剩磁测量技术在火灾调查中的应用

徐刚

摘要：本文根据剩磁形成的机理，提出剩磁的大小由断电瞬间的电参数决定。仅靠剩磁大小判断是否短路是不严谨的。文章介绍了导线不同的悬挂方式对钉子剩磁的影响，提出用切割法测量穿线铁管剩磁，是对剩磁测量技术的拓宽。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，需要研发真正的剩磁测量仪器。

关键词：火调;剩磁;表磁;切割法

1 引言

剩磁法在雷电火灾的勘验中起到了很大作用，成功案例不少。但在电气线路故障引发的火灾中，借助剩磁测量证明线路故障的案例却很少。

剩磁法在电气线路火灾的现场勘验上，使用频率不高的原因有二：一是剩磁测量技术还没有被普遍掌握。二是表磁测量中，数据离散带来的不确定因素影响了线路故障的准确判断。

为了使剩磁法适应电气线路火灾调查的需要，了解测量原理，掌握测量技术，提高测量数据的准确度显得十分重要。

2 剩磁形成机理

通电导体在周围的空间形成磁场。磁场内某一点的磁场强度与电流成正比，与该点到导线的距离成反比。

磁场内的铁磁性物体会被磁化而成为磁体。磁体的磁感应强度随磁场强度的增大而增大。磁场强度增大到一定程度之后，磁体的磁感应强度不再随磁场强度的增大而增大，此时的磁体达到了磁饱和状态。

在磁饱和状态时突然断电，导线电流趋向于零。此时磁体仍保留一定的磁感应强度，而不是降为零。这就形成了剩磁。

导线通过交流电时，交流电的电流瞬时值是按正弦曲线变化的，磁体会被反复的磁化和消磁，磁感应强度变化曲线形成了闭合的回线，称作磁滞回线。在磁滞回线的不同点断电，钉子剩磁是不同的。短路后断电时机是随机的，不确定的。钉子上的剩磁大小和磁极方向也是不确定的。短路电流也许很大，断电后的剩磁不一定很大，甚至可能为零。假如全线路的钉子上的剩磁全部为零时，反倒可以认定该电路发生了短路故障。因为只有短路的强大交变磁场才可能消除沿线钉子上的全部历史遗留剩磁。而强大的短路电流却在磁滞回线的磁感应强度为零时断电，导致全线钉子上的剰磁为零。因此，单凭剩磁大小判断电线是否发生短路是不科学、不严谨的。

3 钉子上的剩磁与导线悬挂方式相关

3.1两线分挂

单相电源的零线和火线分别挂在上下两排钉子上时，两排钉子剩磁绝对值相近而极性相反。

3.2两线同挂

单相电源的零线和火线同挂一根钉子上时，由于两根线上的电流方向相反，产生的磁感线互相抵消，对钉子的磁化能力减弱，钉子上测出的较大剩磁基本上是历史遗留剩磁，没有证据力。

3.3钉子处于绞合线中间

零线和火线组成的双绞线或平行护套线，钉子在两根线中间钉在墙上时，钉子两侧电线上的电流方向相反，等效于一个螺线管，对钉子的磁化能力增强，钉子剩磁较大。

3.4电线在钉子上缠绕

电线在钉子上缠绕一圈时，相当于通电螺线管，钉子处在螺线管中磁感线最密集的地方，对钉子的磁化作用大，钉子剩磁较大。

3.5导线与钉子距离

钉子与导线的距离越大，剩磁越小，剩磁的证据力也越小。距导线15cm以上的钉子剩磁失去取证价值。在距离导线较远的钉子上检测到较大的剩磁，一定是历史遗留剩磁，没有证据力。出了雷电火灾可以采用盲测以外，电气线路火灾一定要在紧贴线路的钉子上测量。

4 剩磁的测量方法

4.1测量仪器

特斯拉仪或高斯计。量程：0-100mT 。自动显示N、S极性。

4.2钉子剩磁测量

导线挂在钉子上，钉子的轴向与导线的环形磁感线是相切的，钉尖和钉帽是剩磁的两个磁极。钉尖钉入墙内不方便测量，没有提取之前先测量钉帽。在钉帽的外沿或钉帽的平顶处寻找剩磁最大值。

常用的钉子主要分为高碳钢钉和软铁钉，在现场测量时要注意区分。它们在相同的磁场强度下剩磁是不同的，钢钉剩磁大，软铁钉剩磁小，它们的剩磁差有时可达十多倍甚至几十倍。

钢钉剩磁大。但是，它的历史遗留剩磁有时会造成干扰。当短路电流产生的磁场强度不能对遗留剩磁彻底消磁时，同一条线路上，有的钉子的剩磁会明显大于大部分钉子的剰磁。所以，在剩磁测量的数据集群中要忽略这些最高值，而不是采信最高值。

软铁钉的剩磁较小。但是，它没有历史遗留剩磁的干扰。

4.3穿线铁管剩磁的测量

对铁管内部磁感应强度的测量，没有见过相关资料介绍。

4.3.1 铁管外部剩磁与内部导线电流无关

有人测量铁管两端，在管头的断面处或尖突处，确实测出了铁管横向或纵向的剩磁。并以此判断穿管电线发生了短路。这个测量方法和得出的结论都是错误的。测得的剩磁不是内部导线短路大电流形成的，很可能是历史遗留剩磁，而且是外部磁场形成。判断雷电是否发生，可以采用此法。但判断内部导线是否短路就不能如此简单了。

4.3.2 铁管外部有剩磁证明内部导线没有发生短路

铁管外部测出较大剩磁，恰恰说明了管内电线没有发生短路故障。假设管内电线发生了短路故障，管内电流的强大磁场会把外部剩磁消退，铁管内部的磁畴，将重新按照内部导线大电流产生的磁感线方向排序，对外就不显磁性了。

4.3.3铁管外面的钉子上测不到内部导线短路形成的剩磁

铁管对管内磁场起到屏蔽作用，电线短路大电流产生的磁感线都在铁管壁内部形成了闭合环路，向外泄露极少，不会对铁管外面的钉子产生磁化，悬挂铁管的钉子上测不到管内导线短路造成的剩磁。

4.3.4猜测：铁管壁一定留有与电流相关的磁信息

短路大电流产生的磁感线都进入了铁管壁，形成了闭合环路，那么，铁管壁内一定会保留短路电流最后的信息，只是對外不显磁性而已。闭合的环形铁管壁内，能长期保存剩磁，受外界影响很小，不会轻易消失。

4.3.5切割法测量铁管内部剩磁

基于上述的猜测，我们通过实验，摸索出一种测量铁管剩磁的全新方法，扑捉到了铁管壁上与短路电流相关的磁信息。

把现场提取的穿线铁管用角磨机切割约5—10mm的管头一段，得到一个闭合小铁环。把小铁环切出一个开口，形成一个非闭合铁环，在开口处测到的剩磁与导线电流相关。

切割要领：角磨机割片要用超薄型，厚度不超过1.2mm。采用间歇切割方式，每次割片接触工件时间不超过一秒。先在切口处淋水便于散热，再进行切割，再淋水，直到切割完成。这样切割的目的是不使切割部件发热，最大限度的保留磁化信息，所以切割越慢越好。切割后要用非铁磁性工具，如竹签，清理掉开口处的铁屑就可以测量了。如嫌铁环开口缝隙太小测量不方便，不可用手掰大或用工具撬大，可以用上述切割方法在开口的一侧再切掉一点，但开口间隙不要超过5mm。

在同一根铁管上，无论切割多少段，它们的磁化信息都是相同的。各段测量数据的差异是切割过程的不一致造成的，或表磁测量的离散性造成的。

单相电源的零、火线一同穿入一根铁管时，无论短路与否，两根导线电流产生的磁感线，在铁管内部全部抵消，铁管内是不会留有剩磁的。但可能有历史遗留剩磁。

若火线发生对地大电流漏电，也会在铁管内留有剩磁。历史遗留剩磁和漏电产生的剩磁是无法区分的，需要通过其它的现场勘验手段才能确认。这就是剩磁检测方法应用的局限性。

5 表磁替代剩磁的弊端

我们用特斯拉仪测量钉子上的剩磁时，测出的是钉子表面某一点的磁感应强度，简称表磁。在匀强磁场内，磁极表面各点的磁感应强度是相同的。而火灾现场的磁体却没有这种理想的匀强磁场。表磁大小随磁极表面凸凹变化而不同，不同位置测出的值相差很大。

悬挂导线的钉子，只有体积、形状、特性相近时，表磁与剩磁才存在相关性，即表磁越大剩磁也越大。我们现在的做法是用表磁代替剩磁，是权宜之计，不得已而为之。虽然，特斯拉仪使用方便。但是，表磁测量结果离散性很大，表磁与剩磁的相关性变得模糊。剩磁失去了单值属性，就失去了量化比较的根基。将不能准确的反映线路故障与剩磁的相关性。

火灾调查面临的剩磁测量对象已经是五花八门，很难进行同一的量化对比，再加上测量结果的不确定性，将使剩磁法很难推广应用并得到社会认可。

解决此问题的唯一办法就是尽快研发出便携式的剩磁测量仪，恢复剩磁的单值性，不再用表磁替代剩磁。

6 结语

从剩磁产生的机理可知，电路发生短路故障而断电，剩磁大小由断电瞬间电路的参数决定，并不完全与短路电流相关，短路电流也许很大，断电后的剩磁也许很小，甚至为零。仅凭剩磁大小判断电线是否发生了短路故障是不科学不严谨的。

掌握导线悬挂方式与剩磁的相关性可以使剩磁测量减少盲目性。

切割法测量穿线铁管的剩磁，是剩磁测量技术领域的创新。用特斯拉仪测量剩磁的方法测得的是表磁，数据离散性很大，不具有剩磁的单值性。因而，不能真正的反映出剩磁的大小，影响火灾调查的准确判断。急需开发出直接测量剩磁的便携仪器。

参考文献：

[1] 宋明，虽慧涛.应用剩磁法鉴定导线短路及雷击火灾原因[J].消     防科技，96（1）.

[2] 王小勇.剩磁检测技术在电气短路火灾中的应用[J].安防科技，     2006，3.

[3] 王家春，许烨.浅谈监控设施在火灾调查中的应用[J].电子世界，     2017（15）.

[4] 董淑量，郭伟军.智能电能表在电气火灾调查中的应用与思考     [J].消防科学与技术，2017（02）.

[5] 柴雪峰.现代信息技术在未来火灾防控中的应用研究[J].无线     互联科技，2015（14）.

[6] 金文佳，侯绪龙，马海波.浅析火灾信息处理技术的发展趋势     [J].科技視界，2015（14）.