低壓電氣火災的原因與鑒定方法的研究

賈傳圣，周長龍

（江蘇師范大學電氣工程及其自動化學院，江蘇 徐州221116）

0 引 言

電能作為人類生產、生活主要的能源，得到了廣泛的應用。在最近的十年間，我國發電量一直處于連年增長的趨勢。然而，在用電量大幅提升的同時，一些確定或不確定的因素引起的電氣火災也隨之大量發生。據公安部消防局統計2000～2007年，全國共發生電氣火災26．2×104起，電氣火災發生率及所造成的財產損失分別占同期總數的23．7﹪和35．9﹪，均占各類火災原因之首。

1 電氣火災的原因

按照起火的直接原因，電氣火災一般指由電氣線路、用電設備、器具、以及供配電設備出現故障性釋放熱能，如電火花、高溫、電弧以及故障性釋放熱能（電發熱器具的熾熱表面），引燃本體或其他可燃物而造成的火災。靜電和雷電引起的火災在我國屬于電氣火災。根據大量的火災統計資料所示，發生電氣火災的起因，從電氣本質上可分為：短路、過負載、接觸不良、漏電等幾種主要情況。其中由于短路引起的火災數量最多，再次是由于過負載、接觸不良、漏電而引起的電氣火災。此外，還有因為操作人員的誤操作、忘記關斷器具的電源等引起的火災。本文所稱的低壓電氣火災，指工頻50 Hz，電壓380／220 V交流電引發的電氣火災。

1．1 短 路

短路是指線路中不同相或不同電位的兩根導線或兩根以上導線直接相連或經過小負載，連接在一起，如圖1所示。

圖1 典型低壓配電系統短路原理圖

短路是造成電氣故障和電氣火災的主要原因之一，低壓電氣設備常因短路而造成電氣火災。當電氣線路及用電設備發生短路故障，這時回路中的電流會突然增加。根據電氣火災的燃燒原理，故障處會產生高溫或電弧，引燃線路絕緣層或短路故障處可燃物所造成的火災稱之為短路火災。短路火災是目前造成線路電氣火災中最為嚴重的火災事故。

短路產生的主要原因：絕緣線路長時間受外部高溫、潮濕或腐蝕等作用而失去絕緣能力；絕緣線路使用時間過長，絕緣陳舊老化或受損，使線芯裸露；絕緣線路敷設過低，受碰撞擠壓致使絕緣損壞；絕緣線路穿墻過洞或穿越樓板未穿管保護，遭磨擦損傷絕緣；裸電線安裝太低，搬運金屬物件時不慎碰在電線上，線路上有金屬物件或小動物跌落，發生電線之間的跨接；架空線路電線間距太小，檔距過大，電線松馳，架空線與建筑物樹木距離太近，造成電線與建筑物或樹木接觸；電線機械強度不夠，使電線斷落接觸大地，或斷落在另一根電線上；雷擊或供電電源過電壓，使導線絕緣薄弱處或正常絕緣被擊穿；線路過載或連接處接觸不良造成線路過熱導致絕緣損壞。

1．2 過負荷

電氣設備或導線中的電流超過其額定值，導致設備和線路過熱而引發的火災稱為過負荷火災。過負荷使導線中的電能轉變為熱能，造成導線長時間的過熱，損壞線路的絕緣層，達到一定溫度時，就會引發火災。過負荷除了本身會產生火災外，還會造成線路和電氣設備其他的電氣故障。導線過負荷的原因主要有以下幾點：設計、安裝時選型不正確，使電氣設備的額定容量小于實際負載容量；隨意增加用電設備，導致用電負荷超過設計容量；檢修維護不及時，使導線長期處于帶病運行狀態。導線的絕緣材料絕大多數是可燃有機材料，只有少數屬于無機材料，如陶瓷、石棉等。

1．3 接觸不良

導線與導線，導線與配電用電設備之間連接時，因接觸不良，在通電回路電流作用下，致使接觸處局部產生高溫電弧，引起電氣線路絕緣層附近的可燃物質及積落的可燃粉塵著火造成的火災，稱為接觸不良火災，它是線路火災中容易忽略并難以預防的一種。一般用電設備接觸處示意圖如圖2，當電流通過接觸電阻R時，所消耗的功率P和發熱量Q分別為：

P ＝I2R ，Q ＝0．24PT

式中，P為電功率，I為電流，R為接觸電阻，Q為發熱量，T為電流作用時間。由公式得出，一般情況下因為接觸電阻的存在，發熱量與電流的平方成正比，與通電時間也成正比。因此，當電路中過負荷或短路電流存在時，更容易引發火災。

圖2 接觸處發熱示意圖

U－接觸處電壓（V）；I－回路電阻（A）；R－接觸電阻（Ω）

接觸不良產生的主要原因：線路安裝質量差，造成導線與導線，導線與電氣設備的連接點不牢；接點由于熱作用或長期振動，使接頭松動；線路連接處有雜質，如氧化層、泥土等；銅鋁接頭的接觸點處理不當，由于銅鋁膨脹系數不同，熱脹冷縮產生空隙；以及電解腐蝕作用造成接觸電阻過大。

1．4 漏 電

低壓供電線路絕緣材料受一種或多種因素造成絕緣性能降低或失去絕緣性能，與接地導體、潮濕建筑物等相接觸時，電流從線路內向外流出，在漏電路徑中產生高溫電弧電火花引起周圍可燃物燃燒造成的火災，稱之為漏電火災。線路漏電引起火災，可發生在相線、相線與中性線、相線與大地之間，但最為常見的還是線路對地漏電造成火災。漏電產生的主要原因：線路使用時間過長，絕緣老化失效；線路受潮濕高溫多塵腐蝕性等惡劣環境影響絕緣降低；線路經常過電流運行，絕緣受熱作用損壞；接頭絕緣恢復處理不當，絕緣失效；線路絕緣受機械性損傷，如磨擦劃傷、動物啃咬等。

2 電氣火災的鑒定

火災原因的調查認定一般由現場勘查、調查詢問、技術鑒定3大系統組成，如圖3所示。

圖3 火災調查系統圖

2．1 現場勘查

現場勘查是對火災有關的場所、物體進行實地勘驗、查找、鑒別，提取能證明火災發生、發展痕跡物證的過程。同時為技術鑒定提取材料，并與調查訪問所獲取的證據相互驗證。一般根據實際需要，火災現場勘查分為環境勘查、初步勘查、細項勘查、專項勘查四個步驟進行。環境勘查，是火災調查人員在現場周圍對火場的巡視和觀察，以便對整個現場獲得一個火災發生、發展總的概念。然后進行初步勘查，在火災現場內部，在不挖掘、翻動現場殘留物的情況下觀察，勘查火災現場的每個特征：火勢范圍、火災現場燃燒程度、電氣控制裝置、線路分布等情況。細項勘查又稱動態勘查，是指對初步勘查過程中所發現的痕跡物證，在不破壞的原則下，進行挖掘、翻動，勘驗和收集，詳細觀察研究火場上有關物體的表面顏色、煙痕、裂紋、灰燼，測量記錄有關物體的位置，未燒完的木材炭化程度等，同時還可運用現場勘查的技術手段，進行細目照相、錄像、錄音、測量距離、確定大小，采用各種儀器、技術手段發現和收集痕跡物證。在火災現場找到可以供給火災能量的物體（物質）或殘體后，就需要對其進行專項勘查。根據它的性能用途，使用和敷設狀態，變化特征分析因為什么發生故障，什么原因造成火災，并視需要和可能作為技術鑒定的檢材。

2．2 調查訪問

調查訪問是火災調查人員向發現火災的人、報警人、當事人等有關人員（撲救人、現場活動人、犯罪嫌疑人等）了解發生火災情況的行為。火災現場調查訪問是火災原因認定的重要一環，不僅對火災原因認定的證人、證言、書證等證據收集、獲取有著不可替代的作用，同時對起火點、起火源、起火物甚至火災原因認定等方面，與火災現場勘查起著相輔相成的重要作用。

2．3 技術鑒定

國內現代電氣火災鑒定技術方法共有六大類，即宏觀痕跡鑒定法、金相分析法、成分分析法、微觀形貌鑒別法、剩磁法和模擬實驗。在以上電氣火災的鑒定方法中，目前金相分析法應用最廣泛。

2．3．1 宏觀法的選擇與應用

宏觀鑒定法又稱外觀鑒定法，是對火場中遺留的導線熔痕，依據外觀特征，用肉眼或借助顯微鏡通過觀察比較，鑒定出導線熔痕的熔化性質，初步判斷導線熔痕是由于什么原因形成的。導線短路時在短路點處形成的熔痕、過負荷時在過負荷全線造成的絕緣破壞及線芯上留下的熔痕、接觸不良時在接觸點處形成的高溫過熱痕跡、斷路時在斷路點處形成的電弧灼燒痕跡都能從宏觀上進行初步鑒定，但宏觀鑒定法依賴于人的經驗，對鑒定人的要求較高，并且準確性不易保證，因而在電氣線路火災物證鑒定中很少單獨使用宏觀鑒定法。

2．3．2 金相法的選擇與應用

金相法的特點是依據同一種金屬在經過不同的加熱、保溫、冷卻等一系列熱處理后金相組織所顯示的不同變化，鑒別出它的熔化性質，從而為確定火災原因提供依據。因此，凡短路電流或電弧熱作用產生的熔痕，接觸不良、漏電過熱形成的熔痕，火災熱作用形成的熔痕，雷電流形成的熔痕以及導線過載等均適合選用本方法。火調人員發現在起火點及其附近導線以及查接件上有熔化痕跡，懷疑與起火原因有關，但又不能確定熔痕的熔化性質，可將熔痕連同部分導線或金屬本體提取下來，應用本方法進行鑒別，以確認它是火燒熔化還是電流及電弧熱作用形成，然后再結合火場的其他起火因素，通盤考慮后，做出起火原因的結論。

2．3．3 成分分析法的選擇與應用

成分分析法的主要特點是針對性較強，是配合金相分析的一種方法，可以相互驗證使結論更為準確。在火災現場勘查中，成分分析法是利用熔珠內部空洞內表面的元素含量來確定短路熔珠性質，進而判斷起火原因的一種鑒定方法。成分分析法的理論基礎是一、二次短路形成時的環境條件不同，一次短路形成于火災前，周圍是潔凈的空氣，因而一次短路熔珠空洞內部氮元素含量會高于二次短路熔珠空洞內部氮元素含量，二次短路形成于火場當中，周圍是燃燒產物，具有較多的碳，因而二次短路熔珠空洞內部碳元素含量會高于一次短路熔珠碳元素含量。這一結論對于一般火災現場是適用的，但當火場中導線穿管布置時，即使發生了二次短路，由于外部管材的保護，也有可能是在一個相對潔凈的環境中形成熔珠，因而其內部空洞內表面元素含量與一次短路應相同或相近。因而在利用成分分析法進行物證技術鑒定時，同樣要考慮痕跡的形成條件以及取樣的具體部位。

2．3．4 微觀形貌法的選擇與應用

微觀形貌法的主要特點是對微小痕跡（如弧光放電痕跡、金屬噴濺痕跡、電子器件燒損痕跡）的表面形態進行分析，根據其微觀形貌特征，確定其熔化性質和形成原因。

2．3．5 剩磁法的選擇與應用

上述各項鑒定方法，都是在有熔痕的情況下進行的。而剩磁法的最大特點，是在無短路熔痕的情況下，依據其剩磁的大小，規律等判斷線路及設備等是否發生過短路。火災調查人員，通常在確定火災是否由線路或設備短路引起時，主要靠短路熔痕來做出判定。但由于火災過程的復雜，有時將線路燒毀，已形成的短路熔痕受到破壞無從查找，但又懷疑起火是由短路引起的，卻又無根據時，則采用本方法解決。在應用本方法時，應根據火災實際情況，結合各種起火可能，進行綜合分析。當短路與其他原因交叉時，在排除其他火源（包括縱火、吸煙、其他用火等），查明該線路以往的故障史，將各種疑點落實后 ，才可作為判定是否發生過短路的依據。

在火災調查中，如果單用一種方法把握不大 ，就應考慮同時采用多種方法進行綜合分析，做出準確的判斷。

3 結束語

電氣火災的危害是巨大的，而且難以預測，給國家和人們造成了極大的損失，必須采取有效防范措施。

預防電氣火災應該以人們的安全用電素質為根本，加強在廣大人民群眾中宣傳教育工作，提高人民的安全用電意識；對從事電氣防火專業人員定期進行電氣防火安全培訓，提高現場監督水平，加大管理力度和有效性；國家出臺相關的政策法規，提高對電氣設備的防火標準，加強對防火設備的檢測，及早發現和消除隱患；推廣電氣防火新技術、新設備的應用，例如，漏電火災報警系統，漏電保護器，家用滅火系統，限流保護器等。

該性質的計算難度相當于求解素域上f次方程的根，使一些惡意破壞者無法偽造其他代理簽名者的簽名，從而有效防止合謀攻擊。同時，對于RSA算法來講，其參數的選擇直接關系到RSA系統的安全。因此，對系統的設置和應用協議，我們在應用密碼系統過程中，一定得慎重考慮。

4 總 結

隨著信息技術的發展，密碼分析與通信系統攻擊技術的提高，信息安全的需求越來越高，有效的通信系統保密技術也需不斷完善和發展。因此，在我國通信事業飛速發展的同時，我們也需不斷發展保密技術，在信息技術中取得主動權，促進通信系統的完善。

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