装饰空间灯具电气火灾危险性研究论文_秦廷阁

秦皇岛飞天环境艺术工程有限公司

摘要：目前我国电气火灾危害非常严重，但对电气火灾的研究以及在实践中落实相应的防范措施却仍较薄弱，对电气火灾形成的基础理论研究、电气故障火灾模式以及故障和火灾危险性的关系研究仍需深入。本文开展灯具及线路在正常工况、过载或短路状态的发热行为研究，进而探讨封闭、半封闭装饰空间的热平衡过程及条件，用以指导工程上灯具使用中的安全设计，补充相关规范的不足。

关键词：装饰空间灯具；电气火灾；危险性

1 装饰空间火灾分析

按照燃烧学的原理，火灾发生的必要条件是“引火源、起火物、助燃物”。构成建筑装饰空间电气火灾的三要素即为：电气引火源、可燃物（起火物）及空气中的氧气（助燃物）。引发建筑装饰空间电气火灾的可燃物是构成火灾的基本条件，引发建筑装饰空间电气火灾的引火源主要是各类电器设备及用电器，电气火灾发生的机理可以归结为电发热引发的火灾、电接触劣化引发的火灾和电弧放电引发的火灾。

1.1 导体长时发热

电气线路的发热是由于电流通过导体时需要克服电阻作用消耗能量，即热能消耗的一种表现，特别是当通过导体电流大于额定电流时，导线的温度会急剧上升。导线中产生的热能可依据式（1）计算。

Pc = Kf I2ＲT （1）

式中：Pc———热量，单位：K；

Kf———附加损耗系数，其中Kf = Kl × Kj，Kl、Kj分别为近邻系数、集肤系数，其值可通过计算或查阅参考手册得出；

I———电流强度，单位：A；

Ｒ———电阻值，Ｒ = ρ l/A，单位：Ω；

T———通电时间，单位：h。

由此可见，当导线中通过的电流过大产生的热量不能很好地散失到周围介质中去的时候，会使整个导线蓄积能量而发热，致使绝缘被破坏而引发火灾。

1.2 导体短时发热

与长时发热相比，导体的短时发热特点是导体中流过的是短路电流，数值大但是持续时间非常短。短路事故发生后，无论多快的保护继电器也需要一定的动作时间，在事故切除前电器或导体在短路电流热效应的作用下温度仍有可能被加热到很高。我们可近似地认为短路时发热过程是一个绝热过程，因此短路时的热平衡微分方程式为

I2Ｒθdt = cθmdθ （2）

I2dρ0（1 + αθ）l/Sdt = c0（1 + βθ）γSldθ （3）

Id———短路电流的全电流有效值，单位：A；

Ｒθ———温度为θ 时导体的电阻，单位：Ω；

cθ———温度为θ 时导体的比热容，单位：J /（kg·C）；

ρ0———温度为0 ℃ 时导体的电阻率，单位：Ω·m；

c0———温度为0 ℃时导体的比热容，单位：J /（kg·C）；

α、β———分别ρ0和c0的温度系数，单位：J /℃；

1.3 电弧发热

所谓电弧，是指由电源供给在两极之间产生的强烈而持久的气体放电现象。当开关电器断开电流时，如果电路电压达到12 V ～ 20 V，电流达到0.25 A ～ 1 A，电器的触头间便会产生电弧。如果开断电流或弧隙的电压小于上述值，则只能产生为时极短的弧光放电，也称为电火花。电弧的温度很高，电弧形成后，由电源不断地输送能量维持其燃烧并产生很高的温度。电弧燃烧时能量高度集中，弧柱区中心温度可达到10 000 ℃ 以上，表面温度也有3 000 ～ 4 000 ℃，同时发出强烈的白光，产生电弧的游离方式有热电发射、和高电场发射两种。

1.4 装饰空间发热与散热分析

本文主要研究装饰空间内灯具、灯具连接线路及连接件的火灾风险。从长时间工作的角度考虑，灯具及其连接件、连接导线的风险应根据发热与散热的关系确定，如果灯具、连接件和连接导线的发热量不大于散热量，我们可认为火灾风险可接受，反之，则需要采取措施控制风险。

2 装饰空间内灯具及导线发热温度分布试验

目前建筑内装饰空间的造型主要有吊顶封闭、半封闭及壁灯封闭空间等几种类型，主要使用LED 支架灯、荧光灯、LED 灯带等。本文构建典型模型灯槽进行试验分析，监测造型空间内温度分布情况，并以此研究装饰造型设计的改进方案。灯槽试验装置选取三种典型灯箱（弧形灯槽、矩形灯箱、大矩形灯箱），灯箱结构为木板+石膏板。按照实际工程中灯具的类型选择和安装方式固定好灯具。①“回型”灯槽内两侧各安装一个21 W 的T5 荧光灯；②弧形灯槽为半径为1 080 mm 的1 /4 圆弧，内部设置功率为7.5 W/m的软灯带；③矩形灯箱尺寸（长× 宽× 高）为1 200 mm × 600 mm × 200 mm，内部设置三支21 W的T5 荧光灯；④大LED 矩形灯箱尺寸（长× 宽× 高）为2 400 mm × 900 mm × 280 mm，内部设置功率为14 W 的LED 一体化灯12 支。根据灯箱结构的对称性布置一定数量的K 型热电偶，利用分布式温度采集仪读取各个测温点温度示数。

灯槽试验基准设置为电源电压220 V，通电时间为7 200 s。按照有关规定，导线的正常最高允许温度，一般不超过70 ℃，短路最高允许温度可高于正常最高允许温度，铜导线可达300 ℃，导线的温度越高，绝缘材料就会急剧老化，绝缘的寿命就越短，引起线路短路、发生火灾的可能性就增大。针对室内灯具电气布线导线特性，监测记录导线温度变化状态，为导线产热、导热、散热基本原理分析、密闭空间内温度场变化规律进行数值模拟分析奠定基础。图1 至图8 为四种类型灯槽试验结果。

1）“回型”半封闭灯槽