电气引燃源
出处:按学科分类—政治、法律 中国商业出版社《最新单位消防工作实务全书第二卷》第1090页(4820字)
为了防止电气火灾和爆炸,首先应了解电气火灾和爆炸的原因。电气装置运行中产生的危险温度、电火花及电弧是电气火灾和爆炸的直接原因。
(一)危险温度
电气设备运行时总是要发热的。首先,导体总是有电阻的,使得电流通过导体要消耗一定的电能,其大小为
△W=I2Rt
式中:△W——在导体上消耗的电能,W;
I——流过导体的电流,A;
R——导体的电阻,Ω;
t——通电时间,s0
这部分电能使导体发热,温度升高。显然,这部分热量与电流的平方成正比,与导体电阻的一次方成正比。其次,对于电动机、变压器等利用电磁感应进行工作的电气设备,由于使用了铁心,交变电流的交变磁场在铁心中产生磁滞损耗和涡流损耗,使铁心发热,温度升高。铁心磁通密度越高,电流频率越高,铁心钢片厚度越大,这部分热量越大。一般电气设备用电工钢片在磁通密度为1T、频率为50Hz的条件下,单位质量的功率损耗多在1~2W/kg之间。此外,有机械运动的电气设备由于摩擦也会引起发热,电气设备的漏磁、谐波也会引起发热等都会使温度升高。
正确设计、正确施工、正确运行的电气设备,稳定运行时,发热与散热平衡,其最高温度和最高温升都不会超过某一允许范围。但当电气设备的正常运行遭到破坏时,发热量增加,温度升高,出现危险温度,在一定条件下即可能引起火灾。引起电气设备过度发热的不正常运行大体有以下几种情况:
1.短路
发生短路时,线路中电流增大为正常时的数倍乃至数十倍,使得温度急剧上升,大大超过允许范围。如果温度达到可燃物的引燃温度,即引起燃烧。
当电气设备的绝缘老化变质或受到高温、潮湿,或腐蚀的作用而失去绝缘能力,可能导致短路。绝缘导线直接缠绕、勾挂在铁钉或铁丝上时,由于磨损和铁锈腐蚀,很容易使绝缘破坏而短路。设备安装不当或工作疏忽,可能使电气设备的绝缘受到机械损伤而短路。由于雷击等过电压的作用,电气设备的绝缘可能遭到击穿而短路。所选用设备的额定电压太低,不能满足工作电压的要求,可能击穿而短路。由于维护不及时,导电性粉尘或纤维进入电气设备内部,也可能导致短路。由于管理不严,小动物、霉菌及其他植物也可能导致短路。在安装和检修中,由于接线和操作错误,也可能引起短路。此外,雷电放电电流极大,有类似短路电流但比其更为强烈的热效应,也可能引起火灾。
2.过负载
过负载也会引起电气设备过热。造成过负载大体有如下三种情况:
(1)设计、选用线路或设备不合理,或没有考虑足够的裕量,以致在正常负载下出现过热。
(2)使用不合理,即线路或设备的负载超过额定值或连续使用时间过长,超过线路或设备的设计能力,由此造成过热。管理不严,乱拉乱接,容易造成线路或设备过负载运行。
(3)设备故障运行会造成设备和线路过负载,如三相电动机一相运行或三相变压器不对称运行均可能造成过负载。
3.接触不良
接触部位是电路的薄弱环节,是产生危险温度的主要部位之一。
不可拆卸的接头连接不牢、焊接不良或接头处夹有杂物,都会增加绝缘电阻而导致接头过热。可拆卸的接头连接不紧密或由于振动而松动,也会导致接头发热。可开闭的触头,如刀开关的触头、断路器的触头、接触器的触头、插销的触头等,如果没有足够的接触压力或表面粗糙不平等,均可能增大接触电阻,产生危险温度。对于铜、铝接头,由于铜和铝的理化性能不同,接触状态逐渐恶化,会导致接头过热。
4.铁心过热
对于电动机、变压器、接触器等带有铁心的电气设备,如果铁心短路(片间绝缘破坏)或线圈电压过高,或通电后铁心不能吸合,由于涡流损耗和磁滞损耗增加,都将造成铁心过热并产生危险温度。
5.散热不良
各种电气设备在设计和安装时都考虑有一定的散热或通风措施。如果这些措施遭到破坏,如散热油管堵塞、通风道堵塞、安装位置不当、环境温度过高或距离外界热源太近,均可能导致电气设备和线路过热。
6.漏电
漏电电流一般不大,不能促使线路熔丝动作。如漏电电流沿线路比较均匀地分布,则发热量分散,火灾危险性不大;但当漏电电流集中在某一点时,可能引起比较严重的局部发热,引燃成灾。漏电电流常常流经金属螺丝或钉子,使其发热而引起木制构件起火。
7.机械故障
对于带有电动机的设备,如果转动部分被卡死或轴承损坏,造成堵转或负载转矩过大,都会导致电动机过热。电磁铁卡死,衔铁吸合不上,线圈中的大电流持续不减小,也会造成过热。
8.电压太高或太低
电压太高,除使铁心发热增加外,对于恒阻抗设备,还会使电流增大而发热。电压太低,除可能造成电动机堵转、电磁铁衔铁吸合不上,使线圈电流大大增加而发热外,对于恒功率设备,还会使电流增大而发热。
(二)电热器具和照明灯具引燃源
电热器具是将电能转换成热能的用电设备。常用的电热器具有小电炉、电烤箱、电熨斗、电烙铁、电褥子等。
电炉电阻丝的工作温度高达800℃,可引燃与之接触的或附近的可燃物。电炉连续工作时间过长,将使温度过高(恒温炉除外),烧毁绝缘材料,引燃起火。电炉电源线容量不够,可导致发热起火。电炉丝使用时间过长,截短后继续使用,将使发热增加,乃至引燃其他材料成灾。
电烤箱内物品烘烤时间太长、温度过高,可能引起火灾。使用红外线加热装置时,如误将红外光束照射到可燃物上,也可能引起燃烧。
电熨斗和电烙铁的工作温度高达500~600℃,能直接引燃可燃物。电褥子通电时间过长,将使电褥子温度过高而引起火灾;电褥子铺在床上,经常受压、揉搓、折叠,致使电热元件受到损坏,如电热丝发生短路,将因过热而引起火灾;将电褥子折叠使用,破坏其散热条件,亦可导致起火燃烧。
灯泡和灯具工作温度较高,如安装、使用不当,均可能引起火灾。白炽灯泡表面温度随灯泡功率大小和生产厂家不同而差异很大,在一般散热条件下,其表面温度可参考表4-2-6。200W的灯泡紧贴纸张时,十几分钟即可将纸张点燃。高压水银灯灯泡表面温度与白炽灯相近,400W的为150~250℃;卤钨灯灯管表面温度较高,1000W卤钨灯表面温度高达500~800℃。
表4-2-6 白炽灯泡表面温度
当供电电压超过灯泡额定电压,或大功率灯泡的玻璃壳发热不均匀,或水溅到灯泡上时,都能引起灯泡爆碎。炽热的钨丝落到可燃物上,将引起可燃物燃烧。
灯座内接触不良,使接触电阻增大,温度上升过高,可引燃可燃物。日光灯镇流器运行时间过长或质量不高,将使发热增加,温度上升,如超过镇流器所用绝缘材料的引燃温度,亦可引燃成灾。
(三)电火花和电弧
电火花是电极间的击穿放电,电弧是大量电火花汇集而成的。
一般电火花的温度很高,特别是电弧,温度高达8000℃。因此,电火花和电弧不仅能引起可燃物燃烧,还能使金属熔化、飞溅,构成危险的火源。在有爆炸危险的场所,电火花的电弧是一个十分危险的因素。
电火花大体包括工作火花和事故火花两类。工作火花指电气设备正常工作或正常操作过程中所产生的电火花,例如,刀开关、断路器、接触器、控制器接通和断开线路时会产生电火花;插销拔出或插入时的火花;直流电动机的电刷与换向器的滑动接触处、绕线式异步电动机的电刷与滑环的滑动接触处也会产生电火花(没有足够的压力、接触不严密或接触表面脏污时,会产生较大的火花)等。
切断感性电路时,断口处将产生比较强烈的电火花或电弧。其火花能量较大,危险性也较大。其火花能量可按下式估算:
式中:L——电路中的电感;
I——电路中的电流。
当该火花能量超过周围爆炸性混合物的最小引燃能量时,即可能引起爆炸。
事故火花包括线路或设备发生故障时出现的火花。如导线过松、连接松动或绝缘损坏导致短路或接地时产生的火花;电路发生故障,熔丝熔断时产生的火花;沿绝缘表面发生的闪络等。
事故火花还包括由外部原因产生的火花,如雷电直接放电及二次放电火花、静电火花、电磁感应火花等。
除上述外,电动机转子与定子发生摩擦(扫膛),或风扇与其他部件相碰也都会产生火花,这是由碰撞引起的机械性质的火花。
就电气设备着火而言,外界热源也可能引起火灾。如变压器周围堆积杂物、油污并由外界火源引燃,可能导致变压器喷油燃烧甚至爆炸事故。
电气设备本身,除多油断路器、电力变压器、电力电容器、充油套管、油浸纸绝缘电力电缆等设备可能爆破外,以下情况可能引起空间爆炸:
1.周围空间有爆炸性混合物,在危险温度或电火花作用下引起空间爆炸;
2.充油设备的绝缘油在高温电弧作用下气化和分解,喷出大量油雾和可燃气体,引起空间爆炸;
3.发电机的氢冷装置漏气或酸性蓄电池排出氢气等,形成爆炸性混合物,引起空间爆炸。