0引言

电路板[1]是现代家用电器中不可或缺的重要部件，特别是近年来随着智能家居概念的提出，电路板作为无线通信、智能控制、交直变换[2-4]等的主要载体，更为广泛地应用到家用电器中。家庭中常见的笔记本、电视、空调等电器设备内部均由电路板进行控制。由于电路板内部铜箔、焊盘和电子元件在工作时均存在电压和电流，如果电路板设计不合理以及电子元件内部存在缺陷等，极易引发局部过热及电弧，部分电子元件甚至发生爆炸燃烧，进而引发电气设备火灾。

现阶段针对电气故障引发火灾的研究主要集中于220 V交流电气线路[5]，对电路板的火灾危险性研究尚不够深入，主要集中在单一电子元件。张颖等[6-7]研究了金属膜电阻和电容的火灾危险性，以及铝电解电容火灾危险性和痕迹特征。针对现有研究的不足，笔者介绍现阶段各类典型电子元件的工作原理，分析各类电子元件的火灾危险性，并在此基础上研究电路板火灾隐患，为预防电路板火灾事故提供依据。

1电子元件火灾危险性

在电路板中电阻器、电容器、电感器、晶体管等应用最为广泛，以下针对上述电子元件进行分析。

1.1 电阻器

电阻器是在电路中产生阻碍电流作用的元件，在电路板中金属膜电阻迄今为止应用较为广泛，如图1所示。金属膜电阻是采用高温真空镀膜技术，将镍铬或类似的合金紧密附在瓷棒表面形成皮膜，经过切割调试阻值，以达到最终要求的精密阻值，然后加适当接头切割，并在其表面涂上环氧树脂密封保护而成。根据金属膜电阻的工作原理和材质，其火灾危险主要为高温过热和击穿电弧。

高温过热主要是由于在电阻选型过程中，电阻额定功率选择较小或者电路中长期处于过负载运行，根据焦耳定律，导致电阻自身产生的热量较大，造成局部高温过热。击穿电弧主要是由于电阻两端实际电压远远超过电阻本身的耐压值，击穿电阻产生放电电弧。

图1金属膜电阻

1.2 电容器

电容器是一种容纳电荷的器件，在电子领域应用广泛，主要用于电路中的隔直通交、耦合、旁路、滤波、调谐回路、能量转换、控制等方面。根据电容的容量、材质以及制作工艺可将电容分为铝电解电容、钽电解电容、陶瓷电容等，如图2～图4所示。以铝电解电容为例，电容内部结构主要为正极铝箔、负极(浸润电解液的纸)、正负极引线。不同类型的电容运用到不同电路板中，是电路板中不可或缺的电子元件。相较于电阻，电容是一种储能型元件，在通电情况下存储部分电能(存储电能的大小由自身容量及电压决定)。同时，一般电容的接线需区分正负极(独石电容、陶瓷电容等无极性，无需区分正负极)，因此，电容的火灾危险性较大。

图2铝电解电容

图3钽电解电容

图4陶瓷电容

电解电容一般不会直接烧毁，产生火灾危险的主要故障是爆炸和放电，一般情况下两种故障是继发形成的。引发故障主要是因为纹波电流过大导致电容温度升高，温度升高以后电容内部压力增大，内部压力超过安全值时会把防爆阀冲开，电解液流出，电解液能导电，遇到高压会形成电流甚至放电。电容只有在发热内部压力突然增大时才会爆炸烧毁(有防爆阀的电容，防爆阀会撑开漏液，不会爆炸)，电容短路放电的时间很短，短时间的短路电流导致的热量不足以让电容发热爆炸。在高电压的作用下，电容先鼓肚，最后爆裂燃烧，因为电容击穿，整流桥过电流、烧损，历时小于10 s。

电容器因故障损坏进而发生爆炸的主要原因是：(1)由于制造质量差等原因，电容器的内部元件击穿。(2)由于套管密封不良而进入潮气，降低了绝缘电阻；由于渗、漏油，油面下降，导致对外壳放电或元件击穿。(3)内部游离和鼓肚。当电容器内部产生电晕、击穿放电和严重游离时，电容器在过电压作用下，会产生一系列物理、化学、电气效应，加速绝缘老化、分解而产生气体，形成恶性循环，以致箱壳压力增大，造成箱壁外鼓进而导致爆炸。(4)绝缘损坏，尤其是高压侧引出线制造工艺不良、边缘不平、有毛刺或严重变折时，尖端容易产生电晕，电晕使油分解、箱壳膨胀、油面下降而造成元件击穿。此外，在封盖时如果转角处烧焊时间过长，破坏了内部绝缘，降低了击穿电压，也易导致电容器损坏，进而引起爆炸事故。(5)当进行带电合闸时，在合闸的瞬间，电压极性可能与电容器残留电荷的极性相反，因而引起爆炸。(6)通风不良、温升过高、严重过电压和电压谐波分量大，也会引起爆炸。

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