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      火災發生時電接觸發熱的原因發布時間:2019-04-12 09:50:59

       電接觸發熱是電氣火災重要成因之一,在火災事故調查工作中比較多見。電接觸痕跡的形成原因多種多樣,只有深入查清其痕跡形成原因,才能做出科學的、有實際意義的論斷。 

        能夠引發火災的電接觸焦耳熱,是由于電流的熱效應引起的,它按i2r的規律放熱。焦耳熱的公式說明,發熱主要由兩個因素組成,即電流和電阻,均屬電氣物理量。在現場勘查中發現電接觸熔痕后,應進一步查找熔痕形成的原因和客觀上具備的條件,只有在痕跡現象與痕跡形成原因基本上沒有矛盾,且符合客觀條件的情況下,才可做出結論。例如在一起火場勘查中,發現插頭上的兩個插片熔掉一半,整個插座和木槽板及導線被燒,附近兩臺儀表也被燒毀,從痕跡上可以斷定為插頭接觸不良,接觸電阻過大、過熱引起火災。但在查找中發現該電源線與調壓器連接,且調壓器里邊的扼流圈被燒毀。同時查明是因為有一個電子管故障導致扼流圈過熱短路,短路的非正常電流激發了本來已處于嚴重惡化狀態的插銷過熱起火。此案例中插頭與插座接觸發熱熔化引起火災是由電流、電阻兩個因素之一或兩個因素同時決定的。而在實際勘查過程中,對于這種痕跡物證,往往歸結為插頭、插座接觸不良或接觸電阻過大、過熱引起的,而忽略了電流作用的因素。而此案例中插頭的熔化痕跡正是短路的大電流作用的結果。所以對于現場中發現的痕跡物證不能輕易地下結論,必須進行全面、細致的勘查,查清其形成原因,才能得出客觀、正確的結論。


        下面對影響接觸電阻發熱的因素進行分析:


      1接觸電阻


        接觸電阻rj由兩部分組成,即收縮電阻rs和表面膜電阻rb。收縮電阻是電流在流經電接觸區域時,從原來截面較大的導體突然轉入截面很小的接觸點,電流發生劇烈收縮現象,此現象所呈現的附加電阻稱為收縮電阻。表面膜電阻為在電接觸的接觸面上,由于污染而覆蓋著一層導電性很差的物質,這就是接觸電阻的另一部分——膜電阻。很多現場勘查人員對插片、插座燒毀的痕跡習慣歸結為接觸不良、接觸電阻過大所致,其實導致接觸電阻增大有很多原因。


      1.1接觸形式


        接觸電阻的形式可分為三類:點接觸、線接觸和面接觸。接觸形式對收縮電阻rs的影響主要表現在接觸點的數目上。一般情況下,面接觸的接觸點數n最大而rs最??;點接觸則n最小,rs最大;線接觸則介于兩者之間。接觸形式對膜電阻rb的影響主要是看每一個接觸點所承受的壓力f。一般情況下,在對觸頭外加壓力f相同的情況下,點接觸形式n最小,單位面積承受壓力f1最大,容易破壞表面膜,所以有可能使rb減到最??;反之,面接觸的f1就最小,對rb的破壞力最小,rb值有可能最大。在實際情況中,需要綜合以上兩個因素,對接觸電阻的大小進行具體的分析判斷。


      1.2接觸壓力 


        接觸壓力f對收縮電阻rs值和表面膜電阻rb值的影響最大,f的增加使接觸點的有效接觸面積增大,即接觸點數n增加,從而使rs減小。當加大f超過一定值時,可使觸頭表面的氣體分子層吸附膜減少到2~3個;當超過材料的屈服壓強時,產生塑性變形,表面膜被壓碎出現裂縫,從而增加了接觸面積,這就使收縮電阻rs因表面膜電阻rb的減小而下降,rs和rb同時減小,從而使接觸電阻大大下降。相反,當接觸不到位、接觸觸頭失去了彈性變形等原因使接觸壓力f下降時,接觸面積減小,收縮電阻rs增大,表面膜電阻rb受f的破壞作用減弱或不受其影響,從而使表面膜電阻rb增大。同時因rb增大,使接觸面積減小,從而使rj增大,二者的綜合作用使接觸電阻整體上升。 


      1.3接觸表面的光潔度 


        接觸表面的光潔度對接觸電阻有一定的影響,這主要表現在接觸點數n的不同。接觸表面可以是粗加工、精加工,甚至是采用機械或電化學拋光。不同的加工形式直接影響接觸點數n的多少,并最終影響接觸電阻的大小。 


      1.4接觸電阻在長期工作中的穩定性 


        電阻接觸在長期工作中要受到腐蝕作用: 


       ?。ǎ保┗瘜W腐蝕。電接觸的長期允許溫度一般都很低,雖然接觸面的金屬不與周圍介質接觸,但周圍介質中的氧會從接觸點周圍逐漸侵入,并與金屬起化學作用,形成金屬氧化物,從而使實際接觸面積減小,使rj增加,接觸點溫度上升。溫度越高,氧分子的活動力越強,可以更深地侵入到金屬內部,這種腐蝕作用變得更為嚴重; 


       ?。ǎ玻╇娀瘜W腐蝕。不同的金屬構成電接觸時,能夠發生這種腐蝕。它使負極金屬溶解到電解液中,造成負電極金屬的腐蝕。 


      1.5溫度 


        當接觸點溫度升高時,金屬的電阻率就會有所增大,但材料的硬度有所降低,從而使接觸點的有效面積增大。前者使rs增大,后者使rs減小,結果是兩者互為補償,故接觸電阻變化甚微。但是,發熱使接觸面上生成氧化層薄膜,增加了接觸電阻,這種接觸電阻可成百成千倍地增大。其氧化速度與觸頭表面溫度有關,當發熱溫度超過某一臨界溫度時,這個過程就會加速進行,這就限制了接觸面的極限允許溫度。否則,則將使接觸電阻劇增,會引起惡性循環。另外,當發熱溫度超過一定值時,彈簧接觸部分的彈性元件會被退火,使壓力降低,也會使接觸電阻增加,惡性循環加劇,最后會導致連接狀態遭到破壞。 


      1.6材料性質 


        構成電接觸的金屬材料的性質,直接影響接觸電阻rj的大小,比如:電阻率ρ、材料的布氏硬度hb、材料的化學性質、材料的金屬化合物的機械強度等。以我國普遍使用的銅為例,銅有良好的導電和導熱性能,其強度和硬度都比較高,熔點也較高,易于加工。因此銅線接頭在接觸良好的情況下,溫度低于無接頭部位的溫度;但在高溫下,其在大氣或變壓器油中也能氧化,生成cu2o,其導電性很差,氧化膜厚度隨著時間和溫度的增加而不斷地增加,接觸電阻也成倍地增加,有時甚至使用閉合電路出現斷路現象。因此銅不適合于做非頻繁操作電器的觸頭材料,對于頻繁操作的接觸器,電流大于150a時,氧化膜在開閉時產生電弧的高溫作用下分解,可采用銅觸頭。從整體減小接觸電阻rj的角度看,可在銅上鍍銀、鑲銀或錫,后兩者的優點是ρ及hb值小,氧化膜機械強度很低,因此銅件上采取此措施可減?。颍?。 


      2.1無論是載流導體還是電器都必須經受短路電流的考驗。短路是極嚴重的事故狀態,在極短時間內載流部分要承受比正常運行時大許多倍的短路電流手工藝熱效應作用和電動力沖擊。短路事故發生在保護裝置手工藝保護作用正常情況下,低阻抗短路線路中電流大,保護裝置也需要一定的動作時間,在事故切除前電器或導體及電接觸部分在短路電流熱效應的作用下,其溫度仍有可能被加熱到很高的程度。如果保護裝置未按規定要求安裝或動作電流、動作時間、整定值過大以及裝置失靈起不到保護作用時,這種低阻抗短路的大電流會給電器設備各個環節造成很大的威脅(包括電接觸部分),大電流作用在電接觸部分產生很大的熱量,足以引燃周圍可燃物,甚至熔化電接觸件。 


       2.2過負荷 

       所謂過負荷,是指電氣設備或導線的負荷超過了其額定值。造成過負荷的原因有以下幾個方面:
       ?。ǎ保┰O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;
       ?。ǎ玻┰O備或導線隨意安裝接,增加負荷,造成超載運行;
       ?。ǎ常z修、維護不及時,使設備或導線長期處于帶電運行狀態。
        過負荷的實質是電流增大,使更多的電能轉變為熱能,尤其是可導致過熱電接觸部位,達到一定溫度,就會引發火災。


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