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电气防火与低压配电系统接地故障浅析

发表时间:2014-02-09

在低压配电系统中, 良好的接地可以降低接触电压, 防止电击事故, 但人们对接地设置不善引起的电气火灾危险则认识不足。事实上, 用电设备完善的保护接地措施不但对减少电击事故、保护人身和设备安全非常重要, 而且对防止电气火灾十分重要。随着经济的快速发展和生活水平的大幅度提高,用电设备不断增多以及用电负荷的不断加大,随之因电气原因导致的电气火灾事故也在逐年攀升。

据公安部消防局《中国火灾统计年鉴》数据统计,自1993—2002年共发生电气火灾203780起,占整个火灾比例 25%。2005年1—9月统计数字,重特大火灾中因电气造成的火灾占总数的近30%。2007年因电气原因引起的火灾最多,共45703起,是1993 —2002十年间平均数量的2倍多,平均每天127起,占火灾总数的28.8%左右,尤其是在重特大火灾中,电气火灾的比例高达50%左右。

因此,电气防火,刻不容缓。

1、低压接地故障的概念及危害


低压接地故障是指相线与地或与地有连接的导体之间的短路。这些导体包括PEN 线、PE 线、用电设备金属外壳、敷设的建筑物构件等金属导体, 它不包括相线与N 线之间的短路, 故在低压配电系统中称为接地故障以区别于一般的单相接地。

如果设备外壳未作接地或接地不良, 当设备绝缘破损发生接地故障时, 接地故障电流经设备与地面的自然接触电阻和电源的接地极电阻流向电源中性点。因自然接触电阻很大, 故障电流很小, 不足以使熔断器和低压断路器等电器保护动作, 而使接地故障点发生的电火花或电弧得以持续存在, 引燃附近易燃物, 酿成火灾。

接地故障的特点是平时隐患不易察觉, 一旦引起火灾, 往往故障是一处, 起火点是另一处甚至多处, 使得火灾较其他电气火灾更严重。

2、接地系统接地形式及防火安全程度


低压配电系统按系统的接地型式可分为如下四类, 其防火安全程度不尽相同。

2.2、TN -C 系统

如图所示, 此系统PE 线与N 线合二为一成PEN 线, 是原来最广泛应用的方式。但PEN 线通过不对称正常单相负荷电流及三次谐波电流时, 其在PEN 线上产生的压降将加载在PEN 线连接的用电设备外壳和线路金属套管上。当发生PEN 线断线或相-地短路故障时, 将产生更高的对地故障电压。同一系统的PEN 线是相通的, 某一处的故障电压可沿PEN 线窜至其他场所, 就可能出现一处或多处起火的情况, 所以仍然很不安全。

低压配电系统-电气防火:TN-C




因此, 三相负荷基本平衡的一般企业可采用TN-C 系统, 而有爆炸、火灾危险的工业企业以及井下等特殊场所则推荐采用以下系统。

2.2、TN -S 系统

如图所示, 在此系统中PE 线与N 线是分开的, PE 线不通过正常负荷电流, 所以PE 线和设备外壳不带电位, 只在接地故障时才带电位。在保证接地保护动作可靠的前提下, IEC 标准推荐在有爆炸危险的电气装置(矿井除外) 的中性点设备接地系统中采用TN -S 系统。现在, 新的高层建筑及居民小区已广泛采用此系统。
低压配电系统-电气防火_TN-S


2.3、TT 系统

如图所示, 此系统设备金属外壳用单独的接地极接地, 与电源的接地无联系。正常工作时设备外壳是地电位, 不可能产生电火花或电弧, 同时各设备金属外壳各用自己的接地极, PE 线都不连通, 杜绝了危险故障电压沿PE 线窜入其他地方的可能性。但当发生接地故障时, 故障电流通过设备接地极电阻和电源接地极电阻, 因而故障回路阻抗较大, 故障电流比TN 系统小, 需要装设对接地故障灵敏度高的漏电保护器, 这是它的缺点。随着高灵敏度漏电保护器的不断问世, 克服了过去TT 系统保护不可靠的问题。

低压配电系统-电气防火:TT

2.4、IT 系统
如图所示, 此系统中性点是对地绝缘的(或经阻抗接地), 当发生接地故障时, 故障电流为非故障相的对地电容电流, 故障接触电压不超过50V , 不会产生电火花或电弧, 故一般场所不要求切断故障回路, 只需及时消除故障回路, 所以IT 系统多用于煤矿等对防火有特殊要求的场所, 但它不宜配出中性线, 以避免故障无法检查。另外, 此系统对电压设备耐压要求也较高, 这是它的缺点。
低压配电系统-电气防火_IT


3、避免接地故障引起火灾的措施


3.1、重复接地及等电位联接

等电位联接有总等电位联接和辅助等电位联接两种。总等电位联接是在建筑物电源进线处将PE 线、接地干线、总水管等相联接。而将用电设备与邻近的水暖管道、建筑构件和电气设备外壳直接联接, 形成局部的等电位为辅助等电位联接。
等电位联接由于设备外壳和装置外导电部分以及地面的电位同时提高, 降低了接地故障时的接触电压, 减少了因打火或电弧引起的火灾事故。

3.2、TN 系统必须安装牢固

就防火而言, TN 系统的安全程度较差, 但它的故障回路阻抗较小, 故障电流大, 保护电器动作灵敏简单, 所以是我国一般场所广泛采用的接地系统。对于TN-C 系统, 如果PEN 线不牢固, 发生断路, 若断在三相电路的主干线上, 断开点后因三相负荷不平衡, 负荷中性点将偏移, 造成各相电压大幅度偏高或降低, 从而损坏用电设备; 若断在单相线路上则220V 相电压将通过设备内绕组延伸到设备外壳上, 造成更大的火灾和电击危险。因此, 采用TN-C 系统时应注意线路架设要牢固, 并注意按机械强度要求选择导线截面。架空线路不应采用单芯铝线, 而应采用铝绞线,其截面积应不小于35mm2 ,引入线截面积应不小于10mm2 。不论导线材质,建筑物内敷设PE(PEN) 线,线最小截面积在套管时均为215mm2 ,不套管时均为4mm2 。不论相线截面积为多少,主干线路的PEN 载面积不应小于10mm2 。

3.3、接地回路保护设置

(1) 在TN 系统中, 如PEN 线(TN -C 系统) 或PE 线(TN-S 系统) 截面积过小, 线路保护电器往往不能保护它。当通过大接地故障电流时, 此线可能烧至炽红以至熔断, 很易引起火灾。故IEC 标准规定, 为了保证PE (PEN) 线短路时的热稳定,P ≤E (PEN) 线最小载面积应如下表所示。

(2) 低压接地故障保护电器的选用:
①TN 系统。根据TN 系统的特点, TN 系统的接地故障多为金属性短路, 故障电流较大, 可利用原来做过负荷保护和短路保护的过电流保护电器(如熔断器、低压断路器) 兼做接地故障保护; 若线路较长、导线截面积较小, 经计算, 过电流保护电器不能满足切断接地故障电路的时间要求时, 则应采用带接地故障保护的断路器或漏电保护器,此时需设置专门的PE 线。
②TT 系统。TT 系统的故障电流较小,过电流保护常难满足灵敏度要求,因此在TT 系统中推荐采用高灵敏度漏电保护器作为接地故障保护。
③IT 系统。如前所述,IT 系统因中性点不引出,只需发出信号及时消除故障回路就可以保证供电的可靠性。

4、电气防火总结


通过以上分析可以看出,因低压接地故障引起电气火灾是很隐蔽的,必须按要求采取措施避免因接地故障而引起火灾。另外,对每一低压配电系统应认真计算,对这一危险的起火源给予更多的关注和防范。火雷达电气火灾监控系统在防止电气火灾在技术上是一把利剑,在有条件的情况下推荐安装。