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低压电气火灾常见原因总结与分析

2016-11-14 09:48| 来源:电工学习网| 查看: 4076| 评论: 0

摘要: 低压系统的电气火灾是非常常见的,了解几种电气火灾的成因,对电气工作者来说,是绝对必要的。今天,我们来分析一下因短路、漏电、接触不良、过载等引发的电气火灾的成因、危害与预防。
今天,我们来分析一下因短路、漏电、接触不良、过载等引发的电气火灾的成因、危害与预防。
1.短路火灾
短路是指电力网中(或电气设备中)不同电位的导电部分直接金属性连接或经过小阻抗连接在一起。短路是引起电力系统严重故障和电气火灾的重要原因之一,低压线路、电气设备常因短路而造成电气火灾。
大多数电气线路、用电设备发生短路故障,造成短路回路电流突然剧增,产生高温或电弧,引燃线路绝缘层或短路故障处可燃物所造成的火灾称之为短路火灾。短路火灾是目前造成线路电气火灾最为严重的火灾事故。
(1)短路成因
①绝缘线路长时间受外部高温、潮湿或腐蚀等作用的影响而失去绝缘能力;
②绝缘线路使用时间过长,绝缘陈旧老化或受损,使线芯裸露;
③绝缘线路敷设过低,受碰撞、挤压致使绝缘损坏;
④绝缘线路穿墙过洞或穿越楼板未穿管保护,遭磨擦损伤绝缘;
⑤裸电线安装太低,搬运金属物件时不慎碰在电线上,线路上有金属物件或小动物跌落,发生电线之间的跨接;
⑥架空线路电线间距太小,档距过大,电线松驰,架空线与建筑物、树木距离太近,造成电线与建筑物或树木接触;
⑦电线机械强度不够,使电线断落接触大地,或断落在另一根电线上;
⑧雷击或供电电源过电压,使导线绝缘薄弱处或正常绝缘被击穿;
⑨线路过载或连接处接触不良造成线路过热导致绝缘损坏。特别是,线路常常因过负载的长期热作用积累最终引起短路发生。
(2)短路形式
在低压供电系统中,不同电位导体间非正常接触而发生短路的形式有多种,从最为常用的TN-C-S系统分析,线路短路的形式如图1所示。


图1 TN-C-S系统短路示意图▲
(3)短路火灾成因
一般情况下,短路电流可达线路安全截流量的十几倍至几十倍。同时,因接触处的接触电阻相对大,短路电流通过时所产生的高温,往往使接触点金属熔化。
(4)短路火灾危险性
按照短路时短路故障处不同电位导体之间的接触状态,短路一般又分为金属性短路和电弧性短路。
①金属性短路起火
当短路故障点处两导体接触点因短路电流高温熔化焊牢,则接触电阻很小(可忽略不计),短路回路成为金属性短路而导通,短路电流很大。金属性短路引发火灾的原因是:
a.当短路保护电器动作时间过长(如熔断器熔丝过大或断路器整定值过大或线路截面过小),短路电流在接触处产生的高温引起线路绝缘层或可燃物起火。
b.当短路保护电器失效拒动(如熔丝被不合格的铜、铝、铁丝代替,断路器失效拒动),短路电流产生的高温可使整条线路沿绝缘层燃烧,甚至使线路全长线芯烧红外露,线路所至附近的可燃物均会起火。
金属性短路由于短路回路电流很大,如短路保护装置设计、安装符合要求,一般可避免。
②电弧性短路起火
电弧能够形成导电通道,因为触头开始分离时接触处的接触面积很小,从而电流密度很大。这就会使触头金属材料强烈发热,造成电弧性短路。
电弧性短路起火的危险性远大于金属性短路起火。实际中,线路短路火灾大多为电弧性短路所引起。电弧性短路中又以接地故障电弧性短路的危害最大。
2.接触不良火灾
导线与导线,导线与配电、用电设备之间连接(包括接线端、接插件以及可动触点等)时,因接触不良(接触电阻过大),在通电回路电流作用下,致使接触处局部产生高温、电弧,引起电气线路的绝缘层、附近的可燃物质及积落的可燃粉尘着火造成的火灾称为接触不良火灾,它是线路火灾容易忽略并难以防止的一种。
(1)接触不良成因
①线路安装质量差,造成导线与导线,导线与电气设备的连接点不牢。例如:导线间采取“钩接”;连接处绝缘层剥离过短,绞、缠、压、焊导体部分过短或方式不对;
②接点由于热作用或长期振动,使接头松动;
③线路连接处有杂质,如氧化层、泥土等;
④铜铝接头的接触点处理不当。由于铜、铝膨胀系数不同,热胀冷缩产生空隙;以及电解腐蚀作用造成接触电阻过大。
(2)接触不良火灾危险性
当线路连接接触不良,接触电阻过大时,在接触处就会产生过热高温(局部高温作用),同时因为一些原因极易形成过热高温的逐步积累和恶性循环,引发线路火灾:
①连接处的金属受高温作用和氧化反应的影响,接触电阻将随温度升高逐渐增大,电阻越大,温度越高,温度越高又造成电阻越大,形成循环温度上升;
②接触处的绝缘材料受到高温高热的影响,其化学反应加剧,使材料发生热分解并产生挥发物,形成孔状碳渣,使得空气中的氧更容易渗入,进一步引起化学反应,同时吸收热量,促进材料的热分解,产生累积性的温升。
同时,两种因素还会相互作用,最终导致发热温升达到绝缘材料的自燃温度,挥发物起燃,燃烧产生的热量为材料热分解提供足够的热能而维持线路燃烧。严重时,还可使接触处的金属(线芯)熔化,直接引起线路起火。实践证明,许多线路火灾事故都是由于接触不良,绝缘材料在局部高温作用下发生自燃,或导致热击穿短路,产生电弧将其引燃所致。
接触不良而引起火灾,还由于其特殊性和隐蔽性往往被人们所忽视。
①线路上发生接触不良时,线路不会有过电流反应(实际电流反而减小),熔断器、低压断路器等等常用保护装置不可能动作,隐患将长期存在;
②线路连接接触不良引起的发热和高温,一般有一个积累过程,时间越长,发热量越多,当产生的热量大于向外传播的热量时,接触处热量就会积累,温度上升;
③由于建筑装修的需要,线路多采用暗线敷设,既容易引燃可燃装修材料,又难以检查维护。
3.漏电火灾
低压供电线路绝缘材料受外力作用和环境影响以及自然老化,失去绝缘性能,电流从线路内向外泄漏,流到建筑物、建筑物附属设施或工作物等接地物体上,在漏电路径中产生高温、电弧、电火花引起周围可燃物燃烧造成的火灾,称之为漏电火灾。
低压线路漏电引起的火灾是线路电气火灾较为特殊的和难以防止的一种,它往往又是造成线路短路、过载火灾的隐患。线路漏电引起火灾,可发生在相线、相线与中性线、相线与大地之间,但最为常见的还是线路对地(即“电气系统外接地导体”)漏电造成火灾。
(1)漏电成因
①线路使用时间过长,绝缘老化失效。
②线路受潮湿、高温、多尘、腐蚀性等恶劣环境影响绝缘降低。
③线路经常过电流运行,绝缘受热作用损坏。
④接头绝缘恢复处理不当,绝缘失效。
⑤线路绝缘受机械性损伤,如磨擦、划伤、动物啃咬等。
正常低压线路通电运行时,由于绝缘层介质特性及分布电容的影响,总存在一定的漏电流(正常漏电流)。如图2所示,其特点是漏电流沿线路均匀分布,线路每处通过微小电流,并不对线路绝缘造成损害。
当线路某处受一种或多种因素的影响造成绝缘降低或遭损坏时,与接地导体、潮湿建筑物等相接触,则发生如图3所示非正常漏电。漏电流将通过线路故障处、接地体、变压器接地中性点构成漏电回路。


图2 正常漏电流示意图▲


图3 非正常漏电流示意图▲
(2)漏电火灾危险性
非正常漏电往往由于下列情形造成电气火灾:
①漏电流在漏电回路中接触不良处局部发热产生高温造成线路绝缘或周围可燃物着火。这是因为电气系统内正常的连接点接触电阻很小,电流的正常发热不会造成过热。而漏电回路中的接触点处于非正常电气回路中,往往受到污染而显现高阻抗。
②漏电回路中存在“时断时续”的接触故障,接触处产生电弧或电火花引燃绝缘层或近处燃爆物。
③漏电故障处接触木材等不良导电体,由于微小电流的反复电化作用,形成导电通路,电流增大发热引起火灾(如木材由不定形碳转化为定形碳而成为导电体)。
④线路非正常漏电一旦形成,因漏电流相对较小,一方面,线路过流保护装置无法检测动作,另一方面对线路、设备正常使用影响很小,不易发现,但引发火灾的故障长期存在。
4.过载火灾原因
通过电气线路的电流超过其安全载流量,导致线路产生高温、引起本体或周围可燃物燃烧造成的火灾称为线路过载火灾。
线路过负载是造成线路电气火灾的又一重要因素。过载不仅能直接引起火灾,而且过载会损坏线路绝缘材料,又往往是引起线路短路、接触不良、漏电等故障的原因。
(1)过载成因
①线路设计、安装时导线截面选择过小;
②运行负荷过大;
③漏电造成线路过负荷;
④电线穿管管径过小,影响散热;
⑤谐波电流引起相线、特别是中性线过负载。
(2)过载火灾危险性
线路一般是由金属导体、绝缘层和保护层所组成。绝缘层和保护层多以含碳、氢为主的高分子有机材料构成,如聚乙烯、天然橡胶和氯丁橡胶等,具有热不稳定性,通电发热时将发生化学反应使绝缘材料老化受损。当线路连续通过电流不超过其安全载流量时,线路的温度不超过其最高允许工作温度,材料老化受损十分缓慢,一般可工作30年以上,因此对各种导线电缆的绝缘材料都规定了允许工作温度。当通过的电流超过安全载流量,就产生线路过载,温度也超过其最高允许工作温度。当过载量不大或过载时间短时,并不直接引发火灾,线路仍可运行,但绝缘层加速老化。当线路严重过载,则将引起严重过热,产生异常高温,可致使绝缘破坏并发生燃烧,及引燃线路附近的可燃物起火。
5.电气火灾的预防
(1)短路及过载火灾的预防
①设置短路保护;
②设置过载保护;
③ 当线路上气体放电灯及整流设备较多时,应考虑谐波电流对线路过载的影响,适当加大线芯截面或加装滤波器;
④安装线路、设备应由专人负责,并应严格制度,不准乱拉电线和接入过多负载;
⑤随着线路负载的发展应及时换装成容量与负载相适应的导线,或者根据生产程序和需要,对用电负载进行合理地调节,把用电的高峰时间错开,以防止线路过负载;
⑥定期用测量或计算的方法,检查线路的实际负载情况;
⑦检查线路的温度不超过允许值。
(2)接地及漏电火灾的预防
①采用过流保护电器实现接地故障保护;
②安装剩余电流(零序电流、漏电流)动作保护器(RCD)防止接地故障起火;
③实施接地故障保护等电位联接辅助措施;
④加强线路日常维护检测。尤其是RCD往往仅对相线对地漏电起保护作用,相线之间的漏电,相线与中性线之间的漏电,目前还没有有效的防护措施,所以只能靠加强线路日常维护检测加以解决。
(3)接触不良火灾的预防
接触不良主要是导线、设备连接不当引起的,因此要从导线、设备的安装连接着手预防。
①连接的基本要求:
a.导线的连接要接触紧密,稳定性好,接头电阻不大于同长度、同截面导线电阻。
b.接头要牢固,其机械强度不小于同截面导线的80%。
c.接头应耐腐蚀。铝线之间焊接时,主要是防止残余熔剂熔渣的化学腐蚀,铝与铜线连接要防止受潮、氧化及铝铜之间产生电化腐蚀(不允许铝铜混接)。
d.接头的绝缘强度与原导线一致。
②铜、铝导线中间连接和分支连接要求:
在实际安装中,2.5mm²及以下的单芯铜导线多用绞接法;4mm²的单芯铜导线可用缠绕法连接;多芯铜线多用压接或缠绕法连接。铝芯线可用铝管进行压接。铜导线和铝导线连接时,应采用铜铝过渡连接管(不允许铝铜混接)。
③导线与设备接线端子的连接要求:
10mm²以下的单股铜芯线,2.5mm²以下的多股铜芯线和单股铝芯线与电气设备的接线端子可直接连接。多股铜线宜先拧紧,搪锡后再连接。多股铝芯线和截面大于2.5mm²的多股铜芯线的终端,应焊接或压接接线端子后,再与电气设备的接线端子连接。铜芯导线之间、铜芯导线与接线端子之间使用锡焊连接时,应涂无酸焊接膏,焊锡饱满。
④ 恢复接头外绝缘的要求
绝缘导线的中间和分支接头处,应用绝缘带包缠均匀、严密,并不低于原有绝缘强度。接线端子端部与导线绝缘空隙处,应用绝缘带包缠严密。
⑤对重要线路的连接点可采取置放试温蜡片、涂试温变色漆、红外线测温等措施加以监视,常见电气接触点允许温度如下图所示。


图4 低压线路、低压电器与外部连接接线端子的允许温度值▲


图5 交流低压母线装置接触部位的允许温度值▲
⑥定期检查电气接头,及时维护。

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