淺談電氣防火限流式保護器在火災預防中的應用

劉丹

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

  【摘要】近年來，電氣火災事故時有發(fā)生，尤其人員密集場所發(fā)生的電氣火災，不僅會造成重大人員傷亡和財產損失，而且還會影響社會的和諧穩(wěn)定。電氣火災事故的發(fā)生，主要是由于相關單位存在消防安全主體責任落實不到位、消防安全管理制度不健全、日常消防安全管理水平低下、員工消防安全意識淡薄等問題。對此，各相關單位需要認真開展生產作業(yè)場所尤其是人員密集場所的火災隱患排查治理，深入分析火災發(fā)生的主要原因，制定科學的防范措施。

  【關鍵詞】電氣火災；防火設計；防火安全

1電氣引燃源

電氣火災是由電氣引燃源引起的火災，電氣引燃源的主要形式包括危險溫度、電火花和電弧。

1.1危險溫度

電流通過電氣設備或線路時的發(fā)熱量與電流的平方、導體的電阻、時間成正比，如果電流產生的熱量不能及時散發(fā)出去，將導致溫度異常升高，進而引起火災。導致危險溫度的原因主要有以下6個方面：

一是短路。線路短路時的電流是正常時的數倍乃至數十倍，溫度將急劇上升。短路的原因包括：電氣設備安裝和檢修中的接線和操作錯誤，運行中的電氣設備或線路發(fā)生絕緣老化、變質、失去絕緣能力，導電性粉塵、纖維、動植物進入電氣設備內部等。

二是過載。過載的原因主要包括：電氣線路或設備設計選型不合理，或沒有考慮足夠的裕量；電氣設備或線路使用不合理，負載超過額定值或連續(xù)使用時間過長，超過線路或設備的設計能力；設備故障運行造成設備和線路過負載；電氣回路諧波能使線路電流變大而過載。

三是漏電。當漏電電流集中在某一點時，可能引起比較嚴重的局部發(fā)熱，引燃成災。

四是接觸不良。電氣線路或電氣裝置中的電路連接部位是系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)，是產生危險溫度的主要部位之一。電氣接頭連接不牢、焊接不良或接頭處夾有雜物，都會增加接觸電阻而導致接頭過熱。

五是電壓異常。電壓過高和過低均屬電壓異常。電壓過高時，會使鐵心發(fā)熱增加；電壓過低時，可能造成電動機堵轉、電磁鐵銜鐵吸合不上，使線圈電流大大增加而發(fā)熱。

六是其他原因。包括機械故障、鐵心過熱、散熱不良、電熱器具和照明器具、電磁輻射能量等。

1.2電火花和電弧

電火花是電極間的擊穿放電，電弧是大量電火花匯集而成的。電火花和電弧，不僅能引起可燃物燃燒，還能使金屬熔化、飛濺，構成危險的火源、甚至引發(fā)爆炸。電火花和電弧分為工作電火花及電弧、事故電火花及電弧。工作電火花及電弧是指電氣設備正常工作或正常操作過程中所產生的電火花，如刀開關、斷路器、接觸器、控制器接通和斷開線路時會產生電火花，插銷拔出或插入時的火花，電動機的電刷與換向器或滑環(huán)的滑動接觸處產生的電火花等。事故電火花及電弧是線路或設備發(fā)生故障時出現(xiàn)的火花，如絕緣損壞、導線斷線或連接松動導致短路或接地時產生的火花，熔絲熔斷時產生的火花等。

2典型事故原因分析

對典型火災進行系統(tǒng)安全分析，找出事故原因，有助相關單位采取針對性的預防措施。例如，2017年11月18日，位于北京市大興區(qū)西紅門鎮(zhèn)新建二村的一幢建筑發(fā)生火災，事故造成聚福緣公寓內19人死亡、8人受傷，并造成重大經濟損失。經調查，事故的直接原因是在冷庫制冷設備調試過程中，被覆蓋在聚氨酯保溫材料內為冷庫壓縮冷凝機組供電的鋁芯電纜電氣故障造成短路，引燃周圍可燃物，可燃物燃燒產生的一氧化碳等有毒有害煙氣蔓延導致人員傷亡。針對此次事故，從“人"“物"“管理"“環(huán)境"4個方面分析（如圖1所示），可以看出，“人"的問題主要包括違規(guī)操作、違章建設、安全意識不強、逃生自救能力差等；“物"的問題主要包括電纜短路，消防設計、設施及建設有缺陷，電氣保護裝置故障，保溫材料可燃等；“管理"的問題主要包括消防制度不健全、違法出租、監(jiān)督檢查不力、消防責任制不落實、應急管理不完善教育培訓不夠等；“環(huán)境"的問題主要包括通風不良、存在有毒煙氣、人員密集等。

 

圖1火災因果分析圖

3預防對策

3.1保障電氣安全設計和電氣產品安全

保障建設工程電氣安全設計和電氣產品的質量安全，是預防電氣火災的源頭。對此，各相關單位，一是要嚴格人員密集場所消防安全設計審核和驗收，嚴格電器產品及其線路施工進場檢查驗收。二是要嚴查施工單位不按設計圖紙施工、偷工減料、使用劣質電線及質量不合格電器產品等問題和隱患。三是要規(guī)范消防設施的設計和建設，配備合格的消防器材，按要求設置電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)。四是嚴格落實電器產品生產企業(yè)資質審批、認證管理，嚴厲查處無證非法生產行為和偽劣產品。五是嚴格查處電線電纜、開關插座等生產企業(yè)在絕緣材料、阻燃原料、線芯材質、線徑等方面不按標準或降低標準生產的違法行為，嚴查質量不合格電器產品在工程上使用和安裝。

3.2加強電氣設備使用安全管理

各相關單位要嚴格按照電氣設備的技術要求正確使用電氣設備，及時進行定期檢測、維護保養(yǎng)，強化電氣安全隱患排查治理，尤其對于人員密集場所來說，相關單位要嚴格排查電氣線路敷設不規(guī)范、用電負荷超額、電源插座數量不足以及未設短路保護裝置、私拉亂接電線、使用無證電器產品等問題，避免施工不規(guī)范造成電線絕緣層損壞、電纜井（溝）封堵不嚴密等隱患。對于整治難度大的電氣安全隱患，應實行掛牌督辦，限期整改。同時，各相關單位還應積極推行“智慧用電"。所謂“智慧用電"，是一種基于大數據的電氣火災隱患治理系統(tǒng)，可以實現(xiàn)電氣火災等涉電安全隱患的準確定位、準確排查。其主要是利用智能傳感終端對電氣引發(fā)火災的主要因素，如線纜溫度、電流負荷、剩余電量等進行實時監(jiān)測監(jiān)控，然后通過物聯(lián)網技術采集上傳電氣線路實時運行數據，經大數據技術分析隱患成因，并實時將隱患信息推送給用電單位和管理人員手機終端處理，監(jiān)管隱患信息并向監(jiān)管部門提供火災隱患風險評估報告，從而實現(xiàn)電氣火災隱患從發(fā)現(xiàn)、監(jiān)管到治理的閉環(huán)，減少電氣火災等涉電安全事故的發(fā)生。

3.3加強有關人員的安全教育培訓

一是各相關單位要確保電工持證上崗，并定期開展教育培訓。二是加強電氣設備管理、使用和維護等相關從業(yè)人員安全教育培訓、考核和管理工作，健全規(guī)范電氣相關資格證書的發(fā)放、考核機制，切實提高電氣從業(yè)人員的技能水平。三是監(jiān)管部門應通過多種形式開展安全用電宣傳教育，利用各類媒介宣傳涉電安全生產事故和火災事故教訓，普及安全用電常識。

3.4加強應急管理工作

各相關單位，尤其是人員密集場所的管理單位和經營單位要按照法律法規(guī)要求，制定火災或電氣火災專項應急預案，并保證其科學性、性和實用性；配備報警裝置和必要的應急救援設備、設施，注明其使用方法，并在顯著位置標明安全撤離的通道、路線，保證安全通道、出口的暢通；應定期檢測、維護報警裝置和應急救援設備、設施，使其處于良好狀態(tài)，確保正常使用。同時，各相關單位還應通過積極組織開展必要的應急演練，使工作人員掌握必要的自救、互救、急救知識。

4限流式保護器在電氣防火的應用

4.1限流式保護器的功能及應用方案

4.1.1限流式保護器的設計

電氣防火限流式保護器可克服傳統(tǒng)斷路器、空氣開關和監(jiān)控設備存在的短路電流大、切斷短路電流時間長、短路時產生的電弧火花大，以及使用壽命短等當弊端，發(fā)生短路故障時，能以微秒級速度快速限制短路電流以實現(xiàn)滅弧保護，從而能顯著減少電氣火災事故，保障使用場所人員和財產的安全。

安科瑞ASCP200-1電氣防火限流式保護器的主要元件是固態(tài)開關，不同于傳統(tǒng)家用的空氣開關（微斷）。我們知道，傳統(tǒng)空氣開關的斷開是一種機械運動過程，分斷時間需要幾十毫秒(一般30～50ms)，帶負載斷開時通常伴隨有電弧的產生。而固態(tài)開關的斷開則是依靠半導體內部的載流子運動實現(xiàn)，分斷時間微秒級，速度快，無電弧產生。

如圖1所示，當發(fā)生短路故障時，傳統(tǒng)空氣開關在電流升至C點時才能動作，且無法瞬時切斷電流，而固態(tài)開關則可以在電流升至B點時即瞬間切斷短路電流。

 

 

圖2短路故障前后電流與時間關系圖

 

從流過電阻的電流熱量公式Q=I2Rt，可以很容易看出，傳統(tǒng)空氣開關與固態(tài)開關在短路時所釋放的能量差別可以達到數千倍之多。因此當裝配限流式保護器的回路發(fā)生短路故障時，就可以避免電弧的產生，從而降低了電氣火災。

4.1.2 ASCP200-1功能特點

ASCP200-1型電氣防火限流式保護器是單相限流式保護器，較大額定電流為63A。主要功能如下:

A）短路保護功能，線路發(fā)生短路故障時，能在150微秒內實現(xiàn)快速限流保護；

B）過載保護功能，線路持續(xù)過載時，保護器限流保護；

C）表內超溫保護功能，保護器內部器件工作溫度過高時，

保護器限流保護；

D）過/欠壓保護功能，線路欠壓或過壓時，保護器告警或限流保護（可設）；

E）電纜溫度監(jiān)測功能，被測線纜溫度超過報警設定值時，保護器告警或限流保護（可設）；

F）漏電流監(jiān)測功能，線路漏電超過報警設定值時，保護器告警或限流保護（可設）；

G）通訊功能，保護器配置1路RS485接口，1路2G無線通訊，可以將數據發(fā)送到安科瑞Acrel-6000安全云平臺，或第三方監(jiān)控軟件或平臺，從而實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

4.1.3 ASCP200-1技術參數

 

4.1.4應用方案圖示

ASCP200-1型電氣防火限流式保護器建議安裝在入戶開關下端，額定電流值根據入戶開關的具體規(guī)格進行設置，典型應用示意圖如圖2所示：

 

圖3 ASCP200-1家用防火解決方案安裝示意圖

 

4.1.5使用注意事項

在選用限流式保護器時，限流式保護器的設定的額定電流應該與其前的斷路器的額定電流保持一致。例如，當限流式保護器輸入端斷路器的額定電流為32A時，應將限流式保護器的額定電流設置為32A。為保障限流式保護器的正常使用，嚴禁將其使用于與其前端斷路器的額定電流不匹配的配電線路中。

ASCP200系列采用限流式保護器采用壁掛式安裝，可以掛墻安裝，也可以安裝在箱體內，應確保安裝場所無滴水、腐蝕性化學氣體和沉淀物質，并注意環(huán)境溫度和通風散熱。

為確保可靠連接，接線時應按接線圖進行，同時為了防止接頭處接觸電阻過大而導致局部過熱，也避免因接觸不良而導致保護器工作不正常，線頭應采用合適大小的U形冷壓頭壓接后，再插入保護器相應端子上并將螺釘擰緊壓實。

保護器內部帶有交流電，嚴禁非人士擅自打開產品外殼。保護器在使用期間，若被保護線路發(fā)生短路或過載故障而被限流保護時，保護器仍處于帶電狀態(tài)，不允許隨意碰觸用電線路的金屬部分。待檢查線路，并排除故障后，長按保護器的復位按鍵約2秒鐘，使保護器恢復正常運行時。

當保護器因超溫而發(fā)生限流保護時，則可能是因為負載電流過大，環(huán)境溫度過高或通風散熱不良等原因導致，可通過加強通風等措施，等保護器溫度降下來后，再長按復位鍵，使保護器復位，恢復正常運行。

【參考文獻】

[1]謝振華，中國勞動關系學院

[2]安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2020.06版