淺談電氣火災事故的原因與預防措施

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：當前，電力已成為人們生活中不可或缺的一部分，但是，在人們的生產(chǎn)和生活中用電不當往往會(huì )導致建筑物發(fā)生電氣火災事故。面對嚴峻的電氣火災形勢，為保障建筑用電安全，文章對建筑電氣火災事故的主要原因進(jìn)行分析，并提出相應的預防措施，為同類(lèi)工程提供參考。 

關(guān)鍵詞：建筑電氣火災；事故原因；預防措施

 

（1）短路火災

      在建筑電氣系統運行期間，受外部環(huán)境與動(dòng)物啃食等因素影響，出現短路故障，電源通向用電設備的導線(xiàn)未經(jīng)過(guò)負載而直接連接，進(jìn)而產(chǎn)生較大的短路電流，電流瞬間釋放大量熱量，引發(fā)絕緣燒毀、導體變形損壞、金屬熔化、可燃物燃燒等一系列問(wèn)題，最終引發(fā)建筑火災。而電氣火災的主要機理包括接觸不良、炭化路徑短路、擊穿空氣放電、過(guò)負荷、熱顆粒噴濺、固體液體絕緣擊穿、絕緣過(guò)熱等，如圖釘刺穿導體造成的接觸不良，短接電路受到磁場(chǎng)作用與金屬加熱影響產(chǎn)生的預期電弧，出現短接故障時(shí)在短接部位噴濺的熱顆粒。

      以炭化路徑短路故障為例，由于電流通過(guò)自身或是受外加作用而產(chǎn)生的炭化路徑。這一故障的產(chǎn)生機理主要體現在三方面：第一，在物質(zhì)上方施加熱源加熱物質(zhì)與出現建筑火災時(shí)，電路在高溫條件下容易出現炭化現象。第二，在線(xiàn)路持續出現表面電弧放電與電火花現象時(shí)，隨著(zhù)時(shí)間推移，導致兩個(gè)導體之間的空氣充分拉弧，且后者將具有高溫和相當大的破壞性，最終形成炭化路徑。第三，如果兩相導線(xiàn)間橫穿絕緣形成潮濕、受污染的路徑時(shí)，容易出現潮濕炭化路徑電弧。

此外，還可將短路故障分為三相短路、兩相短路與接地故障。不同故障的表現形式有所不同，以接地故障為例，在連接導體與相導體處于異常電接觸狀態(tài)，故障相電壓變?yōu)?，并構成系統短路時(shí)，可以判定為出現單相接地故障。

（2）過(guò)載

      受制作工藝、安裝質(zhì)量等因素影響，存在過(guò)電流問(wèn)題，使得線(xiàn)路處于過(guò)載運行狀態(tài)，熱導體工作溫度增加，加快線(xiàn)路老化速度，導致絕緣強度下降。在線(xiàn)路老化至一定程度，或是長(cháng)時(shí)間處于過(guò)載運行狀態(tài)時(shí)，將造成絕緣擊穿，出現短路故障。同時(shí)，在系統運行期間線(xiàn)路電壓異常波動(dòng)時(shí)，在器件中產(chǎn)生不規則電壓，當實(shí)際電壓值超過(guò)額定值時(shí)，引發(fā)介電擊穿與短路故障，而在線(xiàn)路設備老化程度過(guò)于嚴重時(shí)，更容易在電壓波動(dòng)時(shí)造成絕緣擊穿，出現建筑電氣火災事故。此外，可以將過(guò)電壓故障分為大氣過(guò)電壓、工頻過(guò)電壓、諧振過(guò)電壓和操作過(guò)電壓四類(lèi)故障。以工頻過(guò)電壓故障為例，在系統運行期間，如果突然改變電網(wǎng)運行方式，受到變電容影響，會(huì )產(chǎn)生長(cháng)線(xiàn)路電容效應，使得線(xiàn)路電壓增加，這類(lèi)故障具有持續時(shí)間長(cháng)和過(guò)電壓倍數低的特征。

（3）漏電

      漏電是由于線(xiàn)路絕緣部位損壞或是自然老化等原因引發(fā)的電流泄漏故障，在泄漏部位產(chǎn)生電弧與電火花，通過(guò)釋放大量熱量而引燃周?chē)扇嘉?。針對這一問(wèn)題，可以使用電筆等工具接觸帶電體，如果電筆的指示燈長(cháng)時(shí)間處于點(diǎn)亮狀態(tài)，則表明出現漏電故障，反之，則表明帶電體處于靜電狀態(tài)。

（4）不同性質(zhì)短路火災

      在出現短路故障時(shí)，根據短路間另一端導體電位的短路接觸狀態(tài)，可以將短路引起的建筑電氣火災分為金屬性短路和電弧性短路兩種性質(zhì)。其中，金屬性短路故障表現為，故障短路兩處導體接觸點(diǎn)在高溫條件下產(chǎn)生熔化現象，使得短路變?yōu)閷щ娊饘?，產(chǎn)生較大的短路電流，這一故障的產(chǎn)生原因包括短路操作時(shí)間保護過(guò)長(cháng)、短路裝置故障失效。例如，在所配置熔斷器的材質(zhì)質(zhì)量不達標，或是熔斷器老化程度較為嚴重時(shí)，無(wú)法發(fā)揮出應有作用，使得短路電流燒傷線(xiàn)路，出現線(xiàn)芯燒紅外露與引燃可燃物等問(wèn)題。為預防金屬性短路故障的出現，可以在線(xiàn)路中設置鋁、鐵線(xiàn)材的熔斷器裝置，通過(guò)調整熔絲連接情況來(lái)控制短路操作時(shí)間。     

      電弧性短路故障是在導體斷開(kāi)與接入電路過(guò)程中，如果電源電壓值較高，將會(huì )產(chǎn)生高溫陣列與電弧，從絕緣狀態(tài)切換至導電狀態(tài)，這一現象被稱(chēng)作為氣體放電現象，而所出現的電弧則是氣體放電的一種形式。與此同時(shí)，在電弧形成期間，將會(huì )持續釋放大量的熱能，將局部溫度提高至3000℃左右，進(jìn)而引燃周?chē)目扇嘉?，嚴重時(shí)出現金屬熔化與蒸發(fā)現象，有較高可能引發(fā)建筑電氣火災。此外，在出現短路接地故障與雷過(guò)電壓?jiǎn)?wèn)題時(shí)，也將產(chǎn)生電弧放電現象，出現電弧性短路故障。

（5）接觸不良

      在建筑電氣系統中，導電性電路是由一定數量的導電元件所組成，各導電元件之間通過(guò)機械連接方式保持導電接觸狀態(tài)，這一現象被稱(chēng)作為電接觸現象。然而，在部分建筑電氣工程中，受到人為、工藝、環(huán)境等多方面因素影響，偶爾出現電氣連接不當現象，導電元件間的實(shí)際接觸面積小于設計面積，或是在接觸焊點(diǎn)表面附著(zhù)灰塵污漬，設備機械連接松動(dòng)，造成導電元件接觸不良，最終引發(fā)建筑電氣火災事故。

（6）電氣線(xiàn)路設計負荷與使用負荷不匹配

      在部分建筑工程中，受設計因素影響，往往存在電氣線(xiàn)路設計負荷與實(shí)際使用負荷不匹配的問(wèn)題，在電氣設備與線(xiàn)路運行期間，實(shí)際荷載超過(guò)額定值與可承受范圍，長(cháng)時(shí)間處于過(guò)載運行狀態(tài)，不但加快了線(xiàn)路設備的老化速度，同時(shí)，還有可能引發(fā)絕緣擊穿、線(xiàn)路燒損、引燃周?chē)扇嘉锏纫幌盗袉?wèn)題的出現。

（7）設備存在安全隱患

      在部分建筑電氣工程中，電氣設備與線(xiàn)路自身存在安全隱患，以某工程為例，一方面，沒(méi)有正確認識到設備質(zhì)量管理工作的重要性，在入場(chǎng)環(huán)節，僅對設備外觀(guān)質(zhì)量、規格型號與生產(chǎn)許可證等資料文件進(jìn)行審核檢查，并未對設備內部結構情況進(jìn)行檢查，也沒(méi)有開(kāi)展設備單體調試試驗，致使部分存在質(zhì)量缺陷的設備被投入使用。另一方面，施工人員沒(méi)有嚴格遵循相關(guān)規范安裝電氣設備與敷設線(xiàn)路，存在設備安裝位置偏差、導電元件接觸不良、高溫設備與易燃物間隔過(guò)小等問(wèn)題，在建筑電氣系統運行期間，存在安全隱患。

（1）加強設備管理

      在建筑電氣安裝工程中，為預防電氣故障，應加強設備管理力度，禁止安裝存在質(zhì)量缺陷的設備。首先，在入場(chǎng)環(huán)節，對電氣設備與線(xiàn)纜的結構質(zhì)量進(jìn)行檢查，開(kāi)展單體設備試運行試驗，從中隨機抽取少量線(xiàn)纜等材料作為試樣，將試樣送至實(shí)驗室檢測，根據試驗與檢測結果，退回存在質(zhì)量缺陷的設備材料。其次，在電氣設備安裝完畢后，依次開(kāi)展設備單體試運行與聯(lián)合調試試驗，發(fā)現與處理設備潛在故障，確保設備安裝質(zhì)量達標。最后，在工程驗收環(huán)節，對施工成果質(zhì)量進(jìn)行全面性檢測，重點(diǎn)檢查是否存在線(xiàn)路接線(xiàn)錯誤、設備安裝位置偏移、導線(xiàn)接頭缺乏保護、端子壓線(xiàn)過(guò)多等質(zhì)量問(wèn)題，要求施工班組對其進(jìn)行返工處理，確定電氣安裝質(zhì)量達到設計要求與工程建設標準后，再將建筑電氣工程交付使用。

（2）日常維護保養與定期檢修

      首先，做好線(xiàn)路設備的日常維護保養工作，清除設備線(xiàn)路表面附著(zhù)的灰塵污漬，恢復設備線(xiàn)路運行狀態(tài)，預防電氣故障與建筑火災事故的出現。例如，清掃電路板表面的灰塵污漬，如果電路板灰塵受潮不易清掃，則使用無(wú)水酒精清洗電路板，將清洗后的電路板進(jìn)行干燥處理，祛除潮氣，避免電路板在受潮狀態(tài)下出現漏電故障。同時(shí)，對電氣設備與線(xiàn)路的運行狀態(tài)進(jìn)行監測，記錄實(shí)時(shí)運行數據，將其與額定值和歷史運行數據進(jìn)行對比分析，以此來(lái)判斷建筑電氣系統和單體設備的實(shí)時(shí)運行狀況，在發(fā)現異常情況時(shí)，及時(shí)組織開(kāi)展故障診斷與檢修作業(yè)，在必要情況下斷開(kāi)故障設備與非故障部位的連接，控制故障影響范圍和受損程度，避免出現建筑電氣火災。

      其次，考慮到部分電氣故障具有隱蔽性特征，很難通過(guò)目視檢查與數據分析方法來(lái)發(fā)現全部的電氣故障與安全隱患。因此，需要定期開(kāi)展全面性檢修工作，在停機狀態(tài)下更換老舊破損與絕緣擊穿的線(xiàn)路，將電氣設備拆解為若干部件，對各部件的磨損情況進(jìn)行檢查處理，對松動(dòng)的零部件進(jìn)行緊固處理。待全部問(wèn)題均得到妥善處理后，再恢復建筑電氣系統的正常運行狀態(tài)，藉此消除電氣安全隱患與設備線(xiàn)路潛伏故障。

（3）加強重點(diǎn)部位防護

      為預防短路、漏電、過(guò)載運行、接觸不良等常見(jiàn)電氣故障的出現，需要對建筑電氣系統中的重點(diǎn)部位采取防護措施，在系統處于異常狀態(tài)時(shí)，自動(dòng)執行相應的保護動(dòng)作，從而起到切斷故障部分與系統連接，或是恢復設備線(xiàn)路的正常運行。例如，在線(xiàn)路中設置過(guò)載保護裝置，裝置將持續對線(xiàn)路運行狀態(tài)進(jìn)行監測，當電源線(xiàn)路出現過(guò)載運行現象，致使保護器工作溫度異常升高時(shí)，將自動(dòng)觸發(fā)過(guò)載保護裝置的保護動(dòng)作，對超出負荷的行為進(jìn)行保護，如啟動(dòng)電源設備自動(dòng)斷開(kāi)供電功能。同時(shí)，也可在系統中設置漏電保護器，當系統的實(shí)際漏電值超過(guò)設定值后，漏電保護器將自動(dòng)切斷電源，并發(fā)出報警信號。

（4）故障仿真分析與預防

      考慮到多數電氣故障的發(fā)生遵循特定規律，可以提前開(kāi)展故障仿真分析試驗，模擬不同工況條件下的電氣系統運行狀況及過(guò)程，基于仿真分析結果來(lái)準確判斷各類(lèi)電氣故障乃至建筑電氣火災事故的出現規律、產(chǎn)生原因、所造成具體影響，在其基礎上針對性采取預防措施，以及制定事故應急處理方案。例如，在兩相接地短路故障仿真分析試驗中發(fā)現，在主線(xiàn)路上的電壓波形與電流波形完全一致時(shí)，容易在變壓器高壓側與低壓側出現兩相間短路故障，進(jìn)而導致變壓器工作溫度異常升高，在問(wèn)題嚴重時(shí)出現變壓器燒毀與全部用電設備停止工作的現象。最終，選擇將主線(xiàn)路的電壓與電流波形監測作為識別兩相接地短路故障的主要手段。

（5）設備在線(xiàn)監測與故障自動(dòng)識別

      一些電氣故障在早期階段呈現出明顯特征，如線(xiàn)路電流電壓值異常波動(dòng)、工作溫度升高、發(fā)出異常聲響、釋放電弧等，且電氣故障形成與出現建筑電氣火災之間存在時(shí)間差，如果在時(shí)間差內發(fā)現并解決電氣故障，可以有效控制故障造成的損失，避免出現建筑火災。

      憑借這一特性，可選擇引入在線(xiàn)自動(dòng)監測技術(shù)，在建筑電氣系統中設置若干種類(lèi)與數量的傳感器，持續對實(shí)時(shí)電流值、電壓值、設備運行參數等要素進(jìn)行監測識別，并對周邊環(huán)境進(jìn)行感知。隨后，裝置將采集現場(chǎng)監測信號上傳至系統處理，將信號轉換后的監測數據與額定值進(jìn)行對比分析，準確判斷建筑電氣系統與單體設備的實(shí)時(shí)運行狀況，將實(shí)時(shí)信息發(fā)布給管理者。最后，當監測到異常狀況時(shí)，自動(dòng)對故障類(lèi)型與產(chǎn)生原因進(jìn)行診斷，向管理人員發(fā)送報警信號，快速組織開(kāi)展設備檢修工作，將診斷報告作為制定檢修計劃的主要依據。

（6）構建火災預警平臺

      基于物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)建筑火災預警平臺，在建筑室內外區域中布置一定數量的信息傳感裝置，持續對溫度、空氣濕度與空氣成分等要素進(jìn)行監測采集。如此，在平臺運行期間，將持續調用并讀取溫度、煙霧濃度、濕度等數據，將監測數據與額定值進(jìn)行對比分析，判斷是否超過(guò)閾值，如果任意一項或多項數據超過(guò)安全閥值時(shí)，表明出現建筑電氣火災事故，平臺將自動(dòng)發(fā)出警報，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )向管理人員、消防部門(mén)發(fā)送相關(guān)信息，快速組織開(kāi)展現場(chǎng)救援工作，快速撲滅與有效控制火勢。

      與此同時(shí)，在出現建筑電氣火災事故時(shí)，火災預警平臺還將通過(guò)信息傳感裝置，在三維模型中實(shí)時(shí)反映建筑火勢蔓延范圍與記錄相關(guān)數據，便于現場(chǎng)救援工作的開(kāi)展，以及對建筑電氣火災事故出現原因的分析，將其為依據對建筑電氣管理體系和具體的預防措施方案進(jìn)行改進(jìn)，預防電氣故障與火災事故的反復出現。

（7）健全技術(shù)規范與管理體系

      近年來(lái)，隨著(zhù)科技水平的不斷提高，在建筑工程中使用了大量的新型電氣設備，建筑電氣系統運行水平得到明顯提升。然而，在相關(guān)技術(shù)規范與電氣管理體系中，卻并未對新型設備的技術(shù)標準、操作流程進(jìn)行明確規定，致使設備安裝質(zhì)量與運行狀態(tài)受到人為主觀(guān)因素影響，存在安全隱患。因此，需要定期對建筑電氣工程的相關(guān)技術(shù)規范和設備運維管理體系進(jìn)行完善補充，為設備安裝、調試運行、維護保養、故障診斷與檢修等具體活動(dòng)的開(kāi)展提供明確依據。

（8）人員管理

      人員是開(kāi)展建筑電氣設備安裝與電氣運行維護等活動(dòng)的主體，如果工作人員的專(zhuān)業(yè)素養不達標，或是缺乏安全生產(chǎn)意識，將會(huì )形成新的安全隱患，提高建筑電氣火災事故與電氣故障的出現概率。因此，加強人員管理力度，采取以下措施，減少人為因素對建筑用電安全造成的影響：第一，引入權責與問(wèn)責機制。明確劃分各部門(mén)人員的職責范圍與工作內容，如電氣設備線(xiàn)路的日常維護保養內容。如此，既可以確保預防措施與管理計劃得到貫徹執行，同時(shí)，在受到人為因素影響出現建筑電氣火災事故時(shí)，可以對相關(guān)責任人進(jìn)行追責懲處。第二，事故案例分析。定期舉辦案例分析會(huì )議，對同類(lèi)工程的電氣火災事故案例進(jìn)行深入分析，如分析事故的直接、間接、根本、原因，探討各類(lèi)建筑電氣火災事故的正確處理措施，不斷總結建筑電氣運維管理與事故預防的工作經(jīng)驗。第三，行為監督。在建筑電氣施工階段，對現場(chǎng)施工情況與操作行為進(jìn)行監督，及時(shí)糾正違章操作等不規范行為，及時(shí)發(fā)現并消除安全隱患與質(zhì)量問(wèn)題。隨后，在建筑電氣運維管理階段，對設備線(xiàn)路日常維護、定期檢修、故障診斷等工作的開(kāi)展情況進(jìn)行監督記錄，要求工作人員嚴格遵循相關(guān)操作規范。

（1）概述

      Acre1-6000電氣火災監控系統，是根據國家現行規范標準由安科瑞電氣股份有限公司研發(fā)的全數字化獨立運行的系統，已通過(guò)國家消防電子產(chǎn)品質(zhì)量監督檢驗中心的消防電子產(chǎn)品試驗認證，并且均通過(guò)嚴格的EMC電磁兼容試驗，保證了該系列產(chǎn)品在低壓配電系統中的安全正常運行，現均已批量生產(chǎn)并在全國得到廣泛地應用。該系統通過(guò)對剩余電流、過(guò)電流、過(guò)電壓、溫度和故障電弧等信號的采集與監視，實(shí)現對電氣火災的早期預防和報警，當必要時(shí)還能聯(lián)動(dòng)切除被檢測到剩余電流、溫度和故障電弧等超標的配電回路;并根據用戶(hù)的需求，還可以滿(mǎn)足與AcreIEMS企業(yè)微電網(wǎng)管理云平臺或火災自動(dòng)報警系統等進(jìn)行數據交換和共享。

（2） 應用場(chǎng)合

      適用于智能樓宇、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業(yè)、國家重點(diǎn)消防單位以及石油化工、文教衛生、金融、電信等領(lǐng)域。

（3）系統結構

（4）系統功能

      監控設備能接收多臺探測器的剩余電流、溫度信息，報警時(shí)發(fā)出聲、光報警信號，同時(shí)設備上紅色“報警”指示燈亮，顯示屏指示報警部位及報警類(lèi)型，記錄報警時(shí)間，聲光報警一直保持，直至按設備的“復位”按鈕或觸摸屏的“復位”按鍵遠程對探測器實(shí)現復位。對于聲音報警信號也可以使用觸摸屏“消聲”按鍵手動(dòng)消除。

      當被監測回路報警時(shí)，控制輸出繼電器閉合，用于控制被保護電路或其他設備，當報警消除后，控制輸出繼電器釋放。

      通訊故障報警：當監控設備與所接的任一臺探測器之間發(fā)生通訊故障或探測器本身發(fā)生故障時(shí)，監控畫(huà)面中相應的探測器顯示故障提示，同時(shí)設備上的黃色“故障”指示燈亮，并發(fā)出故障報警聲音。電源故障報警：當主電源或備用電源發(fā)生故障時(shí)，監控設備也發(fā)出聲光報警信號并顯示故障信息，可進(jìn)入相應的界面查看詳細信息并可解除報警聲響。

      當發(fā)生剩余電流、超溫報警或通訊、電源故障時(shí)，將報警部位、故障信息、報警時(shí)間等信息存儲在數據庫中，當報警解除、排除故障時(shí)，同樣予以記錄。歷史數據提供多種便捷、快速的查詢(xún)方法。

（5） 配置方案

  

 

      綜上所述，為預防和減少建筑電氣火災事故的出現，保證建筑電氣系統安全穩定運行。因此，掌握建筑電氣火災事故的主要產(chǎn)生原因，落實(shí)預防措施，不斷對建筑電氣管理體系進(jìn)行完善補充，強化電氣設備日常維護與監督管理力度，進(jìn)一步提高我國的建筑電氣火災鑒定與預防水平。

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作者簡(jiǎn)介

陳怡錦，女，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事電氣火災監控系統的研發(fā)和應用。手機：13774413253（微信同號）