剩磁測(cè)量技術(shù)在火災(zāi)調(diào)查中的應(yīng)用

徐剛

摘要：本文根據(jù)剩磁形成的機(jī)理，提出剩磁的大小由斷電瞬間的電參數(shù)決定。僅靠剩磁大小判斷是否短路是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?。文章介紹了導(dǎo)線不同的懸掛方式對(duì)釘子剩磁的影響，提出用切割法測(cè)量穿線鐵管剩磁，是對(duì)剩磁測(cè)量技術(shù)的拓寬。文章分析了目前普遍采用的表磁替代剩磁的方法存在弊端，需要研發(fā)真正的剩磁測(cè)量?jī)x器。

關(guān)鍵詞：火調(diào);剩磁;表磁;切割法

1 引言

剩磁法在雷電火災(zāi)的勘驗(yàn)中起到了很大作用，成功案例不少。但在電氣線路故障引發(fā)的火災(zāi)中，借助剩磁測(cè)量證明線路故障的案例卻很少。

剩磁法在電氣線路火災(zāi)的現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)上，使用頻率不高的原因有二：一是剩磁測(cè)量技術(shù)還沒有被普遍掌握。二是表磁測(cè)量中，數(shù)據(jù)離散帶來的不確定因素影響了線路故障的準(zhǔn)確判斷。

為了使剩磁法適應(yīng)電氣線路火災(zāi)調(diào)查的需要，了解測(cè)量原理，掌握測(cè)量技術(shù)，提高測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度顯得十分重要。

2 剩磁形成機(jī)理

通電導(dǎo)體在周圍的空間形成磁場(chǎng)。磁場(chǎng)內(nèi)某一點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度與電流成正比，與該點(diǎn)到導(dǎo)線的距離成反比。

磁場(chǎng)內(nèi)的鐵磁性物體會(huì)被磁化而成為磁體。磁體的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的增大而增大。磁場(chǎng)強(qiáng)度增大到一定程度之后，磁體的磁感應(yīng)強(qiáng)度不再隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的增大而增大，此時(shí)的磁體達(dá)到了磁飽和狀態(tài)。

在磁飽和狀態(tài)時(shí)突然斷電，導(dǎo)線電流趨向于零。此時(shí)磁體仍保留一定的磁感應(yīng)強(qiáng)度，而不是降為零。這就形成了剩磁。

導(dǎo)線通過交流電時(shí)，交流電的電流瞬時(shí)值是按正弦曲線變化的，磁體會(huì)被反復(fù)的磁化和消磁，磁感應(yīng)強(qiáng)度變化曲線形成了閉合的回線，稱作磁滯回線。在磁滯回線的不同點(diǎn)斷電，釘子剩磁是不同的。短路后斷電時(shí)機(jī)是隨機(jī)的，不確定的。釘子上的剩磁大小和磁極方向也是不確定的。短路電流也許很大，斷電后的剩磁不一定很大，甚至可能為零。假如全線路的釘子上的剩磁全部為零時(shí)，反倒可以認(rèn)定該電路發(fā)生了短路故障。因?yàn)橹挥卸搪返膹?qiáng)大交變磁場(chǎng)才可能消除沿線釘子上的全部歷史遺留剩磁。而強(qiáng)大的短路電流卻在磁滯回線的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零時(shí)斷電，導(dǎo)致全線釘子上的剰磁為零。因此，單憑剩磁大小判斷電線是否發(fā)生短路是不科學(xué)、不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹?/p>

3 釘子上的剩磁與導(dǎo)線懸掛方式相關(guān)

3.1兩線分掛

單相電源的零線和火線分別掛在上下兩排釘子上時(shí)，兩排釘子剩磁絕對(duì)值相近而極性相反。

3.2兩線同掛

單相電源的零線和火線同掛一根釘子上時(shí)，由于兩根線上的電流方向相反，產(chǎn)生的磁感線互相抵消，對(duì)釘子的磁化能力減弱，釘子上測(cè)出的較大剩磁基本上是歷史遺留剩磁，沒有證據(jù)力。

3.3釘子處于絞合線中間

零線和火線組成的雙絞線或平行護(hù)套線，釘子在兩根線中間釘在墻上時(shí)，釘子兩側(cè)電線上的電流方向相反，等效于一個(gè)螺線管，對(duì)釘子的磁化能力增強(qiáng)，釘子剩磁較大。

3.4電線在釘子上纏繞

電線在釘子上纏繞一圈時(shí)，相當(dāng)于通電螺線管，釘子處在螺線管中磁感線最密集的地方，對(duì)釘子的磁化作用大，釘子剩磁較大。

3.5導(dǎo)線與釘子距離

釘子與導(dǎo)線的距離越大，剩磁越小，剩磁的證據(jù)力也越小。距導(dǎo)線15cm以上的釘子剩磁失去取證價(jià)值。在距離導(dǎo)線較遠(yuǎn)的釘子上檢測(cè)到較大的剩磁，一定是歷史遺留剩磁，沒有證據(jù)力。出了雷電火災(zāi)可以采用盲測(cè)以外，電氣線路火災(zāi)一定要在緊貼線路的釘子上測(cè)量。

4 剩磁的測(cè)量方法

4.1測(cè)量?jī)x器

特斯拉儀或高斯計(jì)。量程：0-100mT 。自動(dòng)顯示N、S極性。

4.2釘子剩磁測(cè)量

導(dǎo)線掛在釘子上，釘子的軸向與導(dǎo)線的環(huán)形磁感線是相切的，釘尖和釘帽是剩磁的兩個(gè)磁極。釘尖釘入墻內(nèi)不方便測(cè)量，沒有提取之前先測(cè)量釘帽。在釘帽的外沿或釘帽的平頂處尋找剩磁最大值。

常用的釘子主要分為高碳鋼釘和軟鐵釘，在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)要注意區(qū)分。它們?cè)谙嗤拇艌?chǎng)強(qiáng)度下剩磁是不同的，鋼釘剩磁大，軟鐵釘剩磁小，它們的剩磁差有時(shí)可達(dá)十多倍甚至幾十倍。

鋼釘剩磁大。但是，它的歷史遺留剩磁有時(shí)會(huì)造成干擾。當(dāng)短路電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度不能對(duì)遺留剩磁徹底消磁時(shí)，同一條線路上，有的釘子的剩磁會(huì)明顯大于大部分釘子的剰磁。所以，在剩磁測(cè)量的數(shù)據(jù)集群中要忽略這些最高值，而不是采信最高值。

軟鐵釘?shù)氖４泡^小。但是，它沒有歷史遺留剩磁的干擾。

4.3穿線鐵管剩磁的測(cè)量

對(duì)鐵管內(nèi)部磁感應(yīng)強(qiáng)度的測(cè)量，沒有見過相關(guān)資料介紹。

4.3.1 鐵管外部剩磁與內(nèi)部導(dǎo)線電流無關(guān)

有人測(cè)量鐵管兩端，在管頭的斷面處或尖突處，確實(shí)測(cè)出了鐵管橫向或縱向的剩磁。并以此判斷穿管電線發(fā)生了短路。這個(gè)測(cè)量方法和得出的結(jié)論都是錯(cuò)誤的。測(cè)得的剩磁不是內(nèi)部導(dǎo)線短路大電流形成的，很可能是歷史遺留剩磁，而且是外部磁場(chǎng)形成。判斷雷電是否發(fā)生，可以采用此法。但判斷內(nèi)部導(dǎo)線是否短路就不能如此簡(jiǎn)單了。

4.3.2 鐵管外部有剩磁證明內(nèi)部導(dǎo)線沒有發(fā)生短路

鐵管外部測(cè)出較大剩磁，恰恰說明了管內(nèi)電線沒有發(fā)生短路故障。假設(shè)管內(nèi)電線發(fā)生了短路故障，管內(nèi)電流的強(qiáng)大磁場(chǎng)會(huì)把外部剩磁消退，鐵管內(nèi)部的磁疇，將重新按照內(nèi)部導(dǎo)線大電流產(chǎn)生的磁感線方向排序，對(duì)外就不顯磁性了。

4.3.3鐵管外面的釘子上測(cè)不到內(nèi)部導(dǎo)線短路形成的剩磁

鐵管對(duì)管內(nèi)磁場(chǎng)起到屏蔽作用，電線短路大電流產(chǎn)生的磁感線都在鐵管壁內(nèi)部形成了閉合環(huán)路，向外泄露極少，不會(huì)對(duì)鐵管外面的釘子產(chǎn)生磁化，懸掛鐵管的釘子上測(cè)不到管內(nèi)導(dǎo)線短路造成的剩磁。

4.3.4猜測(cè)：鐵管壁一定留有與電流相關(guān)的磁信息

短路大電流產(chǎn)生的磁感線都進(jìn)入了鐵管壁，形成了閉合環(huán)路，那么，鐵管壁內(nèi)一定會(huì)保留短路電流最后的信息，只是對(duì)外不顯磁性而已。閉合的環(huán)形鐵管壁內(nèi)，能長(zhǎng)期保存剩磁，受外界影響很小，不會(huì)輕易消失。

4.3.5切割法測(cè)量鐵管內(nèi)部剩磁

基于上述的猜測(cè)，我們通過實(shí)驗(yàn)，摸索出一種測(cè)量鐵管剩磁的全新方法，撲捉到了鐵管壁上與短路電流相關(guān)的磁信息。

把現(xiàn)場(chǎng)提取的穿線鐵管用角磨機(jī)切割約5—10mm的管頭一段，得到一個(gè)閉合小鐵環(huán)。把小鐵環(huán)切出一個(gè)開口，形成一個(gè)非閉合鐵環(huán)，在開口處測(cè)到的剩磁與導(dǎo)線電流相關(guān)。

切割要領(lǐng)：角磨機(jī)割片要用超薄型，厚度不超過1.2mm。采用間歇切割方式，每次割片接觸工件時(shí)間不超過一秒。先在切口處淋水便于散熱，再進(jìn)行切割，再淋水，直到切割完成。這樣切割的目的是不使切割部件發(fā)熱，最大限度的保留磁化信息，所以切割越慢越好。切割后要用非鐵磁性工具，如竹簽，清理掉開口處的鐵屑就可以測(cè)量了。如嫌鐵環(huán)開口縫隙太小測(cè)量不方便，不可用手掰大或用工具撬大，可以用上述切割方法在開口的一側(cè)再切掉一點(diǎn)，但開口間隙不要超過5mm。

在同一根鐵管上，無論切割多少段，它們的磁化信息都是相同的。各段測(cè)量數(shù)據(jù)的差異是切割過程的不一致造成的，或表磁測(cè)量的離散性造成的。

單相電源的零、火線一同穿入一根鐵管時(shí)，無論短路與否，兩根導(dǎo)線電流產(chǎn)生的磁感線，在鐵管內(nèi)部全部抵消，鐵管內(nèi)是不會(huì)留有剩磁的。但可能有歷史遺留剩磁。

若火線發(fā)生對(duì)地大電流漏電，也會(huì)在鐵管內(nèi)留有剩磁。歷史遺留剩磁和漏電產(chǎn)生的剩磁是無法區(qū)分的，需要通過其它的現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)手段才能確認(rèn)。這就是剩磁檢測(cè)方法應(yīng)用的局限性。

5 表磁替代剩磁的弊端

我們用特斯拉儀測(cè)量釘子上的剩磁時(shí)，測(cè)出的是釘子表面某一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱表磁。在勻強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi)，磁極表面各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度是相同的。而火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的磁體卻沒有這種理想的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。表磁大小隨磁極表面凸凹變化而不同，不同位置測(cè)出的值相差很大。

懸掛導(dǎo)線的釘子，只有體積、形狀、特性相近時(shí)，表磁與剩磁才存在相關(guān)性，即表磁越大剩磁也越大。我們現(xiàn)在的做法是用表磁代替剩磁，是權(quán)宜之計(jì)，不得已而為之。雖然，特斯拉儀使用方便。但是，表磁測(cè)量結(jié)果離散性很大，表磁與剩磁的相關(guān)性變得模糊。剩磁失去了單值屬性，就失去了量化比較的根基。將不能準(zhǔn)確的反映線路故障與剩磁的相關(guān)性。

火災(zāi)調(diào)查面臨的剩磁測(cè)量對(duì)象已經(jīng)是五花八門，很難進(jìn)行同一的量化對(duì)比，再加上測(cè)量結(jié)果的不確定性，將使剩磁法很難推廣應(yīng)用并得到社會(huì)認(rèn)可。

解決此問題的唯一辦法就是盡快研發(fā)出便攜式的剩磁測(cè)量?jī)x，恢復(fù)剩磁的單值性，不再用表磁替代剩磁。

6 結(jié)語(yǔ)

從剩磁產(chǎn)生的機(jī)理可知，電路發(fā)生短路故障而斷電，剩磁大小由斷電瞬間電路的參數(shù)決定，并不完全與短路電流相關(guān)，短路電流也許很大，斷電后的剩磁也許很小，甚至為零。僅憑剩磁大小判斷電線是否發(fā)生了短路故障是不科學(xué)不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹?/p>

掌握導(dǎo)線懸掛方式與剩磁的相關(guān)性可以使剩磁測(cè)量減少盲目性。

切割法測(cè)量穿線鐵管的剩磁，是剩磁測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新。用特斯拉儀測(cè)量剩磁的方法測(cè)得的是表磁，數(shù)據(jù)離散性很大，不具有剩磁的單值性。因而，不能真正的反映出剩磁的大小，影響火災(zāi)調(diào)查的準(zhǔn)確判斷。急需開發(fā)出直接測(cè)量剩磁的便攜儀器。

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