探討接地故障引起電氣火災(zāi)的防護(hù)措施階段

杜明峰　陳雷文　劉　昌

摘要：在電氣火災(zāi)中，電氣短路引起的火災(zāi)事故又占一半以上。電氣事故包括觸電、雷電、靜電、電氣故障、電磁場(chǎng)危害等，往往引起火災(zāi)與爆炸、電氣線路和設(shè)備故障、直接人身傷害等。本文重點(diǎn)分析了接地故障引起電氣火災(zāi)的防護(hù)措施：可供大家借鑒!

關(guān)鍵詞：接地故障電氣火災(zāi)防護(hù)

引言

據(jù)近幾年的統(tǒng)計(jì)，我國(guó)發(fā)生電氣火災(zāi)高居火災(zāi)事故總數(shù)的首位，約占總數(shù)的30％左右。在電氣火災(zāi)中，電氣短路引起的火災(zāi)事故又占一半以上。電氣事故包括觸電、雷電、靜電、電氣故障、電磁場(chǎng)危害等，往往引起火災(zāi)與爆炸、電氣線路和設(shè)備故障、直接人身傷害等。

1.電氣火災(zāi)事故的多發(fā)性

1.1電氣短路的形式

電氣短路的形式有兩種：一種是導(dǎo)體間直接接觸，如相與相之間、相與N線之間短路，短路點(diǎn)往往被高溫熔焊的金屬短路，稱為金屬性短路；另一種則是帶電導(dǎo)體對(duì)地短路，是以電弧為通路的電弧性短路。前者短路電流以若干千安計(jì)，金屬線心產(chǎn)生高溫以至熾熱，絕緣被劇烈氧化而自燃，火災(zāi)危險(xiǎn)甚大，但金屬性短路產(chǎn)生的大短路電流能使斷路器瞬時(shí)動(dòng)作切斷電源，火災(zāi)往往得以避免。后者因短路電流受阻抗影響，電弧長(zhǎng)時(shí)間延續(xù)，而電弧引起的局部溫度可高達(dá)3000～4000℃，很容易烤燃附近可燃物質(zhì)引起火災(zāi)，但由于接地故障引起的短路電流較小，不足以使一般斷路器動(dòng)作跳閘切斷電源，所以電弧性短路引起火災(zāi)危險(xiǎn)遠(yuǎn)大于金屬性短路。

1.2接地故障的危險(xiǎn)性

在電氣線路短路引起的火災(zāi)中，接地故障電弧引起的火災(zāi)遠(yuǎn)多于帶電導(dǎo)體間金屬性短路引起的火災(zāi)。這首先是因?yàn)殡娀⌒越拥毓收习l(fā)生的幾率遠(yuǎn)大于帶電導(dǎo)體間短路的幾率。

一旦發(fā)生接地故障，由它引起危險(xiǎn)電弧的幾率也遠(yuǎn)大于帶電導(dǎo)體間產(chǎn)生危險(xiǎn)電弧的幾率，這可用圖1來說明。圖中a、b、c和d各為相線、中性線和PE線的連接端子。a、b兩端子如連接不良或不導(dǎo)電，設(shè)備將不運(yùn)轉(zhuǎn)或運(yùn)轉(zhuǎn)不正常，可及時(shí)覺察予以修復(fù)，不致引發(fā)事故。但PE線的端子c、d不導(dǎo)電或?qū)щ姴涣紖s不易覺察，因設(shè)備仍能照常運(yùn)轉(zhuǎn)，這時(shí)c、d端子的連接不良將成為一個(gè)事故隱患而持續(xù)存在。若一旦發(fā)生圖1所示碰外殼接地故障，如果c、d端子不導(dǎo)電，設(shè)備外殼對(duì)地帶相電壓而導(dǎo)致電擊事故。如果c、d端子導(dǎo)電不良，端子處將進(jìn)發(fā)電火花或電弧(延續(xù)和集中的電火花即為電弧)，很易引起火災(zāi)。

因此在接地故障回路全為金屬導(dǎo)體的TN—C—S系統(tǒng)中，其導(dǎo)電性能不良失去接地保護(hù)時(shí)，并不影響電氣設(shè)備的正常運(yùn)行，故不易發(fā)現(xiàn)。但一旦發(fā)生接地故障，連接點(diǎn)的阻抗限制了短路電流，不能使斷路器動(dòng)作，而導(dǎo)致上述電弧性短路的發(fā)生。至于TT系統(tǒng)，其接地故障回路內(nèi)串有電源的接地保護(hù)和設(shè)備外殼的接地保護(hù)，兩個(gè)接地電阻造成回路本身的阻抗就很大，更易發(fā)生電弧性短路。由此可知，接地故障的回路阻抗大，使它易以電弧短路的形式出現(xiàn)，這也是單相接地短路故障容易導(dǎo)致火災(zāi)的一個(gè)重要原因。

2.電氣設(shè)備電弧性接地故障

電力線路受機(jī)械損傷而發(fā)生短路，如當(dāng)導(dǎo)線與金屬管道構(gòu)件接觸而無套管保護(hù)時(shí)，長(zhǎng)期磨擦使絕緣損壞，這種短路多為單相接地故障造成，易發(fā)生電弧性短路。通常電氣設(shè)備絕緣損壞產(chǎn)生電弧性接地故障的情況還有：導(dǎo)線和電氣設(shè)備絕緣老化；電器或電動(dòng)機(jī)的接線端子周圍絕緣因長(zhǎng)期發(fā)熱而炭化；電動(dòng)機(jī)過載而發(fā)生匝間短路；電氣設(shè)備受潮或嚴(yán)重凝露；在電氣設(shè)備中有導(dǎo)電塵埃沉積等。這類故障會(huì)引起接地電弧性短路，并釀成火災(zāi)。在這種情況下，泄漏電流產(chǎn)生的發(fā)熱功率約為60～100W，這功率如釋放在幾個(gè)平方毫米上，此時(shí)只要周圍有可燃材料就會(huì)引起火災(zāi)。

3.電氣短路接地故障

當(dāng)線路因過負(fù)荷使絕緣溫度超過最高允許工作溫度，絕緣老化加速使絕緣水平降至規(guī)定值以下，如果沒有外因觸發(fā)，短路一般還不會(huì)發(fā)生。如果有外因觸發(fā)，如雷電引起的瞬態(tài)過電壓、鄰近大功率設(shè)備的操作過電壓，以及變電所高電壓側(cè)接地故障引起的暫態(tài)過電壓等，則在此大幅值過電壓沖擊下，老化的絕緣將被擊穿而形成弧光短路。過電壓轉(zhuǎn)眼消失，工頻短路電弧卻能長(zhǎng)時(shí)間延續(xù)，這是因?yàn)殡娀〉母咦杩瓜拗屏硕搪冯娏鳎箶嗦菲鞑豢赡軇?dòng)作。這類過電壓多出現(xiàn)在帶電導(dǎo)體與地之間，所以這種短路也多為單相接地短路。

電氣短路以單相接地故障居多，電氣火災(zāi)的危險(xiǎn)則以電弧性接地為最嚴(yán)重。還需說明，接地故障回路的阻抗較大，這是形成電弧性短路的一個(gè)重要原因。不論是TN系統(tǒng)還是TT系統(tǒng)，接地故障回路的阻抗都大于帶電導(dǎo)體短路回路的阻抗。

4.電氣火災(zāi)的防護(hù)

4.1保持防火距離

電氣火災(zāi)時(shí)由電火花或電器過熱引燃周圍易燃物形成的，電氣安裝的位置應(yīng)適當(dāng)避開易燃物。

4.2保持電器、線路正常運(yùn)行

保持電器、線路正常運(yùn)行主要指保持電器和線路的電壓、電流、溫升不超過允許值，保持足夠的絕緣強(qiáng)度，保持連接或接觸良好。這樣可以避免事故火花和危險(xiǎn)溫度的出現(xiàn)，消除引起電氣火災(zāi)的根源。

4.3積極推廣應(yīng)用帶漏電保護(hù)功能的斷路器

要防止電弧性接地短路，應(yīng)大力推廣使用帶漏電保護(hù)功能的斷路器，就一般建筑而言，除線路末端裝設(shè)30mA的漏電保護(hù)器(RCD)外，進(jìn)線處應(yīng)裝設(shè)帶漏電保護(hù)功能的三相斷路器，漏電動(dòng)作電流可選300mA或500mA，帶0.15～0.3秒延時(shí)。帶漏電保護(hù)功能的斷路器其延時(shí)功能可與第二級(jí)30mA的RCD配合，實(shí)現(xiàn)選擇性保護(hù)，而且500mA以下電弧能量尚不足以引燃起火，這樣可有效消除現(xiàn)時(shí)大盤發(fā)生的電弧性接地短路引起的火災(zāi)危險(xiǎn)。

4.4經(jīng)小電阻接地的10KV電網(wǎng)，變電所應(yīng)等電位連接或者接地網(wǎng)分開設(shè)置

為防止經(jīng)小電阻接地的10KV供電網(wǎng)接地故障時(shí)過高的暫態(tài)過電壓傳導(dǎo)到低壓用戶的設(shè)備上，可以將變電所的供電系統(tǒng)保護(hù)接地和低壓系統(tǒng)的接地網(wǎng)分開設(shè)置，并且二者應(yīng)有一定的距離，使上述暫態(tài)過電壓無法由原來共用的接地網(wǎng)傳導(dǎo)到低壓用戶去。另外，也可以大大減小變電所工作接地電阻值，并調(diào)整10KV經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)的小電阻阻值，以控制10KV供電系統(tǒng)的接地短路電流在一定范圍內(nèi)，使上述暫態(tài)過電壓不致達(dá)到危險(xiǎn)值。如果變電所設(shè)在高層建筑內(nèi)，則變壓器的保護(hù)接地和低壓側(cè)的工作接地可以通過等電位聯(lián)接而共用一個(gè)接地體，即把建筑物的基礎(chǔ)鋼筋、金屬管道、電纜金屬外皮等做等電位聯(lián)接，當(dāng)變電所發(fā)生10KV接地故障時(shí)，建筑物所有金屬部分共同處于同一電位，不致引起電擊事故。因此，有等電位聯(lián)接的高層建筑低壓系統(tǒng)接地可與該變壓器、高壓柜保護(hù)接地共用接地裝置。

4.5適當(dāng)提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，確保施工質(zhì)量

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，今后會(huì)有更多的用電設(shè)備進(jìn)入家庭和寫字樓，電氣設(shè)計(jì)應(yīng)以發(fā)展的眼光選擇導(dǎo)線截面，適應(yīng)未來的需要。同時(shí)還應(yīng)充分考慮到導(dǎo)線載流量偏大問題，嚴(yán)格控制線路的長(zhǎng)度不超過允許范圍，杜絕隱患。在施工中應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)范操作，做好線路連接、大功率燈具防火、保護(hù)線路絕緣、防止中性線斷裂等工作，消除不必要的隱患。另外，我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的建筑防火設(shè)計(jì)規(guī)范、電氣施工驗(yàn)收規(guī)范等與IEC相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有一定的差距，一些電氣火災(zāi)隱患的防范在這些規(guī)范中未作具體規(guī)定，因此應(yīng)提高國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范的電氣安全水平，并制定導(dǎo)線載流量的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，以利于措施的落實(shí)。

5.結(jié)論

為防止接地短路故障引起的電氣火災(zāi)，在電源進(jìn)線處裝用帶剩余電流保護(hù)功能的斷路器和電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)是一項(xiàng)重要的防火災(zāi)措施。在進(jìn)線處安裝帶過載保護(hù)、短路保護(hù)、剩余電流保護(hù)于一體的多功能低壓斷路器和電氣火災(zāi)監(jiān)控裝置，不僅可以保護(hù)線路、保護(hù)設(shè)備，而且還可防止因接地故障引起的電氣火災(zāi)。