胡冠楠

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定

摘要: 簡要介紹了汽車電氣系統的功能和特點, 對導致汽車電氣系統火災的原因進行了剖析, 并有針對性地提出了技術防范措施。

關鍵詞: 汽車; 電氣火災; 電氣線路

0引言

近幾年,隨著我國社會經濟的持續快速發展,以及道路交通的日新月異,汽車總量在不斷增加,同時由于電子工業的發展,汽車的電氣化程度也越來越高。目前,我國生產的部分汽車電氣設備的成本已占到整車成本的30%～35%,在一些豪華轎車上,電氣設備的成本已占到整車成本的50%以上。但是,有關資料顯示,在汽車運行過程中,電氣系統故障占整車故障的85%左右,而在所有汽車火災中,因電氣系統故障引起的火災占60%左右。因此,預防汽車電氣系統火災問題值得社會各界高度關注

1汽車電氣系統的功能和特點

1.1汽車電氣系統的功能

汽車電氣系統按照功能可分為以下子系統:電源系統、啟動系統、點火系統、儀表系統、信息顯示系統、照明與信號系統、空調系統及輔助電器系統。

1.1.1電源系統

電源系統主要由蓄電池、發電機和調節器組成。電源系統的功用是向整車用電設備提供電能。

1.1.2啟動系統

現代汽車普遍采用電磁控制式啟動系統,主要由啟動機、啟動繼電器和點火啟動開關組成。啟動系統主要功用是啟動發動機。

1.1.3點火系統

電子點火系統由點火開關、點火線圈、分電器、容電器、火花塞等組成。主要作用是把蓄電池或者發電機輸出的12V或24V經過點火線圈變為高壓電1萬V以上,然后由分電器送給火花塞,由火花塞兩極間放電點燃混合氣做功。

1.2汽車電氣系統的特點

1.2.1低壓

汽車電氣系統的標稱電壓有12V和24V兩種,汽油發動機普遍采用12V電系,柴油發動機大多數采用24V電系。

1.2.2直流

汽車發動機依靠直流電力啟動機啟動,啟動機由蓄電池供電,而蓄電池使用直流電進行充電,因此汽車電系為直流電系。

1.2.3單線制

電源到用電設備只用一根導線連接,并用汽車發動機、底盤等金屬機體作為另一根公用導線。

1.2.4負極搭鐵

在單線制中,將電器設備的外殼與車體連接作為電路導電體的方法,稱為“搭鐵"。將蓄電池的負極連接到車體上稱為“負極搭鐵"。反之,將蓄電池的正極連接到車體上則稱為“正極搭鐵"。根據中華人民共和國行業標準QC/T413—1999《汽車電氣設備基本技術條件》規定,汽車電氣系統統一規定為負極搭鐵。

因此,一般的汽車電路結構是:電源正極—開關—用電設備—電源負極。正極與用電設備之間的連接導線叫電源線,用電設備與負極之間的連接導線叫搭鐵線。

2汽車電氣火災原因分析

汽車電氣火災通常指汽車電氣設備線路故障或安裝、使用和維護不當,在電能轉化為熱能過程中,電熱能引燃可燃物所發生的災害。

2.1電氣火災的類型

一般汽車電氣火災分為:短路引起的火災;導線過負荷引起的火災;接觸不良引起的火災;漏電引起的火災;電氣設備故障引起的火災。

2.2電氣火災的原因

2.2.1電氣線路設計不合理

(1)部分電路中未設置保險絲。汽車內大多數用電設備均設計為獨立回路。部分汽車的點火線圈、噴油器、發動機電腦、危險警告燈等電氣回路內沒有設置電流保護裝置,電路發生短路故障后,電流成倍甚至數十倍地增加,導線很快發熱,冒煙,絕緣層融化,在短路電流足夠大的情況下,溫度升高到絕緣層及周圍可燃物的著火點就會產生明火燃燒。

(2)部分電路中保險絲沒有靠前設置(設置位置不當)。部分汽車的保險絲設置在搭鐵線上,沒有按照電氣設計原理設計在電路的電源線上,因此保險絲起不到短路保護作用。在發生短路故障時,短路電流不會通過保險絲,導致電路因短路電流而自燃起火。

(3)部分電路中保險絲與導線不匹配(設置規格不當)。部分汽車在電氣設計上存在線路與保險絲不匹配的情況,在發生短路故障時,導線已燒壞甚至起火,而保險絲卻未熔斷。

2.2.2電氣線路故障

汽車電氣線路故障較為常見,比如:電氣線路受震動摩擦,絕緣層磨破;電氣線路受擠壓,絕緣層損壞;汽車長期運行中電氣線路老化,絕緣層開裂,脫落;不恰當檢修改裝等人為因素的損壞;車輛受撞擊導致電氣線路絕緣外皮損壞;其他一切意外因素等。當汽車電氣線路故障時出現短路的可能性較大,此時電源線與搭鐵線或者與直接連通搭鐵線的汽車發動機、底盤等金屬機體直接連通,電流不通過用電設備,從短路點直接流到了負極。可分為兩種情況:一種是金屬性短路。此時如果回路中的保險絲設置符合要求,那么在短路后電流突然增大的情況下,保險絲會在高溫下熔斷,使整個電路中斷,這種情況下不會發生起火危險。另一種是電弧性短路。此時由于短路點未被焊死,短路電流不大,保險絲也不會熔斷,但是電弧或者電火花卻會持續存在,其局部溫度可達2000℃～3000℃,容易引燃周圍可燃物質,因此這種短路電弧往往成為火災的點火源。

2.2.3發動機調節器故障

發動機調節器組成為:逆流斷電器、限壓器、限流器。調節器的完好有效對于確保汽車電氣系統的穩定有著十分重要的作用。一旦調節器發生故障,引起電氣火災的可能性就比較大。

(1)逆流斷電器故障。機動車熄火后,電氣系統中電流應為零。但是當逆流切斷器發生故障時,觸點(白金觸點)長期閉合,失去切斷逆向電流的作用,此時蓄電池內的電流會倒回發電機,進而引起發電機線圈發熱產生高溫起火。

(2)限壓器故障。當限壓器發生故障時,用電設備不能在正常電壓下工作,會造成電氣線路和用電設備損壞,嚴重的情況下可能引起火災。

(3)限流器故障。限流器發生故障時,不能按照正常值給電氣系統各回路分配電流,會造成部分電氣線路和發電機的過載起火。

2.2.4汽車改裝不規范

部分車主在對車輛進行改造時,隨意增加防盜器、音響、空調等用電設備,導致用電負荷超過回路設計容量,引起回路過負荷,產生高溫引燃可燃物。

2.2.5汽車維護保養不當

(1)檢修、維護不及時。汽車在長時間使用過程中受到振動或者冷熱變化,電氣線路接點不實,發生松動、氧化、表面污損等現象,未及時被發現,接頭處接觸電阻增大,產生熱能,致使接點高溫引起可燃材料起火;電氣線路老化,發生漏電現象未及時被發現,漏電處出現高溫電弧或者電火花引燃可燃物。

(2)維修質量不高。汽車維修人員自身業務素質不高,人為造成電氣線路裸露和電氣設備故障,導致相線短路、過負荷、漏電,產生高溫高熱,引起電氣線路或電氣設備著火。

2.2.6汽車內消防設施設置不合理

多數汽車都配置有二氧化碳或ABC型干粉滅火器,但是這兩種滅火器因汽車經常處在高溫、振動的環境下,其有效性難以保證,并且由于汽車火災大多處于發動機艙內,不易被發現,致使這兩種滅火產品的功效較低。此外,汽車長時間行使后停放在車庫或者停車場,處于無人值守狀態,發生火災后也不易察覺。

3預防汽車電氣火災的對策

3.1合理設計汽車電氣線路

3.1.1合理設計汽車電流保護裝置

在每一個獨立電氣回路中單獨設計保險絲,保險絲要設置在電源線接近正極的位置,保險絲的容量要與電氣回路匹配,保證一旦發生短路,保險絲能立即熔斷。在汽車上設計安裝漏電報警系統,并且在儀表盤上顯示,便于及時發現線路故障。

3.1.2合理設計電路電纜

電纜外皮盡量采用耐熱性、耐酸堿性、耐候性、耐磨性及阻燃性能好的特制塑料或其他材料,增加線路安全系數;將電纜套上一層護套并固定位置,以防止相互摩擦與碰撞;電纜線電容量選擇要正確適中;電纜要具有較好的防水性;要使電纜線(尤其是PVC材質)遠離高溫排氣管及溫度較高的部件。3.2改裝和維修汽車要規范車主不要擅自對汽車進行改裝、維修。需要配備防盜器、換裝高檔音響、更換車燈、改進造型、添加空調時,要到專業維修店。作業時要認真分析車輛的線路布置和具體的結構,要將不同線路功率進行計算,從而使線路容量、電源容量、用電設備之間能夠匹配。

3.2 改裝和維修汽車要規范

車主不要擅自對汽車進行改裝、維修。需要配備防盜器、換裝高檔音響、更換車燈、改進造型、添加空調時, 要到專業維修店。作業時要認真分析車輛的線路布置和具體的結構, 要將不同線路功率進行計算, 從而使線路容量、電源容量、用電設備之間能夠匹配。

3.3注意對電氣設備的維護保養

電氣設備的維護保養主要有兩個目標:一是確保電氣系統電壓、電流穩定;二是確保電氣線路和設備完好有效。從這兩個目標分析,應重點加強對以下設備的維護保養。

3.3.1蓄電池的維護

為使蓄電池經常處于完好狀態,保證充放電正常,對使用中的蓄電池需要定期(汽車行駛6000km～7500km或30天～45天)進行維護工作。

(1)合理確定電解液液面。在加入電解液時,應當符合其蓄電池的技術要求(一般電解液液面的高度應高出極板防護網10mm～15mm),以避免電解液從通氣孔溢出,連通正負極而引發危險。

(2)合理確定電解液密度。應當按規定適當調節電解液密度。液面降低,正常情況下只能補加蒸餾水(因電解液的正常消耗實際上是水的消耗),只有確因滲漏等造成的液面降低,才可補加一定濃度的電解液。當電解液密度高時,不要用河水、井水、自來水代替補充液使用。

(3)加液孔蓋或螺塞上的通氣孔要保證暢通。

(4)導線接頭與極柱的連接要緊固,要及時清理接頭和極柱上的氧化物。

3.3.2發電機的維護

汽車每行使15000km,應檢查驅動帶情況;每行使30000km,應將交流發電機從車上拆下來檢修一次,主要檢查電刷和軸承磨損情況。新電刷高度為14mm,磨損至7mm～8mm時,應當更換新電刷;軸承如有明顯松動,應予以更換。

(1)合理調整充電電壓。由于發電機充電電壓過低時,蓄電池因充電不足而容量下降;而當充電電壓值過高時,將導致蓄電池電解液溫度升高,水分蒸發過快,使用壽命縮短,并容易損壞用電設備。因此,發電機充電電壓值應符合該車使用說明書上的標準值。

(2)發電機驅動帶松緊度要適中。驅動帶太緊不僅會使之拉長變形造成損傷和斷裂,縮短驅動帶的使用壽命,而且也極易造成軸承損壞。驅動帶過松則會打滑而難以傳遞動力,引起充電率降低。因此,發電機驅動帶的松緊度應調整合適,使之符合技術要求。

3.3.3啟動機的維護

(1)每次接通啟動機的時間不要超過5s,連續兩次接通啟動機應間隔15s以上時間,當連續3次接通仍不能啟動發動機時,應查明原因并排除故障后再使用。

(2)接通啟動機時,如檢測蓄電池端電壓低于9.6V,說明蓄電池存點不足或有硫化、短路等故障,應及時充電或更換電池。

(3)汽車每行使12000km～15000km,應使用發電機檢測儀或儀器檢測啟動電壓和啟動電流。

3.3.4分電器的維護

合理確定分電器上的白金間隙。分電器上的白金觸點被串聯在點火線圈初級電路中,觸點閉合時,初級電流一般達到3A～5A。若觸點間隙過大,觸點閉合時間變短,則初級電流太小,次級電壓降低;若觸點間隙過小,初級電流過大,也會降低點火線圈的次級電壓。另外,若觸點錯位使接觸面不足以及觸點彈簧過大過小,都會降低高壓火花能量。因此,分電器上的白金間隙應適當(一般間隙為0.35mm～0.45mm)。

3.3.5電氣線路的維護

維修、更換、保養是預防汽車電氣線路火災的一個重要環節。要采用專業電氣檢測設備定期對線路老化程度、接頭情況、負荷量進行檢查,確保電氣線路運行情況良好。

3.4在汽車內設置自動滅火裝置

目前,北京、上海、南京、武漢、成都、哈爾濱等地的公交車普遍使用了一種新型的自動滅火裝置,即脈沖超細干粉車用自動滅火裝置。在使用過程中,成功地抑制了數十起初級火災,效果明顯。它和傳統滅火裝置相比較具有以下特點:

(1)滅火及時、迅速。這種滅火裝置可以直接安裝在發動機艙內,全天候自動監控,發動機艙內一旦起火,超導感應裝置使它能夠在1s內自動啟動,以脈沖方式噴射干粉滅火劑,并且在保護區內形成局部全淹沒狀態,迅速撲滅火災。

(2)穩定性高。脈沖超細干粉車用自動滅火裝置符合國際ISO車用滅火器的振動標準,產品的穩定性較高。

(3)適合汽車的運行環境。脈沖超細干粉車用自動滅火裝置一般設計為粗碗狀,開口較大,克服了車輛行駛中氣流的影響,特別適用于封閉性差的發動機艙室,比國外用于發動機艙的熱氣溶膠滅火器更具Y越性。因此,可以考慮在易發生火災的汽車發動機艙內設置脈沖超細干粉車用自動滅火裝置,充分利用該系統“快速響應、早期抑制、高效滅火"的特點,提高汽車自身抵御火災的能力,增加汽車的安全系數。

4安科瑞電氣火災監控系統

4.1概述

Acre1-6000電氣火災監控系統，是根據現行規范標準由安科瑞電氣股份有限公司研發的全數字化獨立運行的系統，已通過消防電子產品質量監督檢驗的消防電子產品試驗認證，并且均通過嚴格的EMC電磁兼容試驗，保證了該系列產品在低壓配電系統中的安全正常運行，現均已批量生產并在全國得到廣泛地應用。該系統通過對剩余電流、過電流、過電壓、溫度和故障電弧等信號的采集與監視，實現對電氣火災的早期預防和報警，當必要時還能聯動切除被檢測到剩余電流、溫度和故障電弧等超標的配電回路;并根據用戶的需求，還可以滿足與AcreIEMS企業微電網管理云平臺或火災自動報警系統等進行數據交換和共享。

4.2應用場合

適用于智能樓宇、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業、重點消防單位以及石油化工、文教衛生、金融、電信等領域。

4.3系統結構

4.4系統功能

監控設備能接收多臺探測器的剩余電流、溫度信息，報警時發出聲、光報警信號，同時設備上紅色“報警"指示燈亮，顯示屏指示報警部位及報警類型，記錄報警時間，聲光報警一直保持，直至按設備的“復位"按鈕或觸摸屏的“復位"按鍵遠程對探測器實現復位。對于聲音報警信號也可以使用觸摸屏“消聲"按鍵手動消除。

當被監測回路報警時，控制輸出繼電器閉合，用于控制被保護電路或其他設備，當報警消除后，控制輸出繼電器釋放。

通訊故障報警：當監控設備與所接的任一臺探測器之間發生通訊故障或探測器本身發生故障時，監控畫面中相應的探測器顯示故障提示，同時設備上的黃色“故障"指示燈亮，并發出故障報警聲音。電源故障報警：當主電源或備用電源發生故障時，監控設備也發出聲光報警信號并顯示故障信息，可進入相應的界面查看詳細信息并可解除報警聲響。

當發生剩余電流、超溫報警或通訊、電源故障時，將報警部位、故障信息、報警時間等信息存儲在數據庫中，當報警解除、排除故障時，同樣予以記錄。歷史數據提供多種便捷、快速的查詢方法。

4.5配置方案

5結語

汽車電氣火災的頻繁發生,對人身安全和財產安全形成了威脅。我們從汽車電氣火災發生的原因入手,進行深入分析,得出在汽車電路設計、維修保養、消防設施設置三方面的技術防范措施和合理化建議,對于提高汽車電氣系統安全系數,減少汽車電氣火災的發生有一定的幫助。

參考文獻

[1]舒華,姚國平.汽車電器設備與維修[M].北京:北京理工大學出版社,2005.

[2]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.5版

[3]周俊濤.汽車電氣火災分析與技術防范措施