淺談電氣火災事故的原因與預防措施

發(fā)布時間： 2023-02-27　　點擊次數(shù)： 427次

王晶晶

安科瑞電氣股份有限公司

1 建筑電氣火災事故原因分析

（1）短路火災

在建筑電氣系統(tǒng)運行期間，受外部環(huán)境與動物啃食等因素影響，出現(xiàn)短路故障，電源通向用電設備的導線未經過負載而直接連接，進而產生較大的短路電流，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、過負荷、熱顆粒噴濺、固體液體絕緣擊穿、絕緣過熱等，如圖釘刺穿導體造成的接觸不良，短接電路受到磁場作用與金屬加熱影響產生的預期電弧，出現(xiàn)短接故障時在短接部位噴濺的熱顆粒。

以炭化路徑短路故障為例，由于電流通過自身或是受外加作用而產生的炭化路徑。這一故障的產生機理主要體現(xiàn)在三方面：第一，在物質上方施加熱源加熱物質與出現(xiàn)建筑火災時，電路在高溫條件下容易出現(xiàn)炭化現(xiàn)象。第二，在線路持續(xù)出現(xiàn)表面電弧放電與電火花現(xiàn)象時，隨著時間推移，導致兩個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，如果兩相導線間橫穿絕緣形成潮濕、受污染的路徑時，容易出現(xiàn)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(xiàn)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(tǒng)短路時，可以判定為出現(xiàn)單相接地故障。

（2）過載

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

（3）漏電

漏電是由于線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，在泄漏部位產生電弧與電火花，通過釋放大量熱量而引燃周圍可燃物。針對這一問題，可以使用電筆等工具接觸帶電體，如果電筆的指示燈長時間處于點亮狀態(tài)，則表明出現(xiàn)漏電故障，反之，則表明帶電體處于靜電狀態(tài)。

（4）不同性質短路火災

在出現(xiàn)短路故障時，根據(jù)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。其中，金屬性短路故障表現(xiàn)為，故障短路兩處導體接觸點在高溫條件下產生熔化現(xiàn)象，使得短路變?yōu)閷щ娊饘伲a生較大的短路電流，這一故障的產生原因包括短路操作時間保護過長、短路裝置故障失效。例如，在所配置熔斷器的材質質量不達標，或是熔斷器老化程度較為嚴重時，無法發(fā)揮出應有作用，使得短路電流燒傷線路，出現(xiàn)線芯燒紅外露與引燃可燃物等問題。為預防金屬性短路故障的出現(xiàn)，可以在線路中設置鋁、鐵線材的熔斷器裝置，通過調整熔絲連接情況來控制短路操作時間。

電弧性短路故障是在導體斷開與接入電路過程中，如果電源電壓值較高，將會產生高溫陣列與電弧，從絕緣狀態(tài)切換至導電狀態(tài)，這一現(xiàn)象被稱作為氣體放電現(xiàn)象，而所出現(xiàn)的電弧則是氣體放電的一種形式。與此同時，在電弧形成期間，將會持續(xù)釋放大量的熱能，將局部溫度提高至3000℃左右，進而引燃周圍的可燃物，嚴重時出現(xiàn)金屬熔化與蒸發(fā)現(xiàn)象，有較高可能引發(fā)建筑電氣火災。此外，在出現(xiàn)短路接地故障與雷過電壓問題時，也將產生電弧放電現(xiàn)象，出現(xiàn)電弧性短路故障。

（5）接觸不良

在建筑電氣系統(tǒng)中，導電性電路是由一定數(shù)量的導電元件所組成，各導電元件之間通過機械連接方式保持導電接觸狀態(tài)，這一現(xiàn)象被稱作為電接觸現(xiàn)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(xiàn)電氣連接不當現(xiàn)象，導電元件間的實際接觸面積小于設計面積，或是在接觸焊點表面附著灰塵污漬，設備機械連接松動，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，往往存在電氣線路設計負荷與實際使用負荷不匹配的問題，在電氣設備與線路運行期間，實際荷載超過額定值與可承受范圍，長時間處于過載運行狀態(tài)，不但加快了線路設備的老化速度，同時，還有可能引發(fā)絕緣擊穿、線路燒損、引燃周圍可燃物等一系列問題的出現(xiàn)。

（7）設備存在安全隱患

在部分建筑電氣工程中，電氣設備與線路自身存在安全隱患，以某工程為例，一方面，沒有正確認識到設備質量管理工作的重要性，在入場環(huán)節(jié)，僅對設備外觀質量、規(guī)格型號與生產許可證等資料文件進行審核檢查，并未對設備內部結構情況進行檢查，也沒有開展設備單體調試試驗，致使部分存在質量缺陷的設備被投入使用。另一方面，施工人員沒有嚴格遵循相關規(guī)范安裝電氣設備與敷設線路，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小等問題，在建筑電氣系統(tǒng)運行期間，存在安全隱患。

2 建筑電氣火災事故的有效預防措施

（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，禁止安裝存在質量缺陷的設備。首先，在入場環(huán)節(jié)，對電氣設備與線纜的結構質量進行檢查，開展單體設備試運行試驗，從中隨機抽取少量線纜等材料作為試樣，將試樣送至實驗室檢測，根據(jù)試驗與檢測結果，退回存在質量缺陷的設備材料。其次，在電氣設備安裝完畢后，依次開展設備單體試運行與聯(lián)合調試試驗，發(fā)現(xiàn)與處理設備潛在故障，確保設備安裝質量達標。最后，在工程驗收環(huán)節(jié)，對施工成果質量進行全面性檢測，重點檢查是否存在線路接線錯誤、設備安裝位置偏移、導線接頭缺乏保護、端子壓線過多等質量問題，要求施工班組對其進行返工處理，確定電氣安裝質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(yǎng)與定期檢修

首先，做好線路設備的日常維護保養(yǎng)工作，清除設備線路表面附著的灰塵污漬，恢復設備線路運行狀態(tài)，預防電氣故障與建筑火災事故的出現(xiàn)。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*清洗電路板，將清洗后的電路板進行干燥處理，祛除潮氣，避免電路板在受潮狀態(tài)下出現(xiàn)漏電故障。同時，對電氣設備與線路的運行狀態(tài)進行監(jiān)測，記錄實時運行數(shù)據(jù)，將其與額定值和歷史運行數(shù)據(jù)進行對比分析，以此來判斷建筑電氣系統(tǒng)和單體設備的實時運行狀況，在發(fā)現(xiàn)異常情況時，及時組織開展故障診斷與檢修作業(yè)，在必要情況下斷開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(xiàn)建筑電氣火災。

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

（3）加強重點部位防護

為預防短路、漏電、過載運行、接觸不良等常見電氣故障的出現(xiàn)，需要對建筑電氣系統(tǒng)中的重點部位采取防護措施，在系統(tǒng)處于異常狀態(tài)時，自動執(zhí)行相應的保護動作，從而起到切斷故障部分與系統(tǒng)連接，或是恢復設備線路的正常運行。例如，在線路中設置過載保護裝置，裝置將持續(xù)對線路運行狀態(tài)進行監(jiān)測，當電源線路出現(xiàn)過載運行現(xiàn)象，致使保護器工作溫度異常升高時，將自動觸發(fā)過載保護裝置的保護動作，對超出負荷的行為進行保護，如啟動電源設備自動斷開供電功能。同時，也可在系統(tǒng)中設置漏電保護器，當系統(tǒng)的實際漏電值超過設定值后，漏電保護器將自動切斷電源，并發(fā)出報警信號。

（4）故障仿真分析與預防

考慮到多數(shù)電氣故障的發(fā)生遵循特定規(guī)律，可以提前開展故障仿真分析試驗，模擬不同工況條件下的電氣系統(tǒng)運行狀況及過程，基于仿真分析結果來準確判斷各類電氣故障乃至建筑電氣火災事故的出現(xiàn)規(guī)律、產生原因、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(xiàn)，在主線路上的電壓波形與電流波形一致時，容易在變壓器高壓側與低壓側出現(xiàn)兩相間短路故障，進而導致變壓器工作溫度異常升高，在問題嚴重時出現(xiàn)變壓器燒毀與全部用電設備停止工作的現(xiàn)象。最終，選擇將主線路的電壓與電流波形監(jiān)測作為識別兩相接地短路故障的主要手段。

（5）設備在線監(jiān)測與故障自動識別

一些電氣故障在早期階段呈現(xiàn)出明顯特征，如線路電流電壓值異常波動、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(xiàn)建筑電氣火災之間存在時間差，如果在時間差內發(fā)現(xiàn)并解決電氣故障，可以有效控制故障造成的損失，避免出現(xiàn)建筑火災。

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

（6）構建火災預警平臺

基于物聯(lián)網開發(fā)建筑火災預警平臺，在建筑室內外區(qū)域中布置一定數(shù)量的信息傳感裝置，持續(xù)對溫度、空氣濕度與空氣成分等要素進行監(jiān)測采集。如此，在平臺運行期間，將持續(xù)調用并讀取溫度、煙霧濃度、濕度等數(shù)據(jù)，將監(jiān)測數(shù)據(jù)與額定值進行對比分析，判斷是否超過閾值，如果任意一項或多項數(shù)據(jù)超過安全閥值時，表明出現(xiàn)建筑電氣火災事故，平臺將自動發(fā)出警報，通過網絡向管理人員、消防部門發(fā)送相關信息，快速組織開展現(xiàn)場救援工作，快速撲滅與有效控制火勢。

與此同時，在出現(xiàn)建筑電氣火災事故時，火災預警平臺還將通過信息傳感裝置，在三維模型中實時反映建筑火勢蔓延范圍與記錄相關數(shù)據(jù)，便于現(xiàn)場救援工作的開展，以及對建筑電氣火災事故出現(xiàn)原因的分析，將其為依據(jù)對建筑電氣管理體系和具體的預防措施方案進行改進，預防電氣故障與火災事故的反復出現(xiàn)。

（7）健全技術規(guī)范與管理體系

近年來，隨著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(tǒng)運行水平得到明顯提升。然而，在相關技術規(guī)范與電氣管理體系中，卻并未對新型設備的技術標準、操作流程進行明確規(guī)定，致使設備安裝質量與運行狀態(tài)受到人為主觀因素影響，存在安全隱患。因此，需要定期對建筑電氣工程的相關技術規(guī)范和設備運維管理體系進行完善補充，為設備安裝、調試運行、維護保養(yǎng)、故障診斷與檢修等具體活動的開展提供明確依據(jù)。

（8）人員管理

人員是開展建筑電氣設備安裝與電氣運行維護等活動的主體，如果工作人員的專業(yè)素養(yǎng)不達標，或是缺乏安全生產意識，將會形成新的安全隱患，提高建筑電氣火災事故與電氣故障的出現(xiàn)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，引入權責與問責機制。明確劃分各部門人員的職責范圍與工作內容，如電氣設備線路的日常維護保養(yǎng)內容。如此，既可以確保預防措施與管理計劃得到貫徹執(zhí)行，同時，在受到人為因素影響出現(xiàn)建筑電氣火災事故時，可以對相關責任人進行追責懲處。第二，事故案例分析。定期舉辦案例分析會議，對同類工程的電氣火災事故案例進行深入分析，如分析事故的直接、間接、根本、原因，探討各類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驗。第三，行為監(jiān)督。在建筑電氣施工階段，對現(xiàn)場施工情況與操作行為進行監(jiān)督，及時糾正違章操作等不規(guī)范行為，及時發(fā)現(xiàn)并消除安全隱患與質量問題。隨后，在建筑電氣運維管理階段，對設備線路日常維護、定期檢修、故障診斷等工作的開展情況進行監(jiān)督記錄，要求工作人員嚴格遵循相關操作規(guī)范。

3 安科瑞電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)

（1）概述

Acre1-6000電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)，是根據(jù)國家現(xiàn)行規(guī)范標準由安科瑞電氣股份有限公司研發(fā)的全數(shù)字化獨立運行的系統(tǒng)，已通過國家消防電子產品質量監(jiān)督檢驗中心的消防電子產品試驗認證，并且均通過嚴格的EMC電磁兼容試驗，保證了該系列產品在低壓配電系統(tǒng)中的安全正常運行，現(xiàn)均已批量生產并在全國得到廣泛地應用。該系統(tǒng)通過對剩余電流、過電流、過電壓、溫度和故障電弧等信號的采集與監(jiān)視，實現(xiàn)對電氣火災的早期預防和報警，當必要時還能聯(lián)動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(jù)用戶的需求，還可以滿足與AcreIEMS企業(yè)微電網管理云平臺或火災自動報警系統(tǒng)等進行數(shù)據(jù)交換和共享。

（2）應用場合

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

（3）系統(tǒng)結構

（4）系統(tǒng)功能

監(jiān)控設備能接收多臺探測器的剩余電流、溫度信息，報警時發(fā)出聲、光報警信號，同時設備上紅色“報警"指示燈亮，顯示屏指示報警部位及報警類型，記錄報警時間，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現(xiàn)復位。對于聲音報警信號也可以使用觸摸屏“消聲"按鍵手動消除。

當被監(jiān)測回路報警時，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(jiān)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，監(jiān)控畫面中相應的探測器顯示故障提示，同時設備上的黃色“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，監(jiān)控設備也發(fā)出聲光報警信號并顯示故障信息，可進入相應的界面查看詳細信息并可解除報警聲響。