雷击和静电击穿火灾分析与判断方法

雷击和静电击穿火灾分析与判断方法

王庭山

王庭山(齐齐哈尔市梅里斯达斡尔族区梅里斯消防大队161021)

［摘要］本文针对雷击和静电击穿火灾事故定性难的现状，通过收集和查阅资料，对雷击和静电击穿火灾进行分析，并提出了雷击和静电击穿火灾痕迹的两种常用判断方法，即剩磁法和金相法。

［关键词］雷击静电击穿火灾分析判断方法

一、雷击和静电击穿火灾事故分析

（一）静电与雷电的关系

静电放电（ESD），就是具有不同静电势的实体之间发生电荷转移。雷电为静电放电的一种表现形式。

当雷云与大地间或雷云相互间的电场强度由于游离电荷的逐渐积累而增大到足以使空气绝缘破坏的强度时，所产生强烈的放电现象，为雷电现象。

（二）雷击

雷云对大地及地面物体、生命体的放电。

GB/T19963-2005，定义为击在建筑物附近大地或建筑物的引入设施的闪电。

1、雷击火灾的三种形式

(1)直接雷击火灾

当空中带有某种电荷的雷雨云很低时，此时周围又没有异性电荷的雷雨云，这种低雷雨云就使地面上突出物体感应出异性电荷，造成雷雨云与地面突出物之间的直接放电。有二种效应：热效应和机械效应。

（2）感应雷击火灾

这种火灾是由于雷雨云的静电感应或放电时的电磁感应作用，使地面上的金属物件与雷雨云电荷相反的电荷，造成放电，它对建筑物不起直接破坏作用，但对易燃、易爆物品聚集的场所有引起燃烧爆炸的危险。

（3）球状闪电雷击火灾

这是一种特殊的闪电雷击引起的火灾。平时不多见，一旦发生，后果相当严重。据分析，小火球的能量约为4×12焦耳，近似万千卡热量，其温度可高达几千摄氏度以上，就是下着倾盆大雨，雨水碰到它也顿时化作水汽。

2、雷击的火灾危险性

雷电的主要特点是高电压、大电流、其火灾危险性概括起来主要表现在两个方面：一是雷电可以产生高温；二是雷电可以感应出强大的电流和电压。具体有以下这几方面的火灾危险性：

（1）电效应

在雷击放电时，能产生高达数万伏甚至数十万伏的冲击电压，足以毁坏电气设备的绝缘，烧断电线和劈裂电杆，造成大规模停电，绝缘损坏还可能引起短路，导致可燃物、易燃物着火和爆炸等。

（2）热效应

当几十至上千安的强大雷电流通过导体时，在极短的时间内将转化为大量热能。可迅速熔化金属，引起火灾和爆炸。

（3）机械效应

雷电的机械效应主要表现为被雷击物体发生爆炸、扭曲、崩溃、撕裂等现象导致财产损失和人员伤亡。

（4）反击作用

防雷装置与高层建筑内、外的电气设备、电气线路或其他金属管道相隔距离很近，它们之间就会产生放电，形成反击，引起电气线路和设施绝缘损坏，金属管道烧穿。

(5)雷电波侵入

雷电侵入建筑内，可造成配电装置和电气线路绝缘层击穿产生短路，或使建筑内的可燃、易燃物品燃烧爆炸。

(6)电磁感应

雷电发生时在它周围的空间里，将产生强大的交变电磁场。使处于这一电磁场中的导体感应出较大的电动势，并且还会在构成闭合回路的金属物产生感应电流，从而引起变电器局部过热而导致火灾。

二、雷击和静电击穿火灾事故的判断方法

（一）雷击和静电击穿火灾痕迹物证的提取

根据雷击的选择性，从雷击易选择的部位寻找雷击点和雷电流通路，并获取有关用作证明的痕迹物证。

一般雷击电流的走向基本上按就近的原则沿导体流动，并在通路上留下电效应、热效应和机械效应的一些痕迹。有明显的烧焦、熔化、炸裂、脱落、烧蚀痕迹，局部出现炸断、弯曲变形、倒塌甚至击穿成空洞等现象。接触不良的部位有火花放电痕。如麻点坑、凹痕等，严重时会熔断形成电熔痕。受雷击电波侵入电路绝缘导线形成有烧焦炭化甚至多处熔断，配电盘处击穿痕、熔断痕迹集中，仪表烧毁、电闸盘盖炸裂，导线、闸刀、闸牙短路形成喷溅熔珠，严重的整个配电箱炸脱移位，要注意找寻痕迹物证。

（二）雷击和静电击穿火灾痕迹的鉴定方法

1、剩磁法

（1）剩磁法的原理

雷击电流经过的瞬间，在其通路及附近空间形成强大的磁场。凡是在雷击电流通路及其附近的铁钉、铁丝、钢管等一切铁磁性物体均被雷击电流的磁场磁化，并留下一定强度的剩磁，作为认定雷击火灾的一个重要依据。

（2）数据判定

（A）铁钉、铁丝：剩磁数据的低限与正常电流的剩磁数据有重叠，故0.5mT以下不做判据使用，0.5～1.0mT以下可做为判定短路的参考值，1.0mT以上做为确定短路的剩磁数据。

（B）铁管、钢筋：低于1.0mT以下不做判据使用，1.0～1.5mT作为参考值，1.5mT以上作为判定短路的数据。

（C）杂散铁件：导线附近的铁棒、角铁、金属框架、工具等一般体积较大，被磁化不明显，应以1.0mT以上作为判据使用。

（D）雷电剩磁：当避雷线上流过20kA电流时，避雷线上的预埋支架、U形卡子剩磁数据为2.0～3.0mT。雷电流垂直通过1m×2m铁板，铁板四角剩磁为2.0～3.0mT。避雷针尖端剩磁并不大，为0.6～1.0mT。处于雷电通道的杂散铁件、钉类、钢筋、金属管道的剩磁数据均在1.5～10mT之间。上述数据系实验和在雷电现场检测所得，可做为判定时参照使用。

（3）比较判定

在现场经过比较做出判定，如同样两个设施上均有线路通过，但一方有剩磁另一方无剩磁，证明有剩磁一方的导线曾发生过短路。

(4)磁化规律判定

铁磁体磁性的强弱与其距导线（短路）的距离有关，距导线越近其磁性越强，结合所测的数据，则可进一步判定导线是否曾发生过短路。

(5)火烧导线短路剩磁判定

判定是火前短路形成还是火烧短路形成，应查清火源情况，根据现场实际做出判定。

2金相分析法

(1)金相分析法原理

金相分析法原理：铜铝导线无论是火灾作用熔化还是短路电弧高温熔化，除全部烧失外，一般均能查找到残留熔痕(尤其是铜导线)，其熔痕外观仍具有能代表当时环境气氛的特征。

(2)判定方法

一次短路熔痕与二次短路熔痕判定方法如下：

（A）一次短路熔痕的金相组织呈细小的胞状晶或柱状晶；二次短路熔痕的金相组织被很多气孔分割，出现较多粗大的柱状晶或粗大晶界。

（B）一次短路熔珠金相磨面内部气孔小而较少，并较整齐；二次短路熔珠金相磨面内部气孔多而大，且不规整。

（C）一次短路熔珠与导线衔接处的过渡区界限明显；二次短路熔珠与导线衔接处的过渡区界限不太明显。

（D）一次短路熔珠晶界较细，空洞周围的铜和氧化亚铜共晶体较少、不太明显；二次短路熔珠晶界较粗大，空洞周围的铜和氧化亚铜共晶体较多，而且较明显。

（E）在偏光下观察时，一次短路熔珠空洞周围及洞壁的颜色不明显；二次短路熔珠空洞周围及洞壁呈鲜红色、桔红色。

（F）在较复杂的情况下判定一次短路熔痕和二次短路熔痕时，须结合宏观法、成分分析法和火灾现场实际情况等综合分析判定。