高壓電纜擊穿引發(fā)爆炸場景詳解  

引言  

高壓電纜作為現(xiàn)代社會能源傳輸?shù)闹匾M成部分，在城市基礎(chǔ)設(shè)施中扮演關(guān)鍵角色。然而，由于高壓電纜的工作電壓高、功率大，一旦發(fā)生故障，可能會引發(fā)嚴(yán)重的安全事故，包括爆炸和火災(zāi)。了解高壓電纜擊穿引發(fā)爆炸的具體場景及其背后的科學(xué)原理，不僅有助于采取有效措施預(yù)防此類事故，還能保障公眾的安全。

高壓電纜擊穿引發(fā)爆炸的常見場景  

場景一：施工誤操作  

2024年6月17日，河南焦作的一次施工事故引起了廣泛關(guān)注。當(dāng)天，工人在用電鉆進(jìn)行施工時，不慎鉆到了地下高壓電纜，導(dǎo)致電纜瞬間爆炸，造成兩名工人受傷。據(jù)報道，這起事故發(fā)生在晚上23時50分，事發(fā)地點位于解放路和東苑路西南角。當(dāng)時，兩名工人正在挖掘自用排水溝，由于未能及時發(fā)現(xiàn)并避開地下的高壓電纜，導(dǎo)致了這次意外事故。 

場景二：電纜質(zhì)量問題  

電纜的絕緣性能是確保其正常運(yùn)行的基礎(chǔ)。如果電纜的絕緣層存在缺陷或者受到損壞，就可能導(dǎo)致電纜擊穿，進(jìn)而引發(fā)爆炸。常見的絕緣問題包括以下幾個方面：  

絕緣老化：電纜長期暴露在高溫環(huán)境中，會導(dǎo)致絕緣材料老化，失去原有的絕緣性能。這種老化現(xiàn)象通常會發(fā)生在整個電纜線路中，增加了發(fā)生火災(zāi)和爆炸的風(fēng)險。  

機(jī)械損傷：在電纜的敷設(shè)和運(yùn)行過程中，可能會遭受機(jī)械損傷，如外力碰撞、擠壓等。這些機(jī)械損傷會破壞電纜的絕緣層，使其容易發(fā)生短路擊穿。  

中間接頭問題：電纜中間接頭的制作質(zhì)量對電纜的整體安全性至關(guān)重要。如果中間接頭壓接不緊或焊接不嚴(yán)，就會導(dǎo)致接頭在運(yùn)行過程中被氧化、發(fā)熱，最終形成短路擊穿2。  

場景三：封閉空間內(nèi)氣體積聚  

在封閉的電纜溝或隧道中，電纜擊穿會產(chǎn)生大量的可燃?xì)怏w，這些氣體如果不及時排出，很容易積聚到危險濃度。一旦遇到新的電弧或火花，這些積聚的氣體就會被點燃，引發(fā)劇烈的爆炸。  

2023年的一次研究詳細(xì)探討了這種現(xiàn)象。在封閉電纜溝中，10kV電纜擊穿后，絕緣材料逐漸被氣化成可燃?xì)怏w，并在封閉環(huán)境中積聚。當(dāng)這些氣體接觸到重新合閘操作產(chǎn)生的電弧時，瞬時引發(fā)了爆炸。這類事故不僅損壞電纜，還會對周邊設(shè)施和人員安全構(gòu)成巨大威脅。  

場景四：電纜終端故障  

電纜終端是高壓電纜系統(tǒng)的另一個薄弱環(huán)節(jié)。如果電纜終端制造或安裝過程中存在問題，比如外半導(dǎo)電層受損，水分和空氣中的雜質(zhì)可能侵入，導(dǎo)致絕緣性能下降。在過電壓的情況下，這些缺陷可能導(dǎo)致電纜終端絕緣被擊穿，引發(fā)爆炸。  

一個典型的案例是某次35kV電纜終端事故。電纜終端的外護(hù)套剝?nèi)ミ^長，導(dǎo)致與構(gòu)架接觸的部分只靠絕緣傘裙保護(hù)，而不是原本的外護(hù)套。此外，在制作電纜終端的過程中，銅屏蔽層和半導(dǎo)體層受到了劃傷，空氣和濕氣進(jìn)入這些傷口，逐漸導(dǎo)致電場畸變，絕緣性能下降。最終，在過電壓的作用下，電纜終端被擊穿，形成了電弧短路，導(dǎo)致電纜終端炸裂。  

場景五：操作過電壓  

投切操作是高壓電纜運(yùn)行中常見的維護(hù)行為，但也伴隨著潛在的危險。如果操作過程中產(chǎn)生過電壓，可能直接擊穿電纜的薄弱環(huán)節(jié)，導(dǎo)致爆炸。  

針對某地220kV電纜投切過程中發(fā)生的爆炸事故，研究人員利用ATP-EMTP中的JMATI電纜模型，建立了投切過電壓計算模型。通過對實際合閘電壓暫態(tài)過程的模擬，發(fā)現(xiàn)電纜在該運(yùn)行狀態(tài)下可能出現(xiàn)的最高過電壓倍數(shù)。結(jié)合計算結(jié)論，認(rèn)為電纜爆炸的原因可能是電纜接頭本身的工藝或安裝問題。  

科學(xué)原理解釋  

絕緣擊穿  

高壓電纜的絕緣層在正常運(yùn)行條件下承受著高電壓的壓力。如果絕緣材料存在缺陷或受到外界損傷，電場強(qiáng)度會在這些缺陷處顯著增高，導(dǎo)致局部放電。這些放電會進(jìn)一步加劇絕緣材料的劣化，最終形成貫穿性的擊穿路徑，導(dǎo)致電纜短路和爆炸。  

氣體積聚與爆炸  

在封閉環(huán)境中，電纜擊穿產(chǎn)生的可燃?xì)怏w（如甲烷、乙炔等）無法擴(kuò)散，逐漸積聚。當(dāng)這些氣體濃度達(dá)到爆炸極限范圍內(nèi)（通常為氣體體積分?jǐn)?shù)的5%-15%），遇到新的點火源（如電弧或火花），就會引發(fā)爆炸。這種爆炸不僅會對電纜本身造成破壞，還會對周圍的建筑物和人員安全構(gòu)成極大威脅。  

過電壓效應(yīng)  

高壓電纜在投切操作過程中，可能會產(chǎn)生操作過電壓，這是由于快速變化的電磁場能量轉(zhuǎn)換引起的。過電壓的幅值可達(dá)正常運(yùn)行電壓的好幾倍，足以擊穿電纜的薄弱環(huán)節(jié)，導(dǎo)致爆炸。為了減少這種風(fēng)險，必須嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，使用合適的保護(hù)設(shè)備，如避雷器和浪涌吸收器。  

結(jié)論  

高壓電纜擊穿引發(fā)爆炸的現(xiàn)象雖然罕見，但其破壞力極大，必須引起高度重視。通過分析多個真實案例，我們可以看出，許多事故的發(fā)生都是由于電纜的絕緣失效、施工誤操作、封閉空間內(nèi)氣體積聚等原因造成的。理解這些科學(xué)原理和背后的具體場景，有助于我們制定更嚴(yán)格的管理和操作規(guī)范，加強(qiáng)對電纜系統(tǒng)的檢測和維護(hù)，從而有效預(yù)防類似事故的發(fā)生，保障公共安全。