电气线路接触不良引发火灾原因剖析
电气火灾中接点接触不良是引起火灾的重要原因。电气线路中,导线与导线、导线与电气设备、导线与开关接线端子、插头与插座的接插部位等接点处相接不实、发生锈蚀或存在氧化层会造成接触电阻过大。
近年来,我国由于电气原因引起的火灾频繁发生,而在一些特大、重大火灾中,有相当多的部分是电气设备所引起的,电气火灾中由于接触电阻存在的隐蔽性多为人们所忽视,给消防工作带来严重的危害。例如发生在2001年山西大同市云中商城服装大世界的火灾,致使经济损失1964.2万元。火灾是服装大世界东厅三层边棚个体经营户17号擅自移动电表线路,增设电路用电负荷,造成电表连接处接触不良,产生电弧引燃可燃物。严重的火灾事实表明,接触电阻过大是十分险恶的潜在火灾隐患,一旦条件具备,必将引发火灾。因此,通过加强接触不良火灾的研究探讨,明确接触电阻过大的形成机理和发热原因,从而为接触不良火灾的调查提供科学的理论基础是很有必要的。
1接触不良的种类
接触电阻过大绝大部分是产生在电源线相接的接点部位,如电源线与电源线的接点处,电源线与线路中的开关、电气安全保护装置的接点处,电源线与较大的电气设备相接处,或电源线、母线的连接部位等。所以,可将接触不良的种类分为以下几种:
1.1导线与导线连接处接触不良
在所有接触不良火灾原因中,线路接头处接触电阻过大引起的火灾居第一位。电气线路的连接处,若存在接点接触松弛,接点间的电压足以击穿空气间隙形成电弧,迸出火花,点燃附近的可燃物形成火灾。如1995年湖北沙市市荆沙商场火灾,就是由于商场化妆品部可燃天花板的电线连接不牢,产生电弧,引燃吊顶所致。这起火灾,烧毁商场建筑1100㎡,直接经济损失184万余元。
1.2导线与电器设备的连接处接触不良
电器设备违反接线方式、连接不牢,或维护保养不良,或长期运行过程中在接头处产生导电不良的氧化膜,或接头因振动、热的作用等,使连结处发生松动、氧化造成接触电阻过大。如辽宁鞍山商场火灾,火灾原因是居住在商场宾馆六楼东侧的商场宾馆经理张某居室内的电热器接线端子与电源线接线端子接触不良,打火引燃周围可燃物成灾。
1.3插头与插座的接插部位接触不良
各种电源,用电设备、装置,照明灯具,电热器具,家用电器等插头与插座的接插部位接触松动或接触不良会产生电弧、火花而引起火灾。例如北京和平门烤鸭店火灾,引起这起火灾的直接原因是插头与插座铜片之间松动或接触不良,导致接触电阻过大,过热产生电火花及电弧后熔化,灼热的熔珠引燃周围可燃物。
1.4导线与开关接线端连接处接触不良
导线与电源和电器设备的自动空气开关或手动刀闸开关接触不良、连接点松动,接触电阻过大,局部过热和产生击穿电弧或电火花引燃可燃物起火。如2002年广西三江县福禄乡高安村火灾,这起火灾直接财产损失326.3万元。火灾是村民张某家电源开关接触不良,接触电阻过大产生高温引燃可燃物所致。
2接触电阻过大的原因
导线之间,导线与电气设备之间或与附属电气部件之间接点的接触不良主要来自于设计、制造、安装、运行和管理等环节。衡量电气接头好坏的标准是接触电阻的大小。根据发电,供电及用电容量大小,对接头接触电阻的要求也不尽相同,一般容量较大的设备要小些,容量小的设备可大些。重要母线和干线的连接处,要求接触电阻值不应大于相同长度母线的1.2倍。如果接头接触电阻超过了允许值,就容易过热、打火,以致引起火灾。电气接头接触电阻增大的原因有以下几点:
2.1违反接线规范和连接方式,安装质量差
违反接线规范和连接方式,造成导线与导线,导线与电气设备衔接点连接不牢或连接处沾有杂质如氧化层、泥土等,安装质量差引起接触电阻过大。如2002年甘肃西峰百货大楼火灾。百货大楼三层配电箱处接线方式违反电气线路安装规定,将三相输出电线多股缠绕连接,造成此处接触不良产生高温,将输出端电线绝缘层损坏造成短路,将22根输出线和部分零线熔断,直接经济损失107.6万元。线路连接不规范,一是开关设备接在零线上,如果将开关装设在零线上,即使开关断开时没有形成回路,相线对地电压也仍是220V的工作电压,在线路敷设较复杂的情况下,相线若遇到零线就会发生短路现象;二是线路接头松动,线路在连接时没有采取绞接,时间长了就会在接头处出现打火或接触电阻过大的现象。
2.2铜、铝混接时,接头处理不当
铜、铝混接时,接头处理不当,未用铜铝过渡接头或铝导线未用超声波搪锡处理后连接,发生电化学腐蚀导致接触电阻过大。铜、铝导线简单地连接在一起,长期处于潮湿的环境中,就好似浸泡在电解液中的一对电极,构成原电池,在原电池作用下,活泼金属铝会被电蚀而氧化生成一层致密的物质严重影响导电性能,使接头电阻增加。所以,铜芯线与铝芯线相接,如果接头处理不当,表面会出现一层氧化层,随着时间的推移,氧化层会越积越厚,并产生较大的接触电阻。如2001年内蒙古通辽市科尔沁区供销大厦火灾。起火部位接头铜线和铝线绞接在一起,接头不规范,没有足够的绞接长度,而且松晃不紧密,接触电阻过大,通电时在接头处产生热量,接头用胶布缠绕包裹,热量不能及时散发,热量集聚达到胶布燃点,引起胶布燃烧,进而引燃导线绝缘层和附近可燃物,直接经济损失506.7万元。
2.3导线连接处长时间氧化或在恶劣环境下腐蚀
接点长时间氧化或在恶劣环境下腐蚀会受到污染,造成接触不良引起接触电阻过大。这种污染有多方面的原因。
2.3.1尘埃污染接触面直接暴露在空气中,由于静电吸力使飘扬于空气中的灰粉、尘土、纺织纤维等固体颗粒覆盖在接触表面,造成接触电阻增大。
2.3.2吸附膜的污染空气中水分子和气体分子的吸附作用,会在接触表面形成一层吸附膜,这种吸附膜无论采用什么材料都难以消除,它的存在会造成接触不良,接触电阻增大。
3.3.3无机膜的污染电接触材料暴露在空气中会受到化学腐蚀作用。由此而在金属表面形成各种导电性差的金属薄膜,引起接触电阻增大。另外在潮湿空气中,在原电池作用下,金属间发生电化学腐蚀,使表面积存锈蚀物,影响导电性能。例如,铜和铝合金具有良好的导电性能,但铜表面易形成厚度较大、导电率很小的Cu2O无机膜,这种膜随温度升高,厚度迅速增加,接触电阻成千倍增大。而铝在空气中几秒内即形成Al2O3膜,这种膜很坚固,且具有绝缘性能。无机膜使触头间的导电性能几乎完全被破坏。
2.4金属的蠕变作用
金属接触面由于长期受接触压力的作用,日久会产生蠕变,即产生永久的变形,使接触压力减小。由于金属有效接触面减小,电流在流经电接触区时从原截面较大的导体突然转入截面较小的接触点,电流就会发生剧烈收缩现象,由此而产生收缩电阻,引起接触电阻增加。
2.5受磁场和电动力作用
电气接头在电气设备运行过程中有电流通过时,工作在电磁场中,必定受到磁场及电动力的作用,特别是在短路、过负荷等故障电流作用下的动力效应更大。这种电动力往往会使线路中接头发生振动,日久使坚固的螺栓等发生松动,造成接触不良,接触电阻增大。
2.6其它情况
(1)设备振动或开关等启动装置频繁操作。操作产生的机械振动引起接头松动或形成间隙,接触压力减小,使接触电阻增大。
(2)采用螺钉接点,压力联结器太紧,使金属导线结构破坏,在压力接点处切断导线而形成高电阻区。
(3)导线的热胀冷缩造成永久变形,使接触松动造成接触电阻过大。特别是铝线受热膨胀时可使导线从接点处挤出,当接点冷却时铝线收缩使接点松动,造成接触不良。
(4)空气开关触头、刀闸开关、插销触头等可分触头,如果没有足够的压力或接触面粗糙不平或受到污染都会造成接触电阻增大。
总之,造成接头接触电阻增大的原因,主要是接触面积和接触压力的减少所致。
3结语
接触不良导致接触电阻过大火灾具有隐蔽性,是易被人们所忽视的火灾隐患。导线、接线端、接插件以及可动触点等,在违反接线规范和连接方式,接点相接不实,安装质量差情况下,或在铜、铝混接时,接头处理不当时,或在金属蠕变作用下,或在磁场和电动力作用下,或开关频繁操作,或在恶劣环境中使用时,接点处连接松动、发生锈蚀或存在氧化层直接造成接触电阻过大。接触电阻过大过热,接触松动打火,接触不良引发短路时就会造成火灾。了解接触不良火灾原因和特点,明确接触电阻过大的形成机理及引起火灾的规律,为接触不良火灾的调查及预防提供科学的理论基础。
