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火灾调查时电气火灾的原因判定及其问题点

文章出处: 人气:发表时间:2020-04-08 16:17
 
火灾调查时电气火灾的原因判定及其问题点
 
在火灾调查中经常存在“电气性熔融痕迹,火灾起因于电气”、“只要找到电气熔融痕迹,火灾的原因调查就结束了”、 “原因不太清楚,有可能是漏电造成的”这类说法,然而电气火灾真会有那么多吗?怀着疑问,日本研究人员对现场发现的电气熔融痕迹和起火原因进行确认,列举火灾案例,重新考虑电气熔融痕迹和火灾起火原因。
 
1. 电气火灾的多样性
 
1.1 起因于电气的火灾
 
如果起因于绝缘物的老化,不一定需要负载通电,只需施加电压即可满足起火条件。起因于导体发热的火灾多数为接触部位发热、铜氧化物的增生导致局部发热,由于超负荷(过电流)造成的发热、散热不充分等经常通过负荷电流,换言之,负荷电流不间断地通过,作为条件被列举出来。由于触点和断线处连续不断放电导致电弧性老化和导体发热,最终形成绝缘体热性老化,这些原因是负荷电流的影响和绝缘老化的主要原因叠加起来产生的。总而言之,只要是起因于电气的火灾,都会在电线、电气配线连接器具、电气设备及电气零部件等导体或绝缘体上产生具有特征的痕迹,这是毋庸置疑的事实。虽然绝缘物大多被火灾烧毁了,但是只要剩余导体的电气熔融痕迹或其特殊的发热痕迹在,都能够成为判定原因所需的重要依据。
 
1.2 电气配线的熔融痕迹
 
火灾现场发现的熔融痕迹,可以大致分为以下几类,详见图1。除火灾过程中的热造成熔融痕迹外,其他全部是电气的熔融痕迹。而现场发现的电气熔融痕迹则往往是多种形式的痕迹混杂在一起的:起火后产生的痕迹、由非起火点发现的熔融痕迹、形成起火原因的痕迹是在起火后的火灾中变成那样的,凡此等等。与其说这些痕迹不仅不能够成为确定火灾发生的原因,还不如说,大多数痕迹都不是酿成火灾的原因。因此,判定火灾原因,需要具备能够真正识别这些痕迹的常识和经验。
 
图1 熔融痕迹的分类
 
1.3 短路与可燃物的起火
 
在有电位差的导体之间,发生电弧放电或短路,因此出现熔融、熔接、熔断、熔渣等痕迹,这些痕迹可统称为电气熔融痕迹。众所周知,电气熔融痕迹是电弧放电或短路产生的高温造成的,热能具有使周围可燃物起火燃烧的能力。试想,如果短路引发可燃物起火,来自于城市煤气或LP气体等可燃性气体或汽油、酒精等可燃性液体的气化蒸汽,它们都会因瞬间短路而引起火灾。那么固体可燃物的情况如何呢?固体可燃物仅在起火点产生高温的条件下是不会燃烧的,其实,这是高温持续时间与固体可燃物热容量间的问题。因此,即便火焰的温度比发生短路时的温度低很多,同样可以使固体可燃物起火燃烧。另外,短路所需的热能不会全部有效地被起火消耗,所以不可以仅以总能量来讨论是否会起火。固体可燃物是各种各样的,完全相同的物质极少,相对于起火和燃烧来说,不可以不考虑现实情况而一概而论。
 
但是,普通家庭因短路导致火灾的实际情况是,固体可燃物并不都会像脱脂棉那样容易起火。如此不易起火的固体可燃物为什么会因短路而导致起火并形成火灾了呢?普通家庭用配电盘安装有以保护室内配线为目的的断路器。断路器的特点是:当短路发生时,通过断路器的短路电流越大,越能在短时间切断回路发挥其保护功能,有效避免事故和火灾发生。
 
但是,一旦条件具备,也会发生罕见的致使固体可燃物起火的短路(照片1、照片2)。覆盖与电线和端子之间的绝缘物平时并不通电,但是绝缘因环境和使用条件的变化发生了老化,老化部分不断产生微小放电和发热,从而使老化进展,形成碳化导电路。
 
 
照片1插头齿间短路状况 (火焰和金属粉末飞散)
 
照片2 短路后,火苗向上燃烧的插头
 
通过碳化导电路发生的短路,不同于正常导体之间发生的放电或短路,由于短路脉冲电流断断续续通过,所以,电流断路器未能瞬间断开,短路状态不断持续。短路一直持续到导体间的碳化导电路被烧毁,或者电流断路器启动为止。日前发生的因短路热能大幅度超过导体的熔融温度,逐渐产生熔融,导致周围的温度突然升高,进而形成爆燃的燃烧状态,通过绝缘物熔融产生的可燃性气体开始燃烧,四周被火焰笼罩,所有的固体可燃物被燃烧殆尽。
 
但是,为了过渡到火灾酿成,起火的固体可燃物需要持续性燃烧,才会扩大火势。因此,短路或放电发生的火灾,有时是周围有容易延烧起火的可燃物存在,而且是发展型地延烧,而有时只要周围没有可燃物就不会导致火灾发生。最近,由于居住环境的变化,一些家庭不再随时丢弃垃圾,家里堆积了很多可燃物,在这种特别异常的条件下,一旦发生电气短路,肯定会增加酿成火灾的危险性。
 
2.火灾实例2.1 构成火灾起因的电气熔融痕迹案例
 
第一个例子是一所普通的住宅起火,最后导致住宅全部被烧毁。居住者在起火的最初期阶段发现更衣室起火(照片3),该住宅的面积较大,为了缩小起火点可疑范围,大家从起火点附近找到了有延长电线伸出的分接插头(照片4),在插入式插头上发现了电气熔融痕迹 (照片5),最后终于查明起火原因。
 
通过这一案例,大家发现聚氯乙烯一体成型插头一旦发生绝缘不良问题,插头的插销之间即发生短路,很多插销的根部产生熔融。因为,在此部位产生的电气熔融痕迹绝不是火灾后的次生灾害,所以判定该痕迹系直接起火原因。
 
电气配线的连接部发生的接触电阻,为了将电能送至末端的负荷设备,必须向其送电,这是无法回避的问题。通过的电流值越大,连接部位发热温度越高。因此,配线的连接部位容易产生热老化造成的绝缘不良问题,连接部位是查明起火原因时必须特别注意的部位a
 
照片3起火场所(更衣室)附近的状况
 
其根部有熔融痕迹,在插销之间夹着像棉花一类的杂物,滴下电解液后得到的结果和漏电起痕试验的结果相同,绝缘物表面聚集的灰尘是引起火灾发生的主要原因,这起火灾容易被误解为因漏电发生的火灾。但在平常生活中不会发生此类尘埃吸湿的情况,只要不在表面上方滴水情况下使用,就不会使之成为火灾原因,普通家庭发生漏电的概率极低。在判定火灾原因时,还需将产生痕迹的使用环境作为判定内容之一。
 
照片4 地板上发现的延长电线的分接插头(箭头为电气熔融痕迹处)
 
照片5 分接插头上插着的除湿烘干机用插头的插销出现了电气熔融痕迹
 
2.2 非火灾原因的电气熔融痕迹案例
 
照片6是过去大家混居的楼房内一层起火,将机械设计事务所全部烧毁的火灾。起火时,该事务所没有一名员工在,而且出口还被上了锁。火势是从台子上放着的大型图纸复印机附近烧起。
 
仔细检查起火点附近时,大家发现了电气配线有多处熔断痕迹,还发现了电水壶盖子上有一部分。同时还发现电水壶主体在灭火时被移动到了别处。产生电气熔融痕迹的电线是电水壶的,由于电线在中间部位没有开关,所以可以考虑水壶主体处于保温状态,于是大家因此怀疑电水壶引发火灾。主体的本体底部装有双金属式温度调节器和温控保险丝(129℃),双金属呈现熔融状态(照片7)。
 
照片6 现场的状况(虚线部分是起火点)
 
照片7 电水壶底部(A:温度调节器B:温度保险丝)
 
相关人员对究竟是装有安全装置处于保温状态的电水壶起火,还是电线电气熔融痕迹才是起火的原因进行了多次讨论,结果如下:只要电水壶处于正常的保温状态,不存在起火危险,电线的熔融痕迹也没有特别异常现象,所以判定电气熔融痕迹属于火灾造成的次生灾害。据相关人员先容,电水壶作为隔水煮使用,是用溶剂(DMSO)二甲基亚砜对工业材料解热进行的试验。因此,决定以相同条件做试验再进行确认。(图2)
 
试验结果表明,由于电水壶的盖子是敞开的,随着时间的流逝,水位渐渐下降,加热器露出水面,在这种情况下,尽管出现异常高温部位,但是安全装置没有启动, 装入DMSO的容器开始熔融,流淌出来的DMSO通过加热器热能起火,电水壶开始燃烧,电线短路溶断(图3)。
 
由此可见,即便是安装了安全装置的产品,由于使用方法不当,也可以酿成火灾,如果只囿于电气熔融痕迹,是无法查明真正的火灾起因的。
 
2.3 电气器具的电气熔融痕迹
 
下面的例子是一户普通住宅的浴室起火,住宅被全部烧毁。由于看到浴室里的家庭用洗澡水循环过滤循置(24小时浴盆)(照片8)本体内的电源线存在电气熔融痕迹 (照片9),所以怀疑是器具本身起火。水循环过滤循置(24小时浴盆)(照片8)本体内的电源线存在电气熔融痕迹 (照片9),所以怀疑是器具本身起火。
 
浴盆本体水温加热器控制装置附近烧损严重,经过详细的分解检查,发现负荷侧产生有电气熔融痕迹的控制印刷电路板是用焊锡连接的印刷电路板连接端子(照片10)。经查明,24小时运行的浴盆连接端子处通过的电流超过电流连接端子最大额定电流容许值。印刷电路板与连接端子之间的焊锡产生了裂纹,导致连接部分发热放电,端子熔融起火。控制印刷电路板被烧毁,好容易才在浴盆内发现了印刷电路板的连接端子。
电热器具的温度控制是通过烘干机和取暖设备频繁启动进行的,如果使用负荷电流大的加热器控制温度,加热器的配线大多直接采用焊锡连接控制印刷电路板。因印刷电路板的连接部发热造成的火灾较多,所以调查原因时,需要采集所有微小的零部件进行仔细的检查。
 
3.电气熔融痕迹与火灾的原因电气熔融痕迹是通电中的电线的绝缘功能下降,发生接触不良、发热、放电或短路等,在导体上产生的痕迹。作为火灾原因的研究重点,应该放在电气熔融痕迹发生在电路的哪个部位,痕迹周围的烧损状况如何? 电路的连接部位和容易重复增加外力的部位容易产生痕迹时,可能成为火灾的原因,因此,应注意观察。被卡钉固定的地方和承载重物的位置,因火灾发生二次短路的情况较多,注意不要错误地判定其为火灾的原因。在非连接处配线的途中产生的电气熔融痕迹,本应从火灾原因中去掉,只要不是线束状态产生较大的负荷,就不可能成为火灾的原因。
 
电气熔融痕迹的形态虽然相似,但成因各不相同,不能说形态相同原因就一样,确定原因时需要注意。例如,发现插头的插销熔融了,就草率地确定是漏电造成的火灾,应该对发现的场所和周围的环境进行综合研究再决定火灾的原因。一般情况下,与其说电气熔融痕迹被视为火灾的原因,还不如说从发现的痕迹附近捕捉早期起火的证据才是重要的。
照片9本体内配线的电气熔融痕迹(左)上述痕迹的扩大(右)
照片10印刷电路板连接端子的电气熔融痕迹(虚线部分)
 
电气熔融痕迹能否成为火灾的原因,仅从科学分析进行判定的试验在不断进行着,然而,由于火灾造成的电气熔融痕迹是在各种条件下发生的,所以,仅仅对痕迹进行的分析,往往导致误判火灾原因。为了判定起火原因,重要的是必须对发生火灾的现场与环境进行全面调查。
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