電氣火災的主要原因及分析

廖波

【摘要】本文從火災的危害入手，選取引發電氣火災的五個因素來詳細分析，如短路、接觸不良、過載、電壓過高過低、漏電，以至加深人們對電氣火災的認識。

【關鍵詞】電氣火災 短路短路 接觸不良 過載 電壓過高過低 漏電

據統計，我國電氣火災約占全部火災總數的30%，且逐年增高。電氣火災一旦發生，不僅會造成人身傷亡和設備毀壞外，還會造成大規模、長時間停電，給居民、企業、國家財產造成重大損失。引起電氣火災的因素有很多，接下來我們選取一二進行探討：

一、電氣火災的主要因素及分析

短路

所謂短路，即負載與電源兩端被導線連接在一起。我們都知道，線路發生短路時，線路中的電流會瞬間急劇增加，增大時的電流值為正常時數倍乃至數十倍。那么問題來了，為何線路短路會導致電流暴增呢？

上圖為尋常的配電系統，設線路電阻為r，設負載電阻為R，設電源電動勢為E，則負載側的路端電壓U為： ，式1

當系統處于正常運行狀態時，線路電阻r遠遠小于負載電阻R，線路電阻r可以忽略不計，也即r=0，于是式1變成： ，式2

若負載側發生了短路，見上圖中的紅線，設這條紅線的電阻是 ，并且有r= R_S/50。

又由于 遠遠小于R，所以它們的并聯值就是 。將r和 代入式1，得到：U= E/（1+r/R）=E/（1+r/50r）≈0.98E≈E，式3

從上式發現，短路前后電壓基本不變。而短路電阻 又比負載電阻R小得多，則短路電流I_s=U/R_s ≈E/R_s 。

從上述式子得知，短路電流遠遠大于負載的運行電流。根據焦耳定律Q=I^2 Rt知道，電流通過導體產生的熱量與電流的平方成正比，使得溫度急劇上升，大大地超過設計允許范圍。倘若溫度達到導線絕緣材科及其周圍可燃物的燃點，即引起燃燒，從而引發電氣火災事件。

接觸不良

對于接線端子，僅僅依靠歐姆定律公式來計算它的溫度變化，是不夠的，必須考慮接觸電阻。

接觸電阻公式： ，式1

從各種接觸材料的K值表查詢得知，K值與接觸端子材料及接觸表面氧化程度都有關，任何材料的接觸端子表面氧化加劇，對應的K值就會遞增。F是接觸壓力，m是接觸型式，不同的接觸方式，相應m值也不一樣的，對于接線端子，點、線、面等接觸形式都是可能的，在這不納入討論。

結合式1公式，當接線端子流過電流I后，如果接觸不良（壓力F值變?。?，那么接觸電阻值就會變大，從而導致接觸電阻的 變大，端子的溫度升高。溫度升高后，材料的表面氧化加劇，使得K系數越來越大。材料氧化的結果，使得有效接觸面積減小，那么電阻又增大，又繼續造成歐姆發熱值增高，從而進入惡性循環中。若材料長期處于接觸不良狀態，由于間隙距離過小，周圍空氣被電離擊穿，接著極短的電氣間隙會產生局部火花，甚至電弧，且溫度更高可使金屬熔化。

整個端子接觸不良過程中，都不會引起電流明顯變化，只會導致電阻急速增大，雖然這點電阻對整個電路來說也不算什么，但這局部的發熱量效果是顯著的，產生的高溫隨時可能引發電氣火災。

過載

所謂過載就是指導線中通過的電流量超過了其安全載流量，嚴重過載或長時間過載都會產生危險溫度。我們拿生活中常見的電機為例，當電機正常運轉時，通過電機的電流值都不會超過其額定值，正常的發熱也是會有，但能夠迅速散發到周圍環境中。當電機卡主不轉時，電流值就會急速增大，根據焦耳定律Q=I^2 Rt，電流增大，發熱量會急劇增加，集聚的熱量無法正常散發，就會造成電機線圈溫度急劇升高，從而燒斷線圈。

所以，長期過載運行會引起電氣設備溫度不斷升高，過度發熱加速絕緣老化，當溫度大大超過絕緣材料允許溫升后，會引起絕緣物起火，易造成電氣火災。

電壓過高或過低

當電壓過高時，從最簡單歐姆定律公式U=IR發現，用電器的負載不變，電阻R不變，當用電器設備兩端電壓升高，其對應電流值也會升高，持續的高熱量會加速電氣設備絕緣老化，最終導致電氣設備燒毀甚至引起電氣火災。

當電壓過低時，根據P=UI公式，電壓U下降了，功率P理應下降?？晒β蔖是恒定的，所以需要加大電流維持功率，發熱量必會翻倍，時間一久，電器絕緣被破壞而燒毀。

漏電

所謂漏電，就是線路中的某一個地方絕緣皮長期受到風吹日曬、擠壓碰撞、受潮腐蝕等因素破壞，導致線路電流泄露。漏電電流一般不大，不能促使線路熔絲動作。若漏電電流沿著線路勻均分布，發熱量分散，一般也不會產生危險溫度，漏電之所以能引起電氣火災，就是因為漏電電流集聚在某一點，從而引起嚴重的局部發熱，產生危險溫度，其實就是熱電阻和電火花作用。當漏電點經過鋼筋連接部位時，它們之間時有時無、似接非接的接觸必會產生電弧或電火花，且這種接觸不實的接觸點會引起接觸電阻過大，勢必造成接觸點局部過熱高溫。兩者之間的接觸面受高溫作用及氧化反應的影響，接觸電阻將會隨溫度升高而變大，電阻加大，便又造成歐姆發熱增高，由此進入惡性循環，一當漏電回路中發熱或打火花的地方有可燃物質，則可能引起漏電火災。

二、結束語

電氣火災基本上都是由于電氣設備的短路、過載、接觸不良或絕緣老化等因素引發過熱。避免電氣火災事件的發生，我們要合理選用及正確使用電氣設備，經常也要檢查電氣設備的運行狀態，最后還應讓電氣設備有個良好通風環境，合理的防火措施往往還是能夠很大程度地減少電氣火災事故的發生。

【參考文獻】

[1]《安全生產技術》，應急管理部出版社，2019出版

[2]《電接觸理論及其應用技術》，郭鳳儀、陳忠華等編著，電力出版社，2008年出版