浅谈电气线路短路引起的电气火灾

浅谈电气线路短路引起的电气火灾

张颖姣

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：我国人口众多，同时对用电需求也非常多。我们日常生活需要电力来照亮我们的家园并为工业供电。它可以是建设性的，也可以是破坏性的，这取决于处理它的谨慎程度。稍有不慎，就会引发火灾，造成经济损失和惨痛的伤害。电气火灾中*危险的故障之一是短路。因短路甚至因触电而死亡而导致的火灾事故数不胜数。电火灾的主要原因是短路期间大电流流过导体而产生的热量。本文简单介绍导线短路的定义、原因以及对短路的预防同时对整篇文章做了总结。

关键：词电气火灾电气短路短路电弧短路熔痕短路原因

１引言

电气短路的主要后果是火灾。根据国家消防局收集的数据，其中电气火灾占比28.4％。其中有6.5％是由短路引起的，在导线短路期间的高电流会使导体升温，损坏绝缘层，并可能导致电火灾，从而造成严重伤害和生命危险。

2短路的定义

短路可以定义为一种不良条件，即由于在电源的端子之间形成新的低电阻路径，大量电流在电源的端子之间或电源与地之间流动。在短路期间，流经短路点的电流呈指数级增长，电压降至零。短路是由于偶然或有意在电路中的两点之间建立的低电阻连接。这种过量的电流可能会导致电路损坏、过热、磁应力、电弧、火灾或爆炸。在短路中可用的电流量是由系统电压源的容量和系统的阻抗（包括故障）决定的。由于整个电路电流突然增大，即使是连接松动的导线接头处或短路点处有电弧或火花，也会在很短的时间内释放出大量热量，温度弧达到3000℃，不仅能熔化金属，还可以引燃绝缘材料，还会引起导线附近可燃材料的蒸气或粉尘火灾或爆炸事故。短路时会产生短路弧、热效应、磁效应和力效应，从而留下相应的痕迹。

3什么引起短路

有几种情况会导致短路，当两个裸导体接触时，发生短路。短路是由于绝缘破裂造成的。另一种类型的短路发生时，一些导电物体，如工具或动物，意外地进入架空电线。如果物体同时接触到两根电线，电流在到达用户的电力服务之前有一条短路路径可以返回到电源。如果该物体与地面连接，地面可以作为一个短路路径。短路的主要原因有：绝缘故障、接线不当、设备故障、电力处理不当、自然灾害。其中，绝缘失效是短路的主要原因。电缆绝缘损坏可能是短路的原因，不正确的接线允许直接接触不同的相位。即使是潮湿的表面也会导电并导致短路。不正确的接线允许不同端子之间的直接接触，从而导致短路。电力处理不当或与带电导体直接接触也可能是接地故障和短路的原因。

（1）导线绝缘故障

通常，电线用非导电材料（如pvc或聚乙烯）绝缘。如果绝缘层磨损、熔化或损坏（通常是由于钉子或螺钉刺穿，或被啮齿动物咀嚼），带电布线可能能够直接接触中性线，导致短路。

（2）电线连接损坏

电线连接损坏或松动将导致电阻增加。反过来，这将导触布线温度升高，从而引发导线短路，从而可能导致火灾或电。

（3）设备接线故障

有时，是家庭里的用电器具，而不是电线，是引发短路造成火灾的原因。问题可能是设备本身、电源线或插头内的接线有故障。（故障电源线和插头通常很容易被发现，因为它们在外观上观察可以看出烧焦、熔化或有磨损痕迹）。

（4）短路与接地故障

当热线与中性线接触时，就会发生典型的短路。相比之下，接地故障是指热接线接触电气系统的接地组件的情况，例如，电器的接地部分、接地的金属壁箱或铜接地线。接地故障的*大危险不是电气火灾，而是严重的电击或触电，特别是在潮湿的条件下。而接地故障的常见原因包括水渗入电气箱，电线松动或磨损，以及绝缘性不足的电器或电动工具。

4短路效应及痕迹形成机理

（1）短路电弧及短路熔痕

短路电弧是短路发生时电压击穿空气产生的放电现象在导线发生短路时，一般都会伴有短路电弧发生，能产生耀。眼的白光，并可能伴随“滋滋”的声响。电弧不仅在短路时才出现，在干燥的地毯上行走产生的放电现象和内电现象都有电弧产生，但这种电弧持续时间很短，只是以电火花的形式出现，一闪即灭。如果要使电弧能够持续下去，则需要电离导体产生的蒸气不断地补充到周围环境中（如在焊接过程中需要不断充入一种气体）。由于空气是较好的绝缘体，因此大气环境下要在两导体间产生电弧，不仅需要很高的电压，而且两导体间的间距还十分小，但一旦短路发生，导体间由金属蒸气和电力产生的空气分子组成的导电路径就能产生持续电弧。

短路电弧温度虽然很高，但于其作用范围十分小，除非距可燃物很近，否则一般的可燃物很难被其引燃。与固体燃料相比，气体燃料（包括绝缘物质分离产生的蒸气）更容易被引燃。对于保护装置良好的线路，当短路发生时会自动切断电源，使电弧的持续时间很短，因而引燃固体燃料的可能性很小，除非保护装置不起作用或在短路发生处存在气体燃料以及易引燃的细碎固体燃料如棉花或碎锯末等。

（2）热效应及热作用熔痕

短路的热效应与火灾原因有着十分密切的关系，其实质是电流的热效应。当电气系统中通过短路电流时，由于电流的热效应，总会使电气系统温度升高。短路电流的热效应与正常负荷电流时的发热不完全一样，两者都遵从焦耳定律，但由于短路电流大，同时产生的热量也很大，且持续时间很短，一般是十分之几秒到几秒，这种热量不能在短时间内向周围扩散，所以可以认为全部用于加热导体。高温会使导体的表面及接触点处的导体熔化，产生熔痕。

（3）磁效应

短路的磁效应是由于短路发生时，电流由正常值瞬间升至正常值的数十倍、几百倍甚至上千倍，并又在极短的时间内从*大值降至零。变化的电线的周围引起电场的变化，变化的电场又引起磁场的变化，当有铁磁性物质如铁钉等处于导线附近时，变化的磁场可将铁磁发生材料磁化，并可能产生干扰信号，干扰通信、控制信号等。当短路电流消失时，周围铁磁性物质的磁性不会马上消失，称为剩磁。影响剩磁的主要因素有：短路电流的峰值大小；电流的空间分布影响产生的磁场强度；样品和短路电线的相对位置；铁磁性材料的磁化特性；样品的形状；材料的初始磁化状态；温度；提取样品时的取样工具（要尽量无磁或小磁，应在１０Ｇｓ以下）。此外，时间对剩磁没有影响。

在火灾勘验中，根据怀疑火灾中是否存在导线短路或雷电引起的熔融痕迹，检查雷电及导线周围的剩磁材料进行剩磁检测，看是否存在剩磁，判断存在剩磁的大小，通过对导线和雷电现象分析可以进一步分析火灾原因。

（4）力效应短路

电流通过导线时产生的作用力，称为短路电流的力效应。电流是由电子的定向移动形成的，电流通过导线时导线之间相互存在作用力。正常情况下，这种作用力较小，但在短路时由于短路电流很大，产生的作用力也很大，使线路受到很大的冲击作用力。短路电流产生的作用力一般出现在短路发生后的第一个周期内，此时导体会受到极大的机械应力，导体的强度不足时，就会造成损坏。在变电所和高层建筑大电流低压供电的地方，大多数三相母线被平行布置在同一个平面内，在这种情况下，根据同相相吸，异相相斥的原理，可以证明三相短路时，中间相受力*大。力效应一般不会留下痕迹，但是可以通过导线的异常晃动等现象被发现。

5如何防止电气短路

短路保护主要有三种类型：

（1）接地故障断路器（GPCI）

GPCI出口或电路可感应到电流水平的微小变化，并立即关闭电流。1971年，加拿大电气法规规定，接地故障电路灭弧室保护现在需要在水槽，浴缸或淋浴（浴室，厨房，洗衣房，吧台等）1.5ｍ范围内或户外成品等级2.5ｍ范围内进行保护。GPCI应由有执照的电工安装。要每个月检查一次来保证设备可以持续工作。

（2）电弧故障断路器（AFCIS）

AFCIS通过在感应到电流流动方式的不规则性后立即关闭电流来保护房间免受电气火灾的影响。它们可用作AFCIS插座或断路器，在卧室、客厅、大厅、用餐区、未完工的地下室和附属车库以及许多硬连线电器中，额外AFCIS需要通过代码来工作。

（3）断路器／保险丝

如今，大多数家庭都有一个配备断路器的电气服务面板，每个断路器都控制着房屋中的特定电路。断路器系统取代了20世纪60年代后建造或更新的房屋中的保险丝。断路器通过检测电流的变化来防止电线的短路。

6安科瑞电气火灾监控系统

（1）概述

Acre1-6000电气火灾监控系统，是根据国家现行规范标准由安科瑞电气股份有限公司研发的全数字化独立运行的系统，已通过国家消防电子产品质量监督检验中心的消防电子产品试验认证，并且均通过严格的EMC电磁兼容试验，保证了该系列产品在低压配电系统中的安全正常运行，现均已批量生产并在全国得到广泛地应用。该系统通过对剩余电流、过电流、过电压、温度和故障电弧等信号的采集与监视，实现对电气火灾的早期预防和报警，当必要时还能联动切除被检测到剩余电流、温度和故障电弧等超标的配电回路;并根据用户的需求，还可以满足与AcreIEMS企业微电网管理云平台或火灾自动报警系统等进行数据交换和共享。

（2）应用场合

适用于智能楼宇、高层公寓、宾馆、饭店、商厦、工矿企业、国家重点消防单位以及石油化工、文教卫生、金融、电信等领域。

（3）系统结构

（4）系统功能

监控设备能接收多台探测器的剩余电流、温度信息，报警时发出声、光报警信号，同时设备上红色“报警”指示灯亮，显示屏指示报警部位及报警类型，记录报警时间，声光报警一直保持，直至按设备的“复位”按钮或触摸屏的“复位”按键远程对探测器实现复位。对于声音报警信号也可以使用触摸屏“消声”按键手动消除。

当被监测回路报警时，控制输出继电器闭合，用于控制被保护电路或其他设备，当报警消除后，控制输出继电器释放。

通讯故障报警：当监控设备与所接的任一台探测器之间发生通讯故障或探测器本身发生故障时，监控画面中相应的探测器显示故障提示，同时设备上的黄色“故障”指示灯亮，并发出故障报警声音。电源故障报警：当主电源或备用电源发生故障时，监控设备也发出声光报警信号并显示故障信息，可进入相应的界面查看详细信息并可解除报警声响。

当发生剩余电流、超温报警或通讯、电源故障时，将报警部位、故障信息、报警时间等信息存储在数据库中，当报警解除、排除故障时，同样予以记录。历史数据提供多种便捷、快速的查询方法。

（5）配置方案

7总结

电气火灾在我国火灾发生的原因中占比*大，一旦发生，会造成了经济财产损失和人员伤亡。因此，要预防电气火灾，企业和人民要提高安全用电意识，规范使用用电设备，养成良好的用电习惯，从根本上预防火灾发生，减少火灾对我们的伤害。本论文通过对短路故障的整理，对短路有了明确的理解，并对短路电气火灾的发生原因进行了理论论证。在日后对电气火灾短路故障的学习中，应该多做实验，发现问题，寻找规律，总结经验。让自己对短路概念有更深层次的认识。

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审核编辑 黄宇