接地故障引起电气火灾的防护

 
时间日期:2008-7-4        已被阅读次:[2447]
 
广东省六建集团有限企业 吴洪英

  [摘 要] GB 13955-2005《剩余电流动作保护装置安装和运行》,强调了安装剩余电
       流动作保护装置不仅对防止人身电击事故起保护作用,而且在防止接地故障
       引起的电气火灾事故中起重要的保护作用。
  [关键词] 接地故障 电气火灾 防护

  GB 13955-2005《剩余电流动作保护装置安装和运行》,强调了安装剩余电流动作保护
装置不仅对防止人身电击事故起保护作用,而且在防止接地故障引起的电气火灾事故中起重
要的保护作用。
  标准中的引言、术语和定义中的3.26、分级保护中的4.4.5等处,都强调了安装剩余电
流保护装置对防止接地故障引起电气火灾的作用,并对在ca88物内安装剩余电流动作火灾监
控装置及动作参数都作了明确规定,在附录中列出了分级保护方式中安装剩余电流动作火灾
监控装置的模式图。修订后的标准从实际出发,提出了发生接地故障时因故障电流小,过电
流保护无法保护接地故障引起的电气火灾,而剩余电流保护装置正是弥补了这方面的不足。
1 、电气火灾事故的多发性
  近10年来,我国发生电气火灾高居火灾事故总数的首位,约占总数的30%。在电气火灾
中,电气短路引起的火灾事故又占一半以上。
  电气短路的形成有两种:一种是由导体间直接接触,如相与相之间、相与N线之间短路
,短路点往往被高温熔焊的金属短路,称为金属性短路;另一种则是带电导体对地短路,是
以电弧为通路的电弧性短路。前者短路电流以若干千安计,金属线心产生高温以至炽热,绝
缘被剧烈氧化而自燃,火灾危险甚大,但金属性短路产生的大短路电流能使断路器瞬时动作
切断电源,火灾往往得以避免。后者因短路电流受阻抗影响,电弧长时间延续,而电弧引起
的局部温度可高达3000~4000℃,很容易烤燃附近可燃物质引起火灾,但由于接地故障引起
的短路电流较小,不足以使一般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。
  2 、接地故障的危险性
  在电气线路短路引起的火灾中,接地故障电弧引起的火灾远多于带电导体间金属性短路
引起的火灾。这首先是因为电弧性接地故障发生的几率远大于带电导体间短路的几率。
  一旦发生接地故障,由它引起危险电弧的几率也远大于带电导体间产生危险电弧的几率
,这可用图1来说明。图中a、b、c和d各为相线、中性线和PE线的连接端子。a、b两端子如
连接不良或不导电,设备将不运转或运转不正常,可及时觉察予以修复,不致引发事故。但
PE线的端子c、d不导电或导电不良却不易觉察,因设备仍能照常运转,这时c、d端子的连接
不良将成为一个事故隐患而持续存在。若一旦发生图1所示碰外壳接地故障,如果c、端子不
导电,设备外壳对地带相电压而导致电击事故。如果c、d端子导电不良,端子处将迸发电火
花或电弧(延续和集中的电火花即为电弧),很易引起火灾。
  因此在接地故障回路全为金属导体的TN-C-S系统中,其导电性能不良失去接地保护时
,并不影响电气设备的正常运行,故不易发现。但一旦发生接地故障,连接点的阻抗限制了
短路电流,不能使断路器动作,而导致上述电弧性短路的发生。至于TT系统,其接地故障回
路内串有电源的接地保护和设备外壳的接地保护,两个接地电阻造成回路本身的阻抗就很大
,更易发生电弧性短路。由此可知,接地故障的回路阻抗大,使它易以电弧短路的形式出现
,这也是单相接地短路故障容易导致火灾的一个重要原因。
  电力线路受机械损伤而发生短路,如当导线与金属管道构件接触而无套管保护时,长期
磨擦使绝缘损坏,这种短路多为单相接地故障造成,易发生电弧性短路。通常电气设备绝缘
损坏产生电弧性接地故障的情况还有:导线和电气设备绝缘老化;电器或电动机的接线端子
周围绝缘因长期发热而炭化;电动机过载而发生匝间短路;电气设备受潮或严重凝露;在电
气设备中有导电尘埃沉积等。这类故障会引起接地电弧性短路,并酿成火灾。在这种情况下
,泄漏电流产生的发热功率约为60~100 W,这功率如释放在几个平方毫米上,此时只要周
围有可燃材料就会引起火灾。
  当线路因过负荷使绝缘温度超过最高允许工作温度,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,短路一般还不会发生。如果有外因触发,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形成弧光短路。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,使断路器不可能动作。
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单相接地短路。
  电气短路以单相接地故障居多,电气火灾的危险则以电弧性接地为最严重。还需说明,
接地故障回路的阻抗较大,这是形成电弧性短路的一个重要原因。不论是TN系统还是TT系统
,接地故障回路的阻抗都大于带电导体短路回路的阻抗。
  3、安装剩余电流保护装置和火灾监控系统的必要性
  一般的低压断路器主要针对电力线路和设备的过载和短路保护,因此其额定动作电流较
大,而接地故障引起的接地短路电流较小,一般不足以使断路器动作跳闸,因此低压断路器
不能防止因接地故障引起的电气火灾,而只有带剩余电流动作保护的断路器,在过电流保护
装置不动作的情况下,能有效地切断故障电路,防止电气火灾。
  应用剩余电流保护装置来防止电气火灾,必须正确选择额定剩余动作电流。在IEC《火
灾保护》的有关条文中规定,在有火灾危险的场所,要防止故障电流引起火灾,必须在线路
中装设剩余电流保护装置,或装设火灾监控系统,在发生接地故障时发出警报。 为防止电
弧性接地短路故障引起的电气火灾,在电源进线处装用带剩余电流保护功能的断路器和电气
火灾监控系统是一项重要的防火灾措施。其剩余电流保护功能对ca88物的电弧性接地故障引
起的电气火灾进行防范。这在一些发达国家已是广泛应用的电气防火技术,一些供电企业,
包括新加坡和我国香港的供电企业,为了用户的安全用电,对不具备这一防火措施的用户是
不予接电的。国际电工标准IEC 60364-5-53第531.2.4条规定,TT系统的电源进线端必须
装用剩余电流保护装置。TN系统的电源进线端为切断ca88物内的电弧性接地故障,也应装用
剩余电流保护装置。我国有关的《住宅设计规范》,也规定每幢住宅楼的总电源进线断路器
,应带有剩余电流保护功能的明确规定。因用户不懂得用电安全常识,又无专业电工维护管
理,住宅电气火灾发生较多。据近年统计,我国住宅电气火灾占电气火灾总数的一半以上,
所以这一规定是十分必要的。 在进线处安装带过载保护、短路保护、剩余电流保护于一体
的多功能低压断路器和电气火灾监控装置,不仅可以保护线路、保护设备,而且还可防止因
接地故障引起的电气火灾。
  4 、剩余电流动作电气火灾监控装置及其应用
  为防止电气设备或线路因绝缘损坏引起电气火灾,应装设当接地故障电流(包括对地泄
漏电流)超过预定值时,能发出报警信号或自动切断电源的剩余电流动作的电气火灾监控装
置。安装电气火灾监控装置时,应对ca88物内防火区域作出合理的分布设计,确定适当的保
护范围、预定的剩余电流动作值和动作时间,并应满足分级保护的动作特性要求。
  为有效地防止人身电击和接地故障引起的火灾事故,ca88物内应设两级或三级剩余电流
保护装置。图2所示为ca88物内两级或三级剩余电流保护装置的方案。第三级保护通常为末
端回路上安装30 mA或100 mA的一般型瞬时动作剩余电流保护装置,第二级为ca88物第二分
支线处安装的延时动作的剩余电流保护装置,第一级保护一般安装在第一分支线处,常选用
延时型、动作特性可调的保护装置或火灾监控装置。第二级保护的动作特性选择应与第一级
和第三级协调配合,这样,三级剩余电流保护装置在动作时间和动作电流上都满足了选择性
要求。第一级和第二级剩余电流保护装置是防止间接接触电击和接地故障引起电气火灾的防
护,更重要的是ca88物电气装置内任一处发生电弧性接地故障时,它都能有效地切断电源,
以防止最常见多发性的电弧性接地火灾的发生。
  强调电源端和分支线路上的剩余电流保护装置,应能满足防止接地故障引起电气火灾的
要求。
  目前国内的剩余电流保护装置,已有能够满足防止电气火灾要求的设备,如安装在电源
端的能够根据预测故障电流大小,采用报警或自动切断电源的电气火灾监控系统,和安装在
分支线路上能够对电气火灾预测、需要跳闸或报警的剩余电流保护装置。
  为防电气火灾,强调采用分级保护时,电源端或分支线路上的剩余电流保护装置应与末
端的剩余电流保护装置的动作特性应当协调配合。一般情况下,在电源端或分支线上,应选
用低灵敏度延时型或动作特性可调的剩余电流保护装置。而在末端,应采用一般型(无延时
)的剩余电流保护装置。在采用分级保护时,上下级剩余电流保护装置的动作时间差值不得
小于0.2s。
     
 
 
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