隨著(zhù)近二十年來(lái)經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，我國人均用電量翻了一番，但電氣火災也隨之劇增，給國家經(jīng)濟和人民生命財產(chǎn)造成了巨大損失。據公安部消防局《中國消防年鑒》（2014），2013年，全國共統計火災38.8萬(wàn)起，死亡2113人，受傷1637人；但2013年由于電氣而引發(fā)的火災共11.6萬(wàn)起，死亡745人，受傷538人，分別占總數的29.7%、35.3%和32.9%。因此電氣火災的預防就顯得十分重要。

一.電氣火災分析

⊙電氣火災的火源

從電氣火災發(fā)生的機理看主要有故障部位局部長(cháng)時(shí)間發(fā)熱，造成絕緣進(jìn)一步下降，最終造成線(xiàn)路短路，導致火災；另一個(gè)是故障部位產(chǎn)生的電弧或電火花瞬間釋放熱量造成線(xiàn)路短路，導致火災。

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(huì )發(fā)生電弧，使兩導體間被擊穿而產(chǎn)生電弧的電壓為30kV/cm。電弧會(huì )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。電火花可看成是不穩定的、持續時(shí)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(zhù)更大的危險性。

電氣設備和線(xiàn)路在運行時(shí)總會(huì )發(fā)熱，原因有以下幾種：

1、電流在導體的電阻上產(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(gè)較低的溫度下達成平衡，這個(gè)溫度不超過(guò)電氣設備的長(cháng)期允許工作溫度，不會(huì )有危險高溫出現，只有當正常運行遭到破壞，使發(fā)熱劇增而散熱不及，這時(shí)才可能出現溫度的急劇升高，以至出現危險的高溫，這種危險的高溫在條件恰當的時(shí)候就會(huì )引發(fā)火災。危險高溫引發(fā)火災的途徑比較復雜，它的效應主要有軟化絕緣、分解物質(zhì)產(chǎn)生可(易)燃氣體、直接烤燃物質(zhì)。

⊙電氣火災的生成物分析

以對常用的聚氯乙烯絕緣導線(xiàn)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(shí)觀(guān)察發(fā)現絕緣層開(kāi)始軟化；在約159oC觀(guān)察絕緣層有明顯變色，并有極少量氣體析出；在約240oC測量到少量有機物氣體，此時(shí)絕緣材料開(kāi)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(huì )燃燒。

在過(guò)載情況下

在環(huán)境溫度23℃下，使用新的1.0mm2的BV導線(xiàn)（額定負載15A，極限負載為20A），在負載電流28.5A下運行，測量導線(xiàn)溫度。在過(guò)載90％(如按極限載流量20A考慮，實(shí)際過(guò)載42.5％)下經(jīng)過(guò)一段時(shí)間其溫度穩定在96.1℃，導線(xiàn)出現軟化，有輕微的刺激性氣味，說(shuō)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導線(xiàn)電流突然升至5倍額定電流(75A)，作短路模擬實(shí)驗，發(fā)現導線(xiàn)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(xiàn)剝離，同時(shí)有高溫熔滴滴落。如換用2.5mm2的BLV導線(xiàn)以其5倍的額定電流(140A)做短路實(shí)驗，發(fā)現線(xiàn)芯瞬時(shí)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。

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

⊙火災的發(fā)展過(guò)程

火災的發(fā)展分為四個(gè)階段：萌芽(不可見(jiàn)煙霧)、可見(jiàn)煙霧，火焰和高熱階段。上圖表示了在一定時(shí)間內火災的不同發(fā)展階段。注意在火災在萌芽期的醞釀階段提供了更多的時(shí)間與機會(huì )來(lái)探測并控制火災的發(fā)展。

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

二、電氣火災報警的常規技術(shù)

⊙點(diǎn)型感煙探測器在電氣機房中的應用

點(diǎn)型感煙探測器是在電氣室中最為通用的探測器類(lèi)型。它們通常安裝在天花板下。有三個(gè)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(guò)程中的煙霧稀釋程度，以及探測器靈敏度。我們應當了解以下幾個(gè)可能對電力設備環(huán)境下安裝的探測器反應產(chǎn)生負面影響，引起偵測延長(cháng)和破壞可能性增加的因素：

設備密封-由于電力輸送及變配電系統具有的高電壓特性所產(chǎn)生的危險性，這些設備通常被封裝在機柜內。機柜內或許會(huì )裝有內部冷卻風(fēng)扇或空調系統以使設備溫度保持在安全范圍內。這些機柜對于工作現場(chǎng)的感煙探測器的傳輸時(shí)間產(chǎn)生兩方面的負面影響：

1、機柜會(huì )限制煙霧流動(dòng)，延長(cháng)煙霧離開(kāi)火源到達安裝在天花板上的探測器的時(shí)間。

2、內部風(fēng)扇和空調系統會(huì )稀釋和冷卻煙霧，使煙霧沒(méi)有足夠的熱浮力上升到天花板，延長(cháng)現場(chǎng)探測器的反應時(shí)間。

機柜內部有煙發(fā)生時(shí)，會(huì )被箱體所包覆，即使有一點(diǎn)點(diǎn)煙泄露到室內也會(huì )擴散開(kāi)來(lái)，一般設置在天花板的煙感探測器是感應不到的。

⊙吸氣式感煙火災探測器在機房中的應用

吸氣式感煙火災探測器（俗稱(chēng)空氣采樣探測器等）的工作方式是利用探測主機內部的抽氣泵，連接采樣管路及毛細軟管，抽取機柜內部的空氣樣本，沿著(zhù)采樣管路送回到探測主機，在探測主機對空氣樣本進(jìn)行檢測，當探測主機檢測出異常的煙霧濃度增加時(shí)發(fā)布適當的火災警報。

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

盤(pán)內安裝方式(從箱體上方)

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

盤(pán)內安裝方式(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探測器的安裝方式，所有盤(pán)內的空氣樣品透過(guò)軟管匯流到采樣管送到探測主機進(jìn)行煙霧檢測，利用管路及軟管抽取機柜內部的空氣進(jìn)行分析。

      但是設置吸氣式感煙火災探測器需要考慮以下幾點(diǎn)：

1、探測器可能無(wú)法判斷發(fā)生火災的具體機柜

由于機柜內的空氣樣品最終均匯合進(jìn)入探測器，當探測器檢測出煙霧異常增加的情形時(shí)，并無(wú)法知道是由于哪個(gè)機柜造成的，因此必須人為的去打開(kāi)所有的機柜，查找火源。這種方式給現場(chǎng)人員帶來(lái)巨大的壓力，且耗費時(shí)間。

另外，每個(gè)機柜內部設備的功能可能各不相同，若只是因為位置相近而納入空氣采樣管路的管網(wǎng)系統的話(huà)，就無(wú)法依照不同機柜功能或重要性來(lái)聯(lián)動(dòng)相對應的應變措施，這樣也減弱了極早期預警系統的優(yōu)勢。

2、機柜數量對火災靈敏度的影響：

當一臺探測主機保護的機柜數量越多時(shí)，由于煙霧稀釋的關(guān)系，機柜需要更高濃度的煙霧以使探測主機發(fā)布警報。舉例來(lái)說(shuō)，一個(gè)探測器保護20個(gè)配電柜的系統，那其煙霧就被稀釋了20倍；相同參數設置的探測器如果只保護4臺機柜的話(huà)，那4臺的報警系統靈敏度理論上就是20臺的5倍，就可以提前預警。也就是說(shuō)保護的配電盤(pán)越多，火災靈敏度就越低。

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