電氣線路短路引起的電氣火災

１引言

電氣短路的主要后果是火災。根據國家消防局收集的數據，其中電氣火災占比28.4％。其中有6.5％是由短路引起的，在導線短路期間的高電流會使導體升溫，損壞絕緣層，并可能導致電火災，從而造成嚴重傷害和生命危險。

2短路的定義

短路可以定義為一種不良條件，即由于在電源的端子之間形成新的低電阻路徑，大量電流在電源的端子之間或電源與地之間流動。在短路期間，流經短路點的電流呈指數級增長，電壓降至零。短路是由于偶然或有意在電路中的兩點之間建立的低電阻連接。這種過量的電流可能會導致電路損壞、過熱、磁應力、電弧、火災或爆炸。在短路中可用的電流量是由系統電壓源的容量和系統的阻抗（包括故障）決定的。由于整個電路電流突然增大，即使是連接松動的導線接頭處或短路點處有電弧或火花，也會在很短的時間內釋放出大量熱量，溫度弧達到3000℃，不僅能熔化金屬，還可以引燃絕緣材料，還會引起導線附近可燃材料的蒸氣或粉塵火災或爆炸事故。短路時會產生短路弧、熱效應、磁效應和力效應，從而留下相應的痕跡。

3什么引起短路

有幾種情況會導致短路，當兩個裸導體接觸時，發生短路。短路是由于絕緣破裂造成的。另一種類型的短路發生時，一些導電物體，如工具或動物，意外地進入架空電線。如果物體同時接觸到兩根電線，電流在到達用戶的電力服務之前有一條短路路徑可以返回到電源。如果該物體與地面連接，地面可以作為一個短路路徑。短路的主要原因有：絕緣故障、接線不當、設備故障、電力處理不當、自然災害。其中，絕緣失效是短路的主要原因。電纜絕緣損壞可能是短路的原因，不正確的接線允許直接接觸不同的相位。即使是潮濕的表面也會導電并導致短路。不正確的接線允許不同端子之間的直接接觸，從而導致短路。電力處理不當或與帶電導體直接接觸也可能是接地故障和短路的原因。

（1）導線絕緣故障

通常，電線用非導電材料（如pvc或聚乙烯）絕緣。如果絕緣層磨損、熔化或損壞（通常是由于釘子或螺釘刺穿，或被嚙齒動物咀嚼），帶電布線可能能夠直接接觸中性線，導致短路。

（2）電線連接損壞

電線連接損壞或松動將導致電阻增加。反過來，這將導觸布線溫度升高，從而引發導線短路，從而可能導致火災或電。

（3）設備接線故障

有時，是家庭里的用電器具，而不是電線，是引發短路造成火災的原因。問題可能是設備本身、電源線或插頭內的接線有故障。（故障電源線和插頭通常很容易被發現，因為它們在外觀上觀察可以看出燒焦、熔化或有磨損痕跡）。

（4）短路與接地故障

當熱線與中性線接觸時，就會發生典型的短路。相比之下，接地故障是指熱接線接觸電氣系統的接地組件的情況，例如，電器的接地部分、接地的金屬壁箱或銅接地線。接地故障的*大危險不是電氣火災，而是嚴重的電擊或觸電，特別是在潮濕的條件下。而接地故障的常見原因包括水滲入電氣箱，電線松動或磨損，以及絕緣性不足的電器或電動工具。

4短路效應及痕跡形成機理

（1）短路電弧及短路熔痕

短路電弧是短路發生時電壓擊穿空氣產生的放電現象在導線發生短路時，一般都會伴有短路電弧發生，能產生耀。眼的白光，并可能伴隨“滋滋"的聲響。電弧不僅在短路時才出現，在干燥的地毯上行走產生的放電現象和內電現象都有電弧產生，但這種電弧持續時間很短，只是以電火花的形式出現，一閃即滅。如果要使電弧能夠持續下去，則需要電離導體產生的蒸氣不斷地補充到周圍環境中（如在焊接過程中需要不斷充入一種氣體）。由于空氣是較好的絕緣體，因此大氣環境下要在兩導體間產生電弧，不僅需要很高的電壓，而且兩導體間的間距還十分小，但一旦短路發生，導體間由金屬蒸氣和電力產生的空氣分子組成的導電路徑就能產生持續電弧。

短路電弧溫度雖然很高，但于其作用范圍十分小，除非距可燃物很近，否則一般的可燃物很難被其引燃。與固體燃料相比，氣體燃料（包括絕緣物質分離產生的蒸氣）更容易被引燃。對于保護裝置良好的線路，當短路發生時會自動切斷電源，使電弧的持續時間很短，因而引燃固體燃料的可能性很小，除非保護裝置不起作用或在短路發生處存在氣體燃料以及易引燃的細碎固體燃料如棉花或碎鋸末等。

（2）熱效應及熱作用熔痕

短路的熱效應與火災原因有著十分密切的關系，其實質是電流的熱效應。當電氣系統中通過短路電流時，由于電流的熱效應，總會使電氣系統溫度升高。短路電流的熱效應與正常負荷電流時的發熱不一樣，兩者都遵從焦耳定律，但由于短路電流大，同時產生的熱量也很大，且持續時間很短，一般是十分之幾秒到幾秒，這種熱量不能在短時間內向周圍擴散，所以可以認為全部用于加熱導體。高溫會使導體的表面及接觸點處的導體熔化，產生熔痕。

（3）磁效應

短路的磁效應是由于短路發生時，電流由正常值瞬間升至正常值的數十倍、幾百倍甚至上千倍，并又在極短的時間內從*大值降至零。變化的電線的周圍引起電場的變化，變化的電場又引起磁場的變化，當有鐵磁性物質如鐵釘等處于導線附近時，變化的磁場可將鐵磁發生材料磁化，并可能產生干擾信號，干擾通信、控制信號等。當短路電流消失時，周圍鐵磁性物質的磁性不會馬上消失，稱為剩磁。影響剩磁的主要因素有：短路電流的峰值大小；電流的空間分布影響產生的磁場強度；樣品和短路電線的相對位置；鐵磁性材料的磁化特性；樣品的形狀；材料的初始磁化狀態；溫度；提取樣品時的取樣工具（要盡量無磁或小磁，應在１０Ｇｓ以下）。此外，時間對剩磁沒有影響。

在火災勘驗中，根據懷疑火災中是否存在導線短路或雷電引起的熔融痕跡，檢查雷電及導線周圍的剩磁材料進行剩磁檢測，看是否存在剩磁，判斷存在剩磁的大小，通過對導線和雷電現象分析可以進一步分析火災原因。

（4）力效應短路

電流通過導線時產生的作用力，稱為短路電流的力效應。電流是由電子的定向移動形成的，電流通過導線時導線之間相互存在作用力。正常情況下，這種作用力較小，但在短路時由于短路電流很大，產生的作用力也很大，使線路受到很大的沖擊作用力。短路電流產生的作用力一般出現在短路發生后的第一個周期內，此時導體會受到極大的機械應力，導體的強度不足時，就會造成損壞。在變電所和高層建筑大電流低壓供電的地方，大多數三相母線被平行布置在同一個平面內，在這種情況下，根據同相相吸，異相相斥的原理，可以證明三相短路時，中間相受力*大。力效應一般不會留下痕跡，但是可以通過導線的異常晃動等現象被發現。

5如何防止電氣短路

短路保護主要有三種類型：

（1）接地故障斷路器（GPCI）

GPCI出口或電路可感應到電流水平的微小變化，并立即關閉電流。1971年，加拿大電氣法規規定，接地故障電路滅弧室保護現在需要在水槽，浴缸或淋浴（浴室，廚房，洗衣房，吧臺等）1.5ｍ范圍內或戶外成品等級2.5ｍ范圍內進行保護。GPCI應由有執照的電工安裝。要每個月檢查一次來保證設備可以持續工作。

（2）電弧故障斷路器（AFCIS）

AFCIS通過在感應到電流流動方式的不規則性后立即關閉電流來保護房間免受電氣火災的影響。它們可用作AFCIS插座或斷路器，在臥室、客廳、大廳、用餐區、未完工的地下室和附屬車庫以及許多硬連線電器中，額外AFCIS需要通過代碼來工作。

（3）斷路器／保險絲

如今，大多數家庭都有一個配備斷路器的電氣服務面板，每個斷路器都控制著房屋中的特定電路。斷路器系統取代了20世紀60年代后建造或更新的房屋中的保險絲。斷路器通過檢測電流的變化來防止電線的短路。

6安科瑞電氣火災監控系統

（1）概述

Acre1-6000電氣火災監控系統，是根據國家現行規范標準由安科瑞電氣股份有限公司研發的全數字化獨立運行的系統，已通過國家消防電子產品質量監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中的安全正常運行，現均已批量生產并在全國得到廣泛地應用。該系統通過對剩余電流、過電流、過電壓、溫度和故障電弧等信號的采集與監視，實現對電氣火災的早期預防和報警，當必要時還能聯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;并根據用戶的需求，還可以滿足與AcreIEMS企業微電網管理云平臺或火災自動報警系統等進行數據交換和共享。

（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、國家重點消防單位以及石油化工、文教衛生、金融、電信等領域。

（3）系統結構

（4）系統功能

監控設備能接收多臺探測器的剩余電流、溫度信息，報警時發出聲、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：當監控設備與所接的任一臺探測器之間發生通訊故障或探測器本身發生故障時，監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，并發出故障報警聲音。電源故障報警：當主電源或備用電源發生故障時，監控設備也發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。

當發生剩余電流、超溫報警或通訊、電源故障時，將報警部位、故障信息、報警時間等信息存儲在數據庫中，當報警解除、排除故障時，同樣予以記錄。歷史數據提供多種便捷、快速的查詢方法。

（5）配置方案

7總結

電氣火災在我國火災發生的原因中占比*大，一旦發生，會造成了經濟財產損失和人員傷亡。因此，要預防電氣火災，企業和人民要提高安全用電意識，規范使用用電設備，養成良好的用電習慣，從根本上預防火災發生，減少火災對我們的傷害。本論文通過對短路故障的整理，對短路有了明確的理解，并對短路電氣火災的發生原因進行了理論論證。在日后對電氣火災短路故障的學習中，應該多做實驗，發現問題，尋找規律，總結經驗。讓自己對短路概念有更深層次的認識。

參考文獻

[1]葉海倫，詹涌鑫，李釗，梁棟.不同接觸方式的導線短路熔痕金相晶粒尺寸分析［Ｊ］．科技通報，2017，33（06）：6-9.DOI:10.13744/J.KI.KJBT.2017.06.002

[2]劉英蓮.論電氣線路的短路起火和線路過載［Ｊ］．通訊世界，2013(1)02：50-51．

[3]田晴.短路迸濺熔珠引燃能力和金相組織特征研究［Ｄ］．西安科技大學，2021．

[4]王玉坤，溫克軍，萬滿成.電氣線路短路故障的技術處理［Ｊ］．赤子（上旬），2014(17)：242.

[5]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.5版

[6]金一丹.電氣線路短路引起的電氣火災.