電線電纜帶電燃燒進展的研究

卞曉剛

摘? 要：電線電纜燃燒特性的研究分析是預(yù)測火災(zāi)危險性的關(guān)鍵與基礎(chǔ)。加強對電線電纜帶電燃燒的分析，了解電線電纜火災(zāi)燃燒研究類型，分析在役電纜溫升特征與監(jiān)測診斷技術(shù)，帶電線纜故障著火機理以及電流變量與燃燒特性相互影響等關(guān)鍵的電線電纜帶電燃燒技術(shù)與手段，可以為電線電纜帶電燃燒特性研究提供有效的參考與支持?；诖耍撐闹饕獙﹄娋€電纜帶電燃燒進行了簡單的研究分析。

關(guān)鍵詞：電線電纜;帶電燃燒;研究技術(shù)

中圖分類號：TM247? ? ? ? 文獻標志碼：A

電線電纜是社會生產(chǎn)以及人們生產(chǎn)的基礎(chǔ)性設(shè)施，而在國民經(jīng)濟以及電力工業(yè)的高速發(fā)展過程中，發(fā)電、輸電以及變電以及用電耗費在不斷上升。電線電纜在突顯其工作效益的同時也會出現(xiàn)線路過載、短路以及漏電的等各種危險性問題。根據(jù)我國消防部門統(tǒng)計分析，電氣火災(zāi)約為我國火災(zāi)的1/3，而因為電線電纜誘發(fā)的火災(zāi)已經(jīng)高于50%。

1 電線電纜火災(zāi)燃燒研究類型

第一類，根據(jù)國際標準以及國家標準測試電纜燃燒特性;第二類，應(yīng)用新型燃燒性能測試儀器進行燃燒性能的測試與評價分析，第三類，進行電纜實際敷設(shè)場所燃燒實驗，測試行為以及參數(shù)標準。

通過分析可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)階段的多數(shù)研究主要是探究電纜燃燒性能對于可能產(chǎn)生火災(zāi)后果的影響以及評價，在燃燒中后期的火場行為分析等較多，但是對于電纜早期特征的研究相對較少。

2 電線電纜帶電燃燒進展探究

2.1 在役電纜溫升特征與監(jiān)測診斷技術(shù)

線芯通電時在電流作用下會產(chǎn)生熱量，同時線芯也會利用絕緣皮向外散熱。而電纜線芯產(chǎn)熱以及散熱則直接決定了電纜不同的溫度變化狀況。在電流過大的時候，電纜線芯產(chǎn)生的熱量高于散熱的時候，其線芯則就會呈現(xiàn)持續(xù)升高，就會導致絕緣層或者周邊可燃物燃燒而誘發(fā)火災(zāi)。因此，要分析電纜過熱問題，分析電纜線芯的溫升規(guī)律，利用限制電纜最大載流量的方式控制電纜線芯的溫度。電纜線芯溫度計算主要可以分為熱路模型以及電纜溫度數(shù)值計算模型2種類型。

2.1.1 熱路模型

熱路模型是基于傳熱學的原理以及熱電類比法構(gòu)建，在傳熱學中根據(jù)歐姆定律以及電阻串、并聯(lián)規(guī)律分析熱量傳遞問題分析，構(gòu)建對應(yīng)熱路的分析模型。在熱路模型中構(gòu)建熱學參數(shù)等效與電學參數(shù)關(guān)系，將熱流、溫度以及熱阻等與電路中的電流、電壓等互相對應(yīng)?；陔娐放c熱路物理量之間的對應(yīng)關(guān)系，在電路與電流場理論支持下構(gòu)建電纜線芯溫度以及外表面溫度等重要因素之間的關(guān)系。熱路模型在電纜線芯溫度監(jiān)測系統(tǒng)計算中應(yīng)用得較為廣泛。

2.1.2 電纜溫度數(shù)值計算模型

電纜溫度數(shù)值計算模型主要應(yīng)用有限元、有限差分、有限容積等模型進行計算分析。有限元模型對于不規(guī)則區(qū)域中的計算具有良好的實用性，在實踐中應(yīng)用范圍較為廣泛。

2種模式對比來說，熱路模型的計算方式更為簡單，而數(shù)值計算模型精度更高。一些學者綜合2種模型優(yōu)勢提出了場路模型系統(tǒng)，就是在電纜內(nèi)部傳熱計算中通過熱路模型，而在經(jīng)典藍外部環(huán)境的傳熱計算中通過數(shù)值計算模型進行分析，可以保證其整體計算精度的同時，實現(xiàn)電纜溫度場之間的快速計算分析?；陔娎|溫度計算模型，不同電纜溫度以及故障診斷技術(shù)在不斷成熟，現(xiàn)階段主要應(yīng)用的技術(shù)有數(shù)字溫度傳感器、紅外熱成像技術(shù)等。

2.2 帶電線纜故障著火機理

出現(xiàn)帶電線纜故障之后會導致線芯高溫或者出現(xiàn)明火等問題，通過引燃絕緣層或者其周邊臨近的可燃物而導致其出現(xiàn)火災(zāi)等問題，因此要分析帶電線纜故障的著火機理以及重要的故障類型，可以合理控制電纜火災(zāi)危害等問題。

線纜火災(zāi)出現(xiàn)的原因是電弧故障、電纜線芯過熱或者外部加熱等。而電弧故障線路故障主要就是由于絕緣層碳化路徑的電弧故障、外部因為高溫而造成的空氣電弧故障等因素造成的。電纜線芯過熱主要就是因為線路過載或者短路、散熱不良、接觸不良等因素造成的。而造成外部加熱則就會導致其絕緣層老化、絕緣能力下降造成的絕緣材料熱解進而誘發(fā)電弧問題。

2.3電流變量與燃燒特性相互影響

在絕緣外層被引燃后，火焰就會隨著電纜而逐漸蔓延，如果沒有合理控制則就會導致其出現(xiàn)電纜火災(zāi)等問題，在整個過程中電纜始終處于通電的狀態(tài)，電流變量對于電纜燃燒特性就會產(chǎn)生不同程度的影響。因為火焰屬于弱電離子體，其具有導電的特征，火焰與電場之間具有相互作用，電場特性參數(shù)則就會直接影響燃燒的穩(wěn)定性以及燃燒的強度。

為了提升燃燒效果，獲得穩(wěn)定的燃燒，相關(guān)研究人員根據(jù)電流變量以及人燃燒特性等方面對其進行了系統(tǒng)研究，通過對交流以及直流電場中對于火焰的具體形狀、溫度以及燃燒穩(wěn)定性等因素進行分析，了解到電場火焰特性參數(shù)影響就是對火焰?zhèn)鞑ニ俣犬a(chǎn)生的影響?，F(xiàn)階段多數(shù)研究均是從電廠強化燃燒的角度分析，外加電場對于微尺度火焰燃燒特性產(chǎn)生的影響，這與電場闡述對于真實火災(zāi)的影響來說還是具有一定的差異性。

一些學者通過對交流電場對火焰在絕緣電線上傳播特性影響進行分析，綜合分析交流電的電壓以及頻率等因素產(chǎn)生的影響，發(fā)現(xiàn)火焰的傳播速度會受到電壓等因素的影響，如果在電壓高于臨界值的時候火焰就會熄滅。對于固定的電壓其火焰?zhèn)鞑ニ俣葧S著頻率的增大而出現(xiàn)2個顯著的變化區(qū)域，在較低的頻率區(qū)間范圍中火焰的傳播速度會由于頻率的增大而減小，而在較高的頻率區(qū)間范圍中，火焰的傳播速度則就會隨著頻率的增大而出現(xiàn)不同程度的增大，甚至會高于無電場條件下火焰的實際傳播速度。因此，要綜合電線通電影響對其系統(tǒng)分析。

也有的學者通過對通電導線的燃燒特性分析，了解了煙顆粒的型譜特征，發(fā)現(xiàn)導線在點燃的過程中會隨著通電電流的減少而增大，火焰的高度與其體積則會由于通電電流增大而不斷增大，利用實驗數(shù)據(jù)凝血擬合分析可以發(fā)現(xiàn)導線火焰?zhèn)鞑ニ俣纫煌婋娏髦g平方之間為正比例的規(guī)律特征。

分析現(xiàn)有的已經(jīng)進行的電流變量以及燃燒特性之間的相互影響，集中分析外加電場以及燃燒之間的相互影響，尋找強化燃燒以及增強燃燒穩(wěn)定性之間的最優(yōu)電場參數(shù)設(shè)計，發(fā)現(xiàn)外加直流以及交流電場具有較為顯著的強化燃燒、提升燃燒穩(wěn)定性的效果，基于離子角度分析可以發(fā)現(xiàn)外加電廠強化燃燒有著嚴格的范圍要求，在燃燒過程中如果電場過強就會出現(xiàn)燃燒熄滅等問題，發(fā)現(xiàn)電線電纜類型的火災(zāi)，是由于電纜線芯過載發(fā)熱，引燃絕緣皮而導致的，在火災(zāi)中電纜可能還是處于通電的狀態(tài)，而通電電纜則在電纜絕緣層的燃燒中會對火焰的形態(tài)以及蔓延的速度產(chǎn)生不同程度的影響。但是，從整體上來說，現(xiàn)階段針對此內(nèi)容的研究相對較少，主要就是對參數(shù)變化規(guī)律的定性描述研究較多，對火災(zāi)規(guī)律的發(fā)生機理有待深入分析，各項參數(shù)預(yù)測模型數(shù)據(jù)有待增加。

通過分析可以了解，導線在通電時燃燒的強度以及火焰?zhèn)鞑サ乃俣葧@著增強，因此在制定電線電纜火災(zāi)規(guī)范以及標準過程中，不能以不帶電時的電纜燃燒實驗數(shù)據(jù)作為主要的依據(jù)，以免造成規(guī)范與實際不符的現(xiàn)象出現(xiàn)，影響電纜滅火的有效性。

3 結(jié)語

電纜火災(zāi)在帶電條件之下的燃燒符合實際狀況，因為實驗的手段相對較為復(fù)雜，其實現(xiàn)的難度較大，在研究中還是存在諸多的問題與不足。分析現(xiàn)階段電線電纜帶電燃燒測試的特性研究，對其進行分析研究，可以為我國電線電纜研究提供更為全面的參考與支持。

參考文獻

[1]梁偉.電線電纜帶電燃燒研究進展[J].建材與裝飾， 2018， No.532（23）：242.

[2]楊帆， 尤波. 電力電纜的帶電診斷與故障處理的技術(shù)研究[J].低碳世界， 2018， 186（12）：18-19.

[3]楊亮， 趙婧， 李瑋瑜.電線電纜燃燒性能分級體系與試驗研究[J].消防科學與技術(shù)，2017，36（6）：748-751.