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探討接地故障引起電氣火災(zāi)的防護(hù)措施階段
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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?。?,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?,使斷路器不可能?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。
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)。
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