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剩余电流动作保护装置对电气火灾的防护作用
发布时间:2006/7/22 0:00:00   点击次数:323次
 

根据消防部门的统计,在全国的火灾事故中,电气火灾约占1/3,在电气火灾事故中由于低压线路单相接地故障,造成事故约占电气火灾事故的1/2。可见线路单相接地故障的严重性与普遍性。造成线路单相接地故障的原因是多方面的,如:

● 建筑物内的导线使用年久失修,其绝缘层老化破损。

● 建筑物内导线安装施工不规范,如导线不穿阻燃管,直接埋于墙内或置于桁架上。

● 导线施工质量粗糙,偷工减料,使用钢管穿线时钢管内壁刮伤导线绝缘层。

● 娱乐场所等公共活动场所在进行二次装修时,乱敷电线,致使各种施工遗留缺隐贴近易燃物;

● 电气设计不当,包括使用者随意增加负荷,造成导线过负荷而发热,导线绝缘层老化失效。

● 用户内部私拉乱扯线路,架设极不规范。

● 线路受自然条件影响,如导线碰树,大风吹断导线,空气潮湿导致导线绝缘水平下降等。

● 各种人为的破坏造成断线等。

1 接地故障引起电气火灾

导线单相接地故障的现象一部分是显露的,如单相断线、导线搭接接地体。而其中大部分故障现象是隐蔽的,这是因为导线的绝缘层的绝缘电阻不合格,由于绝缘电阻过大产生泄漏电流。在泄漏电流集中流入大地点(接地体)便会发生高热,一旦在流入大地点有易燃物,经高温作用便会产生燃烧。导线的泄漏电流一般为mA级,线路的过电流保护(过负荷保护和短路保护)无法动作发挥保护作用。

例如线路因过载使绝缘温度超过允许高工作温度,绝缘老化加速,使绝缘水平降至规定值以下,如果没有外因触发,短路一般不会发生。如果有外因触发,例如雷电引起的瞬态过电压,邻近大功率设备的操作过电压以及变电所高电压侧接地故障引起的暂态过电压等,则在此大幅值过电压冲击下,老化的绝缘将被击穿而燃弧短路。过电压转眼消失,工频短路电弧却能长时间延续,这是因为电弧的高阻抗限制了短路电流,使断路器不能或不及时动作。这类过电压多出现在带电导体与地之间,所以这种短路也多为接地故障。

短路的形成一般有两种,一是由导体间直接接触,短路点往往被熔焊的金属短路,另一种则是上述以电弧为通路的电弧性短路。前者短路电流以若干kA计,金属线芯产生高温以至炽热,绝缘被剧烈氧化而自燃,起火危险甚大,但大短路电流能使断路瞬时动作切断电源,火灾往往得以避免。后者因短路电弧长时间延续,而电弧局部温度可高达3000°~4000℃,容易烤燃附近可燃物质起火,由于接地故障引起的短路电流较小,不足以使断路器动作跳闸切断电源,所以电弧性短路引起火灾危险远大于金属性短路。

电气短路以接地故障居多,电弧性接地引起火灾危险性大。不论是TN系统还是TT系统,接地故障电路的阻抗都大于带电导体短路电路的阻抗。在接地故障电路全为金属导体的TN-C-S系统,其导电性能不良失去接地并不影响设备的使用,故不易发现。但一旦发生接地故障,连接点的阻抗将限制短路电流,而导致电弧性短路的发生。连接点和故障点产生电弧和电火花所引起火灾,而断路器却不能动作跳闸切断故障。至于TT系统,其接地故障电路内串联有系统接地和设备外壳的保护接地两个接地电阻,电路本身的阻抗就很大,更易发生电弧性短路。由此可见,接地故障的电路阻抗大,使它易以电弧短路的形式出现,这也是接地故障容易导致电气火灾的一个重要原因。

2 防止接地故障引起电气火灾的一般措施

2.1 为防止接地故障引起电气火灾,一般应采取下列措施:

● 认真检查线路的安装是否符合电气装置规程的要求。例如线间距离、前后支持物的距离、受损绝缘的检修等,都应符合装置的安全要求。

● 定期测量检查线路的绝缘。如果测得的线路导线间和导线对地绝缘电阻小于规定值,必须将绝缘损坏处加以处理,破损严重的导线必须更换。

● 正确选择与导线截面匹配的熔断器。严禁用其他金属导线代替熔体。

● 线路和电气设备都应在允许的负荷条件下运行,防止因长期过负荷引起绝缘损坏而发生漏电或短路。

● 经常监视线路的运行情况,如发现严重过负荷时应及时处理。

2.2 为了防止因接触电阻过大引起的接地故障火灾,可采取下列措施:

● 导线间连接时,必须执行有关规程的规定。

● 导线与各种电气设备的连接,特别是铝导线与电气设备的连接,应按有关规程的规定执行。

● 对运行中的线路和设备定期进行巡视检查,如发现接头发热或松动时应及时处理。

3 安装剩余电流动作保护装置是防止电弧性接地故障引起电气火灾的有效措施

3.1 一般的低压断路器不能作为因接地故障引起的电气火灾保护装置。因为其额定动作电流较大。而接地故障引起的接地短路电流较小,因此不能以使断路器动作跳闸。而只有带剩余电流动作保护的断路器,能够在接地故障电流小至在几个mA时。就能动作跳闸,断开故障电路,防止电气火灾。

在低压侧电源进线处装接带剩余电流保护功能的断路器是一项重要的防火灾措施,其剩余电流保护功能对全建筑物的电弧性接地故障引起火灾进行防护。这在一些发达国家已是广泛应用的电气防止火灾技术,一些供电公司,包括我国香港的供电公司,为了用户的安全用电,对不具备这一防止火灾措施的用户是不予接电的。国际电工标准IEC60364-5-53531.2.4条规定,TT系统的电源进线处必须装用剩余电流保护装置,TN系统的电源进线处,为切断全建筑物内的电弧性接地故障也应装用。我国《住宅设计规范》(GB50096)作出每幢住宅楼的总电源进线断路器应具有剩余电流保护功能的明确规定。因住户不懂得用电安全知识,又无专业电工维护管理,住宅电气火灾发生多。据近年统计,我国住宅电气火灾占全国电气火灾的一半以上,所以这一规定是十分必要的。

因此,为防止电气火灾的发生,应在低压电源进线端安装带过载保护、短路保护、剩余电流动作保护于一体的多功能低压断路器,不仅可以保护线路、保护设备、而且还可以防止因接地故障引起的电气火灾。

4 为防止电气火灾安装的剩余电流保护装置应注意的有关问题

(1) 仅在线路末端安装保护装置。一般线路干线上断路器的短路整定电流比末端电路大得多,一旦发生电弧性接地故障,干线上断路器不可能切断故障电流,起不到保护作用。因此干线上接地故障引起的电气火灾危险性更大。为此仅在末端安装剩余电流保护装置,是无法保护电气线路单相接地引起的电气火灾。只有在电气线路的进线端安装剩余电流保护装置,与末端保护形成分级保护方式,其动作特性可协调配合。才能起到保护装置既能防止人身电击事故,又能防止单相接地引起电气火灾事故。

(2) 保证接线正确,才能防止误动作。安装保护装置后,如发生不应有的跳闸,其真实原因往往不是保护装置有问题,而是线路接地有问题。例如楼内某一线段的PE线和N线接反,PE线中通过若干的中性线电流,保护装置会跳闸。又如某一相线或N线因施工不慎,绝缘损坏而故障接地,故障电流经地返回电源,也会误跳。有时现场检查结果,跳闸的原因几乎全是施工安装不善,经改正后就不再跳闸,保护装置合不上正说明它显示了故障的存在,起到了应有的保护作用。因此应下功夫排除故障,不能随意拆除保护装置。

对于大型的住宅楼,如果担心三相泄漏电流的矢量和大于500mA,也可选用更大的额定动作电流值。按IEC755产品标准和我国产品标准,优选值有0.006A0.01A0.03A0.1A1A3A5A10A20A可选用。对住宅楼而言,不宜大于1A,因为如果泄漏电流的矢量和大于1A,则该电气设计不太合理了。一般情况下,可选择800mA左右,或选择动作时间为延时型、动作电流可调整的剩余电流动作保护装置。特大住宅楼(也包括其它建筑物)的保护装置可分三级装设。但应考虑每一次保护装置的额定动作电流(IΔN)和动作时间(s)应协调配合,以保证动作的选择性。

(3) 为防止电气火灾,建议选用报警式或带自动监控的剩余电流保护装置。

对于防止单相接地短路引起的电气火灾,要求安装剩余电流超过动作值时切断电源,会造成公共秩序混乱等情况,为此采用报警式保护装置或火灾自动监控系统及时采取措施。安装防止单相接地短路故障而引起的电气火灾的报警或监控装置应根据相关场所的面积,适当划分防火区,按区域安装。

其他因停电可能造成重大经济损失及不良社会影响的电气装置或场所,亦可参照电气火灾防护,采取措施,或安装报警式或自动监控装置的剩余电流动作保护装置。如:

● 公共场所的应急电源,通道照明;

● 确保公共场所安全的设备;

● 消防设备的电源;如消防电梯、消防水泵、消防照明;

● 防盗报警电源;

● 其它不允许停电的特殊设备和场所。

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