浅议接触不良引起火灾的成因及减灾对策浅议接触不良引起火灾的成因及减灾对策摘 要 本文通过对引起接触电阻过大的原因、特点和接触电阻过大引起火灾的规律进行总结，制定出了相应的防范措施和减灾对策：首先，大力加强消防安全宣传教育，提高全民防火意识是预防火灾的前提条件；其次，规范接线方式，确保接头安装质量是减少此类火灾发生的关键；再者，加强日常管理和安全检测，进行经常性的维护保养并合理用电，控制可燃物等都是控制接触不良火灾的良好措施。因此，严把电气接点的设计、安装和验收关；强化日常管理和安全检测；控制过负荷，对可燃物实施隔离和保证电气间距是预防接触电阻过大引起火灾的根本措施。从而有效地保障人民的生命财产安全，使火灾损失减到最低限度。关键词 接触不良 减灾对策 火灾原因1 前言从发生火灾的直接原因看，随着市场经济的不断发展，现代化工业、商业和服务业大量增多，人民生活水平不断提高，各种电气设备的使用日益普遍，电作为一种潜在的起火源，也进入了生产和生活的各个方面。近年来，我国由于电气原因引起的火灾频繁发生，在一些特大、重大火灾中，有相当多的部分是电气引起的。其中，起因于导线与导线、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接触电阻过大而发热、短路、打火所致的火灾尤其引人注目，且损失大，伤亡大，经济损失无法估量。由于接触电阻存在的隐蔽性多为人们所忽视，给消防带来严重的危害。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，加强接触不良火灾的研究探讨，首先明确接触电阻过大的形成机理和发热原因，为接触不良火灾的调查提供科学的理论基础。其次，发现和总结接触不良火灾发生的规律，了解接触不良火灾的减灾对策，提高人们对此类火灾的防范意识，为采取防火措施提供依据，以控制火灾的发生从而保障人民的生命财产安全，使火灾损失减到最低限度。目前对接触不良引起的火灾，国内虽有研究接触不良种类的，有探讨接触不良火灾原因的，有分析接触不良火灾对策的，但是都未与具体的火灾案例有机结合，没有对其进行系统的归纳总结。本文从接触不良的种类、接触电阻过大的原因、接触不良引起火灾的原因出发，通过具体的案例分析几种典型电气设备接触不良火灾，制定出相应的预防措施和减灾对策，为火灾调查提供参考。2 接触不良的种类通过对接触电阻过大所致的电气火灾案例进行统计分析可以看出：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：2.1 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。2.2 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。2.3 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。2.4 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。3 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：3.1 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 220 V 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。3.2 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4。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。3.3 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。3.3.1 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。3.3.2 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三氧化二铝膜，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。3.3.4 有机膜污染导线的绝缘层大都是碳氢化合物，这些材料在高温（如电弧）作用下，会分解成有机蒸气并在金属材料表面形成有机聚合物，这种物质导电性差且不易击穿，对电接触危害十分严重。另外会分解成微粒而沉积在触头表面，形成碳的吸附层而引起接触电阻增大。3.4 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。3.5 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。3.6 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。4 接触不良引起火灾的原因4.1 电流的热效应当电流通过接触电阻为 R 的连接接头时，电阻损耗要增大发热，这种电阻损耗增大的发热属于电流效应引起的发热。(1) 电气接点的接触电阻产生的发热功率以热的形式散发出来，这种接触电阻产生的功率为P=I2*R 式中 P 是接触电阻的发热功率，W；I 是接触电阻通过的电流，A；R 是接触电阻，。(2) 导体接触电阻随温度的变化成正比变化，其变化关系为6R(t)=R(20)1+a(20)(T20) 式中 R(t)是温度为 T 时的电阻值，；R(20)是 20时的电阻值，； a(20)是电阻温度系数。(铜、铝及钢芯铝绞线 a(20)=410-3/，铝合金 a(20)=3.610-3/。)导体接触电阻增大，发热功率增加导致局部过热，温度升高必然会加速接触表面金属的氧化，进一步增大接触电阻，这种情形会形成恶性循环，最终酿成火灾。 (3) 导体在一定时间内由接触电阻产生的热量，根据焦耳楞次定律Q=I2*R(t) 式中 Q 是导体产生的热量，J；I 是导体接点通过的电流，A；R 是导体接触电阻，；t 是时间，s。(4) 导体接触电阻、接触表面积发热功率a) 导体平面接触时，其接点的接触电阻通过电流时产生的电能转变为热能并通过辐射、对流或传导向周围散发，用“单位表面负荷”表示，简称表面负荷，即接触表面每平方厘米的功率瓦数69，P=I2*R=P(b)*S 式中 P(b)金属接触表面负荷，W/cm2；S 是导体接触表面积，cm2。说明表面负荷的大小决定金属导体接触表面发热温度的高低，单位表面负荷 P(b)值越大，接点发热温度越高。b) 导体接点发热与散热的关系导体接点因接触不良，发热产生热量，并向周围传递、散发，其效率与材料的热阻系数相关。下表列出了几种材料的热阻系数。几种材料的热阻系数材料名称 热阻系数铜 0.2710-2铝 0.4810-2橡胶 5充油电缆纸 5金属材料的热阻系数比绝缘材料的热阻系数小 3 个数量级，所以金属材料的热生成、热传递与热扩散比绝缘材料要快得多。故：(1) 在正常情况下，接头处由于接触电阻的存在，而消耗电功率发热。(2) 接头的发热量不仅与接头处的接触电阻大小有关，而且与电流的平方成正比，与通电的时间成正比。因此，电路中有过负荷或者短路电流通过时，更易发热引起火灾。4.2 接触不良引起火灾的原