淺談電氣防火限流式保護(hù)器在火災(zāi)預(yù)防中的應(yīng)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(zāi)事故時有發(fā)生，尤其人員密集場所發(fā)生的電氣火災(zāi)，不僅會造成重大人員傷亡和財產(chǎn)損失，而且還會影響社會的和諧穩(wěn)定。電氣火災(zāi)事故的發(fā)生，主要是由于相關(guān)單位存在消防安全主體責(zé)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(guān)單位需要認(rèn)真開展生產(chǎn)作業(yè)場所尤其是人員密集場所的火災(zāi)隱患排查治理，深入分析火災(zāi)發(fā)生的主要原因，制定科學(xué)的防范措施。

  【關(guān)鍵詞】電氣火災(zāi)；防火設(shè)計；防火安全

1電氣引燃源

電氣火災(zāi)是由電氣引燃源引起的火災(zāi)，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(shè)備或線路時的發(fā)熱量與電流的平方、導(dǎo)體的電阻、時間成正比，如果電流產(chǎn)生的熱量不能及時散發(fā)出去，將導(dǎo)致溫度異常升高，進(jìn)而引起火災(zāi)。導(dǎo)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(shù)倍乃至數(shù)十倍，溫度將急劇上升。短路的原因包括：電氣設(shè)備安裝和檢修中的接線和操作錯誤，運行中的電氣設(shè)備或線路發(fā)生絕緣老化、變質(zhì)、失去絕緣能力，導(dǎo)電性粉塵、纖維、動植物進(jìn)入電氣設(shè)備內(nèi)部等。

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

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

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(chǎn)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(dǎo)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(jī)堵轉(zhuǎn)、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(jī)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(gòu)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(shè)備正常工作或正常操作過程中所產(chǎn)生的電火花，如刀開關(guān)、斷路器、接觸器、控制器接通和斷開線路時會產(chǎn)生電火花，插銷拔出或插入時的火花，電動機(jī)的電刷與換向器或滑環(huán)的滑動接觸處產(chǎn)生的電火花等。事故電火花及電弧是線路或設(shè)備發(fā)生故障時出現(xiàn)的火花，如絕緣損壞、導(dǎo)線斷線或連接松動導(dǎo)致短路或接地時產(chǎn)生的火花，熔絲熔斷時產(chǎn)生的火花等。

2典型事故原因分析

對典型火災(zāi)進(jìn)行系統(tǒng)安全分析，找出事故原因，有助相關(guān)單位采取針對性的預(yù)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(zāi)，事故造成聚福緣公寓內(nèi)19人死亡、8人受傷，并造成重大經(jīng)濟(jì)損失。經(jīng)調(diào)查，事故的直接原因是在冷庫制冷設(shè)備調(diào)試過程中，被覆蓋在聚氨酯保溫材料內(nèi)為冷庫壓縮冷凝機(jī)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(chǎn)生的一氧化碳等有毒有害煙氣蔓延導(dǎo)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(shè)、安全意識不強(qiáng)、逃生自救能力差等；“物"的問題主要包括電纜短路，消防設(shè)計、設(shè)施及建設(shè)有缺陷，電氣保護(hù)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(zé)任制不落實、應(yīng)急管理不完善教育培訓(xùn)不夠等；“環(huán)境"的問題主要包括通風(fēng)不良、存在有毒煙氣、人員密集等。

圖1火災(zāi)因果分析圖

3預(yù)防對策

3.1保障電氣安全設(shè)計和電氣產(chǎn)品安全

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

3.2加強(qiáng)電氣設(shè)備使用安全管理

各相關(guān)單位要嚴(yán)格按照電氣設(shè)備的技術(shù)要求正確使用電氣設(shè)備，及時進(jìn)行定期檢測、維護(hù)保養(yǎng)，強(qiáng)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(guān)單位要嚴(yán)格排查電氣線路敷設(shè)不規(guī)范、用電負(fù)荷超額、電源插座數(shù)量不足以及未設(shè)短路保護(hù)裝置、私拉亂接電線、使用無證電器產(chǎn)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(yán)密等隱患。對于整治難度大的電氣安全隱患，應(yīng)實行掛牌督辦，限期整改。同時，各相關(guān)單位還應(yīng)積極推行“智慧用電"。所謂“智慧用電"，是一種基于大數(shù)據(jù)的電氣火災(zāi)隱患治理系統(tǒng)，可以實現(xiàn)電氣火災(zāi)等涉電安全隱患的準(zhǔn)確定位、準(zhǔn)確排查。其主要是利用智能傳感終端對電氣引發(fā)火災(zāi)的主要因素，如線纜溫度、電流負(fù)荷、剩余電量等進(jìn)行實時監(jiān)測監(jiān)控，然后通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)采集上傳電氣線路實時運行數(shù)據(jù)，經(jīng)大數(shù)據(jù)技術(shù)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(jī)終端處理，監(jiān)管隱患信息并向監(jiān)管部門提供火災(zāi)隱患風(fēng)險評估報告，從而實現(xiàn)電氣火災(zāi)隱患從發(fā)現(xiàn)、監(jiān)管到治理的閉環(huán)，減少電氣火災(zāi)等涉電安全事故的發(fā)生。

3.3加強(qiáng)有關(guān)人員的安全教育培訓(xùn)

一是各相關(guān)單位要確保電工持證上崗，并定期開展教育培訓(xùn)。二是加強(qiáng)電氣設(shè)備管理、使用和維護(hù)等相關(guān)從業(yè)人員安全教育培訓(xùn)、考核和管理工作，健全規(guī)范電氣相關(guān)資格證書的發(fā)放、考核機(jī)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(yīng)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(chǎn)事故和火災(zāi)事故教訓(xùn)，普及安全用電常識。

3.4加強(qiáng)應(yīng)急管理工作

各相關(guān)單位，尤其是人員密集場所的管理單位和經(jīng)營單位要按照法律法規(guī)要求，制定火災(zāi)或電氣火災(zāi)專項應(yīng)急預(yù)案，并保證其科學(xué)性、性和實用性；配備報警裝置和必要的應(yīng)急救援設(shè)備、設(shè)施，注明其使用方法，并在顯著位置標(biāo)明安全撤離的通道、路線，保證安全通道、出口的暢通；應(yīng)定期檢測、維護(hù)報警裝置和應(yīng)急救援設(shè)備、設(shè)施，使其處于良好狀態(tài)，確保正常使用。同時，各相關(guān)單位還應(yīng)通過積極組織開展必要的應(yīng)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(hù)器在電氣防火的應(yīng)用

4.1限流式保護(hù)器的功能及應(yīng)用方案

4.1.1限流式保護(hù)器的設(shè)計

電氣防火限流式保護(hù)器可克服傳統(tǒng)斷路器、空氣開關(guān)和監(jiān)控設(shè)備存在的短路電流大、切斷短路電流時間長、短路時產(chǎn)生的電弧火花大，以及使用壽命短等當(dāng)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(hù)，從而能顯著減少電氣火災(zāi)事故，保障使用場所人員和財產(chǎn)的安全。

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

如圖1所示，當(dāng)發(fā)生短路故障時，傳統(tǒng)空氣開關(guān)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(guān)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(guān)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(guān)與固態(tài)開關(guān)在短路時所釋放的能量差別可以達(dá)到數(shù)千倍之多。因此當(dāng)裝配限流式保護(hù)器的回路發(fā)生短路故障時，就可以避免電弧的產(chǎn)生，從而降低了電氣火災(zāi)。

4.1.2 ASCP200-1功能特點

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

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

B）過載保護(hù)功能，線路持續(xù)過載時，保護(hù)器限流保護(hù)；

C）表內(nèi)超溫保護(hù)功能，保護(hù)器內(nèi)部器件工作溫度過高時，

保護(hù)器限流保護(hù)；

D）過/欠壓保護(hù)功能，線路欠壓或過壓時，保護(hù)器告警或限流保護(hù)（可設(shè)）；

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

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

G）通訊功能，保護(hù)器配置1路RS485接口，1路2G無線通訊，可以將數(shù)據(jù)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(yuǎn)程監(jiān)控。

4.1.3 ASCP200-1技術(shù)參數(shù)

4.1.4應(yīng)用方案圖示

ASCP200-1型電氣防火限流式保護(hù)器建議安裝在入戶開關(guān)下端，額定電流值根據(jù)入戶開關(guān)的具體規(guī)格進(jìn)行設(shè)置，典型應(yīng)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(hù)器時，限流式保護(hù)器的設(shè)定的額定電流應(yīng)該與其前的斷路器的額定電流保持一致。例如，當(dāng)限流式保護(hù)器輸入端斷路器的額定電流為32A時，應(yīng)將限流式保護(hù)器的額定電流設(shè)置為32A。為保障限流式保護(hù)器的正常使用，嚴(yán)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(hù)器采用壁掛式安裝，可以掛墻安裝，也可以安裝在箱體內(nèi)，應(yīng)確保安裝場所無滴水、腐蝕性化學(xué)氣體和沉淀物質(zhì)，并注意環(huán)境溫度和通風(fēng)散熱。

為確?？煽窟B接，接線時應(yīng)按接線圖進(jìn)行，同時為了防止接頭處接觸電阻過大而導(dǎo)致局部過熱，也避免因接觸不良而導(dǎo)致保護(hù)器工作不正常，線頭應(yīng)采用合適大小的U形冷壓頭壓接后，再插入保護(hù)器相應(yīng)端子上并將螺釘擰緊壓實。

保護(hù)器內(nèi)部帶有交流電，嚴(yán)禁非人士擅自打開產(chǎn)品外殼。保護(hù)器在使用期間，若被保護(hù)線路發(fā)生短路或過載故障而被限流保護(hù)時，保護(hù)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(hù)器的復(fù)位按鍵約2秒鐘，使保護(hù)器恢復(fù)正常運行時。

當(dāng)保護(hù)器因超溫而發(fā)生限流保護(hù)時，則可能是因為負(fù)載電流過大，環(huán)境溫度過高或通風(fēng)散熱不良等原因?qū)е?，可通過加強(qiáng)通風(fēng)等措施，等保護(hù)器溫度降下來后，再長按復(fù)位鍵，使保護(hù)器復(fù)位，恢復(fù)正常運行。

【參考文獻(xiàn)】

[1]謝振華，中國勞動關(guān)系學(xué)院

[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2020.06版