摘要：為研究導線在過負荷狀態下的發熱和引燃特性，利用實驗臺模擬不同環境條件，對不同材質和截面積的導體，在無可燃物和周圍有碎紙和棉花的條件下，進行了試驗研究。結果表明，導線在周圍有無可燃物的時候，溫升曲線均符合單指數函數變化趨勢，最終平衡溫度總體上對應過負荷倍數分為4或5個階段，1.5mm2銅導線的溫度均高于同條件下其他導線。在無可燃物時，擬合函數的參數與過負荷電流倍數呈線性關系;在有可燃物時，則成二次多項式和三次多項式關系。在有可燃物時，同條件下導線的最后溫升均高于無可燃物條件，除1.5mm2銅導線因為引燃紙屑而溫度最高外，其余均為4Ie下棉花包裹時溫度最高，棉花最終均未明火燃燒，僅出現陰燃現象。研究結論可以為過負荷類電氣火災的預防和火場復原以及火災調查提供參考。

　　關鍵詞：過負荷;導線;發熱特性;引燃能力

　　導線在過負荷時，線芯溫度超過長期允許溫度，絕緣層老化加速，甚至引起擊穿和起火，進而引燃周圍可燃物，導致火災。對于過負荷導體發熱及引燃情況，蔡曉宇等對過負荷后導線的絕緣層熱解情況進行了研究。李培祥等研究了聚氯乙烯導線絕緣層在老化和油污等環境條件下，導體的過負荷、短路時的引燃性能。魏全喜對不同情況下導線載荷能力進行了估算。姜航等對不同粗細的單芯銅導線在不同倍數過負荷電流條件下，導線對聚氨酯泡沫的引燃能力進行了實驗。張金專等對過負荷時間和倍數對銅導線金相組織的影響進行了研究。

　　王蔚對聚氯乙烯電纜絕緣層在起火后的情況，利用熱重、錐形量熱儀以及實體試驗對絕緣層的熱解燃燒和火蔓延情況進行了研究。在實際情況中，當周圍散熱條件正常時，導線往往需要在超過3倍額定電流時才能引起火災;但是當周圍的散熱條件較差時，由于蓄熱效應，導線在較低負載時就能引燃周圍可燃物，導致火災發生。本文將通過分析常見導線在不同負載電流時，周圍有無可燃物情況下的升溫情況，以及導線和周圍可燃物的變化情況，來研究蓄熱效應對導線發熱特性的影響，為過負荷火災的預防和調查提供參考。

　　1實驗部分

　　1.1實驗材料

　　截面積為1.5、2.5、4.0mm2的聚氯乙烯單芯銅導線、截面積為2.5mm2的聚氯乙烯單芯鋁導線、紙屑、棉花。

　　1.2實驗條件及方法

　　采用過負荷實驗臺研究導體在有可燃物和無可燃物時的發熱特性，以及對可燃物的引燃能力。實驗時，取約1m長導線，在導體距離末端3、30、50cm處設置熱電偶，根據需要在導體周圍設置可燃物。連接好電路后，在導體上分別加載額定電流Ie的1~4倍，每隔10s采集一次導體溫度值，當導線斷裂或可燃物明火燃燒時停止采集。

　　2導體的發熱特性分析

　　2.1裸導體的發熱特性分析

　　其他截面積導體在不同電流過負荷時，在相同的溫度段有類似的現象，在此不重復列出。從導線過負荷發熱的現象可以發現，在較低溫度時，導線表面變化不大。導線所產生的熱量一部分通過對流作用散發到周圍空氣中，一部分用于提高絕緣層的溫度。

　　當導體溫度達到80℃附近時，導線絕緣層材料開始軟化變形，并產生白色有刺激性氣體。這是因為絕緣層聚氯乙烯材料此時在熱量的作用下，發生了形成自由基的斷鏈反應，同時伴隨有加速分解的自催化作用。在200℃附近時，絕緣層開始熔融分解，出現鼓泡、局部變黑、熔融滴落等現象。導體溫度達到300℃附近時，絕緣層部分完全碳化，部分熔融脫落，線芯裸露;當導體溫度進一步升高時，線芯發亮紅或斷裂。對于導體在發熱過程中溫度變化情況，整理溫度-時間曲線圖后，取溫度較高、變化趨勢異常點少的一條作為真實值進行研究。

　　導體在通過不同電流值的情況下，其溫度一開始上升較快，之后趨于平穩。這是因為導體中通過電流時會發熱，使自身溫度上升，導體自身電阻隨溫度上升而增大。在保持兩端附加電壓不變的情況下，電流會逐漸減小，從而導體發熱量減小，溫度上升速度減慢。對于各導線所達到的最終平衡溫度，從高到低大體上可以分為5個區間。

　　在附近有可燃物的時候，負載電流為Ie下的1.5mm2銅導線溫度最高，在棉花包裹時為75.2℃，達到導線絕緣層的熱分解溫度;在紙屑覆蓋時則達到101.1℃，能夠使賽璐珞、麻等物質開始分解，具備一定的火災危險性。當負載電流增大到2Ie時，導體表面溫度處于121.8~255.9℃之間，能夠達到大多數纖維類物質的熱分解溫度，在一定的條件下，將會產生小分子可燃物，并發熱，促進溫度的進一步升高。達到最高溫度所需的時間，均低于同條件時Ie下的時間。

　　其中，棉花覆蓋時時間最長，為450s，遠低于Ie下的750s，火災危險性明顯增大。當負載電流為4Ie時，各導線在棉花包裹時達到的溫度最高，在571.8~688.4℃之間，其中4mm2銅導線溫度最高，能夠引燃絕大多數可燃物，但相對所用時間也最長，為640s，這可以為探測報警提供反應和辨識時間;4Ie下紙屑覆蓋時相對溫度較低，在283.8~658.1℃之間，但所用時間縮短了很多，比如2.5mm2鋁導線僅用90s，火災危險性明顯增大。

　　3結論

　　本文對不同截面積的聚氯乙烯單芯銅導線和鋁導線，在周圍有無可燃物的條件下，研究了其不同負載電流時的發熱特性，主要結論如下。

　　(1)周圍無可燃物時，導線溫度在80℃附近時，聚氯乙烯絕緣層開始軟化變形，并有刺激性氣體產生。之后，隨著溫度的升高，發生絕緣材料鼓泡、局部變黑、熔融滴落等現象。當達到300℃以上時，線芯逐漸裸露、發亮紅。

　　(2)周圍無可燃物時，導體的溫度-時間曲線最終穩定溫度與負載電流倍數相對應，總體分為5個區間。其中1.5mm2的銅導線由于電阻相對其他導線最大，在相同條件下均最高。所有導體的溫度-時間曲線變化規律符合y=A1exp(-x/t1)+y0函數，擬合方程參數與負載電流倍數成直線關系。導線在3Ie電流時，溫度均高于130℃，火災危險性明顯增大。

　　(3)當導線被紙屑覆蓋時，在160℃附近，有明顯刺激性白色煙霧產生，紙屑內層開始陰燃;隨著溫度的升高，紙屑陰燃程度加深，伴有黃色濃煙產生;在約600℃時，紙屑局部開始明火燃燒。在棉花包裹時，棉花層在300℃附近表層開始發黃，隨著溫度的升高，棉花層陰燃加劇，顏色由黃變黑，但直至導線斷裂，也未出現明火燃燒現象。

　　(4)當導線被紙屑覆蓋和棉花包裹時，其溫升曲線同樣可依據負載電流倍數分為4個區間。除1.5mm2銅導線在4Ie下紙屑覆蓋時，由于紙屑被快速引燃而溫度急劇升高成為最高值外，其他幾種導線均在4Ie下棉花包裹時的最終溫度最高，在其他電流值下也高于紙屑覆蓋值。棉花包裹時，由于棉花的放熱反應，使溫升曲線出現拐點，拐點對應溫度值隨導線線芯發熱率的增大而降低。

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　　(5)導線在紙屑覆蓋和棉花覆蓋時，其溫升曲線同樣符合單指數函數，方程的各參數中y0值和A1值隨著加載電流倍數的增大而成二次函數形式分別增大和減小，t1值則呈現出先降后升的趨勢，在擬合范圍內符合三次函數形式變化。相對裸導體，導線溫度在同等電流之下明顯升高，Ie下的1.5mm2銅導線在棉花包裹時就已達到絕緣層熱分解溫度;在4Ie下紙屑覆蓋時在210s內溫度超過280℃，在棉花包裹時，其最高溫度在571.8℃以上，能夠引燃大多數可燃物，火災危險性明顯增大。

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　　作者：郭子東