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电气火灾中接触发热的原因分析
xiao_xiao1 发表于 2009/3/20 12:49:25 443 查看 0 回复 [上一主题] [下一主题]
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能够引发火灾的电接触焦耳热，是由于电流的热效应引起的，它按ｉ２ｒ的规律放热。焦耳热的公式说明，发热主要由两个因素组成，即电流和电阻，均属电气物理量。在现场勘查中发现电接触熔痕后，应进一步查找熔痕形成的原因和客观上具备的条件，只有在痕迹现象与痕迹形成原因基本上没有矛盾，且符合客观条件的情况下，才可做出结论。例如在一起火场勘查中，发现插头上的两个插片熔掉一半，整个插座和木槽板及导线被烧，附近两台仪表也被烧毁，从痕迹上可以断定为插头接触不良，接触电阻过大、过热引起火灾。但在查找中发现该电源线与调压器连接，且调压器里边的扼流圈被烧毁。同时查明是因为有一个电子管故障导致扼流圈过热短路，短路的非正常电流激发了本来已处于严重恶化状态的插销过热起火。此案例中插头与插座接触发热熔化引起火灾是由电流、电阻两个因素之一或两个因素同时决定的。而在实际勘查过程中，对于这种痕迹物证，往往归结为插头、插座接触不良或接触电阻过大、过热引起的，而忽略了电流作用的因素。而此案例中插头的熔化痕迹正是短路的大电流作用的结果。所以对于现场中发现的痕迹物证不能轻易地下结论，必须进行全面、细致的勘查，查清其形成原因，才能得出客观、正确的结论。
下面对影响接触电阻发热的因素进行分析：
１接触电阻
接触电阻ｒｊ由两部分组成，即收缩电阻ｒｓ和表面膜电阻ｒｂ。收缩电阻是电流在流经电接触区域时，从原来截面较大的导体突然转入截面很小的接触点，电流发生剧烈收缩现象，此现象所呈现的附加电阻称为收缩电阻。表面膜电阻为在电接触的接触面上，由于污染而覆盖着一层导电性很差的物质，这就是接触电阻的另一部分——膜电阻。很多现场勘查人员对插片、插座烧毁的痕迹习惯归结为接触不良、接触电阻过大所致，其实导致接触电阻增大有很多原因。
１．１接触形式
接触电阻的形式可分为三类：点接触、线接触和面接触。接触形式对收缩电阻ｒｓ的影响主要表现在接触点的数目上。一般情况下，面接触的接触点数ｎ最大而ｒｓ最小；点接触则ｎ最小，ｒｓ最大；线接触则介于两者之间。接触形式对膜电阻ｒｂ的影响主要是看每一个接触点所承受的压力ｆ。一般情况下，在对触头外加压力ｆ相同的情况下，点接触形式ｎ最小，单位面积承受压力ｆ１最大，容易破坏表面膜，所以有可能使ｒｂ减到最小；反之，面接触的ｆ１就最小，对ｒｂ的破坏力最小，ｒｂ值有可能最大。在实际情况中，需要综合以上两个因素，对接触电阻的大小进行具体的分析判断。
１．２接触压力
接触压力ｆ对收缩电阻ｒｓ值和表面膜电阻ｒｂ值的影响最大，ｆ的增加使接触点的有效接触面积增大，即接触点数ｎ增加，从而使ｒｓ减小。当加大ｆ超过一定值时，可使触头表面的气体分子层吸附膜减少到２～３个；当超过材料的屈服压强时，产生塑性变形，表面膜被压碎出现裂缝，从而增加了接触面积，这就使收缩电阻ｒｓ因表面膜电阻ｒｂ的减小而下降，ｒｓ和ｒｂ同时减小，从而使接触电阻大大下降。相反，当接触不到位、接触触头失去了弹性变形等原因使接触压力ｆ下降时，接触面积减小，收缩电阻ｒｓ增大，表面膜电阻ｒｂ受ｆ的破坏作用减弱或不受其影响，从而使表面膜电阻ｒｂ增大。同时因ｒｂ增大，使接触面积减小，从而使ｒｊ增大，二者的综合作用使接触电阻整体上升。
１．３接触表面的光洁度
接触表面的光洁度对接触电阻有一定的影响，这主要表现在接触点数ｎ的不同。接触表面可以是粗加工、精加工，甚至是采用机械或电化学抛光。不同的加工形式直接影响接触点数ｎ的多少，并最终影响接触电阻的大小。
１．４接触电阻在长期工作中的稳定性
电阻接触在长期工作中要受到腐蚀作用：
（１）化学腐蚀。电接触的长期允许温度一般都很低，虽然接触面的金属不与周围介质接触，但周围介质中的氧会从接触点周围逐渐侵入，并与金属起化学作用，形成金属氧化物，从而使实际接触面积减小，使ｒｊ增加，接触点温度上升。温度越高，氧分子的活动力越强，可以更深地侵入到金属内部，这种腐蚀作用变得更为严重；
（２）电化学腐蚀。不同的金属构成电接触时，能够发生这种腐蚀。它使负极金属溶解到电解液中，造成负电极金属的腐蚀。
１．５温度
当接触点温度升高时，金属的电阻率就会有所增大，但材料的硬度有所降低，从而使接触点的有效面积增大。前者使ｒｓ增大，后者使ｒｓ减小，结果是两者互为补偿，故接触电阻变化甚微。但是，发热使接触面上生成氧化层薄膜，增加了接触电阻，这种接触电阻可成百成千倍地增大。其氧化速度与触头表面温度有关，当发热温度超过某一临界温度时，这个过程就会加速进行，这就限制了接触面的极限允许温度。否则，则将使接触电阻剧增，会引起恶性循环。另外，当发热温度超过一定值时，弹簧接触部分的弹性元件会被退火，使压力降低，也会使接触电阻增加，恶性循环加剧，最后会导致连接状态遭到破坏。
１．６材料性质
构成电接触的金属材料的性质，直接影响接触电阻ｒｊ的大小，比如：电阻率ρ、材料的布氏硬度ｈｂ、材料的化学性质、材料的金属化合物的机械强度等。以我国普遍使用的铜为例，铜有良好的导电和导热性能，其强度和硬度都比较高，熔点也较高，易于加工。因此铜线接头在接触良好的情况下，温度低于无接头部位的温度；但在高温下，其在大气或变压器油中也能氧化，生成ｃｕ２ｏ，其导电性很差，氧化膜厚度随着时间和温度的增加而不断地增加，接触电阻也成倍地增加，有时甚至使用闭合电路出现断路现象。因此铜不适合于做非频繁操作电器的触头材料，对于频繁操作的接触器，电流大于１５０ａ时，氧化膜在开闭时产生电弧的高温作用下分解，可采用铜触头。从整体减小接触电阻ｒｊ的角度看，可在铜上镀银、镶银或锡，后两者的优点是ρ及ｈｂ值小，氧化膜机械强度很低，因此铜件上采取此措施可减小ｒｊ。
２ 影响电流增大的因素
２．１短路
无论是载流导体还是电器都必须经受短路电流的考验。短路是极严重的事故状态，在极短时间内载流部分要承受比正常运行时大许多倍的短路电流手工艺热效应作用和电动力冲击。短路事故发生在保护装置手工艺保护作用正常情况下，低阻抗短路线路中电流大，保护装置也需要一定的动作时间，在事故切除前电器或导体及电接触部分在短路电流热效应的作用下，其温度仍有可能被加热到很高的程度。如果保护装置未按规定要求安装或动作电流、动作时间、整定值过大以及装置失灵起不到保护作用时，这种低阻抗短路的大电流会给电器设备各个环节造成很大的威胁（包括电接触部分），大电流作用在电接触部分产生很大的热量，足以引燃周围可燃物，甚至熔化电接触件。
２．２过负荷
所谓过负荷，是指电气设备或导线的负荷超过了其额定值。造成过负荷的原因有以下几个方面：
（１）设计、安装时选型不正确，使电气设备的额定容量小于实际负载容量；
（２）设备或导线随意安装接，增加负荷，造成超载运行；
（３）检修、维护不及时，使设备或导线长期处于带电运行状态。
过负荷的实质是电流增大，使更多的电能转变为热能，尤其是可导致过热电接触部位，达到一定温度，就会引发火灾。