低壓電氣火災(zāi)成因?qū)Ψ婪峨妱幼孕熊嚮馂?zāi)的啟示

史東和

摘要：為了進一步研究電動自行車火災(zāi)事故發(fā)生機理，提升安全防范的針對性，文章分析了低壓電氣系統(tǒng)發(fā)生火災(zāi)的原理，解構(gòu)了電動自行車內(nèi)低壓電氣線路的分類分布和火災(zāi)風(fēng)險因素，從提升電氣線路本體安全的角度，探討了如何進一步加強電動自行車火災(zāi)防控工作，保障人民群眾生命財產(chǎn)安全。

關(guān)鍵詞：低壓電氣;電動自行車;火災(zāi)

眾所周知，電動自行車是以輪轂電機、電機控制器、金屬車架等部件為主要結(jié)構(gòu)，以動力電池為行動能源，以多元化低壓電氣系統(tǒng)為控制手段。其以輕便快捷、價格便宜、綠色環(huán)保、通行性高、停車不設(shè)限等先天優(yōu)勢，在我國的城鄉(xiāng)迅速普及，成為廣大群眾出行的主要代步工具。與此同時，電動自行車引發(fā)的火災(zāi)事故不斷上升，亡人傷人風(fēng)險與日俱增。防范電動自行車火災(zāi)是當前消防安全管理的重要內(nèi)容之一。本文從電動自行車構(gòu)成部分低壓電氣系統(tǒng)的致災(zāi)因素角度，粗略分析電動自行車消防安全風(fēng)險源頭，旨在啟示電動自行車火災(zāi)防控方向。

1? 低壓電氣火災(zāi)成因

從電力學(xué)的角度來看，低壓電氣線路形成火災(zāi)事故主要成因有四方面。

成因一：電路短路。在常用電氣設(shè)備或電力傳輸網(wǎng)絡(luò)中，不同電位的導(dǎo)電部分，直接用金屬導(dǎo)線或小電阻設(shè)備連接在一起，造成短路回路電流突然劇增，從而致使導(dǎo)線瞬間產(chǎn)生高溫、電弧甚至線路熔斷，點燃絕緣層和故障點附近可燃物，繼而引發(fā)火災(zāi)事故。在實際生產(chǎn)生活中，電路短路是引發(fā)電力故障和電氣火災(zāi)事故的重要原因之一。

成因二：接觸不良。導(dǎo)線與導(dǎo)線、導(dǎo)線與配電、用電設(shè)備之間連接時，因接觸不良或接觸電阻過大，在電氣線路持續(xù)電流的作用下，致使導(dǎo)線接觸處產(chǎn)生高溫或電弧，同樣可以引燃絕緣層或附近可燃物引發(fā)火災(zāi)事故。接觸不良是線路火災(zāi)容易忽略并難以防止的一種。

成因三：線路漏電。低壓電氣線路的絕緣材料受外部因素影響或自然老化，絕緣性能下降甚至消失，電流從電流回路內(nèi)泄漏出來，流到周邊可接地物體上，形成漏電電流路徑。在該路徑上可能產(chǎn)生高溫、電弧、電火花，從而引燃周圍可燃物形成火災(zāi)事故。此類火災(zāi)難以預(yù)防，可發(fā)生于相線與中性線、相線與接地之間。它通常還易形成人員觸電事故。

成因四：電路過載。通過電氣線路的電流超過其安全載流量，導(dǎo)致電氣線路產(chǎn)生高溫，引燃絕緣層或周圍可燃物形成火災(zāi)事故。線路過載是造成線路電氣火災(zāi)的又一重要因素。過載不僅能直接引起火災(zāi)，而且過載會損壞線路絕緣材料，又往往是引起線路短路、接觸不良、漏電等故障的先導(dǎo)因素，需重點加以防范。

2? 電動自行車中低壓電氣構(gòu)成

當前，國內(nèi)普及的電動自行車電氣系統(tǒng)由用電設(shè)備、電源設(shè)備和連接導(dǎo)線等部分組成，其主要構(gòu)件有充電器、控制器、動力電池、控制電路、輔助電路。這些部件日常工作電壓皆處于300V之下，屬于典型的低壓電氣系統(tǒng)。此構(gòu)成部件所在電路主要功能如下：

（1）充電器電路。充電器是電動自行車補充電力能源的第一道關(guān)卡，其產(chǎn)品質(zhì)量好壞和充電模式優(yōu)劣將直接影響電動自行車動力電池的壽命周期和使用安全。目前市場中，家庭用戶所普遍使用的充電器原理是將交流220V電壓經(jīng)整流濾波電路轉(zhuǎn)變?yōu)?00V左右的電壓，并通過高壓開關(guān)和電壓變換，產(chǎn)生充電時所需的低壓直流電，再由充電控制電路控制后對電動自行車動力電池進行充電。其內(nèi)部主要構(gòu)成為高壓開關(guān)電路、電壓變換電路、整流濾波電路和恒壓恒流充電控制電路等部分。充電器外殼通常為工程塑料，兩端電流導(dǎo)線分別為三相交流絕緣線和直流絕緣線，其質(zhì)量可能參差不齊。根據(jù)火災(zāi)情況不完全統(tǒng)計，充電器引發(fā)的火災(zāi)事故占有較大比例。

（2）動力電池系統(tǒng)。因歷史存量原因，用戶使用層面存在較大部分的鉛酸蓄電池，此類電池因技術(shù)成熟、結(jié)構(gòu)簡單、單位能量密度不高，其安全系數(shù)也相對較高，火災(zāi)發(fā)生幾率相應(yīng)較低。但是隨著電動自行車新國標的推進，對電動自行車整車質(zhì)量進行了嚴格管控，致使廠商無一例外地全部選擇質(zhì)量輕、便于抽取充電的鋰離子電池。因此目前市面上銷售的電動自行車動力電池主要為48V以下的鋰離子電池（不排除私自組裝高容量電池的行為）。此類電池采用密閉封裝、內(nèi)部構(gòu)造緊湊、單位能量密度高，由于組裝工藝精度、使用壽命等因素影響，在長時間使用后電池內(nèi)部易形成類似短路現(xiàn)象，造成鋰電池內(nèi)部熱失控而產(chǎn)生爆燃，火災(zāi)風(fēng)險、致災(zāi)風(fēng)險非常高。

（3）電機控制電路。電動機控制電路主要分為控制器電路、調(diào)速轉(zhuǎn)把電路、閘閥電路等部分，主要作用是根據(jù)用戶使用需求實現(xiàn)改變電動機轉(zhuǎn)速、控制逆充電等功能。其中控制器電路猶如電動自行車的大腦，用來控制電動車電機的啟動、運行、進退、停止、轉(zhuǎn)動速度，并對整車的其他電氣系統(tǒng)進行有效保護控制?？刂破鲀?nèi)部電路有PWN發(fā)生器電路、電源管理電路、功率驅(qū)動電路、控制部件、信號采集單元與處理電路、過電流欠電壓保護電路等組成。此處電源管理調(diào)度頻繁、流向復(fù)雜、用電負荷較高，容易集聚高溫。

（4）輔助電路。輔助電路包含信號系統(tǒng)，照明系統(tǒng)和儀表裝置。信號系統(tǒng)由電喇叭及開關(guān)、轉(zhuǎn)向燈及開關(guān)、制動燈及開關(guān)組成，照明系統(tǒng)由前后大燈、照明及變光開關(guān)、儀表燈等組成，儀表系統(tǒng)由車速里程表、電量表等組成。部分車型還集成了定位模塊、usb充電模塊、soc測量模塊等電子附件。此類電路存在自行改裝不規(guī)范的風(fēng)險。

3? 電動自行車火災(zāi)風(fēng)險因素

從具體個案來看，電動自行車的火災(zāi)成因比較復(fù)雜，有的是人為因素，有的是客觀因素。但從宏觀角度來看，絕大部分電動自行車火災(zāi)原因歸根結(jié)底都是由內(nèi)部低壓電氣線路因短路、過載故障引發(fā)熱失控和動力電池內(nèi)部故障的熱失控所引起。

（1）電氣線路材質(zhì)不合格。價格實惠是電動自行車主要優(yōu)點之一，電動車用戶對于價格因素較為敏感，于是部分廠家或商家在利潤驅(qū)使下，擅自降低質(zhì)量標準，選用絕緣層不過關(guān)、導(dǎo)線線徑不合格的線材進行電機控制電路和輔助電路的組裝;部分品牌的電動車在銷售端組裝過程中，安裝人員敷設(shè)輔助電路時未按照標準對線路進行規(guī)范捆綁，部分電氣線路金屬接頭質(zhì)量不過關(guān)，防水防銹處理不合格，導(dǎo)致長時間使用后線路氧化電阻增大，易過負荷發(fā)熱引起火災(zāi)。

（2）改裝電氣線路不合規(guī)。有的用戶為了解除限速和車輛美容，違規(guī)對電動自行車電機控制電路、輔助電路等進行改裝，以安裝額外的燈具音響等電子設(shè)備，有的甚至更換輪轂電機、更換大容量動力電池。這些行為一方面增大用電負荷，另一方面忽視電力元器件的匹配和安全檢測，導(dǎo)致整個電動自行車電力系統(tǒng)短路、過負荷等風(fēng)險增大，繼而增加了火災(zāi)風(fēng)險因素。

（3）充電電路功能不全面。部分質(zhì)量較低的電動自行車充電器沒有過充、過流保護功能，動力電池充滿電后不能轉(zhuǎn)入涓流充電模式，導(dǎo)致動力電池極板腐蝕、隔膜擊穿，引發(fā)電池漏液或內(nèi)部短路爆燃。另外，充電電路內(nèi)未安裝短路和過載保護裝置，長期使用后充電器內(nèi)電容、變壓線圈等元器件易形成短路故障發(fā)生火災(zāi)。

（4）外觀組件材質(zhì)不達標。目前，由于群眾對電動自行車的舒適性和美觀性的需求，電動自行車逐漸向著摩托車樣式發(fā)展，在車身構(gòu)成上大量使用塑料裝飾外殼、泡沫式座墊、皮質(zhì)座椅套、塑料燈具外殼、塑料尾箱等組件，這些組件均采用高分子材料制作，其燃燒性能好、燃燒速度快，有的雖然達到難燃標準，但在外焰作用下仍能燃燒。這些因素綜合疊加，導(dǎo)致摩托型電動自行車在其低壓電氣系統(tǒng)產(chǎn)生電路短路、電路過載、電路漏電和電池爆燃故障后，極易引燃外觀組件增加火災(zāi)風(fēng)險幾率。據(jù)不完全統(tǒng)計，此類電動自行車火災(zāi)占比可達90%以上。

4? 電動自行車的火災(zāi)防范

通過以上分析，防范電動自行車火災(zāi)事故既要提高安全管理措施，還要從本質(zhì)上改善車輛內(nèi)在致災(zāi)因素入手。綜合考慮低壓電氣線路防范短路、過載、漏電、接觸不良等情況的措施，最有效的是嚴格選擇電線電纜、合理規(guī)劃線路敷設(shè)路徑、穩(wěn)定電氣設(shè)備電壓電流溫度等參數(shù)，保持電氣連接部位接觸良好、使用熔斷器等安全保護裝置、優(yōu)化絕緣材料性能，輔之以減少周邊可燃物（即電動自行車易燃外殼）等方式。相應(yīng)來講，電動自行車防范火災(zāi)事故，可以從以下方面進行著手。

（1）優(yōu)化安全技術(shù)規(guī)范。在車身制造上，優(yōu)化整車結(jié)構(gòu)研發(fā)，加大優(yōu)質(zhì)創(chuàng)新防火材料和超輕耐用金屬材質(zhì)的使用，使電動自行車能夠兼顧美觀、耐用的客戶要求和輕量、安全的標準要求。在內(nèi)部電氣線路上，要科學(xué)布置線路走位，采用優(yōu)質(zhì)線纜材料和電氣設(shè)備。在元件使用上，要加大各電氣系統(tǒng)模塊化整合設(shè)置，盡量減少分散的輔助電氣線路的連接，從而降低導(dǎo)線連接點的安全風(fēng)險。同時，相關(guān)部門可研究制定相應(yīng)的指導(dǎo)意見，鼓勵電動自行車生產(chǎn)企業(yè)主動提升安全技術(shù)規(guī)范，采用成熟優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定的動力電池，從本質(zhì)上降低電動自行車發(fā)生火災(zāi)風(fēng)險因素，提升電動自行車防控火災(zāi)的能力。

（2）嚴把安全質(zhì)量關(guān)口。在生產(chǎn)環(huán)節(jié)，電動車產(chǎn)業(yè)集聚地區(qū)要嚴格核查電動自行車生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)資質(zhì)，要督促電動車生產(chǎn)企業(yè)嚴格按照《電動自行車安全技術(shù)規(guī)范》（GB 17761-2018）合法生產(chǎn)合規(guī)產(chǎn)品。在銷售環(huán)節(jié)，各地要按照相應(yīng)出臺非機動車安全管理條例，建立市場監(jiān)管、安監(jiān)、公安等聯(lián)合執(zhí)法機制，加大銷售、組裝等。在使用環(huán)節(jié)，公安、交管等部門要加大群眾電動自行車日常使用的監(jiān)督管理，查處違規(guī)改裝電氣線路、超規(guī)配置電池等行為。在維修環(huán)節(jié)，要嚴格把控電動自行車修理維護質(zhì)量，規(guī)范維修網(wǎng)點的零配件質(zhì)量和安裝規(guī)范，確保維修后的整車電氣線路性能合規(guī)。

（3）規(guī)范充電場所建設(shè)。從用戶使用場景來看，要參考《電動自行車集中停放充電場所建設(shè)消防安全參考技術(shù)要點》，規(guī)范電動自行車集中停放充電裝置建設(shè)，持續(xù)開展高質(zhì)量的充電設(shè)施建設(shè)，力爭實現(xiàn)有條件的住宅小區(qū)及人員密集場所電動自行車充電設(shè)施建設(shè)全覆蓋，從而解決電動自行車或鋰電池進門入戶充電行為，最大限度減少電動自行車火災(zāi)形成時造成的人員傷亡風(fēng)險。對于新建小區(qū)，將電動自行車棚和充電樁規(guī)劃納入新小區(qū)的建設(shè)設(shè)計中，實現(xiàn)電動自行車的停放和充電至少達到1：1的條件。對于老舊社區(qū)，協(xié)同住房城鄉(xiāng)建設(shè)管理部門做好電動自行車集中停放場所后續(xù)增設(shè)工作。同時，輔助建設(shè)電梯智能阻車系統(tǒng)、電動自行車充電棚安防設(shè)備，主動接入政府一網(wǎng)統(tǒng)管系統(tǒng)，積極提升電動自行車安全使用的監(jiān)管成效。

（4）安全用車用電宣傳。對人民群眾開展經(jīng)常性的宣傳教育，提示電動自行車的安全隱患、正確使用方法包括充電停放、保養(yǎng)維護等，引導(dǎo)群眾安全合法使用電動自行車。嚴格依法查處違規(guī)停放、充電等行為，依法追究相應(yīng)責(zé)任。定期組織電動車火災(zāi)警示教育，加強對群眾電動車火災(zāi)處置和逃生知識的宣傳，提升群眾安全防范意識，扭轉(zhuǎn)電動自行車火災(zāi)防范被動應(yīng)付的局面。

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The enlightenment of the causes of low-voltage electrical fire on preventing electric bicycle fires

Shi Donghe

（Yangpu District Fire and Rescue Brigade of Shanghai）

Abstract：In order to further study the mechanism of electric bicycle fire accidents and improve the pertinence of safety precautions， the paper analyzes the principle of low-voltage electrical system fires， deconstructs the classification and distribution of low-voltage electrical circuits in electric bicycles and fire risk factors. From the perspective of improving the safety of the electrical circuits， the paper discusses how to further strengthen the fire prevention and control of electric bicycles to ensure the safety of people's lives and property.

Keywords：low-voltage electrical; electric bicycle; fire