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協(xié)會(huì)刊物
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接地故障引起電氣火災(zāi)的防護(hù) |
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時(shí)間日期：2008-7-4 已被閱讀次：[8798] |
廣東省六建集團(tuán)有限公司 吳洪英
[摘 要] GB 13955－2005《剩余電流動(dòng)作保護(hù)裝置安裝和運(yùn)行》，強(qiáng)調(diào)了安裝剩余電
流動(dòng)作保護(hù)裝置不僅對(duì)防止人身電擊事故起保護(hù)作用，而且在防止接地故障
引起的電氣火災(zāi)事故中起重要的保護(hù)作用。
[關(guān)鍵詞] 接地故障 電氣火災(zāi) 防護(hù)
GB 13955－2005《剩余電流動(dòng)作保護(hù)裝置安裝和運(yùn)行》，強(qiáng)調(diào)了安裝剩余電流動(dòng)作保護(hù)
裝置不僅對(duì)防止人身電擊事故起保護(hù)作用，而且在防止接地故障引起的電氣火災(zāi)事故中起重
要的保護(hù)作用。
標(biāo)準(zhǔn)中的引言、術(shù)語(yǔ)和定義中的3.26、分級(jí)保護(hù)中的4.4.5等處，都強(qiáng)調(diào)了安裝剩余電
流保護(hù)裝置對(duì)防止接地故障引起電氣火災(zāi)的作用，并對(duì)在建筑物內(nèi)安裝剩余電流動(dòng)作火災(zāi)監(jiān)
控裝置及動(dòng)作參數(shù)都作了明確規(guī)定，在附錄中列出了分級(jí)保護(hù)方式中安裝剩余電流動(dòng)作火災(zāi)
監(jiān)控裝置的模式圖。修訂后的標(biāo)準(zhǔn)從實(shí)際出發(fā)，提出了發(fā)生接地故障時(shí)因故障電流小，過(guò)電
流保護(hù)無(wú)法保護(hù)接地故障引起的電氣火災(zāi)，而剩余電流保護(hù)裝置正是彌補(bǔ)了這方面的不足。
1 、電氣火災(zāi)事故的多發(fā)性
近10年來(lái)，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％。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。
電氣短路的形成有兩種：一種是由導(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。
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(lái)說(shuō)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(jué)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(jué)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、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，端子處將迸發(fā)電火
花或電�。ㄑ永m(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。
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(wú)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(guò)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60～100 W，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)。
當(dāng)線路因過(guò)負(fù)荷使絕緣溫度超過(guò)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(méi)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(guò)
電壓、鄰近大功率設(shè)備的操作過(guò)電壓，以及變電所高電壓側(cè)接地故障引起的暫態(tài)過(guò)電壓等，
則在此大幅值過(guò)電壓沖擊下，老化的絕緣將被擊穿而形成弧光短路。過(guò)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(guò)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(shuō)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。
3、安裝剩余電流保護(hù)裝置和火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的必要性
一般的低壓斷路器主要針對(duì)電力線路和設(shè)備的過(guò)載和短路保護(hù)，因此其額定動(dòng)作電流較
大，而接地故障引起的接地短路電流較小，一般不足以使斷路器動(dòng)作跳閘，因此低壓斷路器
不能防止因接地故障引起的電氣火災(zāi)，而只有帶剩余電流動(dòng)作保護(hù)的斷路器，在過(guò)電流保護(hù)
裝置不動(dòng)作的情況下，能有效地切斷故障電路，防止電氣火災(zāi)。
應(yīng)用剩余電流保護(hù)裝置來(lái)防止電氣火災(zāi)，必須正確選擇額定剩余動(dòng)作電流。在IEC《火
災(zāi)保護(hù)》的有關(guān)條文中規(guī)定，在有火災(zāi)危險(xiǎn)的場(chǎng)所，要防止故障電流引起火災(zāi)，必須在線路
中裝設(shè)剩余電流保護(hù)裝置，或裝設(shè)火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，在發(fā)生接地故障時(shí)發(fā)出警報(bào)。 為防止電
弧性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。其剩余電流保護(hù)功能對(duì)建筑物的電弧性接地故障引
起的電氣火災(zāi)進(jìn)行防范。這在一些發(fā)達(dá)國(guó)家已是廣泛應(yīng)用的電氣防火技術(shù)，一些供電公司，
包括新加坡和我國(guó)香港的供電公司，為了用戶的安全用電，對(duì)不具備這一防火措施的用戶是
不予接電的。國(guó)際電工標(biāo)準(zhǔn)IEC 60364－5－53第531.2.4條規(guī)定，TT系統(tǒng)的電源進(jìn)線端必須
裝用剩余電流保護(hù)裝置。TN系統(tǒng)的電源進(jìn)線端為切斷建筑物內(nèi)的電弧性接地故障，也應(yīng)裝用
剩余電流保護(hù)裝置。我國(guó)有關(guān)的《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》，也規(guī)定每幢住宅樓的總電源進(jìn)線斷路器
，應(yīng)帶有剩余電流保護(hù)功能的明確規(guī)定。因用戶不懂得用電安全知識(shí)，又無(wú)專業(yè)電工維護(hù)管
理，住宅電氣火災(zāi)發(fā)生較多。據(jù)近年統(tǒng)計(jì)，我國(guó)住宅電氣火災(zāi)占電氣火災(zāi)總數(shù)的一半以上，
所以這一規(guī)定是十分必要的。 在進(jìn)線處安裝帶過(guò)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)。
4 、剩余電流動(dòng)作電氣火災(zāi)監(jiān)控裝置及其應(yīng)用
為防止電氣設(shè)備或線路因絕緣損壞引起電氣火災(zāi)，應(yīng)裝設(shè)當(dāng)接地故障電流（包括對(duì)地泄
漏電流）超過(guò)預(yù)定值時(shí)，能發(fā)出報(bào)警信號(hào)或自動(dòng)切斷電源的剩余電流動(dòng)作的電氣火災(zāi)監(jiān)控裝
置。安裝電氣火災(zāi)監(jiān)控裝置時(shí)，應(yīng)對(duì)建筑物內(nèi)防火區(qū)域作出合理的分布設(shè)計(jì)，確定適當(dāng)?shù)谋?
護(hù)范圍、預(yù)定的剩余電流動(dòng)作值和動(dòng)作時(shí)間，并應(yīng)滿足分級(jí)保護(hù)的動(dòng)作特性要求。
為有效地防止人身電擊和接地故障引起的火災(zāi)事故，建筑物內(nèi)應(yīng)設(shè)兩級(jí)或三級(jí)剩余電流
保護(hù)裝置。圖2所示為建筑物內(nèi)兩級(jí)或三級(jí)剩余電流保護(hù)裝置的方案。第三級(jí)保護(hù)通常為末
端回路上安裝30 mA或100 mA的一般型瞬時(shí)動(dòng)作剩余電流保護(hù)裝置，第二級(jí)為建筑物第二分
支線處安裝的延時(shí)動(dòng)作的剩余電流保護(hù)裝置，第一級(jí)保護(hù)一般安裝在第一分支線處，常選用
延時(shí)型、動(dòng)作特性可調(diào)的保護(hù)裝置或火災(zāi)監(jiān)控裝置。第二級(jí)保護(hù)的動(dòng)作特性選擇應(yīng)與第一級(jí)
和第三級(jí)協(xié)調(diào)配合，這樣，三級(jí)剩余電流保護(hù)裝置在動(dòng)作時(shí)間和動(dòng)作電流上都滿足了選擇性
要求。第一級(jí)和第二級(jí)剩余電流保護(hù)裝置是防止間接接觸電擊和接地故障引起電氣火災(zāi)的防
護(hù)，更重要的是建筑物電氣裝置內(nèi)任一處發(fā)生電弧性接地故障時(shí)，它都能有效地切斷電源，
以防止最常見(jiàn)多發(fā)性的電弧性接地火災(zāi)的發(fā)生。
強(qiáng)調(diào)電源端和分支線路上的剩余電流保護(hù)裝置，應(yīng)能滿足防止接地故障引起電氣火災(zāi)的
要求。
目前國(guó)內(nèi)的剩余電流保護(hù)裝置，已有能夠滿足防止電氣火災(zāi)要求的設(shè)備，如安裝在電源
端的能夠根據(jù)預(yù)測(cè)故障電流大小，采用報(bào)警或自動(dòng)切斷電源的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，和安裝在
分支線路上能夠?qū)﹄姎饣馂?zāi)預(yù)測(cè)、需要跳閘或報(bào)警的剩余電流保護(hù)裝置。
為防電氣火災(zāi)，強(qiáng)調(diào)采用分級(jí)保護(hù)時(shí)，電源端或分支線路上的剩余電流保護(hù)裝置應(yīng)與末
端的剩余電流保護(hù)裝置的動(dòng)作特性應(yīng)當(dāng)協(xié)調(diào)配合。一般情況下，在電源端或分支線上，應(yīng)選
用低靈敏度延時(shí)型或動(dòng)作特性可調(diào)的剩余電流保護(hù)裝置。而在末端，應(yīng)采用一般型（無(wú)延時(shí)
）的剩余電流保護(hù)裝置。在采用分級(jí)保護(hù)時(shí)，上下級(jí)剩余電流保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間差值不得
小于0.2s。
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