单芯铜线过电流故障电弧熔痕的微观特征研究*

为准确认定电气火灾中过电流故障,模拟4~7倍额定电流（Ie）条件下单芯铜导线过电流故障,利用光学显微镜和扫描电子显微镜（SEM）分析过电流故障电弧熔痕的组织特征,并结合Image-Pro Plus软件测定晶粒直径、周长和面积,探究金相组织的量化判据和变化规律。结果表明:当I＝4Ie时,过电流故障电弧熔痕的金相组织主要为方向性较强的树枝晶;当I＝5Ie,6Ie时,金相组织内树枝晶占比减小,胞状晶占比升高;当I＝7Ie时,方向性较弱的胞状晶占主导。随着电流增加,晶粒的平均直径、周长和面积均呈增长趋势。通过火灾案例分析可知,实验结果与现场的电弧熔痕组织特征基本相符,验证火灾事故原因为过电流故障。     

ZR-BV单芯铜线过电流故障电弧熔痕特征研究

为准确认定电气火灾事故中的过电流故障,模拟在不同电流条件下ZR-BV单芯铜线的过电流故障,通过逐帧分析高速影像研究导线发生过电流故障时的变化过程,使用金相分析技术分类研究过电流导线电弧熔化痕迹的组织特征。结果表明:当I≥4Ie时,导线发生熔断,断路电弧将引燃热分解后的绝缘热解气体,造成火灾的蔓延扩大;过电流导线电弧熔断痕与火烧熔痕的宏观特征较为相似,但喷溅熔痕和发散状熔痕是过电流导线所特有的;枝晶偏析组织是过电流电弧熔断痕的典型组织,且随着电流值的升高,枝晶偏析组织分布范围明显扩大,几乎不再出现等轴状组织。     

BVR多芯铜导线过电流故障下燃烧及火焰传播研究*

为深入研究BVR多芯铜导线过电流故障下燃烧及火焰传播特征,采用堆栈技术分析导线受热形变,并利用高速摄像机记录故障导线发热、熔断及绝缘燃烧现象,研究导线发热形变、熔断时间及燃烧时火焰传播速度与电流值变化关系。结果表明:当I=136 A时,导线不发生熔断,只有当高温线芯直接接触周围可燃物才可引发火灾;当I=153 A时,导线会发生熔断现象,且熔断时间随过电流值升高而缩短;当I=204 A时,导线发生熔断,断路电弧引燃周围热解气体,火焰前沿迅速蔓延至导线两端,平均火焰前沿传播速度达2.2 m/s,平均明火持续时间达8.2 s,整根导线无需外界可燃物即可发生明火燃烧。研究结果可为起火原因认定提供技术指导。     

Metallurgical analysis of the ‘cause’ arc beads pattern characteristics under different short-circuit currents

Electric arc beads commonly cause large fire and explosion accidents, especially during the powder process industries. During such fires, the original equipment is often severely burned, rendering electrical fire investigation impossible. Therefore, identifying the beads caused by electrical faults through metallurgical investigation is crucial. This study focused on the ‘cause’ of arc beads and determined their pattern characteristics through metallurgical analysis of copper wires with short-circuit currents of 100, 160, 200, and 240 A. According to microstructure characteristics and metallographic knowledge, bead pattern characteristics were divided into six types: hypereutectic (A), dendritic eutectic (B), chilled layer (C), cellular crystal (D), dendritic (E), and coarse columnar crystal (F). Oxide levels of each category were A (4.5%–7.6%) > C (2.0%–3.8%) > B (1.1%–2.4%) > D (1.0%–2.1%) > E (0.6%–1.9%) > F (0.1%–0.7%). When the short-circuit currents were the same, there were a greater number of small particle beads than large ones. As the current increased, the number of distributed beads with a particle size d < 1 mm decreased, with 1 mm ≤ d < 2 mm increased, and with d ≥ 2 mm were stable. Bead size and distribution had a negative linear correlation at 200 A. When the current increased, the proportion of beads with A and C structures gradually decreased, and those with D structures increased to more than 50%. Oxygen content and arc temperature determined the oxide form. These results are vital for electrical fire investigations and provide theoretical support for fire material evidence extraction and cause identification.     

电气火灾一次短路熔痕金相组织特征参数定量分析

电气火灾一次短路熔痕鉴别和判定对分析火灾原因和事故认定至关重要,而目前金相分析方法目前处于经验和半经验水平,缺乏定量分析手段.本文开展不同电流条件下(100A至300A,间隔为20A)铜导线一次短路模拟实验,制作相应短路熔痕金相图谱.同时引入描述金相组织特征参数,基于Image - ProPlus应用数字图像处理技术提取图谱的金相组织特征参数量化指标,讨论金相组织晶粒和孔洞尺寸变化的特点,实现金相微观组织特征参数和电流之间的关系数据对比分析,探讨一次短路熔痕金相组织的量化判据和变化规律.     

过电流故障铝导线熔痕部位与组织特征关联性研究

为深入研究过电流故障铝导线熔痕部位与组织特征之间的关联关系,本文模拟2.5 mm2BLV铝导线通25～ 187.5 A电流时的发热、熔断和燃烧过程,研究过电流铝导线发热形变与熔痕形成的内在关联,根据各部位熔痕受热形成过程,分类识别典型组织特征.研究结果表明:随着电流值升高,铝导线先后出现线芯发热、绝缘热解、熔断拉弧、绝...     

消防射水对导线火烧熔痕金相组织的影响

模拟火灾现场,制作不同线径铜导线的火烧熔珠,然后在不同温度下对熔珠进行冷却.利用金相显微镜对火烧熔珠的金相组织进行观察,发现铜导线火烧熔痕在不同温度下经消防射水冷却后,会出现类似一次短路和二次短路熔痕的金相组织.     

RVVB护套线过电流诱发短路故障发生概率与起火燃烧过程分析*

为深入研究电气火灾中护套线因过电流诱发短路故障的转化过程,搭建RVVB护套线过电流诱发短路故障电路,统计短路发生概率,借助高速影像,获取短路发生的时间和次数,分析护套线起火燃烧过程。结果表明:在过电流故障发生1 h内,I≤16 A时护套线仅线芯发热、绝缘炭化,无法诱发短路;I=24 A时护套线发生短路概率为40%,在973 s内发生初次短路;32 A≤I<48 A时护套线发生多次短路的概率随电流值增大而增大,在I=48 A时达到50%,发生初次短路的时间随电流值增大而减小,最短时间为28 s;短路引发绝缘层燃烧的概率随电流值增大呈指数递增,I=24 A时护套线在短路后发生燃烧的概率为62.5%,在48 A时达到100%,短路后1 618 ms内火焰可蔓延至护套线两端,形成全线燃烧现象。研究结果可对溯源电气火灾发生的根本原因提供数据支撑。     

一起商用冷柜火灾残骸物证鉴定研究

为完整地描述火灾事件发生及发展,确保火灾物证鉴定结论与现场勘验相符合,以一起商用冷柜火灾残骸物证鉴定为例,采用划分物证残骸的电气故障区域、利用金相法与电气故障传播时序分析法等方法进行综合鉴定,确定该冷柜的故障点、起火原因,并构建电气火灾发生、发展的蔓延过程。可为火灾物证鉴定技术研究工作提供一定的参考。     

基于PCA-BP神经网络的多股铜导线 熔痕定量金相识别方法研究

为实现火灾现场中多股铜导线熔痕的自动识别,采用主成分分析(PCA)和反向传播(BP)神经网络算法对四种多股铜导线熔痕(一次短路熔痕、二次短路熔痕、过负荷熔痕和火烧熔痕)的金相组织进行了识别研究。利用Image-Pro Plus 6.0和Axio-Imaging软件获取每种熔痕30组17维金相组织参数数据,采用PCA对四种熔痕共120组数据降维,获得前6个主成分得分矩阵,建立具有6个输入层节点,10个隐层节点和4个输出节点的神经网络模式识别模型。随机抽取每种熔痕的20组样品的主成分得分矩阵作为训练集,将每种熔痕的剩余10组主成分得分为测试数据,输入最终训练完成的模型进行识别,其识别准确率达到92.5%。实验结果表明采用PCA+BP神经网络的算法,可以较好地实现多股铜导线熔痕识别,为火灾物证鉴定工作提供了有力的工具。     

着床后引燃对电弧迸溅熔珠组织特征的影响*

为探究迸溅熔珠着床后的热交换过程对其组织特征的影响,建立基于着床后高温迸溅熔珠的动态测温方法,从而揭示迸溅熔珠着床后引燃与否对其组织特征形成的影响规律。研究结果表明:引燃可燃物的熔珠受火焰热反馈和铜氧化放热的共同作用,着床后其温度出现反复波动,延长迸溅熔珠的冷却凝固时间,组织呈等轴状;无法引燃可燃物的熔珠在可测范围内,短暂升温后降温速率持续上升,组织更易呈现树枝状或胞状。研究结果可为准确认定电气故障电弧迸溅熔珠引发火灾提供技术支持。     

Influence of thermal environment on metallographic structure characteristics of the electric arc bead pattern

Electrical apparatuses are prone to arc, which generally causes a fire, even an explosion hazard, when a flammable gas mixture is present, especially during industrial processes. Terrible fire scenes are challenging for fire investigations. In this work, by performing a simultaneous thermal analysis test we simulated a fire environment and found that as the oxygen concentration decreased, the oxidation/exothermic peak temperature of ‘cause’ bead became higher, but the melting temperature was unaffected. Results indicated that the bead pattern underwent oxidation at approximately 831 °C, melting initiated at approximately 1060 °C, and the pattern then disappeared. The melted pattern grain changes were divided into three critical temperature stages: Approximately 600 °C, the onset temperature at which the melted pattern grains began to be equiaxed; approximately 831 °C, at which the grains were interspersed with oxygen-containing material; and 831–1060 °C, when the grains disappeared, which is a criterion for identifying electrical fires. However, the boundaries remained throughout the thermal environment process. Moreover, the bead pattern demonstrated three metallographic regions: Deep layer (Region I), the intermediate layer (Region Ⅱ), and surface layer (Region Ⅲ). Region I was the most thermally sensitive, in which equiaxed crystals first appeared. Region Ⅲ was the thermal reaction lag zone, in which the typical branching crystals finally disappeared, and Region Ⅱ was intermediate between Regions I and Ⅲ. The results may help fire investigators determine the fire scene temperature stages and provide support for fire evidence extraction.     

电气火灾残留物的SEM分析方法研究

通过分析电气火灾的形成原因,总结出该类型火灾的残留物种类。然后利用电焊机和电阻炉等设备分别制备出铜铝导线的一、二次短路熔痕和火烧熔痕,电热丝的通电过热和火烧熔痕,并运用了目前一种新式有效的显微结构分析工具——扫描电子显微镜,对以上样品的表面进行微观形貌的观察、比较与分析。通过分析讨论,可以发现电气火灾残留物在火灾前后其表面的微观形貌特征存在明显不同。根据这些特征能够很轻易的鉴别出电气设备在火灾发生前的使用状态,从而推断出火灾是否由该电气设备引发而起。此项结论能够为从事火灾调查的人员对电气火灾原因的准确认定提供可靠依据,也能够为扫描电子显微镜技术的应用领域进行拓宽提供一些帮助。     

过负荷铜导线金相显微特征分析

为考查铜导线金相组织随截面积、过负荷时间、倍数以及加热温度、加热时间、冷却方式的变化规律,本实验制备了不同线径的铜导线过负荷不同倍数和不同时间的试样,然后对过负荷铜导线在不同温度下加热不同时间并采取自然或喷水的方式进行冷却。通过观察过负荷铜导线试样的金相组织,分析过负荷铜导线金相组织随其形成条件的变化规律。结果显示,随过负荷时间的延长,铜导线金相组织由最初的纤维状组织变成柱状或等轴晶粒;过负荷倍数越大,形成的晶粒越大;当过负荷痕迹形成后,在低于其形成温度下加热,不影响其金相组织;导线截面积和冷却方式对铜导线金相组织影响不大。在实际火灾调查过程中利用过负荷铜导线的金相组织特征来证明火灾事实时,要综合考虑过负荷的形成过程。     

铜导线短路熔痕的SEM/EDS分析

在电气线路火灾原因的调查中,为更好地区分铜导线一次短路与二次短路的熔痕特征,用扫描电子显微镜(SEM)和X-射线能谱仪(EDS)对2种熔痕的形貌和相应的元素成分进行了试验研究。结果表明:铜导线一次短路与二次短路熔痕的表观形貌特征和元素成分具有明显的不同,二者的区别主要表现在熔痕表面所含的气孔、元素种类及导线本体与熔痕之间的过渡区方面,一次短路熔痕表面气孔多,元素种类少,导线与熔痕之间有明显界限,二次短路熔痕则相反。该研究结果可以区分短路熔痕形成的环境气氛,以此判断导线短路熔痕类型,为电气线路火灾原因的调查提供科学依据。     

剩磁法在雷灾事故分析中的应用

在雷击引发火灾的事故现场,因人为破坏或烧毁严重等因素,使得灾害发生原因的分析困难。采用金相法将金属的熔点等处的特征进行非量化的外观分析外,再利用剩磁法的测量数据以量化的形式作为雷击或其他起火的发生点和分析参考依据。本文将以系统的操作流程和典型实例,具体说明剩磁法在雷灾事故调查分析中的应用。     

常见的接地故障电气火灾隐患及其防范

阐述了接地故障电气火灾的形成原理和特点,结合工厂企业配电系统的实际情况,列举了接地故障电气火灾的隐患所在,并提出了预防措施。     

铜导线短路熔痕微观形貌特征分析与研究

采用模拟实验的方法制备了铜导线一次短路熔痕和二次短路熔痕,利用KYKY-2800B型扫描电子显微镜(SEM)对铜导线一次短路熔痕和二次短路熔痕的微观形貌进行了观察,并对内部气孔的数量、大小、分布等进行了统计分析,发现了一次短路气孔的数量、分布与二次短路之间的差别与长期采用的鉴定依据不同.     

事故树在油库静电火灾爆炸分析中的应用

主要分析了引起油库静电火灾爆炸的各种原因和环节,并建立了油库静电火灾爆炸事故树。通过对事故树的定性分析,提出了预防油库静电火灾爆炸事故的对策,给出了具体的防静电措施。     

电气线路贯穿孔口防火封堵应用现状研究

电气火灾是目前国内发生频次最高、危害最大的火灾类型。为了防止电气线路火灾导致的火势蔓延和发展,需做好电气线路贯穿孔口的防火封堵。本文通过分析电气线路的火灾原因和火灾危害性,提出开展电气线路防火封堵的必要性。并结合电气线路贯穿孔口防火封堵的应用现状、相关规范要求及国内外研究现状,指出电气防火封堵目前存在的问题。