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铝导线交直流短路熔痕金相组织研究

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 摘 要:日常生产、生活中,铝导线较为常用,通过铝导线的电压也有交流和直流之分,但从掌握的现有资料,认定铝导线短路故障引起电气火灾的依据还缺乏从交直流电压方面所做的深入研究。因此本文研究了交流和直流电压条件下,铝导线短路熔痕金相组织特点及其变化规律。本文模拟火灾现场条件,分别制备交直流短路熔痕,通过金相分析技术,对铝导线交直流短路熔痕的金相组织进行对比。结果表明:铝导线交直流短路熔痕在短路过程中,形成的熔痕表面特征存在一定的差异;直流短路熔痕金相组织中的晶粒较小,交流短路熔痕金相组织中的晶粒较大;直流短路熔痕金相组织中的气孔数量多,交流短路熔痕金相组织中的气孔较少。通过分析研究交流直流电压下,铝导线一次、二次短路熔痕的金相组织特征,总结得到了两种电流下短路熔痕的金相组织变化规律,为准确鉴定铝导线电气短路火灾提供了一定的参考。

关键词: 铝导线;短路熔痕;金相分析;交流电流;直流电流


The research of aluminum conductors AC and DC short circuit arcing microstructure

Abstract: In real world production or daily life, aluminum conductors are commonly used. Aluminum conductors are differentiated by AC utilization and DC utilization, however, according to recent researches, the assertion that short circuit fault of aluminum conductors would cause electrical fire is lack of depth research on the aspects of AC and DC voltage. Therefore, this essay introduces the AC and DC voltage conditions, aluminum conductors melting microstructure characteristics. The fire scene simulation in this paper, which is prepared by DC arcing and metallographic analysis, is comparing the microstructure of aluminum wire AC and DC arcs. The results show that: the aluminum conductor DC arcing in the short-circuit process are different from weld mark formed on the surface; smaller grain microstructure DC arcing in exchange, have microstructure of arcing in the grain size; pore microstructure DC arcing in quantity, stomata less metallographic organization arcing in exchange. By analyzing DC and AC aluminum conductors, circuits melting characteristics are compared, and the two kinds of microstructure for current arcing change rules are summed up. This essay would provide a decent reference for the accurate identification of aluminum conductors electrical short-circuit fire.

Keywords: aluminum wire; arcing; metallographic analysis; alternating current; direct current

目 录

摘要 Ⅰ
Abstract Ⅱ
目录 Ⅲ

1 前 言 1
2 实验部分 3
2.1 实验原理 3
2.2 实验设备与材料 3
2.2.1 实验设备 3
2.2.2 实验材料 3
2.3 样品制备 3
2.3.1 熔痕样品的制备 3
2.3.2 金相试样的制备 5
2.4 实验样品的观察、分析和记录 5
3 实验结果 6
3.1 交流电压下短路熔痕金相组织 6
3.1.1 一次短路熔痕金相组织特点 6
3.1.2 二次短路熔痕金相组织特点 9
3.2 直流电压下短路熔痕金相组织 13
3.2.1 一次短路熔痕金相组织特点 13
3.2.2 二次短路熔痕金相组织特点 16
4 分析与讨论 21
4.1 分析 21
4.2 讨论 22
5 实验结论 23
参考文献 24
致谢 25

1 前 言

近几年,随着电能被广泛的开发与利用,不论是在乡村还是城镇,我国的电气火灾频发。电气火灾已经引起社会各界的广泛关注。电气火灾的突发性强、隐蔽性大、危险性高、蔓延迅速,导致火灾处理难度大,火灾调查困难,火灾损失严重。例如,1993年深圳市致丽工艺玩具厂11.19特大火灾因仓库内电线短路打火产生的熔珠引燃可燃物所致,直接经济财产损失808万元;1993年北京隆福商业大厦特大火灾因日光灯镇流器线圈发生一次短路所致,直接经济损失2148.9万元;还有1998 年北京丰台区玉泉营环岛家具城火灾因电铃线圈发生短路所致,直接经济损失2087万元。因此,电气火灾的鉴定就显得非常重要。
从现有的文献资料看,电气火灾鉴定方法中研究较多的是铜导线熔痕,而铝导线在我们日常生活中也比较常见。根据近几年的火灾资料统计,我国城乡一些旧住宅中仍然有使用铝导线的电气线路,发生火灾后,铝导线熔痕能在初期扑灭的火灾中保留完好。目前,广西南宁市消防支队的覃萍对铝导线短路熔痕的微观形貌进行了分析[1],中国人民武装警察部队学院消防工程系胡建国、刘义祥教授对火场中铝导线熔痕的微观形貌进行分析[2],都取得了相应的成果。然而,他们的实验都是对交流短路熔痕进行分析,而直流电短路在我们的日常生活中也经常发生。因此研究铝导线交直流短路熔痕特征对于火灾原因调查具有现实意义。
目前,美国、瑞士、前苏联等国外一些发达国家曾在电气火灾鉴定技术方面进行过研究。从70年代末开始,美国通过对建筑物火灾中的铜导线痕迹特征进行金相分析,用其外观形貌和金相组织特征鉴别导线短路痕迹和火烧痕迹。瑞士提出了对导线熔痕外表面进行成分分析,前苏联用X射线衍射的星芒效应来进行结构分析,都是用以鉴别导线的短路熔痕和火烧熔痕。80年代以来,我国对电气火灾原因技术鉴定方法进行了研究,提出了6种方法,即:宏观鉴别法、成分分析法、剩磁法、金相分析法、微观形貌法、模拟试验法,并已编制成国家标准,其技术水平达国际先进水平[3]。
金相分析是金属材料试验研究的重要手段之一,采用定量金相学原理,由二维金相试样磨面或薄膜的金相显微组织的测量和计算来确定合金组织的三维空间形貌,从而建立合金成分、组织和性能间的定量关系。金相分析最早由我国著名的火调专家王希庆老先生将金相分析技术的科学理论、技术方法和仪器设备应用到电气火因鉴定上,依据电熔化所造成的和由火焰热作用熔化所造成的导线熔痕金相组织不同的原理,按照其各自的特征来确定熔痕形成原因。前人对导线熔痕的金相分析研究也已取得了一定的成果,如公安部沈阳消防研究所的赵长征,邸曼,孟庆山,高伟,潘刚,等对铜导线熔痕实验及其痕迹判定方法进行了一定的研究,提出了根据金相组织中晶粒的大小和分布规律判断火灾原因的依据。因此,短路或电弧热作用、漏电过热、火灾热作用、雷电作用、接触不良以及导线过载等形成的导线熔痕均适用于金相分析法[4]。
直流电广泛运用在低电压电器,如收音机,扬声器等许多不含电感元件的电器,分正、负极,无法利用变压器改变电压,使用干电池的电器都属此类。交流电被广泛运用于电力的传输,家用电器多数使用交流电。铝导线无论是火灾作用熔化还是交、直流短路电弧高温熔化,除全部烧失外,一般均能查找到残留熔痕。一次短路熔痕属于瞬间电弧高温熔化,具有冷却速度快,熔化范围小的特点,短路发生在正常环境气氛中。二次短路发生在烟火与温度的气氛中,时间、温度与一次短路不同,它具有温度持续时间长,火烧范围大,冷却速度慢的特征。虽然都属于短路,但由于不同的环境气氛参与了熔痕形成的全过程,所以保留了熔痕形成时的各自特征,其呈现的金相组织亦有各不相同的特点。本文通过模拟火场实际情况,在交、直流电压下分别制备铝导线一、二次短路熔痕,对交、直流电压下铝导线一、二次短路熔痕进行金相分析,找出其金相组织的不同,从而为火灾鉴定提供参考。

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作者:佚名
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