電氣火災(zāi)中接觸發(fā)熱的原因分析

　　電接觸發(fā)熱是電氣火災(zāi)重要成因之一，在火災(zāi)事故調(diào)查工作中比較多見。電接觸痕跡的形成原因多種多樣，只有深入查清其痕跡形成原因，才能做出科學(xué)的、有實(shí)際意義的論斷。
　　能夠引發(fā)火災(zāi)的電接觸焦耳熱，是由于電流的熱效應(yīng)引起的，它按ｉ２ｒ的規(guī)律放熱。焦耳熱的公式說明，發(fā)熱主要由兩個因素組成，即電流和電阻，均屬電氣物理量。在現(xiàn)場勘查中發(fā)現(xiàn)電接觸熔痕后，應(yīng)進(jìn)一步查找熔痕形成的原因和客觀上具備的條件，只有在痕跡現(xiàn)象與痕跡形成原因基本上沒有矛盾，且符合客觀條件的情況下，才可做出結(jié)論。例如在一起火場勘查中，發(fā)現(xiàn)插頭上的兩個插片熔掉一半，整個插座和木槽板及導(dǎo)線被燒，附近兩臺儀表也被燒毀，從痕跡上可以斷定為插頭接觸不良，接觸電阻過大、過熱引起火災(zāi)。但在查找中發(fā)現(xiàn)該電源線與調(diào)壓器連接，且調(diào)壓器里邊的扼流圈被燒毀。同時查明是因?yàn)橛幸粋�電子管故障導(dǎo)致扼流圈過熱短路，短路的非正常電流激發(fā)了本來已處于嚴(yán)重惡化狀態(tài)的插銷過熱起火。此案例中插頭與插座接觸發(fā)熱熔化引起火災(zāi)是由電流、電阻兩個因素之一或兩個因素同時決定的。而在實(shí)際勘查過程中，對于這種痕跡物證，往往歸結(jié)為插頭、插座接觸不良或接觸電阻過大、過熱引起的，而忽略了電流作用的因素。而此案例中插頭的熔化痕跡正是短路的大電流作用的結(jié)果。所以對于現(xiàn)場中發(fā)現(xiàn)的痕跡物證不能輕易地下結(jié)論，必須進(jìn)行全面、細(xì)致的勘查，查清其形成原因，才能得出客觀、正確的結(jié)論。
　　下面對影響接觸電阻發(fā)熱的因素進(jìn)行分析：
１接觸電阻
　　接觸電阻ｒｊ由兩部分組成，即收縮電阻ｒｓ和表面膜電阻ｒｂ。收縮電阻是電流在流經(jīng)電接觸區(qū)域時，從原來截面較大的導(dǎo)體突然轉(zhuǎn)入截面很小的接觸點(diǎn)，電流發(fā)生劇烈收縮現(xiàn)象，此現(xiàn)象所呈現(xiàn)的附加電阻稱為收縮電阻。表面膜電阻為在電接觸的接觸面上，由于污染而覆蓋著一層導(dǎo)電性很差的物質(zhì)，這就是接觸電阻的另一部分——膜電阻。很多現(xiàn)場勘查人員對插片、插座燒毀的痕跡習(xí)慣歸結(jié)為接觸不良、接觸電阻過大所致，其實(shí)導(dǎo)致接觸電阻增大有很多原因。
１．１接觸形式
　　接觸電阻的形式可分為三類：點(diǎn)接觸、線接觸和面接觸。接觸形式對收縮電阻ｒｓ的影響主要表現(xiàn)在接觸點(diǎn)的數(shù)目上。一般情況下，面接觸的接觸點(diǎn)數(shù)ｎ最大而ｒｓ最小；點(diǎn)接觸則ｎ最小，ｒｓ最大；線接觸則介于兩者之間。接觸形式對膜電阻ｒｂ的影響主要是看每一個接觸點(diǎn)所承受的壓力ｆ。一般情況下，在對觸頭外加壓力ｆ相同的情況下，點(diǎn)接觸形式ｎ最小，單位面積承受壓力ｆ１最大，容易破壞表面膜，所以有可能使ｒｂ減到最小；反之，面接觸的ｆ１就最小，對ｒｂ的破壞力最小，ｒｂ值有可能最大。在實(shí)際情況中，需要綜合以上兩個因素，對接觸電阻的大小進(jìn)行具體的分析判斷。
１．２接觸壓力
　　接觸壓力ｆ對收縮電阻ｒｓ值和表面膜電阻ｒｂ值的影響最大，ｆ的增加使接觸點(diǎn)的有效接觸面積增大，即接觸點(diǎn)數(shù)ｎ增加，從而使ｒｓ減小。當(dāng)加大ｆ超過一定值時，可使觸頭表面的氣體分子層吸附膜減少到２～３個；當(dāng)超過材料的屈服壓強(qiáng)時，產(chǎn)生塑性變形，表面膜被壓碎出現(xiàn)裂縫，從而增加了接觸面積，這就使收縮電阻ｒｓ因表面膜電阻ｒｂ的減小而下降，ｒｓ和ｒｂ同時減小，從而使接觸電阻大大下降。相反，當(dāng)接觸不到位、接觸觸頭失去了彈性變形等原因使接觸壓力ｆ下降時，接觸面積減小，收縮電阻ｒｓ增大，表面膜電阻ｒｂ受ｆ的破壞作用減弱或不受其影響，從而使表面膜電阻ｒｂ增大。同時因ｒｂ增大，使接觸面積減小，從而使ｒｊ增大，二者的綜合作用使接觸電阻整體上升。
１．３接觸表面的光潔度
　　接觸表面的光潔度對接觸電阻有一定的影響，這主要表現(xiàn)在接觸點(diǎn)數(shù)ｎ的不同。接觸表面可以是粗加工、精加工，甚至是采用機(jī)械或電化學(xué)拋光。不同的加工形式直接影響接觸點(diǎn)數(shù)ｎ的多少，并最終影響接觸電阻的大小。
１．４接觸電阻在長期工作中的穩(wěn)定性
　　電阻接觸在長期工作中要受到腐蝕作用：
　�。ǎ保┗瘜W(xué)腐蝕。電接觸的長期允許溫度一般都很低，雖然接觸面的金屬不與周圍介質(zhì)接觸，但周圍介質(zhì)中的氧會從接觸點(diǎn)周圍逐漸侵入，并與金屬起化學(xué)作用，形成金屬氧化物，從而使實(shí)際接觸面積減小，使ｒｊ增加，接觸點(diǎn)溫度上升。溫度越高，氧分子的活動力越強(qiáng)，可以更深地侵入到金屬內(nèi)部，這種腐蝕作用變得更為嚴(yán)重；
　�。ǎ玻╇娀瘜W(xué)腐蝕。不同的金屬構(gòu)成電接觸時，能夠發(fā)生這種腐蝕。它使負(fù)極金屬溶解到電解液中，造成負(fù)電極金屬的腐蝕。
１．５溫度
　　當(dāng)接觸點(diǎn)溫度升高時，金屬的電阻率就會有所增大，但材料的硬度有所降低，從而使接觸點(diǎn)的有效面積增大。前者使ｒｓ增大，后者使ｒｓ減小，結(jié)果是兩者互為補(bǔ)償，故接觸電阻變化甚微。但是，發(fā)熱使接觸面上生成氧化層薄膜，增加了接觸電阻，這種接觸電阻可成百成千倍地增大。其氧化速度與觸頭表面溫度有關(guān)，當(dāng)發(fā)熱溫度超過某一臨界溫度時，這個過程就會加速進(jìn)行，這就限制了接觸面的極限允許溫度。否則，則將使接觸電阻劇增，會引起惡性循環(huán)。另外，當(dāng)發(fā)熱溫度超過一定值時，彈簧接觸部分的彈性元件會被退火，使壓力降低，也會使接觸電阻增加，惡性循環(huán)加劇，最后會導(dǎo)致連接狀態(tài)遭到破壞。
１．６材料性質(zhì)
　　構(gòu)成電接觸的金屬材料的性質(zhì)，直接影響接觸電阻ｒｊ的大小，比如：電阻率ρ、材料的布氏硬度ｈｂ、材料的化學(xué)性質(zhì)、材料的金屬化合物的機(jī)械強(qiáng)度等。以我國普遍使用的銅為例，銅有良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能，其強(qiáng)度和硬度都比較高，熔點(diǎn)也較高，易于加工。因此銅線接頭在接觸良好的情況下，溫度低于無接頭部位的溫度；但在高溫下，其在大氣或變壓器油中也能氧化，生成ｃｕ２ｏ，其導(dǎo)電性很差，氧化膜厚度隨著時間和溫度的增加而不斷地增加，接觸電阻也成倍地增加，有時甚至使用閉合電路出現(xiàn)斷路現(xiàn)象。因此銅不適合于做非頻繁操作電器的觸頭材料，對于頻繁操作的接觸器，電流大于１５０ａ時，氧化膜在開閉時產(chǎn)生電弧的高溫作用下分解，可采用銅觸頭。從整體減小接觸電阻ｒｊ的角度看，可在銅上鍍銀、鑲銀或錫，后兩者的優(yōu)點(diǎn)是ρ及ｈｂ值小，氧化膜機(jī)械強(qiáng)度很低，因此銅件上采取此措施可減小ｒｊ。
２　影響電流增大的因素
２．１短路