112 公務人員升官等薦任 消防技術 火災學 考古題詳解

核心觀念

「電線走火」是日常用語，泛指用電線路或其相關電氣設備發生異常，進而引燃周遭可燃物所造成的火災。答題重點是依電氣異常的成因分類，說明電流、電阻、絕緣與接觸狀態如何造成發熱或電弧，並引燃可燃物。

本題為火災原因申論題，沒有特定計算公式或須援引的法條。

解題方法

可由「電流過大、電路接觸異常、絕緣失效、外力或環境因素、電氣設備故障」幾個面向整理。電氣發熱可用焦耳定律說明：

$Q=I^2Rt$

其中 $Q$ 為發熱量、$I$ 為電流、$R$ 為電阻、$t$ 為通電時間。電流增加、接點電阻異常升高或故障持續時間過長，都會加劇發熱；短路與接地故障亦可能伴隨電弧、高溫熔珠與火花，成為引燃源。

電線走火的主要原因

1. 過載 電路接用的電器總負載超過導線、插座或開關的額定容量，造成電流長時間大於容許值。導線因 $I^2R$ 效應持續升溫，若散熱不良或保護裝置未適當動作，絕緣層會劣化、熔融，進而引燃周遭可燃物。

2. 短路 不同電位的導體因絕緣破損、導線相碰或異物導電而直接接通，使電流急遽增大。短路處可能產生高熱、電弧、火花及金屬熔融物；若附近有紙張、木材、油污或粉塵等可燃物，便可能起火。

3. 接地故障與漏電 帶電導體因絕緣不良而與接地金屬外殼、接地導體或大地形成非預期通路。故障電流若未被適當切斷，可能使故障點或接觸不良處升溫，並造成電弧與引燃。漏電亦可能使設備外殼帶電，增加觸電及火災風險。

4. 接點鬆動、接觸不良或氧化 插頭、插座、開關、接線端子或分接點鬆脫、氧化或接觸面積不足時，接觸電阻會增大。電流流經高電阻接點而局部發熱，可能使塑膠外殼、絕緣材料碳化；接點間歇接通時也可能產生電弧，造成起火。

5. 電弧與電氣火花 導線斷裂、接點分離、絕緣受損或開關操作異常時，可能在導體間形成電弧。電弧溫度高，並可噴濺炙熱金屬微粒；若落在可燃物上，即有引燃危險。馬達、變壓器、開關設備等故障時也可能產生火花。

核心觀念

本題考查兩個層次：一是爆炸性物質受外界能量作用後，為何能在短時間內造成爆炸；二是哪些物質本身或外在條件會使它更容易被引爆。

爆炸性物質是指受熱、撞擊、摩擦、衝擊波、火焰或其他能量刺激後，能迅速發生化學分解或燃燒反應，短時間內釋出大量熱與氣體，形成急劇壓力上升及破壞作用的物質。爆炸性物質的「敏感度」，則是指它受特定刺激而起爆或發生劇烈反應的難易程度；敏感度愈高，表示引發反應所需的刺激愈小。

敏感度須依刺激種類分別討論，例如撞擊敏感度、摩擦敏感度、熱敏感度及靜電敏感度。某物質對撞擊敏感，不能直接推論它對熱或摩擦也同樣敏感。

爆炸性物質的主要特性

1. 反應迅速：受刺激後反應速度快，能在短時間內完成大量能量釋放；若反應前緣以爆轟方式傳播，並伴隨強烈衝擊波，破壞作用尤為顯著。

2. 放熱量大：化學反應可迅速放出大量熱能，使反應區溫度急升，並促使周圍物質燃燒或分解。

3. 產生大量氣體：反應產物常含大量氣體，受熱後膨脹並形成高壓。若反應發生在容器、管線或受限制的空間內，壓力累積會加劇爆炸危害。

4. 具有一定的起爆敏感性：不同物質需要的起爆能量不同。起爆能量愈低、愈容易由熱、撞擊、摩擦或靜電引發反應者，通常敏感度愈高。

5. 受環境與操作條件影響：溫度、壓力、密閉程度、混合狀態及污染情形都可能改變反應速率或起爆條件，因此同一物質在不同環境下呈現的危險性也可能不同。

影響爆炸敏感度的主要因素

一、化學組成與分子結構

化學組成是敏感度的重要內在因素。分子中不穩定、容易斷裂或快速反應的化學鍵，以及分子內部能量儲存與釋放的特性，都會影響受刺激後的反應難易。元素比例與反應產物也會影響放熱量及氣體生成情形。

含氧量與燃料成分的比例會影響反應完整程度及能量釋放。常以氧平衡概念描述物質所含氧量與完全氧化所需氧量的關係；氧平衡會影響爆炸反應性能，但不能單獨用來判定某種物質對所有刺激的敏感度。

二、物理狀態與顆粒特性

物質的固、液、粉末或混合狀態，以及顆粒大小、形狀、分散程度與接觸狀態，都會影響受熱和反應的方式。粉末或細小顆粒通常具有較大的總表面積，可能使反應更快；但顆粒大小對敏感度的實際影響仍須視物質種類及測試條件判斷，不能一概而論。

晶體缺陷、孔隙、裂縫及不均勻處可能形成局部能量集中區，使局部溫度升高，進而誘發反應。

三、密度與裝填、受限情形

核心觀念

本題考查高層建築火災中，煙氣在消防力介入前的自然流動機制，以及外部風如何改變建築內外壓力分布。煙氣的流動方向與速度，取決於建築內外及各空間之間的壓力差；火災熱浮力、溫差造成的煙囪效應、氣體受熱膨脹、機械通風及電梯活塞效應，都可能形成驅動力。

中性帶（neutral pressure plane）是建築內外壓力相等的位置。忽略局部擾動時，中性帶以下或以上的壓差方向，會影響空氣與煙氣由開口流入或流出建築物。

解題方法

先列出外部風以外的煙氣流動驅動力，再從「風會改變建築外牆壓力，進而改變內外壓差」切入，說明中性帶的位移及臨界風速的物理意義。

外部風以外的煙氣流動驅動力

1. 煙囪效應（stack effect） 建築物內外溫度不同，造成空氣密度與壓力隨高度分布不同。寒冷季節通常室內較暖，較暖空氣有上升趨勢，可能使低樓層形成進氣、較高樓層形成排氣；炎熱季節或空調環境下，流動方向也可能反轉。高層建築的樓高與垂直管道會放大此效應。

2. 火災煙氣的熱浮力（buoyancy） 燃燒產生的高溫煙氣密度較低，因而上升；若樓梯間、電梯井、管道間等垂直通道相通，煙氣可能沿通道向上傳播。熱浮力是由火災煙氣本身與周遭空氣的溫差所造成，概念上不同於整棟建築內外溫差造成的煙囪效應。

3. 燃燒氣體的熱膨脹（thermal expansion） 氣體受熱後體積增加，會提高起火空間的壓力，並將煙氣推向相鄰空間或開口。火災初期及密閉程度較高的空間，這項作用可能較明顯。

4. 機械通風與空調系統 送風、排風及空調設備會造成氣流與壓力差；即使設備不是為排煙設計，也可能帶動煙氣跨區流動。

核心觀念

本題考查木材受熱時的熱分解與炭化，以及炭化木材在低溫、長時間受熱下發生陰燃或自燃的機制。木材是含纖維素、半纖維素與木質素的可燃固體；受熱後會先乾燥，再熱分解，產生可燃性氣體、焦油蒸氣與木炭。題目不是單問木材如何燃燒，而是要說明炭化如何形成，以及炭化層為何可能成為低溫著火的危險來源。

解題方法：由受熱歷程推到危險性

依「木材受熱 → 熱分解與炭化 → 炭化層蓄熱氧化 → 陰燃或著火」的順序作答，並分別交代引發條件與危害。

1. 乾燥與升溫：木材先吸收熱量，水分蒸發；溫度升高後，木材主要成分開始熱分解。
2. 熱分解與炭化：纖維素、半纖維素與木質素分解，釋出水蒸氣、二氧化碳、一氧化碳、可燃性氣體及焦油蒸氣，並留下富含碳的固體殘留物，即木炭或炭化層。熱分解產物遇到足夠氧氣與熱源時可燃燒；炭化層則可能進一步氧化。
3. 炭化層蓄熱：炭化層多孔、表面積大，能吸附或截留焦油等熱分解產物；若散熱不良，炭化物氧化所放出的熱無法及時逸散，溫度便逐漸升高。
4. 低溫著火：在長時間、持續而較低溫的外部熱源作用下，炭化木材與氧氣緩慢氧化，熱量累積至足以維持陰燃，或使局部溫度升高到產生可燃蒸氣並著火。

引發木材低溫著火的原因

• 長期受熱：木材靠近蒸氣管、煙道、鍋爐、熱風設備或其他持續熱源，即使表面溫度未高到立即引燃，長期受熱仍會促進熱分解與炭化。