1、.低壓線路短路火災的機理及原因認定摘要：針對目前電氣火災中最為突出的低壓線路短路火災，從火災發生的原因、形成機理， 以及從火災現場短路痕跡的獲取、外觀識別、金相組織鑒定等方面綜合認定短路起火并加以論述。關鍵詞 低壓線路 電氣短路 火災原因認定 低壓電氣線路發生電氣短路故障，造成短路回路電流劇增，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低壓線路短路火災。目前，低壓線路短路造成的電氣火災事故最為嚴重 了解和掌握此類火災發生的機理和火災原因認定方法對有效遏制當前電氣火災日益上升的勢頭，改善消防安全環境有著十分重要的現實意義。 1 低壓線路短路火災原因分析 11 短路常見原因

2、 a 絕緣線路長時問受外部高溫、作用而失去絕緣能力。 c 絕緣線路敷設過低，受碰撞、擠壓絕緣損壞。 d 絕緣線路穿墻過洞或穿越樓板未穿管保護，摩擦損傷絕緣。 e 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。 f 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。 g 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。 h 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。 i 線路過載或連接處接觸不良造成線路過熱導致絕緣損壞。特別是，線路常常因過負載的長期熱作用積累最終引起短路

3、發生，如圖1所示。 j 爬電燃弧起火。爬電電弧是在導體之間產生的燃弧現象。它不是建立在空氣間隙中的電弧，而是出現在設備絕緣表面上的電弧。如常用的電源插頭有一個或多個相線插腳和保護線(PE線)、中性線插腳，彼此之間的絕緣表面可能發生爬電燃弧起火。絕緣表面爬電是緩慢形成的一種絕緣故障。 沒備工作環境中的空氣中如含有潮氣，當空氣由熱變冷時潮氣就凝結在絕緣表面，在兩導體問形成一能微弱導電的液膜。兩導體間因電位差而產生一很小的電流。電流的熱效啦使液體氣化，但液膜中的鹽分和導電塵埃等卻遺留在絕緣表面上。這一過程周而復始，循環不已，遺留在絕緣表而上的鹽分和導電塵埃不斷增多，其導電性也隨之提高，使爬電電流緩慢

4、增大。當導電性達到一定程度時，即使不存在水分的絕緣表面也能導電。電流產生的熱量能使絕緣碳化，絕緣表面出現星星火花而逐漸形成爬弧。它能使絕緣失效、設備損壞，若近旁有可燃物也可引燃起火。 同樣道理，當設備所處環境污穢不堪，同時導體間距離過近或電壓過高，造成絕緣不良(或絕緣擊穿)，都容易在導體問產生爬電起火。 12 不同性質短路火災危險性分析 按照短路時短路故障處不同電位導體之間的接觸狀態，短路一般l義分為金屬性短路和電弧性短路。 121 金屬性短路起火 當不同電位的 導體接觸時，短路電流通過接觸電阻而產生高溫，使接觸點金屬熔化焊牢，其阻抗叮忽略不計，形成金屬性短路，由于短路回路阻抗小，短路電流可達

5、線路的幾百倍甚至幾千倍。 當短路保護電器失效拒動(如熔絲誤被銅、鐵絲代替，斷路器失效拒動)，短路狀態持續，短路電流產生的高溫可使整條線路沿絕緣層燃燒，甚至使線路全長線芯燒紅外露，線路所至附近的可燃物均會引發起火 金屬性短路雖然起火危險大，但只要短路防護電器安裝符合規范要求，并保持其防護的有效性，這種短路火災是可以避免的 122 電弧性短路起火 根據高電壓技術可知， 空氣的擊穿場強為30 kVcm，而一般 業與民用低壓供電電壓低于400V，正常電壓不會造成絕緣或空氣間隙擊穿導電。 線路形成短路時短路故障處相接觸的導體往往會因為下述原因脫離接觸，同時在接觸點形成的空氣間隙處產生電弧：短路回路阻抗大

6、，短路電流小，使接觸處的金屬不能熔化焊牢：金屬熔化產生收縮或在電動力作用下脫離接觸。 此時的電弧溫度高，可達2 0004 000 cc，會引燃眾多的可燃物及導線絕緣。此種方式產生電弧所需電壓低、電流小。一般在接觸點， 只要電壓超過12 V，回路電流超過025 A，就會產生電弧。如銅觸點的最小生弧電壓為13 V，最小生弧電流為043 A。而低壓線路發生短路時，故障處的接觸電壓及通過的短路電流通常都超過生弧電壓和電流，因而電弧不但容易形成，而且往往持續發生。因電弧電壓降大(表現為高阻抗)，首先會限制短路電流的增大，使正常安裝的短路保護裝置不動作或動作不及時，另一方面短路電流仍將超過線路安全電流，高

7、溫和持續電弧成為危險的起火源。 因此電弧性短路起火的危險性遠大于金屬性短路起火。實際中，線路短路火災大多為電弧性短路所引起。 123 接地故障電弧性短路起火 a 電氣施工中，導線穿鋼管時導體絕緣外皮之間并無相對摩擦(或很小)，但外皮與鋼管間的摩擦卻使絕緣磨薄或受損。供電系統故障產生的暫態過電壓擊穿絕緣劣化處而形成電弧起火。 b 雷擊時瞬變電磁場在相鄰電纜(電線)的線芯上感應的瞬態過電壓是基本相同的，而電纜梯架則因接地而成為地電位，電纜與梯架間接觸點的絕緣卻因一再受雷電過電壓的沖擊而受損。雷電產生的瞬態過電壓擊穿絕緣劣化處而形成電弧起火。 由上述可見，接地故障是線路電弧性短路故障的主要原因，線路

8、短路火災大多為接地故障引起。 2 線路短路火災認定要點 根據分析可知，短路火災的形成是由于導體絕緣層被破壞，線路對地或線路之間產生短路故障所致，以電弧性短路起火居多。其特點是短路點往往留下電弧作用的短路熔痕，一般起火點位于短路點附近，并在相關回路上造成異常反應。 21 獲取現場勘查證據 a 確認的起火點處有短路點、短路熔痕。短路熔痕形式多樣，可出現在線路上、接地金屬等物體上，甚至出現噴濺熔珠。當發生二次短路時，熔痕不只一處。應仔細查找，初步判定并提取證明短路的熔痕。 b 線路短路保護熔斷器的熔絲或熔斷片呈“爆斷”狀態，或斷路器開關處于斷開位置。 c 短路點附近有最初點燃的可燃物質殘留物，并有以

9、此為中心向周圍蔓延的痕跡物證。 d 發生短路的同一回路導線遠離火場部分，絕緣層無變化。 22 技術鑒定 對提取熔痕經綜合分析鑒定，發現有外觀、金相組織、成分組成等符合一次短路特征的熔痕： a 短路熔珠。短路熔珠是指短路瞬間導線被熔斷后，留在熔斷導線端部的圓珠狀熔化痕跡。它與形成短路時間和導線的接觸有關。短路熔珠的形態表現不盡一致，有的較大且凝結在導線端的正中，有的歪斜在線端的一側。當導線接觸很緊、短路電流很大，全線過熱情況下則形成尖狀熔珠。 b 噴濺熔珠。噴濺熔珠是指導線短路時飛濺的金屬液滴在運動中冷卻形成的小圓狀熔珠。 c 短路凹狀熔痕。這種熔痕出現在兩根導線相對應的位置上它是在兩線并行或互

10、相搭接接觸下所形成。由于接觸時間短，接觸后迅速分離，因而一般不能使導線熔斷，只在短路點形成凹狀痕。 d 短路熔斷痕。發生短路時，電弧和爆發力有時將短路點處導線熔斷。在短路體上形成對稱電熔痕。 e 熔化過渡區。由熔痕向導線延伸的一定距離內存在的熔化現象。 f 一次短路熔痕。銅、鋁導線因自身故障(如機械損傷、老化、經常過負載、高壓擊穿等原因)于火災發生之前形成的短路熔化痕跡。 g 二次短路熔痕。銅、鋁導線在帶電情況下，由于火災熱作用使導線絕緣層失效，發生短路而形成的熔化痕跡。 h 火燒熔痕。在不帶電情況下，火場溫度達到導線熔點(銅1 083 oC， 鋁659 oC)時，導線被熔化所形成的痕跡。 2

11、21 一、二次短路熔痕、火燒熔痕外觀特征及區別 一、二次短路熔痕同屬于瞬間電弧高溫熔化都具有冷卻速度快、作用集中、熔化范圍小的形成條件，同時具有短路熔痕的特點。但一次短路發生在自然、正常環境的條件下；二次短路發生在火災條件下，具有環境溫度高、溫差小、結晶潛熱不易散失、過冷度小的特點。因而表現了一次、二次短路熔痕的各自特征及差異。 火燒熔痕是導線被火災熱作用造成，其時間、溫度均與短路不同，它具有溫度持續時間長、火燒范圍大、熔化溫度低于短路電弧溫度的特點。 短路熔痕、火燒熔痕特征可從熔痕外觀狀態加以區別： a 熔珠。一次短路銅導線熔珠直徑是線徑的12倍，鋁導線熔珠直徑是線徑的13倍。熔珠的位置在導

12、線端部或歪在線端的一側，有的大熔珠下面導線上還附著有小的熔珠。銅熔珠表面有光澤，鋁熔珠表面有一層灰色氧化鋁膜和麻點、毛刺。二次短路銅導線熔珠的直徑相對大于一次短路熔珠。但又小于火燒形成的熔珠，表面有微小凹坑，光澤性差。鋁導線熔珠表面有一層深灰色氧化鋁膜，有小凹坑、裂紋及塌陷現象，非熔珠狀熔痕端部夾雜有黑色碳化物。火燒形成的銅導線熔珠直徑是線徑的13倍，鋁導線熔珠直徑是線徑的14倍。熔珠位于線的端部或中部。熔珠表面光滑，無麻點和小坑，具有金屬光澤。 b 多股軟線。一次短路時， 多股軟線端部形成熔痕，與熔痕相連接的導線無熔化粘結痕跡， 其多股細銅絲仍能逐根分離。有的細銅絲端部出現微小熔珠。二次短路

13、時，多股軟線端部形成熔痕，與熔痕相連接的導線變硬或粘結在一處其多股細銅絲不能逐根分離。 當為火燒熔痕時，多股軟線端部形成熔珠或尖狀熔痕。熔痕下面的細銅線熔化并粘結在一起很難再分開。 c 熔化過渡區。一次短路時，熔痕與導線之間有明顯的熔化與非熔化的分界線無熔化過渡痕跡。二次短路時， 自熔痕向導線延伸的一段距離內，在導線上有微熔變細的痕跡。 當為火燒熔痕時，銅、鋁導線上有熔化變細，熔化積聚變粗或形成熔瘤、尖狀熔痕，以及在導線上附著帶有光澤的小熔珠。 d 單芯導線。一次短路時， 銅導線表面形成若干有空腔的半球狀熔痕，其間距較均勻，大部分呈黑色個別也有光澤，鋁導線無此特征。二次短路時。在較短的一段導線

14、上出現若干處短路點。當為火燒熔痕時，線與熔珠之間有熔化過渡痕跡，導線明顯變細。 e 凹坑。當短路時，導線上出現凹坑，并表現在兩根導線相對應的位置上。凹坑內表面有光澤但不平滑，有堆積狀熔化金屬和毛刺，摸之有扎手感。有的凹坑內還沾有微小的同類金屬小熔珠。當為火燒熔痕時鋁導線上有被熔化形成的大量凹坑，坑內表面平滑無光澤。銅導線無此特征。 222 短路熔痕、火燒熔痕金相組織鑒定 2221 一、二次短路熔痕特征及區別 一、二次短路熔痕金相組織均呈現為鑄態組織。但一次短路晶粒由細小的胞狀晶或柱狀晶組成：二次短路金相組織被很多氣孔洞分割晶粒由較多粗大的柱狀晶或粗大的晶界組成。 一次短路熔珠金相試樣磨面內氣孔

15、小而較少，孔洞形狀較整齊；二次短路金相試樣磨面內的氣孔多而較大，且孔洞形狀不規整。 一次短路熔珠與導線銜接的過渡區處金相組織的分界限明顯；二次短路熔珠與導線銜接的過渡區處金相組織的分界限不明顯。 一次短路熔珠的晶界較細，孔洞周圍銅和氧化亞銅的共晶組織較少且不明顯：二次短路熔珠的晶界較粗大，孔洞周圍銅和氧化亞銅的共晶組織較多且較明顯。 用偏振光觀察時，一次短路熔珠孔洞周圍及洞壁的顏色暗淡不鮮明：二次短路熔珠孔洞周圍及洞壁的顏色鮮艷明亮，呈鮮紅色或桔紅色。 在較復雜的情況下，判定一次短路熔痕或二次短路熔痕時，須結合其他方法及火災現場的實際情況等進行綜合分析判定。 2222 火燒熔痕的特征 火燒熔痕

16、的金相組織呈現粗大的等軸晶，試樣磨面無孔洞，個別熔珠磨面有極少的縮孔，多股銅導線熔痕的試樣磨面有未熔的孔隙。 223 調查訪問獲取相關證據 a 當事人證實發生火災前有電燈忽暗或熄滅電風扇、電動機轉速下降等符合短路特征的用電現象。 b 當事人證實發生火災前有電燈、電視異常明亮等電壓突然升高的現象(高電壓侵入)。 c 當事人證實發生火災前有雷擊現象發生(高電壓侵入)。 d 目擊者直接證實短路的部位和短路過程。 23 特殊情況的考慮 a 短路大電流引起回路上其他部位故障點起火，造成起火點與短路點相分離，可考慮：接觸不良處高溫起火；非防護式開關產生電弧、熔斷器熔絲爆斷噴濺引燃起火。 b 短路保護電器未動作，可考慮：熔斷器熔絲用其他金屬代替；熔斷器熔絲規格或斷路器保護整定值過大，特別對于遠離供電變壓器的末端線