【正文】 市 端溪酒店 (9 層，高 31m)火災就造成 30人喪生，并有 13 人受傷?；馂膶?高層建筑物的危害比低層建筑物更大，其火災特點主要表現(xiàn)為 :火勢蔓延途徑多、危害大 ； 疏散困戲容易造成重大傷亡事故 ； 消防設施不夠完備，撲救困難 ； 功能復雜，起火因素多。由此可見，在我國電氣引發(fā)的火災在各類火災中占有很高的比重，而且近年來呈上升趨勢。 國內外研究狀況 電氣火災是和電的發(fā)現(xiàn)與廣 泛應用分不開的，不管是強電領域還是弱電領域都有電氣火災問題。隨著工業(yè)生產的發(fā)展，電氣防火問題越來越引起了人們的重視，電氣 防火研究是伴隨著消防科學的發(fā)展而發(fā)展起來。消防科學發(fā)展到今天，已 有 200 多年的歷史。 18 世紀 70年代，法國物理、化學家尤思福 路易斯蓋 勒賽克最先研制了劇場防火用的阻火劑 ； 19 世紀美國和英國最先建立了私人火災保險機構，開始了簡單的消防器材試驗工作。之后，消防科學隨科學技術的發(fā)展而逐步發(fā)展起來。消防科學的發(fā)展與其它科學相比是比較緩慢的，并且長期停留在試驗性的經驗科學階段。消防科學的真正形成 到現(xiàn)在也只有 40年左右的歷史。因此，消防科學還是一個年輕的、具有廣闊研究領域的學科。 1875 年世界上第一 個發(fā)電廠在巴黎建立， 1888 年三相交流電得到應用，從電的發(fā)現(xiàn)到 19 世紀末，電動機已成為工業(yè)企業(yè)中的主要動力，在不少生產工藝過程中開始直接應用電力。由于電力應用范圍的擴大，不同的發(fā)電廠也開始組網，聯(lián)成電力系統(tǒng) 。 電網容量不斷增加，短路電流也隨之上升，電弧的威脅也日趨嚴重 .電力需求的不斷增長，安全供金陵科技學院學士學位論文 第一章 緒論 2 電和安全用電問題便日益突出起來。 19001950 年，與消防科學相關的物理、化學、燃燒學、材料學等基礎科學已經 成熟和完備 。 美國，英國等在進行建筑材料和建筑構件耐火試驗、阻火劑和防火涂料的試驗及建筑火災研究的同時，開展了電氣防火基礎理論的研究工作，比如對雷電火災規(guī)律和控制技術的研究 。 不過這一時期的側重點仍然是放在對明火源的控制和建筑火災的預防上。 美國 1916 年制訂了《國家電氣安全規(guī)范》，對有效地預防電氣火災，起到了相當好的作用 。 當前我國雖然在《建筑設計防火規(guī)范》、《小高層民用建筑設計防火規(guī)范》、《倉庫防火管理規(guī)則》等規(guī)范中也有電氣防火的技術規(guī)定，但是并不全面、系統(tǒng)、具體，所以現(xiàn)在急需制定一個全面的、系統(tǒng)的、具體詳細 的電氣防火設計、安裝、維修的技術規(guī)范，以適應我國電氣化的進程，努力減少逐年增高的電氣火災事故。 解放以來，隨著科學技術飛速發(fā)展，消防科學也進入了一個新的時期。我國的消防事業(yè)的發(fā)展也很快，水平也有較大提高，主要表現(xiàn)為增加消防研究機構，擴大消防研究隊伍，改善科研條件，擴充研究領域和增加研究經費 。 1984年我國在創(chuàng) 建中國消 防協(xié)會的同時，組建了電氣防火專業(yè)技術委員會，并吸收有關專家和教授參加電氣防火的研究工作。 為了提高電氣防火的科學技術水平，近年來國內 外有 關科研部門和院校就下列課題作了大量研究工作 : 1） 電熱或火 災熱對電線、電纜的影響 ； 2） 電線及電纜的可燃性、燃燒產物和電纜防火、阻燃技術 ； 3） 防爆電氣設備的防爆性能 ； 4） 充油電氣設備的火災預防 ； 5） 消防電源與配電的可靠性 ； 6） 家用電器火災預防 ； 7） 雷電火災 ； 8)靜電火災 ； 9)電氣火災報警 ； 10)電氣火災原因的鑒別 ； 11)建筑防火管理與控制。 這些領域的研究成果，為電氣防火課題提供了新的內容。但是，電氣防火研究還正在發(fā)展中，還有大量課題有待進一步去研究和探索。 我國電氣火災統(tǒng)計 最近二十多年來，我國火災呈逐年上升的趨勢。統(tǒng)計數字表明， 1981 一 1990 年 10 年間，平均每年火災死亡人數為 人，直接經濟損失 億元 ； 1991 一 2020 年 10 年間，平均每年死亡人數為 人，直接經濟損頭達到 億元。 2020 年，我國共發(fā)生火災 258315 起，死亡 2393 人，受傷 3414 人，直接經濟損失 億元。 2020 年全國發(fā)生金陵科技學院學士學位論文 第一章 緒論 3 火災數量達 萬起，死亡人數達 2091 人，直接經濟損失 14億元，其中特大火災 33 起，死亡 108 人，與去年同期相比，起數上升 50%，死亡人數上升 %， 2020 年 1至 4月份，全國共發(fā)生火災 117502 起，死亡 1229 人，傷 1113 人，直接財產損失 6 億元，起數、死亡人數和受傷人數同比分別上升了 %、 %和 11%。 2020 年 1至 3月份，全國共發(fā)生火災 73328 起，死亡 978人，受傷 565 人，直接財產損失 萬元，其中全國各類高層建筑共發(fā)生火災 5217 起，死亡 257 人，受傷 120人，直接財產損失 萬元，公安消防部門調查的 40544 起火災中，因用火不慎引起12241 起，占 %； 違反電氣安裝使用規(guī)定引起 8377 起，占 %； 玩火 4707 起、吸煙2731 起、放火 1950 起，分別占總 數的 %、 %、 %。據公安部消防局統(tǒng)計，自 1990年一 1998 年全國范圍內共發(fā)生電氣火災 119029 起，直接經濟損失達 億元。電氣火災造成人身傷亡的數字也很大，例如 1994 年新疆克拉瑪依友誼賓館一次電氣火災死亡 323人。 論文研究的目的和意義 本課題研究的目的在于 :通過對引起電氣火災的原因進行分析整理，結合實際工程項目，對我國 小 高層民用建筑供配電系統(tǒng)上火災安全方面較 弱的環(huán)節(jié)的設計加以定性、定量分析和研討，并提出切實可行的改進建議，從而具有為民用建筑電氣設計和施工驗收規(guī)范的改進以 及為《建筑設計防火規(guī)范》、《高層民用建筑設計防火規(guī)范》的電氣方面的改進提供參考依據的現(xiàn)實意義 。 金陵科技學院學士學位論文 第二章 相關理論分析 4 2 相關理論分析研究 電氣發(fā)熱計算方法 電氣發(fā)熱理論對于了解和預防電氣火災有重要意義。絕大多數的電氣損耗都是將電能或其他形式的能量轉化為 熱能釋放出來 ，散發(fā)到周圍的介質中。如果熱量很大，致使電器或介質溫度嚴重升高，就可能引起火災。 均質導體的長期發(fā)熱計算 進行導體長期發(fā)熱計算的目的，是根據導體長期發(fā)熱允許溫度確定導體長期允許電流(即導體載流量 )，研究提高導體允許電流或降低導體溫度的各種措施。因為導體 中電流超過允許值，就可能引起事故。而事故就是引發(fā)火災的直接或間接原因。 均質導體指全長有相同截面和材料的導體 .各種導線電纜導體未通電流時溫度與周圍介質的溫度相等，有電流通過之后，導體便會發(fā)熱，熱量一部分使導體溫度升高，另一部分則由于導體溫度高于周圍介質的溫度而散失到周圍介質中 .在導體溫度未達穩(wěn)定時，其熱平衡方程式為 : dtSKG C ddtSI zh ????? ????? )(*KG C dR d t 0zh2 () 式中 I—— 通過導體的電流 (A): R—— 導體的電阻 (Ω)； G—— 導體的重量 (kg)； C—— 導體材料的比熱 (J/kg.℃ )； zhK —— 導體的總放熱系數 (W/m178。.℃ )； θ , 0? —— 導體及周圍環(huán)境的溫度 (℃ )； τ—— 導體對周圍環(huán)境的溫升 ， τ=θ 0? (℃ )。 通過正常工作電流時，導體溫度的變化范圍不大，可將 R， C， zhK 當作與溫度無關的常量，則上式為常系數線性非齊次一階微分方程，在 t=0 時，導體對周 圍空氣的起始溫升為 0? ，則有 TtTtwGCtSKGCtSK eeeeSKRI zhzh ???????0**0**zh2 )1()1(** ???? () 式中 T—— 發(fā)熱時間常數， ）（ SSK CGT ???zh 可見均質導體的溫升按照時間指數函數增長。當時間→ ? 無限大時，導體的溫升趨于穩(wěn)定溫升 wT ， SKRIT */ zh2w ? 。 金陵科技學院學士學位論文 第二章 相關理論分析 5 此時， wzh2 TSKRI ??? ，即在穩(wěn)定發(fā)熱狀態(tài)下，導體中 產生的全部熱量都散失到周圍環(huán)境中 . wT 與電流平方成正比，與導體放熱能力成反比，而與導體的起始溫度 0? 無關。 設長期發(fā)熱允許溫度 θ ，根據 SKRIT ?? zh2w / ，導體長期發(fā)熱允許電流 RQRSRSKI qyzh ????? )( 0y ?? （ ） 式中， q —— 導體放熱率， 20 /),( mKq yzh ??? ?? ； Q—— 單位時間內，導 體表面放出的總熱量 Q= qS ， W。 可見導體長期發(fā)熱允許電流，決定于導體表面的放熱能力和導體電阻。導體的 電 阻是溫度 的函數，在正常工作電流長期發(fā)熱的情況溫度變化范圍不大，通?？梢院雎?溫度對電阻的影響。 均質導體短路時的發(fā)熱計算 短路時的熱平衡微分方程式為 : ??? GdCdtRI d ?2 （ ） 式中， dI —— 短路電流全電流有效值（ A）； ?R —— 溫度為 0? 時導體的電阻（ Ω ）； SLR )1(0 ???? ?? ?C —— 溫度為 0? 時導體的比熱容（ J/kg. ℃）； )1(0 ??? ?? CC 0? —— 溫度為 0℃時導體的電阻系數（ Ω /m）； 0C —— 溫度為 0℃時導體的比熱容（ J/kg. ℃）； ??、 — 0? 和 0C 的溫度系數 (1/℃ )； G一 導體的重量， rSL?G （ kg）； L—— 導體的長度 (m) ； S一一導體的截面積 ( 2m )； r—— 導體材料的比重 (kg/ 3m )； 將 ?R 、 ?C G 代人式 中得： ?????? ? dCdtIS )11(1 002d2 ??? （ ） 對式 兩邊積分得： ?????dhdCdtIS t d ???????? ? 11100022 （ ） 式 金陵科技學院學士學位論文 第二章 相關理論分析 6 hddhdd AQSAAASQ ???? 22 1)( 或 （ 、 ） )(2 hd AAS ? )為導體由 h? 升到 d? 的短路電流熱脈沖。 短路電流分析與計算方法 三相短路電流的過渡過程 分析的假設條件 假定三相短路發(fā)生在一個由無限大容量電源供電的三相交流電力系統(tǒng)內。無限大容量電源供電是由一個容量極大的電力系統(tǒng) 供 電，當這個系統(tǒng)中某一部分發(fā)生短路時，系統(tǒng)等值發(fā)電機的供電母線端電壓實際維持不變，系統(tǒng)等值發(fā)電機的內阻抗為零 。 在這種情況下，不管外部 的短路點發(fā)生在何處，短路電流有多大，電源內部的壓降總等于零。一般情況下建筑物通過總降壓變電所從高壓電力系統(tǒng)取得電能，其設備安裝容量，比電力系統(tǒng) 的容量（ MV A)小得多，于是可以認為總降壓變電所高壓側母線的電壓是一個不變的常數，看成由無限大容量的電源供電。 實際上電力系統(tǒng)的容量 (MV A)和阻抗總 有一定的數值，但是供電電網的阻抗比電力系統(tǒng)的阻抗要大得多，工程計算中如果系統(tǒng)阻抗不超過短路網絡的 510%，便認為此系統(tǒng)阻抗可不予考慮，于是該系統(tǒng)就按無限大容量電源來處理。也可以根據用戶總安裝容量小于系統(tǒng)總容量的 1/50，變壓器在二次側發(fā)生短路，一次側電壓維持不變的假設條件來計算短路電流。 短路電流的過渡過程 設 cba uuu 、 分別為三相電源母線的各相電壓 ； L、 R 為短路網絡的每相電感、電阻 ；L’ 、 R’ ，為負載每相的電感、電阻。 由于電源母線電壓是三相對稱的，負載也是三相對稱的，假如在三相交流供電系統(tǒng)中的某一點發(fā)生了三相短路，那么短路也是三相對稱的。短路發(fā)生之前各項的總阻抗為 LjRRZ ?????? ?)( 短路點左右兩側的阻抗 Z、 Z? LjRZ LjRZ ????? ?? ?? 分析短路后的三相系統(tǒng)的短路電流只需計算單相短路電流過渡過程，其它兩相的短路電流可以按 照三相電路的對稱性規(guī)律來決定。 在短路前電路中的電流為 )( ??? ??? tS inIi m （ ） 式中 mI —— 發(fā)生短路前電路中電流的幅值 ? —— 發(fā)生短路前電路的阻抗角 金陵科技學院學士學位論文