會展建筑電氣接地故障風險的識別與應對措施

王 磊

(清華大學建筑設計研究院有限公司，北京 100084)

會展建筑電氣接地故障風險的識別與應對措施

王 磊

(清華大學建筑設計研究院有限公司，北京 100084)

通過對會展建筑的建筑特征和功能特性進行分析，運用風險管理的方法對電氣接地故障引發(fā)的電氣安全風險進行識別、評估和處理，并以此為依據，對會展建筑的電氣設計和運維管理提出了建議。

會展建筑 電氣接地故障 風險管理

0 引言

近年來，隨著我國經濟和科技水平的不斷進步，以會議和展覽為代表的會展經濟以每年超20%的遞增速度飛速發(fā)展，對區(qū)域經濟的發(fā)展也起到了巨大的推動作用。但是，隨著會展建筑的數量和單體體量的加大，伴隨的各類風險程度也逐漸加劇。以火災為例，空間高大、人員密集的會展建筑一旦失火，極有可能造成嚴重后果。根據消防部門的統(tǒng)計，在全國的火災事故中，電氣火災約占30%，而電氣接地故障電弧引發(fā)的事故約占電氣火災事故的50%。此外，電氣接地故障還會造成人員觸電、非正常供電、電壓波動等后果。

控制接地故障風險最有效的手段之一就是風險管理。通常，風險管理流程包含風險識別與分析、風險評價、風險處理、監(jiān)管和溝通幾個步驟。

在電氣設計中，如果將風險管理的方法應用到建筑電氣設計中，可以幫助設計師全面和系統(tǒng)地分析問題，并有效地解決問題。故本文就以電氣接地故障為例說明如何利用風險管理的方法應對會展建筑的電氣安全風險。

1 會展建筑電氣安全風險的識別與分析

根據風險管理理論，要減少損失，首先要識別風險，即在特定背景下判斷風險發(fā)生的可能性與后果的嚴重程度，從成因和結果對風險進行分析量化，然后對從原因到結果的所有路徑加以控制，達到風險管理的目的。對于電氣接地故障風險，同樣可采用這一流程進行分析。

在進行風險識別和分析時，本文采用定性的枚舉法分析會展建筑和接地故障的特點，并綜合兩者，再判別出會展建筑的電氣接地故障風險存在于哪些環(huán)節(jié)。

1.1會展建筑的安全風險特點

會展建筑的本體功能是適應各種會議和展覽，其存在的安全風險主要有以下幾點。

1)由于展會內容的不同，參展商都會根據自己的需求在會展建筑內搭建各自的展臺，布展階段更像是會展建筑施工階段的延續(xù)，“施工過程”在會展建筑的全生命期中始終存在。

不同于建筑施工有明確的法律、規(guī)章、制度進行約束，持續(xù)時間只有幾天甚至幾小時的展臺施工在監(jiān)管、審查上存在極大的漏洞，布展施工人員水平參差不齊，存在很大的施工質量風險。

2)展會期間不僅人員數量較多，而且人員構成復雜，除了會展的工作人員外，參展商、參觀者、服務供應商都會隨著展會內容的不同而變化，他們中的很多人對場地和環(huán)境不熟悉，一旦發(fā)生緊急事故，存在無法快速、有效疏散人員的風險。

3)參展的各類設備和材料由參展商提供，其電氣安全性不易控制，存在安全風險。

4)會展建筑需要提供大規(guī)模會議和展示的空間，因此通常采用高大、開敞、靈活的建筑形式，現(xiàn)有的火災探測方式報警延時較大，且容易發(fā)生誤報和漏報。

5)展會期間情況復雜，不易迅速發(fā)現(xiàn)和解決問題，可能導致問題的程度和范圍加大。

6)從經濟狀況分析，會展運營部門會針對展覽的順利進行簽訂相關的合同和協(xié)議，某些斷電故障可能導致索賠發(fā)生。

總之，會展建筑是永不竣工的工程，而變化的過程必然帶來不斷變化的風險。

1.2會展建筑的電氣接地故障特點

單相接地故障通常是由導體的絕緣損壞或錯誤接線導致的，常見的接地故障一般為各種因素導致的配電回路中導體絕緣損壞或接線故障。

接地故障發(fā)生后，接地故障電壓和接地電流會隨之產生，如果接地故障后觸發(fā)保護裝置動作會造成非正常斷電(如未切斷故障電流可能造成間接電擊的人員觸電事故)以及引起電網的電壓波動。

會展建筑與接地故障有關的電氣風險有如下特點。

1)大量使用便攜、移動設備

供電電纜和設備宜受損，絕緣損壞后存在觸電、斷電、火災等風險。

2)電氣連接點多

由于展位箱后配電設備由運營商提供，展位設備又為臨時裝設，導致展廳內存在大量插頭、插座、端子排等。這些節(jié)點的不可靠連接可能導致發(fā)熱和電弧，存在觸電、斷電和火災等風險。

3)誤操作風險

由于展會期間人員構成復雜，非電氣人員的誤操作、錯誤接線發(fā)生幾率高，存在人員觸電和非正常斷電等風險。

4)由于會展建筑為人員密集場所，因此，電氣安全風險的后果相對于其他公共建筑更加嚴重。

1.3接地故障風險的分析

在分析了會展建筑的特點、電氣安全的風險以及接地故障的特點后，就需要針對性地采取相應的手段去減少和消除風險的發(fā)生并降低風險后果的不利影響。

在風險管理理論中，由不利的后果推出故障原因的方法稱為“故障樹分析法”，通過事故去總結可能發(fā)生的不利后果的方法稱為“事故樹分析法”，將故障樹和事故樹分析法結合在一起稱為“蝴蝶結分析法”。圖1就是將接地故障的成因和后果以故障樹和事故樹的方式表達的示例。

圖1 接地故障的蝴蝶結分析法

由圖1可以看出，配電設備的損壞、導體絕緣的損壞、接線錯誤和用電設備損壞是造成接地故障的主要原因，以故障樹的方式表示；當發(fā)生接地故障時，可能引起的不利后果包括人員觸電、電氣火災、非正常斷電和電壓波動，以事故樹的方式表達；而二者結合后形成了完整的接地故障的蝴蝶結分析圖，進而全面、系統(tǒng)地表示了與接地故障有關的成因與結果。

因此，要減少電氣接地故障，在成因上要減少絕緣損壞和誤操作，對后果的限制主要在于防止電弧和接觸電壓的產生。

2 會展建筑電氣接地故障的風險規(guī)避

在分析了接地故障的成因和結果后，如何在電氣設計、施工安裝和運行維護中采取相應措施去規(guī)避風險并降低不利后果影響是風險管理關注的重點。

根據圖1，切斷故障樹中接地故障成因的路徑是風險管理措施中的防范控制手段。當所有的路徑都被截斷后，接地故障就不會發(fā)生；而切斷事故樹中導致后果的路徑則可以防止不利后果的發(fā)生。

切斷成因和防止后果所采取的手段在風險管理理論中主要有以下四種，其優(yōu)先級從高到低分別是：消除、替換、隔離和管理。

1)消除：從根本上阻止風險的發(fā)生，徹底消除或中止造成危險的根源，是風險管理中首選的手段。例如在布展施工中采用氣動工具替代電動工具，就可以防止電氣接地故障的發(fā)生。

2)替換：用危害更小的方式替換原有的方式。如采用適用于移動設備的橡皮電纜或采用機械強度更高的鎧裝電纜替代普通導線或電纜，可以減少物損造成的絕緣損壞，從而降低接地故障發(fā)生的幾率。

3)隔離：采用防護手段將風險與受害環(huán)節(jié)分開。將帶電部分置于伸臂范圍之外是典型的隔離手段。

4)管理：運用程序和制度防止風險的發(fā)生。

在圖1的任意成因到后果之間的路徑都可以采用上述四種方法中的一種或多種的組合對風險進行管理。因此，在圖1的基礎上，逐條分析就形成了圖2，即針對接地故障的風險管理的處置圖。

圖2 接地故障的風險管理的處置圖

對于會展建筑的設計師、運營人員、參展商來說，可以參照圖2逐條制訂符合各自需求的風險管控策略，若這些策略均被實施，即可以為在此認知范圍內，風險被消除或控制到可接受的范圍之內。分析表格中的措施，體現(xiàn)到電氣設計中，安全、可靠和合理的設計是減少接地故障的關鍵，主要包括以下幾個方面。

1)合理選擇布線系統(tǒng)，采用滿足環(huán)境要求的封閉式絕緣母線或鎧裝電纜，有利于防止絕緣的破損。

2)合理設置配電系統(tǒng)的連接點，首先減少配電系統(tǒng)中連接點的數量，特別是臨時連接點的數量。當必需使用連接點時，采用滿足標準的端子箱和工業(yè)連接器，保證展位中采用合規(guī)的插頭和插座，防止連接點因接觸不良導致的電弧和溫升。

3)設置完善的接地設施，展溝內設置接地干線，為展位的接地提供條件，展廳運營中也要發(fā)揮監(jiān)管職能，對于可能存在接地故障風險的場所要求參展商設置局部等電位聯(lián)結，減少接地電位差，減輕接地故障的不良影響。

4)合理設置剩余電流保護裝置(RCD)，對于手持和移動設備設置30mA動作電流RCD。但在展廳電氣設計中，干線和展位箱內慎用脫扣型RCD，因為展臺配電支路的正常泄漏電流會在干線疊加，可能造成干線RCD在非接地故障時誤動作。

此外，干線RCD與參展商配電箱內的RCD很難形成選擇性保護，一旦用戶端出現(xiàn)接地故障，RCD可能發(fā)生越級脫扣。而展位箱在展溝內安裝，如果布展時展臺壓占了展溝蓋板，可能影響RCD的及時復位，造成復電延遲。展廳配電干線和展位箱通常在保護良好的展溝內敷設，屬于固定安裝設備，受損的概率較小，可以采用電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控其絕緣水平。

總之，在運營商與參展商的合同中應明確展臺的移動設備由參展商配電箱內的RCD保護，運營商也應盡到監(jiān)管職責，保證參展商的RCD安裝到位，起到有效的保護作用。

5)應設置剩余電流監(jiān)控系統(tǒng)。此系統(tǒng)可以實時監(jiān)控配電回路中剩余電流的數值，協(xié)助運維人員提前發(fā)現(xiàn)接地問題，并屏蔽某些存在諧波回路的大型設備造成的較大泄漏電流引起的誤動作。

筆者曾對某汽車展展臺進行測試，由于安裝了調光設備和大容量功放，設備運行時此展臺電源端的單相泄漏電流達1 150mA，而調光和功放設備不工作時的剩余電流僅2.7mA。如不考慮雜散電流的干擾因素，系統(tǒng)的電氣安全風險尚在可控范圍內，鑒于現(xiàn)階段會展行業(yè)中對于參展商提供的設備的泄漏電流限值標準未達成共識，同時也不宜僅通過RCD脫扣來切斷某些設備的電源，因此通過設置剩余電流監(jiān)控系統(tǒng)對運行的設備進行監(jiān)控，保證其在安全的前提下運行更為適合。

6)合理設置配電設備。在故障樹中，配電設備的損壞和誤操作也是導致接地故障的重要原因。電氣設計中，將電氣設備安裝到專用的電氣間，防止無關人員隨意觸碰，既減少了設備受損和誤操作的概率，也減少了接地故障發(fā)生后因人員接觸導致受傷的可能。

上述6項措施中1)～5)均為消除措施，4)和6)為隔離措施，5)同時也屬于監(jiān)管措施。而且，除上述6項措施外，會展建筑中防止接地故障風險的手段還包括采用隔離變壓器為設備供電、采用氣動工具和動力源、指定完善的設備日常維護要求和應急預案等。

風險是不斷變化的，風險管理也貫穿在項目的整個生命周期中，風險管理要求持續(xù)的監(jiān)控、審查與改進。對會展建筑設計、使用過程中的接地問題、事故、案例在圖2的基礎上進行審查、總結，不斷改進和完善相應措施，就可以更加有效地控制接地風險。

3 結束語

雖然會展建筑的接地故障風險高于其他公共建筑，但是只要充分考慮到電氣設計、施工、運維的各個環(huán)節(jié)，利用風險管理是能夠將接地故障的風險有效限制在可控范圍之內的。

風險管理是一種方法論，本文介紹的接地故障風險的分析過程同理可以推廣到電氣短路故障風險、電氣過載故障風險、雷電風險等涉及建筑電氣安全的其他領域。

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IdentificationandSolutionsforEarthFaultRiskinConferenceandExhibitionBuildings

Wang Lei

Based on the analysis of the characteristics of conference and exhibition buildings, the electrical safety risks of earth fault are recognized, evaluated and handled by ways of risk management. Suggestions for electrical design and operation are given according to the conclusion.

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