隨著近二十年來(lái)經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展,我國(guó)人均用電量翻了一番,但電氣火災(zāi)也隨之劇增,給國(guó)家經(jīng)濟(jì)和人民生命財(cái)產(chǎn)造成了巨大損失。據(jù)公安部消防局《中國(guó)消防年鑒》(2014),2013年,全國(guó)共統(tǒng)計(jì)火災(zāi)38.8萬(wàn)起,死亡2113人,受傷1637人;但2013年由于電氣而引發(fā)的火災(zāi)共11.6萬(wàn)起,死亡745人,受傷538人,分別占總數(shù)的29.7%、35.3%和32.9%。因此電氣火災(zāi)的預(yù)防就顯得十分重要。
一.電氣火災(zāi)分析⊙電氣火災(zāi)的火源
從電氣火災(zāi)發(fā)生的機(jī)理看主要有故障部位局部長(zhǎng)時(shí)間發(fā)熱,造成絕緣進(jìn)一步下降,最終造成線路短路,導(dǎo)致火災(zāi);另一個(gè)是故障部位產(chǎn)生的電弧或電火花瞬間釋放熱量造成線路短路,導(dǎo)致火災(zāi)。
電火花與電弧主要在氣體或液體絕緣材料中產(chǎn)生,損壞絕緣后,在縫隙或裂紋間會(huì)發(fā)生電弧,使兩導(dǎo)體間被擊穿而產(chǎn)生電弧的電壓為30kV/cm。電弧會(huì)產(chǎn)生很高的溫度,如2~20A的電弧電流就可以產(chǎn)生2000℃~4000℃的局部高溫,0.5A的電弧電流就足以引發(fā)火災(zāi)。電火花可看成是不穩(wěn)定的、持續(xù)時(shí)間很短的電弧,其溫度也很高,由電火花、電弧產(chǎn)生的二次火源有著更大的危險(xiǎn)性。
電氣設(shè)備和線路在運(yùn)行時(shí)總會(huì)發(fā)熱,原因有以下幾種:
1、電流在導(dǎo)體的電阻上產(chǎn)生熱量;
2、鐵心損耗產(chǎn)生的熱量;
3、絕緣介質(zhì)損耗產(chǎn)生的熱量。
在正常情況下,發(fā)熱與散熱能在一個(gè)較低的溫度下達(dá)成平衡,這個(gè)溫度不超過(guò)電氣設(shè)備的長(zhǎng)期允許工作溫度,不會(huì)有危險(xiǎn)高溫出現(xiàn),只有當(dāng)正常運(yùn)行遭到破壞,使發(fā)熱劇增而散熱不及,這時(shí)才可能出現(xiàn)溫度的急劇升高,以至出現(xiàn)危險(xiǎn)的高溫,這種危險(xiǎn)的高溫在條件恰當(dāng)?shù)臅r(shí)候就會(huì)引發(fā)火災(zāi)。危險(xiǎn)高溫引發(fā)火災(zāi)的途徑比較復(fù)雜,它的效應(yīng)主要有軟化絕緣、分解物質(zhì)產(chǎn)生可(易)燃?xì)怏w、直接烤燃物質(zhì)。
⊙電氣火災(zāi)的生成物分析
以對(duì)常用的聚氯乙烯絕緣導(dǎo)線電纜的燃燒研究為例
在發(fā)熱的情況下
若以每分鐘20oC的升溫速度從室溫將其加熱,在85oC時(shí)觀察發(fā)現(xiàn)絕緣層開(kāi)始軟化;在約159oC觀察絕緣層有明顯變色,并有極少量氣體析出;在約240oC測(cè)量到少量有機(jī)物氣體,此時(shí)絕緣材料開(kāi)始裂解;在約288oC產(chǎn)生大量氣體;在約328oC重量快速下降,放出氣體中有HCI;在385oC放出HCI、增塑劑和含碳的氧化物;在約477oC主要分解產(chǎn)物為CO和水,絕緣材料完全炭化,條件具備會(huì)燃燒。
在過(guò)載情況下
在環(huán)境溫度23℃下,使用新的1.0mm2的BV導(dǎo)線(額定負(fù)載15A,極限負(fù)載為20A),在負(fù)載電流28.5A下運(yùn)行,測(cè)量導(dǎo)線溫度。在過(guò)載90%(如按極限載流量20A考慮,實(shí)際過(guò)載42.5%)下經(jīng)過(guò)一段時(shí)間其溫度穩(wěn)定在96.1℃,導(dǎo)線出現(xiàn)軟化,有輕微的刺激性氣味,說(shuō)明有微量氣體析出
在短路狀態(tài)下
利用大電流發(fā)生器,在室溫下,把1.0mm2的BV導(dǎo)線電流突然升至5倍額定電流(75A),作短路模擬實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線溫度急劇上升,瞬間冒出大量白色煙霧,幾分鐘后絕緣層即炭化并沿全線剝離,同時(shí)有高溫熔滴滴落。如換用2.5mm2的BLV導(dǎo)線以其5倍的額定電流(140A)做短路實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)線芯瞬時(shí)在薄弱處熔斷,熔滴可引燃下邊的碎紙屑等可燃物,其溫度接近300oC。實(shí)際工況下的短路電流是額定電流的成百上千倍,其危險(xiǎn)性可想而知。
由上面的研究數(shù)據(jù)可以看出,在電纜開(kāi)始燃燒之前,除了電纜溫度的升高之外,還會(huì)釋放出微量氣體,包括絕緣材料裂解的有機(jī)物、HCl、增塑劑、含碳的氧化物、CO及水氣。
⊙火災(zāi)的發(fā)展過(guò)程
火災(zāi)的發(fā)展分為四個(gè)階段:萌芽(不可見(jiàn)煙霧)、可見(jiàn)煙霧,火焰和高熱階段。上圖表示了在一定時(shí)間內(nèi)火災(zāi)的不同發(fā)展階段。注意在火災(zāi)在萌芽期的醞釀階段提供了更多的時(shí)間與機(jī)會(huì)來(lái)探測(cè)并控制火災(zāi)的發(fā)展。
大多數(shù)電氣設(shè)備火災(zāi)是由于設(shè)備過(guò)熱引起的,或者是由于電纜短路或放電引發(fā)。一旦火災(zāi)過(guò)渡到產(chǎn)生火焰的階段,火災(zāi)蔓延的速率就變得更快,產(chǎn)生重大損害和導(dǎo)致作業(yè)癱瘓的可能性同時(shí)增加。若能在電氣火災(zāi)的萌芽階段檢測(cè)到異常情況,將可爭(zhēng)取到最大的應(yīng)變時(shí)間。
二、電氣火災(zāi)報(bào)警的常規(guī)技術(shù)⊙點(diǎn)型感煙探測(cè)器在電氣機(jī)房中的應(yīng)用
點(diǎn)型感煙探測(cè)器是在電氣室中最為通用的探測(cè)器類(lèi)型。它們通常安裝在天花板下。有三個(gè)因素將影響感煙探測(cè)器的偵測(cè)速度:煙霧從火源傳送到探測(cè)器的路徑,傳送過(guò)程中的煙霧稀釋程度,以及探測(cè)器靈敏度。我們應(yīng)當(dāng)了解以下幾個(gè)可能對(duì)電力設(shè)備環(huán)境下安裝的探測(cè)器反應(yīng)產(chǎn)生負(fù)面影響,引起偵測(cè)延長(zhǎng)和破壞可能性增加的因素:
設(shè)備密封-由于電力輸送及變配電系統(tǒng)具有的高電壓特性所產(chǎn)生的危險(xiǎn)性,這些設(shè)備通常被封裝在機(jī)柜內(nèi)。機(jī)柜內(nèi)或許會(huì)裝有內(nèi)部冷卻風(fēng)扇或空調(diào)系統(tǒng)以使設(shè)備溫度保持在安全范圍內(nèi)。這些機(jī)柜對(duì)于工作現(xiàn)場(chǎng)的感煙探測(cè)器的傳輸時(shí)間產(chǎn)生兩方面的負(fù)面影響:
1、機(jī)柜會(huì)限制煙霧流動(dòng),延長(zhǎng)煙霧離開(kāi)火源到達(dá)安裝在天花板上的探測(cè)器的時(shí)間。
2、內(nèi)部風(fēng)扇和空調(diào)系統(tǒng)會(huì)稀釋和冷卻煙霧,使煙霧沒(méi)有足夠的熱浮力上升到天花板,延長(zhǎng)現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)器的反應(yīng)時(shí)間。
機(jī)柜內(nèi)部有煙發(fā)生時(shí),會(huì)被箱體所包覆,即使有一點(diǎn)點(diǎn)煙泄露到室內(nèi)也會(huì)擴(kuò)散開(kāi)來(lái),一般設(shè)置在天花板的煙感探測(cè)器是感應(yīng)不到的。
⊙吸氣式感煙火災(zāi)探測(cè)器在機(jī)房中的應(yīng)用
吸氣式感煙火災(zāi)探測(cè)器(俗稱(chēng)空氣采樣探測(cè)器等)的工作方式是利用探測(cè)主機(jī)內(nèi)部的抽氣泵,連接采樣管路及毛細(xì)軟管,抽取機(jī)柜內(nèi)部的空氣樣本,沿著采樣管路送回到探測(cè)主機(jī),在探測(cè)主機(jī)對(duì)空氣樣本進(jìn)行檢測(cè),當(dāng)探測(cè)主機(jī)檢測(cè)出異常的煙霧濃度增加時(shí)發(fā)布適當(dāng)?shù)幕馂?zāi)警報(bào)。
柜內(nèi)安裝–柜內(nèi)安裝是配電盤(pán)內(nèi)設(shè)備最有效的防護(hù)方式,可以減少氣壓和外部空氣污染對(duì)偵測(cè)過(guò)程的影響。這種下探測(cè)器能夠迅速產(chǎn)生反應(yīng),提供極早期警報(bào)信號(hào)。
盤(pán)內(nèi)安裝方式(從箱體上方)
吸氣式感煙火災(zāi)探測(cè)器的采樣管路配置相當(dāng)靈活,采樣管可以配置在機(jī)柜上方,利用軟管及機(jī)柜上方的開(kāi)孔即可抽取機(jī)柜內(nèi)部的空氣。采樣管路也可以配置在機(jī)柜下方,利用軟管延伸到機(jī)柜內(nèi)部的頂端來(lái)抽取空氣樣本。
盤(pán)內(nèi)安裝方式(從箱體下方)
箱體上方實(shí)際工程照片
典型的吸氣式感煙火災(zāi)探測(cè)器的安裝方式,所有盤(pán)內(nèi)的空氣樣品透過(guò)軟管匯流到采樣管送到探測(cè)主機(jī)進(jìn)行煙霧檢測(cè),利用管路及軟管抽取機(jī)柜內(nèi)部的空氣進(jìn)行分析。
但是設(shè)置吸氣式感煙火災(zāi)探測(cè)器需要考慮以下幾點(diǎn):
1、探測(cè)器可能無(wú)法判斷發(fā)生火災(zāi)的具體機(jī)柜
由于機(jī)柜內(nèi)的空氣樣品最終均匯合進(jìn)入探測(cè)器,當(dāng)探測(cè)器檢測(cè)出煙霧異常增加的情形時(shí),并無(wú)法知道是由于哪個(gè)機(jī)柜造成的,因此必須人為的去打開(kāi)所有的機(jī)柜,查找火源。這種方式給現(xiàn)場(chǎng)人員帶來(lái)巨大的壓力,且耗費(fèi)時(shí)間。
另外,每個(gè)機(jī)柜內(nèi)部設(shè)備的功能可能各不相同,若只是因?yàn)槲恢孟嘟{入空氣采樣管路的管網(wǎng)系統(tǒng)的話,就無(wú)法依照不同機(jī)柜功能或重要性來(lái)聯(lián)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的應(yīng)變措施,這樣也減弱了極早期預(yù)警系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。
2、機(jī)柜數(shù)量對(duì)火災(zāi)靈敏度的影響:
當(dāng)一臺(tái)探測(cè)主機(jī)保護(hù)的機(jī)柜數(shù)量越多時(shí),由于煙霧稀釋的關(guān)系,機(jī)柜需要更高濃度的煙霧以使探測(cè)主機(jī)發(fā)布警報(bào)。舉例來(lái)說(shuō),一個(gè)探測(cè)器保護(hù)20個(gè)配電柜的系統(tǒng),那其煙霧就被稀釋了20倍;相同參數(shù)設(shè)置的探測(cè)器如果只保護(hù)4臺(tái)機(jī)柜的話,那4臺(tái)的報(bào)警系統(tǒng)靈敏度理論上就是20臺(tái)的5倍,就可以提前預(yù)警。也就是說(shuō)保護(hù)的配電盤(pán)越多,火災(zāi)靈敏度就越低。