工厂供配电系统中电气火灾研究与防范要点

王 晗 洪建军

（连云港沃利帕森工程技术有限公司天津分公司）

0 引言

每年全国由雷电引发的火灾事故均上百起，其中2004年竟多达上千起，雷电电压高，电流大，雷电波大量能量入侵配电系统导致电气和电缆绝缘强度不够都是引发电气火灾的众多原因。防雷措施应符合以下几点：首先，应正确设置放直击雷装置，合理的设计接闪器，做好接闪器保护范围的计算，充分利用建筑物的内部可靠导电金属装置，并根据规范尽量设置独立引下线。保证被保护装置与建筑能避免直击雷的大能量损害，一旦大能量直击，电气设备与线路的绝缘极易损坏，继而发生电气火灾，尤其是在有爆炸危险性的工厂，防直击雷闪击是避免引发户外电气设备火灾的要点之一。并且避雷引下线应尽量避免雷电反击，雷电反击能量也是造成电气设备火灾不可忽视的原因之一。其次，放雷电波入侵供配电系统也是关键点之一。防雷系统已经从过去的二维空间防雷变为三维空间放雷，由于大能量的雷电波入侵，会引发超高电压，电压甚至能达到几万或几十万伏，低压用电设备绝缘无法抵抗，同时会引发过电流放电事故，继而引发电气火灾。所以防感应雷与雷电波入侵都应成为放雷电流引发的电气火灾要点，一旦大能量雷电波入侵时，通过避雷器进行限制电压，保证电气设备绝缘在合理电压值下，及时疏导雷电流导入大地。根据防雷区域划分，合理分级设置避雷器 （浪涌保护器）是确保供电的安全性与稳定性必不可少关键设计。

1 爆炸危险环境下电气火灾的防范

根据爆炸危险区域划分，合理选择电气设备是防范爆炸危险环境下电气火灾的重点。电流流经导体必然会引起发热，根据公式W＝I2T，电阻越大，电流越大，时间越长都是热量变大的原因一旦热量聚集到危险温度在一定条件会引发火灾，在爆炸危险性环境下对导体温升要求更为严格，因为即使温度达不到火灾危险，但是仍在爆炸危险范围下，一旦爆炸，会继而引发电气火灾。所以根据工艺介质与流程，准确地划分爆炸危险区域，合理地进行电气设备选型是避免爆炸危险环境下电气火灾的重点。严格遵照爆炸危险区域的温度组别 （GB50058爆炸危险环境电力装置设计规范 表5.2.3－2 T1 450℃，T2 300℃，T3 200℃，T4 135℃T5 100℃T6 85℃）并尽量减少手持设备以及移动设备的使用也是减少电气火灾的措施之一。

同时在爆炸危险区，电缆线路选择也尤为关键。在爆炸危险区域内尽量不采用导线，因为其绝缘非常薄弱，很容易损坏，造成事故。爆炸危险区域的电缆截面应保证在正常工作电流的1.25倍以上，以减少导体的发热量，爆炸危险区域内应不使用电缆接头等。

2 电力系统短路引发的电气火灾

短路是电气设备最严重的一种故障状态，电力网中的火灾大都是由短路引起的，短路后，线路中的电流增大为正常时的数倍乃至数十倍，使温度急剧上升，如果到达周围可燃物的引燃温度，即可引发火灾。电线绝缘需具有一定耐受电压的能力，如果电线电流超过载流量，电线发热将加剧，其绝缘能力随之迅速降低，绝缘加速老化，最后导致绝缘能力丧失，被电压击穿，使金属线芯直接接触或通过电弧而导通，这称之为电弧短路。其中三相短路的危害最大，但是发生率也最低，最通常发生的是单相对地短路，但是这种短路一般在经常使用的TN接地系统中，短路电流并不是特别大，一旦断路器或者电缆配合不恰当，就会造成单相接地电流持续存在，电缆持续在大电流情况下，一旦热量聚集，最终造成绝缘损坏，电弧短路起火，引发电气火灾。所以接地故障电弧性短路故障最常见且易造成火灾危险，它是带电导体对地短路，是以电弧为通路的电弧性短路。这是因为虽然一般在电路设计中线路首端会安装有过流保护器的装置防范火灾危险，但是这种装置是以电流过载为触发点的，而接地故障电弧性短路发生的时候局部接触点似断非断，阻抗较大，电流较小，故不足以触发过流保护装置，且电弧高温将达到3000—4000℃，很容易点燃周围介质引起火灾。所以，接地性电弧短路起火具有很大的隐患性和灾难性。现在在建筑电气设计中实际应用的两种防护装置分别是：独立电气火灾防护和系统电气火灾监控系统。

第一种独立电气火灾防护是将剩余电流监测器与断路器两种设备组合到一起的一种装置。工作原理为由剩余电流监测器负责监测漏电流并记录大小，达到监测器设定值则发出信号使断路器跳闸或使蜂鸣器响进行报警；这种方式容易误报警，警报电流一般设置在100mA到500mA，设置在分配电盘的进线断路器处，起到保护后续所有出线的作用。这种剩余电流监测防护器对线路的正确接线要求较高，要求线段的PE线和N线接在正确的位置，才能起到防范功用而不会有误动作的产生。通过建立含有电弧模型的供电系统，采集大量的实际数据和实验数据进行仿真分析电弧型接地故障电弧的特征，采用剩余电流监测防护器可以有效地测量剩余电流的大小，对电路进行准确地监控比较方便实现和安装。普遍用于民用建筑和小型化工厂。这种防护系统缺点是不够智能化，基本不能实现通讯功能。

后一种是采用智能化的电气火灾监控系统。这种智能保护装置，在消防控制室设置电气火灾监控主机，内置通讯器以及处理器、控制器，并带有独立的电弧探测器，该电气火灾监控主机可以通过总线与火灾自动报警主机相连接，从而达到任意一个位置发生电气火灾情况均可实现定位报警，及时干预并且在火灾自动报警主机的显示屏上进行显示，同时也可在消防控制室进行控制。通过总线与每一个独立配电柜进行通讯连接，独立配电柜内置电压互感器、电流互感器，并且互感器都带智能通讯模块，通过CAN总线进行通讯。该方式的优点为早期即可发现电气火灾隐患，提早识别，第一时间进行措施防护，并且保护范围大，可以保护整个配电系统。特别适合应用于大型工厂与大型民用建筑。具体选型见下方国标图集指导同时对于住宅电气火灾防护系统又分为A、B、C、D四个等级。A类适用于有物业进行监管有消防设施联动的场所；B类为有有物业监管的场所；C类适用于无物业监管的建筑；D类适用于别墅。由于本文主要分析工厂的电气火灾防护系统，所以不在此多论。

图1 电气火灾探测器选型

故障电弧探测器选型表

图1 电气火灾探测器选型 （续）

3 火灾自动报警系统对于电气火灾防护的要点

对于工厂电力系统中，甲类、乙类、丙类生产厂房，甲类、乙类物品库房均应设置火灾自动报警系统。配电室内设置感烟火灾探测器，隐蔽敷设的电缆桥架内需要设置线性感温电缆 （配合线性感温控制器使用）。线性感温电缆可以在火灾未发生时，电缆温升达到设定值及时发出报警。以上探测器均作为电气火灾防护系统的一部分，都可以在电气火灾初期进行探测，并实现报警以及联动功能。使电气火灾得到早期干预，并将危害性降低到最低。

4 结束语

由于社会经济发展的快速性和现代工厂的多变性，研究更为先进的防护器和防护机理来预防和杜绝电气火灾也有更高的要求，以上的四项措施仅为工厂设计常用的电气火灾防护措施，由于个人见解不全面，仍需要时刻跟随技术变化，在工厂设计中严格遵守规范，技术上更全面地提高才能为国民基础建设增砖添瓦。