摘要：為研究導(dǎo)線(xiàn)在過(guò)負(fù)荷狀態(tài)下的發(fā)熱和引燃特性，利用實(shí)驗(yàn)臺(tái)模擬不同環(huán)境條件，對(duì)不同材質(zhì)和截面積的導(dǎo)體，在無(wú)可燃物和周?chē)�有碎紙和棉花的條件下，進(jìn)行了試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，導(dǎo)線(xiàn)在周?chē)�有無(wú)可燃物的時(shí)候，溫升曲線(xiàn)均符合單指數(shù)函數(shù)變化趨勢(shì)，最終平衡溫度總體上對(duì)應(yīng)過(guò)負(fù)荷倍數(shù)分為4或5個(gè)階段，1.5mm2銅導(dǎo)線(xiàn)的溫度均高于同條件下其他導(dǎo)線(xiàn)。在無(wú)可燃物時(shí)，擬合函數(shù)的參數(shù)與過(guò)負(fù)荷電流倍數(shù)呈線(xiàn)性關(guān)系;在有可燃物時(shí)，則成二次多項(xiàng)式和三次多項(xiàng)式關(guān)系。在有可燃物時(shí)，同條件下導(dǎo)線(xiàn)的最后溫升均高于無(wú)可燃物條件，除1.5mm2銅導(dǎo)線(xiàn)因?yàn)橐�燃紙屑而溫度最高外，其余均�?Ie下棉花包裹時(shí)溫度最高，棉花最終均未明火燃燒，僅出現(xiàn)陰燃現(xiàn)象。研究結(jié)論可以為過(guò)負(fù)荷類(lèi)電氣火災(zāi)的預(yù)防和火場(chǎng)復(fù)原以及火災(zāi)調(diào)查提供參考。

　　關(guān)鍵詞：過(guò)負(fù)荷;導(dǎo)線(xiàn);發(fā)熱特性;引燃能力

　　導(dǎo)線(xiàn)在過(guò)負(fù)荷時(shí)，線(xiàn)芯溫度超過(guò)長(zhǎng)期允許溫度，絕緣層老化加速，甚至引起擊穿和起火，進(jìn)而引燃周?chē)�可燃物，�?dǎo)致火災(zāi)。對(duì)于過(guò)負(fù)荷導(dǎo)體發(fā)熱及引燃情況，蔡曉宇等對(duì)過(guò)負(fù)荷后導(dǎo)線(xiàn)的絕緣層熱解情況進(jìn)行了研究。李培祥等研究了聚氯乙烯導(dǎo)線(xiàn)絕緣層在老化和油污等環(huán)境條件下，導(dǎo)體的過(guò)負(fù)荷、短路時(shí)的引燃性能。魏全喜對(duì)不同情況下導(dǎo)線(xiàn)載荷能力進(jìn)行了估算。姜航等對(duì)不同粗細(xì)的單芯銅導(dǎo)線(xiàn)在不同倍數(shù)過(guò)負(fù)荷電流條件下，導(dǎo)線(xiàn)對(duì)聚氨酯泡沫的引燃能力進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。張金專(zhuān)等對(duì)過(guò)負(fù)荷時(shí)間和倍數(shù)對(duì)銅導(dǎo)線(xiàn)金相組織的影響進(jìn)行了研究。

　　王蔚對(duì)聚氯乙烯電纜絕緣層在起火后的情況，利用熱重、錐形量熱儀以及實(shí)體試驗(yàn)對(duì)絕緣層的熱解燃燒和火蔓延情況進(jìn)行了研究。在實(shí)際情況中，當(dāng)周?chē)�散熱條件正常時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)往往需要在超過(guò)3倍額定電流時(shí)才能引起火災(zāi);但是當(dāng)周?chē)�的散熱條件較差時(shí)，由于蓄熱效應(yīng)，導(dǎo)線(xiàn)在較低負(fù)載時(shí)就能引燃周?chē)�可燃物，�?dǎo)致火災(zāi)發(fā)生。本文將通過(guò)分析常見(jiàn)導(dǎo)線(xiàn)在不同負(fù)載電流時(shí)，周?chē)�有無(wú)可燃物情況下的升溫情況，以及導(dǎo)線(xiàn)和周?chē)�可燃物的變化情況，來(lái)研究蓄熱效應(yīng)對(duì)導(dǎo)線(xiàn)發(fā)熱特性的影響，為過(guò)負(fù)荷火災(zāi)的預(yù)防和調(diào)查提供參考。

　　1實(shí)驗(yàn)部分

　　1.1實(shí)驗(yàn)材料

　　截面積為1.5、2.5、4.0mm2的聚氯乙烯單芯銅導(dǎo)線(xiàn)、截面積為2.5mm2的聚氯乙烯單芯鋁導(dǎo)線(xiàn)、紙屑、棉花。

　　1.2實(shí)驗(yàn)條件及方法

　　采用過(guò)負(fù)荷實(shí)驗(yàn)臺(tái)研究導(dǎo)體在有可燃物和無(wú)可燃物時(shí)的發(fā)熱特性，以及對(duì)可燃物的引燃能力。實(shí)驗(yàn)時(shí)，取約1m長(zhǎng)導(dǎo)線(xiàn)，在導(dǎo)體距離末端3、30、50cm處設(shè)置熱電偶，根據(jù)需要在導(dǎo)體周?chē)�設(shè)置可燃物。連接好電路后，在導(dǎo)體上分別加載額定電流Ie的1~4倍，每隔10s采集一次導(dǎo)體溫度值，當(dāng)導(dǎo)線(xiàn)斷裂或可燃物明火燃燒時(shí)停止采集。

　　2導(dǎo)體的發(fā)熱特性分析

　　2.1裸導(dǎo)體的發(fā)熱特性分析

　　其他截面積導(dǎo)體在不同電流過(guò)負(fù)荷時(shí)，在相同的溫度段有類(lèi)似的現(xiàn)象，在此不重復(fù)列出。從導(dǎo)線(xiàn)過(guò)負(fù)荷發(fā)熱的現(xiàn)象可以發(fā)現(xiàn)，在較低溫度時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)表面變化不大。導(dǎo)線(xiàn)所產(chǎn)生的熱量一部分通過(guò)對(duì)流作用散發(fā)到周?chē)�空氣中，一部分用于提高絕緣層的溫度。

　　當(dāng)導(dǎo)體溫度達(dá)到80℃附近時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)絕緣層材料開(kāi)始軟化變形，并產(chǎn)生白色有刺激性氣體。這是因?yàn)榻^緣層聚氯乙烯材料此時(shí)在熱量的作用下，發(fā)生了形成自由基的斷鏈反應(yīng)，同時(shí)伴隨有加速分解的自催化作用。在200℃附近時(shí)，絕緣層開(kāi)始熔融分解，出現(xiàn)鼓泡、局部變黑、熔融滴落等現(xiàn)象。導(dǎo)體溫度達(dá)到300℃附近時(shí)，絕緣層部分完全碳化，部分熔融脫落，線(xiàn)芯裸露;當(dāng)導(dǎo)體溫度進(jìn)一步升高時(shí)，線(xiàn)芯發(fā)亮紅或斷裂。對(duì)于導(dǎo)體在發(fā)熱過(guò)程中溫度變化情況，整理溫度-時(shí)間曲線(xiàn)圖后，取溫度較高、變化趨勢(shì)異常點(diǎn)少的一條作為真實(shí)值進(jìn)行研究。

　　導(dǎo)體在通過(guò)不同電流值的情況下，其溫度一開(kāi)始上升較快，之后趨于平穩(wěn)。這是因?yàn)閷?dǎo)體中通過(guò)電流時(shí)會(huì)發(fā)熱，使自身溫度上升，導(dǎo)體自身電阻隨溫度上升而增大。在保持兩端附加電壓不變的情況下，電流會(huì)逐漸減小，從而導(dǎo)體發(fā)熱量減小，溫度上升速度減慢。對(duì)于各導(dǎo)線(xiàn)所達(dá)到的最終平衡溫度，從高到低大體上可以分為5個(gè)區(qū)間。

　　在附近有可燃物的時(shí)候，負(fù)載電流為Ie下的1.5mm2銅導(dǎo)線(xiàn)溫度最高，在棉花包裹時(shí)為75.2℃，達(dá)到導(dǎo)線(xiàn)絕緣層的熱分解溫度;在紙屑覆蓋時(shí)則達(dá)到101.1℃，能夠使賽璐珞、麻等物質(zhì)開(kāi)始分解，具備一定的火災(zāi)危險(xiǎn)性。當(dāng)負(fù)載電流增大到2Ie時(shí)，導(dǎo)體表面溫度處于121.8~255.9℃之間，能夠達(dá)到大多數(shù)纖維類(lèi)物質(zhì)的熱分解溫度，在一定的條件下，將會(huì)產(chǎn)生小分子可燃物，并發(fā)熱，促進(jìn)溫度的進(jìn)一步升高。達(dá)到最高溫度所需的時(shí)間，均低于同條件時(shí)Ie下的時(shí)間。

　　其中，棉花覆蓋時(shí)時(shí)間最長(zhǎng)，為450s，遠(yuǎn)低于Ie下的750s，火災(zāi)危險(xiǎn)性明顯增大。當(dāng)負(fù)載電流為4Ie時(shí)，各導(dǎo)線(xiàn)在棉花包裹時(shí)達(dá)到的溫度最高，在571.8~688.4℃之間，其中4mm2銅導(dǎo)線(xiàn)溫度最高，能夠引燃絕大多數(shù)可燃物，但相對(duì)所用時(shí)間也最長(zhǎng)，為640s，這可以為探測(cè)報(bào)警提供反應(yīng)和辨識(shí)時(shí)間;4Ie下紙屑覆蓋時(shí)相對(duì)溫度較低，在283.8~658.1℃之間，但所用時(shí)間縮短了很多，比如2.5mm2鋁導(dǎo)線(xiàn)僅用90s，火災(zāi)危險(xiǎn)性明顯增大。

　　3結(jié)論

　　本文對(duì)不同截面積的聚氯乙烯單芯銅導(dǎo)線(xiàn)和鋁導(dǎo)線(xiàn)，在周?chē)�有無(wú)可燃物的條件下，研究了其不同負(fù)載電流時(shí)的發(fā)熱特性，主要結(jié)論如下。

　　(1)周?chē)鸁o(wú)可燃物時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)溫度在80℃附近時(shí)，聚氯乙烯絕緣層開(kāi)始軟化變形，并有刺激性氣體產(chǎn)生。之后，隨著溫度的升高，發(fā)生絕緣材料鼓泡、局部變黑、熔融滴落等現(xiàn)象。當(dāng)達(dá)到300℃以上時(shí)，線(xiàn)芯逐漸裸露、發(fā)亮紅。

　　(2)周?chē)鸁o(wú)可燃物時(shí)，導(dǎo)體的溫度-時(shí)間曲線(xiàn)最終穩(wěn)定溫度與負(fù)載電流倍數(shù)相對(duì)應(yīng)，總體分為5個(gè)區(qū)間。其中1.5mm2的銅導(dǎo)線(xiàn)由于電阻相對(duì)其他導(dǎo)線(xiàn)最大，在相同條件下均最高。所有導(dǎo)體的溫度-時(shí)間曲線(xiàn)變化規(guī)律符合y=A1exp(-x/t1)+y0函數(shù)，擬合方程參數(shù)與負(fù)載電流倍數(shù)成直線(xiàn)關(guān)系。導(dǎo)線(xiàn)在3Ie電流時(shí)，溫度均高于130℃，火災(zāi)危險(xiǎn)性明顯增大。

　　(3)當(dāng)導(dǎo)線(xiàn)被紙屑覆蓋時(shí)，在160℃附近，有明顯刺激性白色煙霧產(chǎn)生，紙屑內(nèi)層開(kāi)始陰燃;隨著溫度的升高，紙屑陰燃程度加深，伴有黃色濃煙產(chǎn)生;在約600℃時(shí)，紙屑局部開(kāi)始明火燃燒。在棉花包裹時(shí)，棉花層在300℃附近表層開(kāi)始發(fā)黃，隨著溫度的升高，棉花層陰燃加劇，顏色由黃變黑，但直至導(dǎo)線(xiàn)斷裂，也未出現(xiàn)明火燃燒現(xiàn)象。

　　(4)當(dāng)導(dǎo)線(xiàn)被紙屑覆蓋和棉花包裹時(shí)，其溫升曲線(xiàn)同樣可依據(jù)負(fù)載電流倍數(shù)分為4個(gè)區(qū)間。除1.5mm2銅導(dǎo)線(xiàn)在4Ie下紙屑覆蓋時(shí)，由于紙屑被快速引燃而溫度急劇升高成為最高值外，其他幾種導(dǎo)線(xiàn)均在4Ie下棉花包裹時(shí)的最終溫度最高，在其他電流值下也高于紙屑覆蓋值。棉花包裹時(shí)，由于棉花的放熱反應(yīng)，使溫升曲線(xiàn)出現(xiàn)拐點(diǎn)，拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度值隨導(dǎo)線(xiàn)線(xiàn)芯發(fā)熱率的增大而降低。

　　電力論文投稿刊物：《安防科技》雜志依靠國(guó)內(nèi)外安防領(lǐng)域的研究、開(kāi)發(fā)、銷(xiāo)售、安裝、產(chǎn)品評(píng)測(cè)方面的專(zhuān)業(yè)權(quán)威人士，以普及推動(dòng)安防科技在社會(huì)公共安全領(lǐng)域的應(yīng)用為己任，面向從事視頻監(jiān)控、門(mén)禁門(mén)控、報(bào)警、中央監(jiān)控、樓宇安全管理、電子防火、電子防盜、防護(hù)救生、防偽探測(cè)、安全檢查、生物檢測(cè)、信息技術(shù)安全的工程技術(shù)人員、工程安裝人員、系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員、技術(shù)咨詢(xún)?nèi)藛T、安防產(chǎn)品技術(shù)行業(yè)管理人員、IT經(jīng)理人、產(chǎn)品經(jīng)銷(xiāo)商和最終用戶(hù)。

　　(5)導(dǎo)線(xiàn)在紙屑覆蓋和棉花覆蓋時(shí)，其溫升曲線(xiàn)同樣符合單指數(shù)函數(shù)，方程的各參數(shù)中y0值和A1值隨著加載電流倍數(shù)的增大而成二次函數(shù)形式分別增大和減小，t1值則呈現(xiàn)出先降后升的趨勢(shì)，在擬合范圍內(nèi)符合三次函數(shù)形式變化。相對(duì)裸導(dǎo)體，導(dǎo)線(xiàn)溫度在同等電流之下明顯升高，Ie下的1.5mm2銅導(dǎo)線(xiàn)在棉花包裹時(shí)就已達(dá)到絕緣層熱分解溫度;在4Ie下紙屑覆蓋時(shí)在210s內(nèi)溫度超過(guò)280℃，在棉花包裹時(shí)，其最高溫度在571.8℃以上，能夠引燃大多數(shù)可燃物，火災(zāi)危險(xiǎn)性明顯增大。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]張佳慶，張博思，王劉芳，等.電線(xiàn)電纜帶電燃燒研究進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報(bào)，2017，31(15):1-9+35.

　　[2]蔡曉宇，竇彤陽(yáng).導(dǎo)線(xiàn)絕緣層過(guò)負(fù)荷條件下的熱重分析[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2017，36(2):160-162.

　　[3]李培祥，程一鳴.聚氯乙烯導(dǎo)線(xiàn)絕緣層的引燃特性研究[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2018，37(2):174-176.

　　[4]魏全喜.電氣線(xiàn)路超負(fù)荷引發(fā)火災(zāi)機(jī)理及預(yù)防對(duì)策[J].安防科技，2008，(12):71-72.

　　[5]王學(xué)寶，楊洋.絕緣電線(xiàn)過(guò)載發(fā)煙規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究[J].中國(guó)塑料，2012，(10):91-95.

　　[6]張金專(zhuān).過(guò)負(fù)荷時(shí)間和倍數(shù)對(duì)銅導(dǎo)線(xiàn)金相組織的影響[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2009，28(7):74-76.

　　作者：郭子?xùn)|