配電系統(tǒng)故障與防止電氣火災(zāi)

隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展和用電的不斷增長，近幾年電氣火災(zāi)次數(shù)呈上升趨勢。在配電系統(tǒng)中，良好的接地可以降低接觸電壓，防止電擊事故，但人們對接地設(shè)置不善引起的火災(zāi)危險則認(rèn)識不足。事實上，用電設(shè)備完善的保護(hù)接地措施不但對減少電擊事故、保護(hù)人身和設(shè)備安全非常重要，而且對防止電氣火災(zāi)十分重要。

一、低壓接地故障的概念及危害

低壓接地故障是指相線與地或與地有連接的導(dǎo)體之間的短路。這些導(dǎo)體包括PEN線；PE線、用電設(shè)備金屬外殼、敷設(shè)的建筑物構(gòu)件等金屬導(dǎo)體，它不包括相線與N線之間的短路，故在低壓配電系統(tǒng)中稱為接地故障以區(qū)別于一般的單相接地。如果設(shè)備外殼未作接地或接地不良，當(dāng)設(shè)備絕緣破損發(fā)生接地故障時，接地故障電流經(jīng)設(shè)備與地面的自然接觸電阻和電源的接地極電阻流向電源中性點。因自然接觸電阻很大，故障電流很小，不足以使熔斷器和低壓斷路器等電器保護(hù)動作，而使接地故障點發(fā)生的電火花或是弧得以持續(xù)存在，引燃附近易燃物，釀成火災(zāi)。接地故障的特點是平時隱患不易察覺，一旦引起火災(zāi)，往往故障是一處，起火點是另一處甚至多處，使得火災(zāi)較其他電氣火災(zāi)更嚴(yán)重。

二、接地系統(tǒng)接地形式及防火安全程度

低壓配電系統(tǒng)按系統(tǒng)的接地形式可分為如下四類，其防火安全程度不盡相同。

2.1 TN-C系統(tǒng)

如圖1所示，此系統(tǒng)保護(hù)導(dǎo)體PE線與中性線N線合二為一成PEN線，是原來最廣泛應(yīng)用的方式。但PEN線通過不對稱正常單相負(fù)荷電流及三次諧波電流時，其在PEN線上產(chǎn)生的壓降將加載在PEN線連接的用電設(shè)備外殼和線路金屬套管上。當(dāng)發(fā)生PEN線斷線或相接地短路故障時，將產(chǎn)生更高的對地故障電壓。同一系統(tǒng)的PEN線是相通的，某一處的故障電壓可沿PEN線竄至其他場所，就可能出現(xiàn)一或多處起火情況，所以仍然很不安全。

因此，在相負(fù)荷基本平衡的一般企業(yè)，無爆炸危險、火災(zāi)危險性不大、用電設(shè)備較少、用電線路簡單且安全條件較好的場所，可采用TN-C系統(tǒng)，而有爆炸、火災(zāi)危險的工業(yè)企業(yè)以及井下等特殊場所則推薦采用以下系統(tǒng)。

2．2 TN-S系統(tǒng)

如圖2所示，在此系統(tǒng)中PE線與N線是分開的，PE線不通過正常負(fù)荷電流，所以PE線和設(shè)備外殼不帶電位，只在接地故障時才帶電位。在保證接地保護(hù)動作可靠的前提下，在有爆炸危險的電氣裝置(礦井除外）的中性點設(shè)備接地系統(tǒng)中采用TN-S系統(tǒng)。因此，TN-S系統(tǒng)可用于有爆炸危險、火災(zāi)危險性較大或安全要求較高的場所，宜用于獨立附設(shè)變電站的車間。現(xiàn)在新的高層建筑及居民小區(qū)已廣泛采用此系統(tǒng)。

2．3 TT系統(tǒng)

如圖3所示，此系統(tǒng)設(shè)備金屬外殼用單獨的接地及接地極，與電源的接地?zé)o聯(lián)系，這一IT系統(tǒng)有本質(zhì)區(qū)別。正常工作時設(shè)備外殼是地電位，不可能產(chǎn)生電火花或電弧，同時各設(shè)備金屬外殼各用自己的接地極，PE線都不連通，杜絕了危險故障電壓沿PE線竄入其他地方的可能性。但當(dāng)發(fā)生接地故障時，故障電流通過設(shè)備接地極電阻和電源接地極電阻，因而故障回路阻抗較大，故障電流比TN系統(tǒng)小，需要裝設(shè)對接地故障靈敏度高的漏電保護(hù)器，這是它的缺點。隨著高靈敏漏電保護(hù)器的不斷問世，克服了過去TT系統(tǒng)保護(hù)不可靠的問題。

2．4 IT系統(tǒng)

如圖4所示，此系統(tǒng)中性點是對地絕緣的(或經(jīng)阻抗接地)，當(dāng)發(fā)生接地故障時，故障電流為非故障相的對地電容電流，故障接觸電壓不超過50V，不會產(chǎn)生電火花或電弧，故一般場所不要求切斷故障回路，只需及時消除故障回路，所以IT系統(tǒng)多用于煤礦等對防火有特殊要求的場所，但它不宜配出中性線，以避免故障無法檢查。另外，此系統(tǒng)對電壓設(shè)備耐壓要求也較高，這是它的缺點。

三、避免接地故障引起電氣火災(zāi)的措施

3.1 火災(zāi)（爆炸)危險環(huán)境接地和接零

除生產(chǎn)上有特殊要求的以外，一般環(huán)境不要求接地(或接零)的部份仍應(yīng)接地(或接零)。例如，在不良導(dǎo)電地面處，交流380V及其以下、直流440V及其以下的電氣設(shè)備正常時不帶電的金屬外殼，交流127V及其以下、直流110V及其以下的電氣設(shè)備正常時不帶電的金屬外殼，還有安裝在已接地金屬結(jié)構(gòu)上的電氣設(shè)備，以及敷設(shè)有金屬包皮且兩端已接地的電纜用的金屬構(gòu)架均應(yīng)接地(或接零)，而且所有接地(或接零)要有整體性連接。單相設(shè)備的工作零線應(yīng)與保護(hù)接地線分開，相線和工作零線均應(yīng)裝有短路保護(hù)元件，并裝設(shè)雙極開關(guān)同時操作相線和工作零線。

3．2 重復(fù)接地及等電位連接

等電位連接有總等電位連接和輔助電位連接兩種。總等電位連接是在建筑物電源進(jìn)線處將PE線、接地干線、總水管等相連接。而將用電設(shè)備與鄰近的水暖管道、建筑構(gòu)件和電氣設(shè)備外殼直接連接，形成局部的等電位為輔助等電位連接。等電位連接由于設(shè)備外殼和裝置外導(dǎo)電部分以及地面的電位同時提高，降低了接地故障時的接觸電壓，減少了因打火或電弧引起的火災(zāi)事故。

3．3 TN系統(tǒng)必須安裝牢固

就防火而言，TN系統(tǒng)的程度較差，但它的故障回路阻抗較小，故障電流大，保護(hù)電器動作靈敏簡單，所以是我國一般場所廣泛采用的接地系統(tǒng)。對于TN-C系統(tǒng)，如果PEN線不牢固，發(fā)生斷路，若斷在三相電路的主干線上，斷開點后因三相負(fù)荷不平衡，負(fù)荷中性點將偏移，造成各相電壓大幅度偏高或降低，從而損壞用電設(shè)備；若斷在單相線路上則220V相電壓將通過設(shè)備內(nèi)線組延伸到設(shè)備外殼上，造成更大的火災(zāi)和電擊危險。因此，按機械強度要求選擇導(dǎo)線截面。架空線路不應(yīng)采用單芯鋁線，而應(yīng)采用鋁絞線，其截面積應(yīng)不小于35m2，引入線截面積不小于10mm2。不論導(dǎo)線材質(zhì)，建筑物內(nèi)敷設(shè)PE(PEN)線最小截面積在套管時均為2．5mm2，不套管時均為4mm2。不論相線截面積為多少，主干線路的PEN面積不應(yīng)小于10mm2。

3．4 接地回路保護(hù)設(shè)置

(1) N系統(tǒng)中，如PEN線(TN-C系統(tǒng))或PE線(TN-S系統(tǒng))截面積過小，線路保護(hù)電器往往不能保護(hù)它。當(dāng)通過大接地故障電流時，引線可能燒至熾線以至熔斷，很容易引起火災(zāi)。故IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，為了保證PE(PEN)線短路時的熱穩(wěn)定，P≤E(PEN)線最小截面積應(yīng)如下表所示。

(2)低壓接地故障保護(hù)電器的選用：①TN系統(tǒng)。根據(jù)TN系統(tǒng)特點，TN系統(tǒng)的地故障多為金屬性短路，故障電流較大，可利用原來做過負(fù)荷保護(hù)和短路保護(hù)的過電流保護(hù)電器(如熔斷器、低壓斷路器)兼做接地故障保護(hù)；若線路較長、導(dǎo)線截面積較小，經(jīng)計算，過電流保護(hù)電器不能滿足切斷接地故障電路的時間要求時，則應(yīng)采用帶接地故障保護(hù)的斷路器或漏電保護(hù)器，此時需設(shè)置專門的PE線。②TT系統(tǒng)。TT系統(tǒng)的故障電流較小，過電流保護(hù)常難滿足靈敏度要求，因此在TT系統(tǒng)中推薦采用高靈敏度漏電保護(hù)器作為接地故障保護(hù)。③IT系統(tǒng)。如前所述，盯系統(tǒng)因中性點不引出，只需發(fā)出信號及時消除故障回路就可以保證供電的可靠性。

四、結(jié)束語

通過以上分析可以看出，因低壓接地故障引起電氣火災(zāi)是很隱蔽的，必須按要求采取措施避免因接地故障而引起火災(zāi)。另外，對每一低壓配電系統(tǒng)應(yīng)認(rèn)真計算，對這一危險的起火源給予更多的關(guān)注和防范。