙火災(zāi)探測器的安裝方式，所有盤內(nèi)的空氣樣品透過軟管匯流到采樣管送到探測主機(jī)進(jìn)行煙霧檢測，利用管路及軟管抽取機(jī)柜內(nèi)部的空氣進(jìn)行分析。

      但是設(shè)置吸氣式感煙火災(zāi)探測器需要考慮以下幾點(diǎn)：

1、探測器可能無法判斷發(fā)生火災(zāi)的具體機(jī)柜

由于機(jī)柜內(nèi)的空氣樣品最終均匯合進(jìn)入探測器，當(dāng)探測器檢測出煙霧異常增加的情形時，并無法知道是由于哪個機(jī)柜造成的，因此必須人為的去打開所有的機(jī)柜，查找火源。這種方式給現(xiàn)場人員帶來巨大的壓力，且耗費(fèi)時間。

另外，每個機(jī)柜內(nèi)部設(shè)備的功能可能各不相同，若只是因?yàn)槲恢孟嘟{入空氣采樣管路的管網(wǎng)系統(tǒng)的話，就無法依照不同機(jī)柜功能或重要性來聯(lián)動相對應(yīng)的應(yīng)變措施，這樣也減弱了極早期預(yù)警系統(tǒng)的優(yōu)勢。

2、機(jī)柜數(shù)量對火災(zāi)靈敏度的影響：

當(dāng)一臺探測主機(jī)保護(hù)的機(jī)柜數(shù)量越多時，由于煙霧稀釋的關(guān)系，機(jī)柜需要更高濃度的煙霧以使探測主機(jī)發(fā)布警報。舉例來說，一個探測器保護(hù)20個配電柜的系統(tǒng)，那其煙霧就被稀釋了20倍；相同參數(shù)設(shè)置的探測器如果只保護(hù)4臺機(jī)柜的話，那4臺的報警系統(tǒng)靈敏度理論上就是20臺的5倍，就可以提前預(yù)警。也就是說保護(hù)的配電盤越多，火災(zāi)靈敏度就越低。

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