1.4　點燃源

1.4.1　電氣點燃源

1.4.1.1　危險溫度

電氣設備運行時必然伴隨產生一定的熱效應，可能引起電氣設備局部區域與周圍介質的溫度差異，稱為溫升。就其原因而言，首先，導體總是有電阻的，當電流通過導體時，必然要消耗一定的電能，其大小為

式中　ΔW——在t1～t2時間段內導體上消損的電能，J；

i（t）——通過導體的電流，A；

R——導體的電阻，Ω。

這部分電能轉換為熱能，其大小與電流的平方和導體電阻值大小成正比。其次，對于電動機、變壓器等電氣設備，由于使用了鐵芯，交變電流的交變磁場在鐵芯中產生磁滯損耗和渦輪損耗，使鐵芯發熱，溫度升高。鐵芯磁通密度越高，電流頻率越高，鐵芯鋼片厚度越大，這部分熱量越大。一般電氣設備用電工鋼片在磁通密度為1T、頻率為50Hz的條件下，其單位質量的功率損耗通常約為1～2W/kg。

此外，有機械運動的電氣設備因摩擦會引起發熱，電氣設備的漏磁、諧波也會引起發熱等現象，這些都會使溫度升高。電氣設備在正常運行時，其發熱與散熱平衡，最高溫度和最高溫升都不會超過允許范圍。當電氣設備的正常運行遭到破壞時，發熱量增加，溫度升高，出現危險溫度，在一定條件下即可引起火災。

引起電氣設備過度發熱的不正常運行大體有以下幾種情況。

（1）短路

短路是指不同電位的導電部分包括導電部分對地之間的低阻性短接，電流不流經任何用電器。發生短路時，線路中電流增大為正常時的數倍乃至數十倍，由于載流導體來不及散熱，溫度急劇上升，除對電氣線路和電氣設備產生危害外，還形成危險溫度。短路的瞬態過程會產生很大的沖擊電流，造成電氣設備損壞。

在三相供電系統中，可能發生的短路形式有三相短路、兩相短路和單相短路。其中三相短路和兩相短路屬于相間短路，發生的情況相對較少。相間短路一般能夠產生較大的短路電流，該短路電流使過電流保護裝置動作，及時切斷電源，較少發生電弧性短路，因此較少發生電氣火災。單相短路是電氣系統中最常見的短路形式（占70%～80%），電氣火災多是由于供電線路單相短路造成的。單相短路的主要形式是單相接地短路，可分為金屬性短路和電弧性短路。金屬性短路因其短路電流大，過電流保護裝置在短路電流的作用下短時間內能夠切斷電源，故起火的危險并不大。而電弧性短路由于故障點的接觸不良，未被熔融而迸發出電弧或電火花。由于發生電弧性短路的故障點阻抗較大，它的短路電流并不大，過電流保護裝置難以動作，從而使電弧持續存在。值得注意的是，略大于0.5A的電流產生的電弧溫度可高達2000～3000℃，足以引燃任何可燃物，并且維持電弧的電壓低至20V時仍可使電弧連續穩定存在，這種短路電弧引發的火災占電氣火災的一半以上。

電氣設備安裝和檢修中的接線和操作錯誤，可能引起短路；運行中的電氣設備或線路發生絕緣變化、變質；或過度高溫、潮濕、腐蝕作用；或受到機械損傷等而失去絕緣能力，可能導致短路。由于外殼防護等級不夠，導電性粉塵或纖維進入電氣設備內部，也可能導致短路。因防范措施不到位，小動物、霉菌及植物等也可能導致短路。由于雷擊等過電壓的作用，電氣設備的絕緣可能遭到擊穿而短路。

（2）過載

電氣線路或設備長時間過載也會導致溫度異常上升，形成點燃源。過載的原因主要有如下幾種情況。

① 電氣線路或設備選型不合理，或沒有考慮足夠的裕量，以致在正常使用情況下出現過熱。

② 電氣設備或線路使用不合理，負載超過額定值或連續使用時間過長，超過線路或設備的設計能力，由此造成過熱。

③ 設備故障運行會造成設備和線路過負載，如三相電動機單相運行或三相變壓器不對稱運行可能造成過負載。

④ 電氣回路諧波能使線路電流增大而過載。如三相四線制電路三次及其奇數倍（9次、15次諧波等），諧波電流會引起中性線過載危險，而中性線的嚴重過載將帶來火災隱患。

產生三次諧波的設備主要有：節能燈、熒光燈、計算機、變頻空調、微波爐、鎮流器、焊接設備、UPS電源等。如節能熒光燈，因燈管內電弧的負阻特性，產生的諧波電流主要為三次諧波電流。

（3）漏電

電氣設備或線路發生漏電時，因其電流一般較小，不能促使線路上熔斷器的熔絲動作。一般當漏電電流沿線路比較均勻地分布，發熱量分散時，火災危險性不大。而當漏電電流集中在某一點時，可能引起比較嚴重的局部發熱，引燃成災。

（4）接觸不良

電氣線路或電氣裝置中的電路連接部位是系統中的薄弱環節，是產生危險溫度的主要部位之一。

電氣接頭連接不牢、焊接不良或接頭處夾有雜物，都會增加接觸電阻而導致接頭過熱。刀開關、斷路器、接觸器的觸頭、插銷的觸點等，如果沒有足夠的解除壓力或表面粗糙不平等，均可能增大接觸電阻，產生危險溫度。對于銅、鋁接頭，由于銅和鋁的理化性能不同，接觸狀態會逐漸惡化，導致接頭過熱。

（5）鐵芯過熱

對于電動機、變壓器、接觸器等帶有鐵芯的電氣設備，如果鐵芯短路（片同絕緣破壞）或線圈電壓過高，由于渦流損耗和磁滯損耗增加，使鐵損增加，將造成鐵芯過熱并產生危險溫度。

（6）散熱不良

電氣設備在運行時必須確保具有一定的散熱或通風措施。如果這些措施失效，如通風道堵塞、電扇損壞、散熱油管堵塞、安裝位置不當、環境溫度過高或距離外界熱源太近等，均可能導致電氣設備和線路過熱。

（7）機械故障

由交流異步電動機驅動的設備，如果轉動部分被卡死或軸承損壞，造成堵轉或負載轉矩過大，都會因電流顯著增大而導致電動機過熱。交流電磁鐵在通電后，如果銜鐵被卡死，不能吸合，則線圈中的大電流持續不降低，也會造成過熱。

（8）電壓異常

相對于額定值，電壓過高和過低均屬電壓異常。電壓過高時，除使鐵芯發熱增加外，對于恒阻抗設備，還會使電流增大而發熱。電壓過低時，除可能造成電動機堵轉、電磁鐵銜鐵吸合不上，使線圈電流大大增加而發熱外，對于恒功率設備，還會使電流增大而發熱。

1.4.1.2　電火花和電弧

電火花是電極間的擊穿放電，電弧是大量電火花匯集而成的。在切斷感性電路時，斷路器觸點分開瞬間，由于高溫引起熱電子發射，產生的電離作用使斷開的觸點之間形成密度很大的電子流和離子流，形成電弧和電火花。電弧形成后的弧柱溫度可高達6000～7000℃，甚至10000℃以上，不僅能引起可燃物燃燒，還能使金屬熔化、飛濺，形成危險的火源。在有爆炸危險的場所，電火花和電弧是十分危險的因素。

電火花大體分為工作火花和事故火花兩類。工作火花指電氣設備正常工作或正常操作過程中所產生的電火花，例如，刀開關、斷路器、接觸器、控制器接通和斷開線路時會產生電火花；插銷拔出或插入時的火花；直流電動機的電刷與換向器的滑動接觸處、繞線轉子異步電動機的電刷與集電環的滑動接觸處也會產生電火花等。切斷感性電路時，斷口處火花能量較大，危險性也較大。當該火花能量超過周圍爆炸性混合物的最小點燃能量時，即可能引起爆炸，危險性也較大。其火花能量可按下式估算：

式中　L——電路中的電感；

I——電路中的電流。

當該火花能量超過周圍爆炸性混合物的最小點燃能量時，即可能引起爆炸。

事故火花包括線路或設備發生故障時出現的火花。如絕緣損壞、導線斷線或連接松動導致短路或接地時產生的火花；電路發生故障，熔絲熔斷時產生的火花；沿絕緣表面發生的閃絡等。

電力線路和電氣設備在投切過程中由于受感性和容性負荷的影響，在電路參數與相位作用下，會產生鐵磁諧振和高次諧波，并引起過電壓，這個過電壓也會破壞電氣設備絕緣造成擊穿，并產生電弧。

事故火花還包括由外部原因產生的火花，如雷電直接放電及二次放電火花、靜電火花、電磁感應火花等。

此外，電動機轉子與定子發生摩擦（掃膛）或風扇與其他部件相碰也會產生火花，這都是由碰撞引起的機械性質的火花。

1.4.1.3　電氣裝置及電氣線路點燃源

（1）電動機

異步電動機的火災危險性是由于其內部和外部的諸如制造工藝和操作運行等種種原因造成的發熱所引起的。其原因主要有：電源電壓波動、頻率過低；電動機運行中發生過載、悶車（堵轉）、掃膛；電動機絕緣破壞，產生漏電，甚至發生相間、匝間短路；繞組斷線或接觸不良；選型和啟動方式不當等。

① 電動機過載運行　電動機過載運行是電流超過額定值長時間過載，會導致電動機超過允許溫升，加速絕緣劣化，嚴重時會燒毀電動機，構成點燃源。

異步電動機的電磁轉矩與繞組電壓的平方成正比。當電源電壓降低為額定電壓的80%時，其電磁轉矩下降到額定轉矩的64%，將無法正常帶動額定負載，導致電動機轉速下降，轉差率上升，使電流增大，時間一長，就會引起繞組過熱，形成電氣點燃源，嚴重時會燒毀電動機。

② 悶車（堵轉）　當異步電動機所帶負載轉矩大于電動機的最大電磁轉矩時，電動機將帶不動負載，導致轉速迅速下降為零。此時電流最大可為額定電流的7倍，會很快地使電動機燒毀并形成點燃源。

③ 電動機漏電或短路　電動機因絕緣劣化、檢修時絕緣受損、異物進入電動機內、繞組受潮等會造成電動機漏電、接地短路、繞組匝間或相間短路，漏電電流或短路時的電弧會形成危險的電氣點燃源。

④ 接觸不良或斷線　連接電動機主電路的接線處各接點接觸不良或松動時，接觸電阻增大，導致接點發熱，使接點處的氧化加速，導致接觸狀態進一步劣化，因發熱形成的高溫會燒毀接點，形成電弧火花，構成點燃源。

三相異步電動機如果發生某相斷線，則形成了缺相運行。此時，電動機繞組中的電流會明顯上升，但又達不到保護電動機的熔斷器的熔斷電流值。因此，大電流長時間作用引起定子繞組過熱，導致電動機燒毀，形成點燃源。

異步電動機形成點燃源的主要部位是繞組、鐵芯和軸承以及引線（電流回路）。其既有電氣方面的原因也有機械方面的原因。而它們往往不是孤立的，電氣原因可能引起機械方面的故障或事故，反之亦然；有時呈互為因果的惡性循環。

（2）電纜

當導線電纜發生短路、過載、局部過熱、電火花或電弧等故障狀態時，所產生的熱量將遠遠超過正常狀態。火災案例表明，有的絕緣材料是直接被電火花或電弧引燃；有的絕緣材料是在高溫作用下發生自燃；有的絕緣材料是在高溫作用下加速了熱老化進程，導致熱擊穿短路，產生的電弧將其引燃。

電纜構成點燃源的原因如下。

① 電纜絕緣損壞　運輸過程或敷設過程中造成的電纜絕緣的機械損傷，運行中的過載，接觸不良，短路故障等都會使絕緣損壞，導致絕緣擊穿而產生電弧。

② 電纜頭故障使絕緣物自燃　施工不規范，質量差，電纜頭不清潔等降低了線間絕緣。

③ 電纜接頭盒內發生故障燃燒　電纜接頭盒內的中間接頭因壓接不穩，焊接不良和接頭材料選擇不當，導致運行中接頭氧化、發熱、流膠和絕緣介質質量不合格，灌注時盒內存有空氣，電纜盒密封不好，進入了水或潮氣等，都會引起絕緣擊穿，形成短路甚至發生爆炸。

④ 積堆在電纜上的粉塵起火　積塵不清掃，可燃性粉塵在外界高溫或電纜高負荷時，在電纜表面的高溫作用下，發生自燃起火。

⑤ 可燃氣體從電纜溝竄入變、配電室　電纜溝與變、配電室的聯通處未采取嚴密封堵措施，可燃氣體從電纜溝竄入變、配電室，引起火災爆炸事故。

⑥ 電纜起火形成蔓延　電纜受外界引火源作用一旦起火，火焰延電纜延燃，使危害擴大。

（3）低壓開關設備和保護電器

開關電器在大氣中斷開時，只要電源電壓超過12～20V，電流超過0.25～1A，在觸頭之間就會產生電弧。例如，銅觸頭間的最小生弧電壓為13V，最小生弧電流為0.43A，當切斷220V交流電路時產生電弧的最小電流為0.5A。若切斷電流時加于觸頭間的電壓小于上述值，則會產生電火花。由于開關電器工作時，電路的電壓和電流都大于生弧電壓和生弧電流，所以切斷電路時必然產生電弧，在爆炸危險場所會引起電氣火災爆炸。

（4）電熱器具和照明燈具引燃

電熱器器具是將電能轉換成熱能的用電設備。常用的電熱器有電爐，電吹風機、電烤箱、電熨斗、電烙鐵、電褥子等。

電熱器具的電阻絲由鎳鎘合金制成，使用時溫度可達800℃以上，可引燃與其接觸的或臨近的可燃物。電熱器具的功率一般比較大，使用不當容易引起火災。電熱器具連續工作時間過長，將使溫度過高燒毀絕緣材料，引起火災。電熱器具電源線容量不夠，可導致發熱起火。

電熨斗和電烙鐵的工作溫度高達500～600℃，能直接引燃可燃物。電褥子通電時間過長，或經常折疊，致使電熱元件損壞發生短路，將因過熱而引起火災；如將電褥子折疊使用，破壞其散熱條件，亦可導致起火燃燒。

照明燈泡和燈具工作溫度較高，如安裝、使用不當，均可能引起火災。白熾燈泡表面溫度隨功率大小和生產廠家不同而差異很大，在一般散熱條件下，其表面溫度可參考表1-8。

有關試驗表明，200W的白熾燈燈泡緊貼紙張時，12min即可引燃（引燃時的溫度為333℃）；緊貼棉被時，5min即可引燃（引燃時的溫度為367℃）。鹵鎢燈、高壓汞燈這類燈具的表面溫度一般高達500～800℃，極易引起可燃物品起火。各種原因導致燈泡爆碎時，熾熱的鎢絲遇可燃物，會引起可燃物燃燒。

日光燈鎮流器運行時間過長或質量不高，將使發熱增加，溫度上升，如超過鎮流器所使用絕緣材料的引燃溫度，亦可引燃成災。

1.4.2　非電氣點燃源

1.4.2.1　靜電

靜電是一種客觀的自然現象，產生的方式多種，如接觸、摩擦等。靜電放電（Electro-Static Discharge，ESD）是帶電體周圍的場強超過周圍介質的絕緣擊穿場強時，因介質產生電離而使帶電體上的靜電荷部分或全部消失的過程，靜電產生的外因主要有物體間的摩擦、接觸帶電，離子或帶電粉塵的附著帶電，氣體、液體或粉體的噴出帶電，輸送液體管道的流動帶電等。

可見，靜電放電是一種“無源”放電，屬于非電氣放電，較電氣放電來說，放電能量較弱。靜電還有高電壓、低電量、小電流和作用時間短的特點。人體自身的動作或與其他物體的接觸，分離，摩擦或感應等因素，可以產生幾千伏甚至上萬伏的靜電。

（1）靜電放電有兩種類別

① 絕緣體靜電放電　絕緣體上靜電放電的能量主要與絕緣體上所帶靜電電壓有關。靜電電壓越高，絕緣體上可以釋放電荷的面積就越大，釋放出的電荷就越多。它是一種“局部”放電，除放電區域外，其他部分的靜電電荷不會“補充”過來。放電電荷的數量與靜電電壓、接地導體的形狀有關。

② 被絕緣的導體靜電放電　被絕緣的導體因感應而發生靜電放電。一旦接觸到接地的導體，被絕緣的導體上感應的電荷將全部放掉。不但與接地導體接近的電荷被釋放到大地，其他部分的電荷會補充過來且被釋放掉。因此，這種放電比局部放電的危害更大。

（2）靜電放電能量影響因素

靜電放電的能量即點燃源能量。靜電放電的能量與靜電電壓、積累的電荷量、絕緣體的現狀、放電間隙、絕緣體上放電面積等很多因素有關。其中，靜電電荷數量是關鍵因素。而在靜電電荷產生和積累過程中，受很多因素影響，如起電過程中材料的電阻率、放電時間常數、介電常數、過程發生的速度、物質狀態、摩擦接觸點的多少以及環境濕度等。其中，材料的電阻率和放電時間是影響絕緣體產生和積累靜電電荷的主要因素。根據靜電理論可知，靜電電荷會隨時間的按照指數規律衰減，如式（1-1）所示：

Q=Q0e- t/ τ 　　（1-1）

式中　Q——絕緣體上靜電電荷數量，C；

Q0——絕緣體上靜電電荷的初始數量，C；

t——持續時間，s；

τ——時間常數，τ=RC=ρε；

ρ——材料電阻率，Ω·m；

ε——材料的介電常數。

由式（1-1）可知，經過τ時間后，靜電電荷可以衰減至初始值的1/e，即37%。一般認為，此時的絕緣材料就不帶靜電電荷了。

一般來說，時間常數τ=0.01s的材料不易產生和積累靜電電荷。而大多數材料的介電常數ε=1F/m。因此，只有材料的電阻率≤1×108Ω·m時，才不易產生和積累靜電電荷。降低材料的電阻率是抗靜電的根本方法。

1.4.2.2　碰撞與摩擦

機械火花通常指一種由不止一個固體發生碰撞或摩擦時，從固體上分離出來的微粒在碰撞或摩擦能量作用下發生燃燒現象。機械火花是一種非電氣引火源，已有文獻證實，機械火花能夠點燃爆炸性氣體混合物或可燃性粉塵云。在實際的工業生產中，生產機械之間、生產機械與產品之間、生產機械與巖石之間常常發生碰撞和摩擦。在爆炸性環境中，由碰撞和摩擦而產生的機械火花點燃爆炸性氣體混合物或可燃性粉塵云的可能性是較大的。

機械火花點燃爆炸性氣體混合物的現象是相當復雜的。從動力學觀點出發，在物體發生碰撞摩擦時總要有能量的轉換，動能轉化成熱能或其他形式的能。實際上，在碰撞和摩擦時，碰撞部分的變形使其內部的摩擦增加，晶格變形，因而溫度升高。碰撞部分晶格的變形越大，溫度升高越高。另外，碰撞時常常有一些碰撞體的物質微粒從碰撞體上分離出來。這些微粒本身具有很高的溫度和很大的動能，從碰撞體上分離出來時能夠發光，并且可以飛出很遠。這就是所謂的機械火花。實際上，在碰撞摩擦時，碰撞部分的溫度并不危險，因為碰撞體的熱容量很大，所以溫度不會太高。然而，從碰撞體上飛出的微粒卻能發光，這是因為微粒的熱容量小，一個不大的能量就能使其溫度上升很高，因而，碰撞摩擦火花對于點燃爆炸性氣體混合物來說是相當危險的。機械火花引起氣體爆炸事故的主要影響因素

① 碰撞角度　在自由落體沖擊試驗時被沖擊物平面與沖擊方向的夾角不同，機械火花點燃爆炸性氣體混合物的能力也不同。通常，當碰撞角度約為50°時，碰撞的有效能量處于最佳值，可以產生最激烈的火花，因而最容易引燃，機械火花的點燃概率也就最大。隨著碰撞角的減小或增大，點燃概率都在減小。

② 混合物濃度　混合物中可燃氣體的濃度對機械火花的點燃能力有顯著影響。

通常，機械火花點燃爆炸性氣體混合物的最佳濃度都處于爆炸極限的低濃度側。這主要是與混合物中氧氣的相對含量有關。在低濃度側氧氣的相對含量較大，有利于火花微粒的進一步氧化，而此時混合物中可燃氣體的濃度更適于被點燃。隨著混合物濃度的增加，氧氣的相對含量減小，不利于氧化放熱反應的進行。

③ 沖擊能量　在固體的碰撞或者摩擦中，沖擊能量對點燃爆炸性氣體混合物有顯著影響。沖擊能量越大，用于點燃的有效能量也就越大，于是點燃概率就相應增加。

④ 碰撞物表面狀態　不同的碰撞物表面狀態對點燃爆炸性氣體混合物存在不同程度的影響，如覆蓋有煤塵、鐵銹或潮濕的表面。例如，已有試驗表明，鐵銹對點燃能力的提高有很大影響。在輕合金（鋁）同生銹的鋼板碰撞時觀察到了明亮的火花閃光。試驗指出，由潮濕的生銹鋼板碰撞時機械火花點燃甲烷-空氣混合物的概率明顯高于由干燥的生銹鋼板碰撞時的火花點燃概率。

⑤ 硬度和材質　在碰撞摩擦時，材料的硬度和材質對點燃能力也有不同程度影響。材料的硬度越大，碰撞時越容易分離出熾熱的金屬微粒，形成火花；硬度小時，碰撞時發生范性變形，吸收碰撞能量，難以分離出金屬微粒。

碰撞物的材質（即化學成分）對點燃概率也有顯著影響。用碳、錳、鎂制成的合金在碰撞時能使火花金屬微粒激烈氧化，容易點燃爆炸性氣體混合物；用硅、鎘制成的合金在碰撞時能使火花金屬微粒表面形成一層很薄的難熔氧化膜。這種氧化膜能防止金屬微粒進一步氧化。因此，此時的火花難以點燃爆炸性氣體混合物。

1.4.2.3　固體表面

固體熱表面引燃可燃性氣體混合物，實際上就是所謂的“危險溫度”的點燃。“危險溫度”和電氣火花、電弧一樣，是爆炸性氣體混合物的一種典型點燃源。

（1）較大熱表面

固體熱表面點燃可燃性氣體混合物的溫度大小，與諸多因素有關。除可燃性氣體的物理化學性質外，固體熱表面的尺寸、材料、形狀以及與可燃性氣體接觸的時間等，都對點燃溫度存在影響。

例如，實驗發現，固體熱表面在接觸可燃性氣體時有強烈的催化作用，這種作用將導致點燃溫度增加。固體熱表面接觸可燃性氣體的時間增長，點燃溫度也將有所增高。實驗還發現，在固體熱表面積相等的情況下，表面積與體積比最小的物體具有最小的點燃溫度。

（2）熾熱金屬絲

熾熱金屬絲引燃爆炸性氣體混合物通常是指白熾燈絲對可燃性氣體的引燃。實驗表明，白熾燈絲引燃可燃性氣體混合物時存在一個最易引燃濃度，如甲烷對應的最佳引燃濃度為5.5%～6.0%，氫對應的最佳引燃濃度為10%～15%。

白熾燈絲引燃可燃性氣體混合物的本質是一種“火花”引燃，而不是“溫度”引燃。白熾燈絲是在真空狀態下被加到上千度而發光的，由于是真空，所以燈未被氧化，燃燒。一旦燈泡被破碎，高溫的燈絲立即被氧化，在空氣中形成火花，這樣的火花可以很容易地引燃周圍存在可燃性氣體混合物。

1.4.2.4　激光輻射

激光輻射是一種新型的可非電氣點燃源。通常，人們會使用激光儀器來進行一些精密測量，因此可能給爆炸性氣體環境的安全帶來潛在威脅。激光輻射的特點是，激光傳播的光束窄，但攜帶能量高度集中。因此，激光“火花”與電氣火花、機械火花一樣，具有點燃可燃性氣體混合物的能力。

激光輻射通常分為三種形式，即脈沖式輻射、連續式輻射和周期式輻射。脈沖式激光輻射是一種高度濃縮的光通量。它能夠在氣體介質中引起光擊穿，通過可燃性氣體混合物時引起可燃性氣體混合物點燃，尤其是在激光束前進的通道（空氣）中存在懸塵埃時，激光輻射很容易點燃可燃性氣體混合物。連續式激光輻射對可燃性氣體混合物的引燃機理不同于脈沖式激光輻射，不是由光擊穿引燃的，而是由輻射加熱了受照射點出現高溫而引燃的。周期式激光輻射則同時具有前兩種輻射的性質。