据统计,2006年全国共发生火灾235941起,死2497人,伤2506人,直接经济损失13.6亿元。其中电气火灾31380起,占火灾总数的21.9%,而在发达地区占火灾总数的31%以上,居各类火灾原因的首位。可见,电气原因引发的火灾在各类火灾中是相当突出的。多年来,电气火灾的防范工作大多只限于一般性的电气线路检查,也多少只限于“望、闻、问、切”的方法,不利于及时发现电器隐患,才造成了目前电气火灾居高不下,防不胜防的局面。
一、电气火灾着火的机理
电器火灾发生的原因很多,短路、绝缘老化、过流、接地故障、接触不良、家电或电热设备引燃可燃物等等。而短路故障是各类故障的最终故障形式。在所有电气火灾起因中占90%以上而过流负荷、接触不良、家电或电热设备这些故障在发展过程中,也会有对地泄漏电流大幅增加,因为比较小,常不足以使过电流保护设备(断路器,熔断器)动作,其隐蔽性常常最终导致火灾的发生,是危险性的,下面详细的分析一下电气火灾的引发过程和机理。
火花
↑
过流(过负荷) 接地点接触不可靠→短路→火花
散热不良 →电线及载流体发热→绝缘损坏→对地产生泄漏电流→
接触电阻增大 接地点接触可靠→接触电阻产生高温
绝缘老化 ↓
火花←火花← 短路←绝缘熔融
过流,散热不良,接触电阻增大,绝缘老化是电路载流体主要的电气故障而过流的危害,不单是负荷增加引起的,断路器过流保护的倍数设置。1.05In(1.13In)和1.3In(1.45In)标准内的过流在规定时间内返回现象的频繁出现也会加速载流体绝缘层的老化损坏。载流体的绝缘层不可能是均匀的,发热首先损坏绝缘层薄的部分,这些部分点具备接地条件时,就会形成对地泄漏电流,由于接地电阻的作用,该点的局部温度就会升高,从而进一步损坏绝缘层,使泄漏电流渐增大,如果接地点接触不可靠,当剩余电流达到200mA以上时,导体受电动力和其它外力作用跳开产品电弧火花,就会直接引燃可燃物质,如果接地点接触可靠,接触电阻使局部温度进一步升高,引起绝缘层熔融,芯线接触发生短路引起火灾。由于接地故障电流比较小,短路故障多以电弧短路的形式出现,由于电弧阻抗大,它进一步限制了故障电流,断路器短路保护无法动作,但电弧的温度却很高,2A的电弧温度克超过2000°C,0.2A的电弧能量已足以引燃易燃物0.5mA的电弧能量就可能引燃易燃物,因此从发现剩余电流入手,是有效的从根源上杜绝电气火灾的方法。
二、剩余电流的产生
剩余电流即人们俗称的漏电电流。“漏电”在国际上及其有关国家标准中通用术语是“剩余电流”,因此新的国家标准统一称“漏电”为“剩余电流”。由于历史沿革,新标准发布前开发的产品均称为“漏电保护器”。在低压配电网络中。任何一个电气设备、任何一条供电线路都或多或少存在剩余电流,故有称为泄漏剩余电流。泄漏剩余电流余电气施工工艺、施工水平、绝缘层介质和厚度,线路敷设方式,用电设备内在的供电线路形式,电气设备与线路的使用时间长短,负载类别、数量,周围的地理气候环境(温度、湿度、气压等),供电电压、电流、频率及电源污染程度等参数,以及建筑物使用性质均有直接的关系。实际工作中虽不必有十分的泄漏剩余电流值,但作为电气设计时的重要参数,亦应有一个较正确的估算参考值。设备在正常环境、正常使用状态下所产生的对地泄漏剩余电流均应称为正常的泄漏剩余电流。
低压配电线路中,电力电缆的地杂散电容是线路产生正常泄漏剩余电流的主要原因之一。对于非线性负载的用电设备,为了限制电磁干扰,抑制谐波,均配置射频干扰直接接地的滤波器,这样增加了持续的正常泄露剩余电流。电动机启动时的正常泄漏剩余电流也比较大。为防止线路上的雷电等过电压,采用压敏电阻等元件组成的限压型电泳保护器(SPD)也会产生较大的正常泄漏剩余电流。
一般来说,正常的泄漏剩余电流是不会产生火灾隐患的,如电缆的杂散电容电流的通过整个线路的耦合二传输的,绝不会在某一点产生放电电弧。而对于非线性负载产生的泄漏剩余电流等,在产品制造过程中采取了限制剩余电流的安全措施,不会产生放电电弧,真正的火灾隐患是非正常的,局部或某点发生了剩余电流(如单相接地故障),当此电流的线路与接地处没有良好接触时,则会产生放电电弧。当此剩余电流>300mA时,极易引燃周围的可燃物,形成火灾。若与接地体良好接触时,剩余电流会在导体中产生热积聚,当热量积聚到一定温度,使绝缘材料软化,直到绝缘层破坏失去绝缘作用,事故状态扩大,为电气火灾的形成创造了条件。剩余电流引发火灾的过程是渐进的,往往需要较长时间才会有量变到质变,因此剩余电流产生的电器火灾不仅隐蔽,而且不易查找,一般的电器检查是很难发现此故障的,必须安装专用的剩余电流检测动作保护装置莱进行检测防范。
三、断路器和漏电断路器为什么不能有效防预电气火灾
漏电断路器是防止人身触电事故与防止剩余电流火灾中应用最简单经济、最广泛、最有效的办法之一。漏电断路器一般采用剩余电流检测装置与断路器构成,又称漏电断路器。它的工作原理是用零序互感器通过检测相线与中性电流的相量的矢量合是否为零莱判别什邡存在剩余电流,最主要有两类产品。
1.以防止人身触电事故为目的的产品:这类产品额定电流一般小于63A,漏电动作值≤30mA,动作时间≤0.1S。对于小于30mA漏电电流的火灾事故,具有保护作用,由于漏电动作电流小,只能用于电气线路末端的保护。
2.第二类产品是为支路漏电保护设计的大容量(额定电流大于100A)漏电断路器:由于电路存在的正常泄漏剩余电流,就必须将漏电动作点设置在正常泄漏电流值之上,为防止因阴雨天气和雷击放电等突发正常泄漏电流引发的误动作,就需进一步提高漏电动作值,在很多地区均需设置在500mA以上,并要加延时动作莱房主误跳,这就无法对引发火灾的故障泄漏电流提供预防。近几年有专为消防设计的报警不脱扣漏电断路器面市,但同样不能解决渐进的漏电电流报警问题,往往在漏电流还没有达到动作值时,火灾事故就已经发生了。
漏电断路器由于不具备存储电气故障的记忆功能和显示系统电源状态的能力,更无法实时监控配电网络的运行状态,及时发现电气故障,所以不能有效防止电气火灾的发生。
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