近10年來,我國發(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。電氣短路一般有兩類:一是帶電導(dǎo)體(相線和中性線)間的短路,由導(dǎo)體間直接接觸,如相與相之間、相與N線之間短路,短路點往往被高溫熔焊的金屬短路,稱為金屬性短路;另一是帶電導(dǎo)體對地的短路,大都是以電弧為通路的電弧性短路。
1 電氣火災(zāi)的特點
過去普遍認(rèn)為,電氣間短路引起的火災(zāi)大多由帶電導(dǎo)體間的短路所造成,由于短路電流大,可用帶短路保護的斷路器和熔斷器來防止。實際情況并非如此,因大多數(shù)的短路火災(zāi)是由接地短路故障產(chǎn)生的電弧或電火花所引起。前者短路電流以千安計,金屬線芯產(chǎn)生高溫以至熾熱,絕緣被劇烈氧化而自燃,火災(zāi)危險甚大,但金屬性短路產(chǎn)生的大短路電流,能使斷路器瞬時動作切斷電源,火災(zāi)往往得以避免。后者因短路電流受阻抗影響,電弧長時間延續(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),又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作跳閘切斷電源,所以電弧性短路引起火災(zāi)危險遠(yuǎn)大于金屬性短路。
在接地故障回路全為金屬導(dǎo)體的TN-C-S系統(tǒng),其導(dǎo)電性能不良失去接地保護并不影響電氣設(shè)備的使用,故工作中不易發(fā)現(xiàn)。但一旦發(fā)生接地故障,由于短路電流小,不能使斷路器動作,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和設(shè)備外殼的接地保護,兩個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。由上可知,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)的一個重要原因。
電力線路受機械損傷而發(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時,長期磨擦使絕緣損壞,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;電器或電動機的接線端子周圍絕緣因長期發(fā)熱而炭化;電動機過載而發(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。這類故障會引起接地電弧性短路,并釀成火災(zāi)。
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弧光短路。過電壓轉(zhuǎn)眼消失,工頻短路電弧卻能長時間延續(xù),這是因為電弧的高阻抗限制了短路電流,使斷路器不可能動作。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)的危險則以電弧性接地為最嚴(yán)重。
2 帶剩余電流保護功能的斷路器
一般的低壓斷路器主要針對電力線路和設(shè)備的過載和短路保護,因此其額定動作電流較大,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),而只有帶剩余電流保護功能的斷路器,在過電流斷路器不動作的情況下,能有效地切斷故障電路,防止電氣火災(zāi)。
應(yīng)用剩余電流斷路器來防止電氣火災(zāi),必須正確選擇額定剩余動作電流。在有火災(zāi)危險的場所,要防止故障電流引起火災(zāi),必須在線路中裝設(shè)額定剩余動作電流不超過500 mA的剩余電流斷路器,或裝設(shè)絕緣監(jiān)察裝置,在絕緣故障時發(fā)出警報。
采用額定動作電流不超過500 mA的剩余電流斷路器,可以在出現(xiàn)引燃火災(zāi)所需的能量前,就發(fā)出警報或斷開電路排除故障。為防止電弧性接地故障引起的電氣火災(zāi),在線路上裝用帶剩余電流保護功能的斷路器是一項重要的防火災(zāi)措施。其剩余電流保護功能對建筑物的電弧性接地故障引起的電氣火災(zāi)進行防范。為切斷建筑物內(nèi)的電弧性大多接地故障,在電源進線端也應(yīng)裝用剩余電流斷路器。GB50096《住宅設(shè)計規(guī)范》,規(guī)定了每幢住宅樓的總電源進線斷路器,應(yīng)帶有剩余電流保護功能的明確規(guī)定。因多數(shù)用戶不懂得用電安全知識,又無專業(yè)電工進行維護管理,住宅電氣火災(zāi)發(fā)生較多。據(jù)近年統(tǒng)計,我國住宅電氣火災(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。
在進線處安裝帶過載保護、短路保護、剩余電流保護于一體的多功能低壓斷路器,不僅可以保護線路、保護設(shè)備,而且還可防止因接地故障引起的電氣火災(zāi)。
3 電氣火災(zāi)自動保護型斷路器
3.1 正確應(yīng)用防電氣火災(zāi)的斷路器
電氣火災(zāi)自動保護功能型斷路器是在現(xiàn)行普通剩余電流斷路器的基礎(chǔ)上,配置一個具有與外界溫度呈同步單調(diào)變化的感溫元件——熱敏電阻。斷路器內(nèi)部有相應(yīng)的電子電路相配合,當(dāng)外界環(huán)境溫度異常升高,超過了一定正常溫度值后(這個溫度值范圍定義為額定動作溫度),電子線路自動驅(qū)動電氣火災(zāi)自動保護型斷路器的主觸頭脫扣器,將斷路器負(fù)載側(cè)線路分?jǐn)?,防止?fù)載側(cè)的線路和設(shè)備發(fā)生電氣火災(zāi),并造成進一步的短路事故發(fā)生。電氣火災(zāi)自動保護功能型斷路器,在規(guī)定溫度范圍的下限以下,不論時間多長,都不會導(dǎo)致電氣火災(zāi)自動保護功能型斷路器動作,即為額定不動作溫度。額定不動作溫度,保證了電氣火災(zāi)自動保護型斷路器,不致因正常環(huán)境溫度升高或意外熱源的偶然影響而產(chǎn)生誤動作,確保其工作的可靠性。
由此可知,電氣火災(zāi)自動保護型斷路器要達(dá)到對火災(zāi)作出正確的反應(yīng),最主要的是在安裝時,要保證電氣火災(zāi)自動保護型斷路器上的熱敏元件,即火災(zāi)感測探頭,能直接感測到需要進行監(jiān)測空間的溫度變化。探頭正前方不得有影響溫度直接對其進行輻射傳遞的物體。如果電氣火災(zāi)自動保護型斷路器安裝在照明箱內(nèi),而被監(jiān)測區(qū)域的溫度變化,不能被斷路器上的火災(zāi)感溫探頭直接監(jiān)測到,則達(dá)不到實現(xiàn)火災(zāi)自動保護的作用。
3.2 防電氣火災(zāi) 斷路器主要功能
普通斷路器功能。正常用電時,對受控線路進行人工閉合和分?jǐn)嚯娫床僮鳌?
火災(zāi)自動保護功能。當(dāng)斷路器所在位置(分體型為被探頭監(jiān)測位置)一旦發(fā)生火災(zāi),環(huán)境溫度異常升高,該斷路器的感溫探頭在感測到所處環(huán)境溫度達(dá)到或超過整定溫度后,自動將受控線路電源切斷,防止火災(zāi)擴大范圍,并為滅火行動提供電氣方面的安全保障,防止滅火人員發(fā)生電擊后的二次傷害事故。
過載保護功能。當(dāng)電氣火災(zāi)自動保護型斷路器所控制的線路負(fù)荷超過額定值,發(fā)生超載時,斷路器將適時自動分?jǐn)啵袛嗍芸鼐€路的電流。防止因其發(fā)熱而引起線路火災(zāi)。
短路保護功能。當(dāng)電氣火災(zāi)自動保護斷路器所控制的線路發(fā)生意外短路事故,該斷路器將在0.2 s時間內(nèi)分?jǐn)?,切斷受控線路的電源,防止短路事故引發(fā)火災(zāi)事故。
剩余電流保護功能。當(dāng)受控線路或用電設(shè)備發(fā)生絕緣損壞,產(chǎn)生對地故障或有人員發(fā)生單相電擊事故(注:相間漏電和電擊不能保護)時,電氣火災(zāi)自動保護功能型斷路器自動切斷受控線路電源,避免對人身生命造成危害,并防止此類剩余電流引起電氣火災(zāi)的可能性。
3.3 適用場所
電氣火災(zāi)自動保護型斷路器根據(jù)其使用類別、使用方式、所控制線路的相數(shù)以及被控制對象、性質(zhì)分別按如下情況進行分類。
按使用類別分: 按使用類別可分為家用及類似場所和工業(yè)及類似場所兩大類。
家用及類似場所用:額定電流≤63A,代號為B。適用于家庭住宅、辦公室及類似場所。
工業(yè)及類似場所;額定電流≤630A,代號為M。適用于工廠、商場等用電量較大的場所。
按使用方式分:斷路器根據(jù)其使用方式可分為A、B、C三種類型。其代號和用途見表1。
按極數(shù)分:家用型有:1P+N 、2P 、 3P 、 3P+N 、4P,代號為直接按此標(biāo)注。分別用于單相、三相和三極四線電路中。工業(yè)用型有2300(2P) 3300(3P) 3N300(3P +N ) 4300(4P),代號為直接按此標(biāo)注。分別用于單相、三相和三極四線電路中。
近年來通過大量的實際應(yīng)用,帶防電氣火災(zāi)功能的斷路器,取得了很好的效果,不僅避免了電氣火災(zāi)事故,其智能化的斷路器,還能預(yù)報故障電流,真正做到早期預(yù)防事故的目的。