王璐月

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801

 

【摘要】文章分析了低壓配電系統(tǒng)短路的類型、原因及火災(zāi)危險(xiǎn)性,并提出改善措施。

【關(guān)鍵詞】:低壓配電系統(tǒng); 短路; 措施

隨著人類進(jìn)入現(xiàn)代文明社會(huì),電氣的普及深入千家萬戶,廣泛應(yīng)用于社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域但是每年因電氣而導(dǎo)致的火災(zāi)卻給國家和人民的生命財(cái)產(chǎn)帶來巨大的損失,據(jù)統(tǒng)計(jì),因低壓配電系統(tǒng)中的短路發(fā)的火災(zāi)幾乎達(dá)到了電氣火災(zāi)總數(shù)的60%以上,因此加強(qiáng)低壓配電系統(tǒng)管理,防止短路故障的發(fā)分析掌握短路的原因,合理選擇和設(shè)置短路保護(hù)裝置已成為當(dāng)前預(yù)防電氣火災(zāi)的重中之重。

短路是指電力系統(tǒng)中不同相的導(dǎo)線直接金屬性連接或經(jīng)過小阻抗連接。按短路相線多少可分三相短路、兩相短路和單相短路按供電系統(tǒng)中性點(diǎn)接地情況可分相間短路和接地短路。常見的三相四線制低壓配電系統(tǒng)是中性點(diǎn)直接接地的系統(tǒng),發(fā)生的短路多為兩相短路、單相短路。

造成短路的主要原因是電氣裝置的載流部分絕緣損壞。造成絕緣損壞主要有以下幾種情況: 

1)安裝不當(dāng):在安裝過程中,由于機(jī)械原因造成絕緣層被剝落、破抓。例如在電線穿管時(shí),由于未對(duì)管口進(jìn)行打磨處理或使用穿管器保護(hù),以致穿管時(shí)造成電線絕緣層劃破。

2)絕緣層老化:絕緣層多是采用橡膠、塑料等材料制成,長期使用,受光照、溫度的影響材料會(huì)逐步老化,斷裂。

3)過電壓:雷擊、低壓電器誤接高電壓等瞬時(shí)高電壓,容易造成絕緣層被擊穿。

 

短路對(duì)導(dǎo)體、電氣設(shè)備、電能用戶及整個(gè)電力系統(tǒng)都會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。形成火災(zāi)危險(xiǎn)的主要是短路電流的熱效應(yīng)。低壓配電系統(tǒng)短路時(shí),短路電流一般超過正常工作電流的十幾倍甚至幾十倍,可達(dá)到上萬安培,由于時(shí)間短,產(chǎn)生的熱量使導(dǎo)線和電氣設(shè)備溫度急劇上升,造成絕緣損壞引燃絕緣層和周圍可燃物嚴(yán)重時(shí),導(dǎo)體本身會(huì)被熔化,熔滴同樣會(huì)引燃可燃物,釀成火災(zāi)事故

短路的防范對(duì)策包括短路保護(hù)和短路預(yù)防兩個(gè)方面。兩者對(duì)于保證電網(wǎng)的正常運(yùn)行、 保護(hù)電氣設(shè)備都具有十分重要的作用。短路保護(hù)是為了保證電網(wǎng)或電力設(shè)備免受短路危害而在電網(wǎng)中設(shè)置熔斷器等保護(hù)性裝置,是一個(gè)電工學(xué)概念。短路預(yù)防是指為避免電力網(wǎng)中不同相線的導(dǎo)線直接金屬性連接或經(jīng)過小阻抗連接而采取的有關(guān)措施。前者是為了將短路的危害降低到較小程度,后者是為了防止短路條件的形成。

《低壓配電裝置及電路設(shè)計(jì)規(guī)范》明確規(guī)定,配電線路應(yīng)裝設(shè)短路保護(hù)器,各保是為了使線路發(fā)生故障時(shí),盡可能的縮小事故面,停電范圍限制在發(fā)生短路故障的局部區(qū)域內(nèi)常見的短路保護(hù)裝置是熔斷器和自動(dòng)空氣

2.1.1熔斷器的安裝位置及選型:熔斷器是低壓配電系統(tǒng)中運(yùn)用較為廣泛的一種短路保護(hù)裝置當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí),它具有快速熔斷,將被保護(hù)設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)隔離的特點(diǎn)熔斷器一般由熔體和熔管或熔座組成應(yīng)安裝在各級(jí)被保護(hù)設(shè)備的電源端的不接地的各相線上對(duì)兼作地線的零線,嚴(yán)禁裝設(shè)熔斷器為使配電線路按照預(yù)期的電流和預(yù)定的時(shí)間切斷,依據(jù)熔斷器保護(hù)特性曲線正確選擇適當(dāng)額定電流的熔體對(duì)低壓配電系統(tǒng)應(yīng)選擇熱慣性較小的熔體,其熔體的額定電流應(yīng)大于被保護(hù)線路的負(fù)荷計(jì)算電流,并保證出現(xiàn)正常過負(fù)荷(如電動(dòng)機(jī)起動(dòng)等)熔體不會(huì)將線路斷開同時(shí),為達(dá)到保護(hù)動(dòng)作的選擇性,各級(jí)保護(hù)之間應(yīng)有相應(yīng)的配合,一般要求上保護(hù)的熔體額定電流比大2~3級(jí),并且熔體的額定電流不應(yīng)大于電纜或穿管絕緣導(dǎo)線充許載流量的2.5倍,明敷絕緣導(dǎo)線充許載流量的1.5倍。

2.1.2自動(dòng)空氣開關(guān)的選型:自動(dòng)空氣開關(guān)按用途可分為“配電用"、“保護(hù)電動(dòng)機(jī)用"和“照明線路用"三種,目前的自動(dòng)空氣開關(guān)多由電磁脫扣器和熱脫扣器等組合而成,兼有短路、過負(fù)荷和欠壓等多種保護(hù)特性因此自動(dòng)空氣開關(guān)一般具有三個(gè)額定電流,即自動(dòng)開關(guān)的額定電流,電磁脫扣器的額定電流,熱脫扣器的額定電流在選擇時(shí)應(yīng)經(jīng)過整定計(jì)算,考慮各保護(hù)之間的配合,一般按上述順序,前者不應(yīng)小于后者,且均應(yīng)大于線路的負(fù)荷計(jì)算電流,均小于導(dǎo)線長期充許載流量當(dāng)用于低壓配電系統(tǒng)最末一級(jí)短路保護(hù)時(shí),應(yīng)盡量選用只帶瞬時(shí)或短延時(shí)過電流脫扣器的自動(dòng)空氣開關(guān)為保證自動(dòng)空氣開關(guān)的可靠動(dòng)作,還須按短路電流和導(dǎo)體充許載流量來校驗(yàn)其靈敏性,對(duì)三相四線制的低壓系統(tǒng),自動(dòng)空氣開關(guān)電磁過流脫扣器的整定電流應(yīng)小于被保護(hù)線路單相短路電流的0.5~0.67倍。同時(shí)對(duì)瞬時(shí)或短延時(shí)自動(dòng)空氣開關(guān),其整定電流應(yīng)小于導(dǎo)體充許載流量的4.5倍,對(duì)長延時(shí)自動(dòng)空氣開關(guān),其整定電流應(yīng)小于導(dǎo)體充許載流量的1.1倍。

綜上,為合理配置短路保護(hù)裝置,對(duì)熔斷器自動(dòng)空氣開關(guān)的選擇均應(yīng)綜合考慮多種因素,不能單純只考慮某一個(gè)方面,否則往往會(huì)造成短路保護(hù)裝置起不到應(yīng)有的作用。

短路預(yù)防就是采取必要的措施,防止短路條件的形成。

2.2.1科學(xué)施工防止施工中由于操作不當(dāng)造成電流載體絕緣層機(jī)械性損傷例如導(dǎo)線在穿鋼管敷設(shè)時(shí),應(yīng)將鋼管口磨鈍,或加上柔性護(hù)套,防止其切口將導(dǎo)線絕緣層劃破。

2.2.2定期檢查發(fā)現(xiàn)配電線路和電氣設(shè)備的絕緣層損壞要及時(shí)采取補(bǔ)救措施,對(duì)已老化的線路要及時(shí)更換。

2.2.3防止用電設(shè)備過負(fù)荷運(yùn)行,保持配電線路和用電設(shè)備正常的散熱條件,過負(fù)荷運(yùn)行和散熱條件不良,會(huì)導(dǎo)致配電線路及用電設(shè)備溫度上升,長期超溫運(yùn)行會(huì)加速絕緣層的老化速度,縮短使用壽命,甚至導(dǎo)致絕緣層自燃,直接引發(fā)火災(zāi)。

2.2.4加強(qiáng)檢修管理,運(yùn)行操作人員在檢修等工作中常常由于疏忽大意,致使導(dǎo)線直接金屬性跨接,造成短路事故,另外配電室等場(chǎng)所應(yīng)嚴(yán)格防止老鼠或鳥類的進(jìn)入,以免因老鼠或鳥類的跨接,造成短路事故。

3.1.1 限流式保護(hù)器的設(shè)計(jì)

電氣防火限流式保護(hù)器可有效克服傳統(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(shí)間長、短路時(shí)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(shí),能以微秒級(jí)速度快速限制短路電流以實(shí)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(chǎng)所人員和財(cái)產(chǎn)。

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(yùn)動(dòng)過程,分?jǐn)鄷r(shí)間需要幾十毫秒(一般30～50ms),帶負(fù)載斷開時(shí)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(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn),分?jǐn)鄷r(shí)間微秒級(jí),速度快,無電弧產(chǎn)生。

如圖1所示,當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí),傳統(tǒng)空氣開關(guān)在電流升至C點(diǎn)時(shí)才能動(dòng)作,且無法瞬時(shí)切斷電流,而固態(tài)開關(guān)則可以在電流升至B點(diǎn)時(shí)即瞬間切斷短路電流。

 

圖1短路故障前后電流與時(shí)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(shí)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(shí),就可以避免電弧的產(chǎn)生,從而有效降低了電氣火災(zāi)。

3.1.2 ASCP200-1功能特點(diǎn)

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(shí),能在150微秒內(nèi)實(shí)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(shí),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(shí),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(shí),保護(hù)器告警或限流保護(hù)(可設(shè));

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

F)漏電流監(jiān)測(cè)功能,線路漏電超過報(bào)警設(shè)定值時(shí),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云平臺(tái),或第三方監(jiān)控軟件或平臺(tái),從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

3.1.3 ASCP200-1技術(shù)參數(shù)

 

3.1.4 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2 ASCP200-1家用防火解決方案安裝示意圖

 

3.1.5 使用注意事項(xiàng)

在選用限流式保護(hù)器時(shí),限流式保護(hù)器的設(shè)定的額定電流應(yīng)該與其前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(shí),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(chǎng)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(shí)應(yīng)按接線圖進(jìn)行,同時(shí)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(shí)。

保護(hù)器內(nèi)部帶有交流電,嚴(yán)禁非專業(yè)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(shí),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(yùn)行時(shí)。

當(dāng)保護(hù)器因超溫而發(fā)生限流保護(hù)時(shí),則可能是因?yàn)樨?fù)載電流過大,環(huán)境溫度過高或通風(fēng)散熱等原因?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(yùn)行。