摘要: 簡要介紹了汽車電氣系統(tǒng)的功能和特點, 對導致汽車電氣系統(tǒng)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。

0引言

近幾年,隨著我國社會經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)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(yè)的發(fā)展,汽車的電氣化程度也越來越高。目前,我國生產(chǎn)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(tǒng)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(tǒng)故障引起的火災占60%左右。因此,預防汽車電氣系統(tǒng)火災問題值得社會各界高度關注

1汽車電氣系統(tǒng)的功能和特點

1.1汽車電氣系統(tǒng)的功能

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

1.1.1電源系統(tǒng)

電源系統(tǒng)主要由蓄電池、發(fā)電機和調節(jié)器組成。電源系統(tǒng)的功用是向整車用電設備提供電能。

1.1.2啟動系統(tǒng)

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

1.1.3點火系統(tǒng)

電子點火系統(tǒng)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(fā)電機輸出的12V或24V經(jīng)過點火線圈變?yōu)楦邏?/span>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(tǒng)的特點

1.2.1低壓

汽車電氣系統(tǒng)的標稱電壓有12V和24V兩種,汽油發(fā)動機普遍采用12V電系,柴油發(fā)動機大多數(shù)采用24V電系。

1.2.2直流

汽車發(fā)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(fā)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(jù)中華人民共和國行業(yè)標準QC/T413—1999《汽車電氣設備基本技術條件》規(guī)定,汽車電氣系統(tǒng)統(tǒng)一規(guī)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(fā)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(nèi)大多數(shù)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(fā)動機電腦、危險警告燈等電氣回路內(nèi)沒有設置電流保護裝置,電路發(fā)生短路故障后,電流成倍甚至數(shù)十倍地增加,導線很快發(fā)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(chǎn)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(fā)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(guī)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(fā)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(xiàn)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(fā)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?？煞譃閮煞N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(fā)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(xù)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(fā)動機調節(jié)器故障

發(fā)動機調節(jié)器組成為:逆流斷電器、限壓器、限流器。調節(jié)器的完好有效對于確保汽車電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定有著十分重要的作用。一旦調節(jié)器發(fā)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(tǒng)中電流應為零。但是當逆流切斷器發(fā)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(nèi)的電流會倒回發(fā)電機,進而引起發(fā)電機線圈發(fā)熱產(chǎn)生高溫起火。

(2)限壓器故障。當限壓器發(fā)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(fā)生故障時,不能按照正常值給電氣系統(tǒng)各回路分配電流,會造成部分電氣線路和發(fā)電機的過載起火。

2.2.4汽車改裝不規(guī)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(chǎn)生高溫引燃可燃物。

2.2.5汽車維護保養(yǎng)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(fā)生松動、氧化、表面污損等現(xiàn)象,未及時被發(fā)現(xiàn),接頭處接觸電阻增大,產(chǎn)生熱能,致使接點高溫引起可燃材料起火;電氣線路老化,發(fā)生漏電現(xiàn)象未及時被發(fā)現(xiàn),漏電處出現(xiàn)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(yè)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(chǎn)生高溫高熱,引起電氣線路或電氣設備著火。

2.2.6汽車內(nèi)消防設施設置不合理

多數(shù)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(jīng)常處在高溫、振動的環(huán)境下,其有效性難以保證,并且由于汽車火災大多處于發(fā)動機艙內(nèi),不易被發(fā)現(xiàn),致使這兩種滅火產(chǎn)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(tài),發(fā)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(fā)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(tǒng),并且在儀表盤上顯示,便于及時發(fā)現(xiàn)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(shù);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(guī)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(yè)維修店。作業(yè)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(guī)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(yè)維修店。作業(yè)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(yǎng)

電氣設備的維護保養(yǎng)主要有兩個目標:一是確保電氣系統(tǒng)電壓、電流穩(wěn)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(yǎng)。

3.3.1蓄電池的維護

為使蓄電池經(jīng)常處于完好狀態(tài),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(wǎng)10mm～15mm),以避免電解液從通氣孔溢出,連通正負極而引發(fā)危險。

(2)合理確定電解液密度。應當按規(guī)定適當調節(jié)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(fā)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(fā)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(fā)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(fā)過快,使用壽命縮短,并容易損壞用電設備。因此,發(fā)電機充電電壓值應符合該車使用說明書上的標準值。

(2)發(fā)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(fā)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(xù)兩次接通啟動機應間隔15s以上時間,當連續(xù)3次接通仍不能啟動發(fā)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(fā)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(lián)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(yǎng)是預防汽車電氣線路火災的一個重要環(huán)節(jié)。要采用專業(yè)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(nèi)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(shù)十起初級火災,效果明顯。它和傳統(tǒng)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(fā)動機艙內(nèi),全天候自動監(jiān)控,發(fā)動機艙內(nèi)一旦起火,超導感應裝置使它能夠在1s內(nèi)自動啟動,以脈沖方式噴射干粉滅火劑,并且在保護區(qū)內(nèi)形成局部全淹沒狀態(tài),迅速撲滅火災。

(2)穩(wěn)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(chǎn)品的穩(wěn)定性較高。

(3)適合汽車的運行環(huán)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(fā)動機艙室,比國外用于發(fā)動機艙的熱氣溶膠滅火器。因此,可以考慮在易發(fā)生火災的汽車發(fā)動機艙內(nèi)設置脈沖超細干粉車用自動滅火裝置,充分利用該系統(tǒng)“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(shù)。

4安科瑞電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)

4.1概述

Acre1-6000電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)，是根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范標準由安科瑞電氣股份有限公司研發(fā)的全數(shù)字化獨立運行的系統(tǒng)，已通過消防電子產(chǎn)品質量監(jiān)督檢驗的消防電子產(chǎn)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(chǎn)品在低壓配電系統(tǒng)中的安全正常運行，現(xiàn)均已批量生產(chǎn)并在全國得到廣泛地應用。該系統(tǒng)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(jiān)視，實現(xiàn)對電氣火災的早期預防和報警，當必要時還能聯(lián)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(jù)用戶的需求，還可以滿足與AcreIEMS企業(yè)微電網(wǎng)管理云平臺或火災自動報警系統(tǒng)等進行數(shù)據(jù)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(yè)、重點消防單位以及石油化工、文教衛(wèi)生、金融、電信等領域。

4.3系統(tǒng)結構

4.4系統(tǒng)功能

監(jiān)控設備能接收多臺探測器的剩余電流、溫度信息，報警時發(fā)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(xiàn)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(jiān)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(jiān)控設備與所接的任一臺探測器之間發(fā)生通訊故障或探測器本身發(fā)生故障時，監(jiān)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(fā)出故障報警聲音。電源故障報警：當主電源或備用電源發(fā)生故障時，監(jiān)控設備也發(fā)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(fā)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(shù)據(jù)庫中，當報警解除、排除故障時，同樣予以記錄。歷史數(shù)據(jù)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(fā)生,對人身安全和財產(chǎn)安全形成了威脅。我們從汽車電氣火災發(fā)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(yǎng)、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(tǒng)安全系數(shù),減少汽車電氣火災的發(fā)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(yè)微電網(wǎng)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