建筑電氣短路火災的分析與預防
隨著科技的發展和人們對生活、工作環境要求的逐步提高，電氣系統與建筑廣泛結合，建筑電氣系統也愈加復雜。建筑物是人員聚集、財富集中的場所，一旦發生 火災，極易造成大量人員傷亡和巨大的財產損失。分析國內外電氣火災案例及統計數據發現，電氣火災絕大多數為民用建筑或工業建筑電氣火災。如2005年6月 10日發生在廣東省汕頭市華南賓館的特大火災，造成31人死亡、21人受傷。經國務院調查組專家對火災現場的認真清理和反復勘查認定，火災的直接原因是華 南賓館二層南區金陵包廂門前吊頂上部電線短路故障引燃周圍可燃物引起。在建筑電氣火災中，由于電氣短路起火約占電氣火災的50%，所以防治短路起火是預防 電氣火災的重點。1 短路及其火災危害
短路是引起電力系統嚴重故障和電氣火災的重要原因之一。所謂短路，是指電力網中（或電氣設備中） 不同相的導線直接金屬性連接或經過小阻抗連接在一起。線路發生短路時，線路中電流將增加到正常工作電流的幾倍甚至幾十倍，使設備溫度急劇上升，尤其是連接 部分接觸電阻大處，如果溫度達到可燃物的熱點，即會引起燃燒。短路時，在短路點或導線連接松弛的電氣接頭處，會產生電弧或火花。電弧溫度很高，可達 6000℃以上，不但可引燃它本身的絕緣材料，還可以將它附近的可燃材料、蒸汽和粉塵引燃造成火災。所以，必須采取有效措施防止發生短路、發生短路后應以 最快的速度切除故障，以保證線路安全。
2 短路的原因
電氣線路短路主要有兩個原因：一個原因是線路受機械損傷導致絕緣破損而短路：另一原因是線路因過熱、水侵、長霉、日曬等導致絕緣水平下降，受過電壓之類的外因觸發而短路。其中尤以線路過載引起過熱而導致短路最為常見，筆者就過載引起的短路作一些介紹。
2.1 過載
過載是指電氣設備或導線的功率和電流超過了其額定值。造成過載的原因有以下幾個方面：一是設計、安裝時選型不正確，使電氣設備的額定容量小于實際負載容量：二是設備或導線隨意裝接，增加負荷，造成超載運行；三是檢修、維護不及時，使設備或導線長期處于帶病運行狀態。
線路過載時，如所帶用電器具過多、電動機軸負載太大等，其過載電流不過是線路載流量的幾倍，線路溫度的升高并不一定引燃可燃物起火。但過載 可使絕緣劣化加速以致失效，最后過載轉化為短路、而短路電流可達線路載流量的幾百倍以至上千倍，短路的異常高溫足以引燃可燃物起火。因此過載的后果是短 路，短路是起火的直接原因，兩者既有聯系又有區別。但在建筑電氣設計中必須像重視短路防護一樣重視過載防護，以避免過載轉化為短路而起火。
2.2 諧波電流
由于電氣技術的發展，非線性負荷的電氣設備日益增多，如電視機、計算機、微波爐等。這類設備的負荷電流含有多次諧波電流，由于奇數倍諧波在 中性線內不是互相抵消，而是互相疊加的，疊加后的電流最大可接近相線電流的兩倍，會使電氣線路特別是中性線過載發熱，加速絕緣老化繼而產生短路起火。
一個三相四線回路，每相都帶有相同的基波（50Hz）和三次諧波（150Hz）電流。基波電流在中性線互相抵消而為零，但三次諧波電流卻因 相位相同而疊加，視其含量多少其值可接近或超過相線電流。三次奇數倍數諧波電流也疊加。因此我國有關設計規范規定，在某些諧波電流含量大的情況下，中性線 截面應不小于相線截面，甚至不小于兩倍相線截面。
現在我國有些電氣設計人員尚未充分認識和重視諧波電流的起火危險，仍然按老規矩將諧波電流大的電氣回路的中性線截面取為相線的1/2以至1/3，這必然導致線路大幅度過載和線路絕緣水平的急劇下降。
在諧波電流作用下，不僅中性線需要放大截面，當諧波電流含量大時相線也需放大截面，不然將增加火災危險。另外，常用的穿管電線或多芯電纜，因相線和中性線互相緊貼，中性線的發熱使相線絕緣加速劣化，也可引起整個回路的絕緣水平下降而導致線間短路起火。
3 短路的類型
電氣短路主要有兩類：一類是金屬性短路；一類是電弧性短路。也可分為一般短路和接地短路。一般短路又包括相間短路和單相短路。相間短路是指 三相線路中的任意兩相或三相發生短路故障；而單相短路是指在中性點直接接地的系統中，相線與中性線發生短路故障；接地短路也稱為接地故障，是指相線對地或 與地有聯系的導電體之間的短路。
3.1 金屬性短路（一般短路）
金屬性短路是發生在用電設備內部的短路或由于電線絕緣外皮破損造成的短路，其短路點熔化焊接，焊接處阻抗可忽略不計，它會使電線中的電流增 大，短路電流可達若干千安，線路的線芯可被此大短路電流燒至熾紅，如果沒有采取斷電措施，電線很快就會發熱燃燒造成火災。但實際上這種短路起火并不多，因 線路首端都裝有熔斷器、斷路器之類的過電流防護電器，在發生大短路電流的瞬間防護電器即動作而切斷電源，從而避免了火災的發生。但如果電氣線路維護管理不 當，例如熔絲被鐵絲替代或斷路器被短接使保護失效，短路狀態得以持續，則火災的發生也難以避免。
3.2 電弧性短路（接地短路）
電弧性短路比金屬性短路更有危害性，它是由于短路點未被熔焊而迸發電弧或電火花而發生的短路，因為電弧具有一定的阻抗，它限制了短路電流， 使過電流防護電器不能或不能及時動作來切斷電源，而幾安電流的電弧的局部溫度可高達2000℃~4000℃，完全可以引燃可燃物起火。所以，短路起火大多 是電弧性短路引起的。
3.2.1 接地短路（接地故障）
接地短路是指相線、中性線對PE線（即保護接地線）、大地或與大地有連接的金屬物件之間的短路。低壓線路的電氣火災大半由接地短路即接地故 障引起，尤其當故障回路出現電弧時。接地故障雖屬短路的一種，但它與帶電導體之間熔焊的金屬性短路也有本質的區別。金屬性短路故障可以通過過電流保護裝置 進行防范。對于接地短路故障，因回路阻抗大，往往形成電弧型放電，發生的故障電流小，致使常規過電流保護裝置不能有效動作，因而容易造成電氣火災。實際上 短路引起的火災中這種接地短路引起的火災占50%以上。因此可以看出，不少短路火災發生主要是有接地故障引起的。
3.2.2 漏電短路
漏電即電氣設備或電線的漏電，是指電線中的火線對地或電氣設備中的火線對電氣設備的外殼發生的短路。也是帶電導體與地之間的電弧短路。使用 的電器介電強度不夠或電線絕緣材料性能不好等情況，都容易發生漏電現象；電器及插座等內部的灰塵過多并遇到潮濕天氣時，因絕緣受損或線路對地電容大，相對 產生泄漏電流，也容易發生漏電現象。由于絕緣材料的性能下降是不可避免的，因此漏電電流會逐漸加大，如泄漏電流達300mA(對額定電流為40A的線路， 泄漏電流是100mA)，故障處的消耗功率約為20W,時間延續2h,將使絕緣進一步遭損，而造成相對地短路（若不使用剩余電流動作保護器RCD,而使用熔斷器或小型斷路器動作），時間長，會引起火花放電，釀成火災。
4 短路火災的分析和對策
從電氣火災事故的統計分析表明，建筑電氣接地故障中的電弧性對地短路引發電氣火災的幾率甚高，電弧性對地短路相對于一般相線對地短路，其顯 著特點是故障回路阻抗較大，故障電流較小，不能足以使短路保護電器（斷路器）及時動作切斷回路電源。但是0電弧性短路的故障電流往往足以引發電氣火災，因 此，IEC標準和我國建筑電氣有關規范都對應用RCD防止電氣火災提出了要求。
4.1 建筑總進線處裝設RCD
無論是電弧性的或是金屬性的接地短路都不能用剩余電流動作防護器（Residual Current Operated Protective Device，RCD）來切斷電源或報警，從而有效地防止火災的發生。道理很簡單，500mA以上的電弧電流能量才能引燃起火，而常用的RCD幾十毫安的 接地短路電流就能使它瞬間或延時動作，用它來防范接地電弧火災，其動作靈敏度是綽綽有余的。
根據《住規》和《低壓配電設計規范》（GB50054-96）（以下簡稱《低規》），國際電工標準以及國外資料來分析住宅總進線處是否應裝 設RCD。國家標準《低規》第4.1.1條規定，配電線路應裝設短路、過載和接地故障保護，作用于切斷供電電源或發出信號。對于電弧性接地故障而言就是應 裝設RCD。國際電工標準IEC60364-5-53第531.2.4條規定“TT系統內如果只裝一個RCD，它必須裝設在電源進線處，除非電源進線處至 RCD的線路和設備是雙重絕緣的。”在一般建筑物內除插座回路上裝設一級30mA瞬動漏電保護器外，應規定在（各樓層）電源進線處裝設一級額定漏電動作電 流為300~500mA，毫秒級延時動作防火漏電保護器。大型建筑可在進戶電源處再增設一級防火漏電保護器，其額定漏電動作電流不宜大于1A，延時不超過 1s，用以防范建筑物內可能發生的接地短路故障火災。
裝用防火RCD必須注意保證電氣線路的施工質量。例如不得將中性線和PE線接錯，為此兩者應分別采用淺藍和黃綠相間的顏色標志以資區別；又 如不得粗心施工將線路絕緣劃破留下接地短路隱患。施工和檢驗不經心留下這些疵病就能使RCD無法合閘或報警不止，影響用電和電氣火災的防范。
4.2 接地電阻值應符合設計要求
漏電即是一種接地短路，當然可用RCD來切斷電源防止火災的發生，但應從根本上杜絕漏電事故的發生。為減少漏電危險，可在設備中采用抗漏電 的絕緣材料，也可加大絕緣表面上帶電導體的對地距離。但為了不過分增大設備制造成本，國際電工標準規定220/380V設備兩導體間最大持續過電壓相線間 為400V，相線與中性線或地間為250V，并按此確定絕緣表面的漏電距離。帶電導體間的過電壓即是電網的正偏差，其值受電能質量標準的限制，特續時間也 不長，它一般不引起漏電事故。易引起漏電事故的是相線對地的持續長期故障過電壓。為使對地過電壓不超過250V，以避免漏電危險，變電所接地電阻應盡量減 小，發達國家通常取為2Ω，我國接地規范規定為4Ω。因此電氣設備的保護接地電阻值不應超過4Ω，如果用電設備的容量較大，熔體熔斷電流也較大時，應增加 接地線截面或并聯結地體以充分減小接地電阻值，增大漏電短路電流，以利于保護裝置動作。
4.3 實施等電位聯結
漏電保護器對于相線220V線路只提供間接接觸保護，同時還存在因機件磨損、接觸不良、質量不穩定、壽命較短等因素而導致動作失靈的種種隱 患，不能單獨成為一種可靠的保護措施。因此，應實施等電位聯結，才能有效消除漏電的電氣線路或設備與低電位的金屬構件之間的電弧、電火花的產生，即消除漏 電電壓引起火災的可能。等電位聯結是指將保護接零總線與建筑物的總水管、總煤氣管、暖通管等金屬管道或裝置用導線聯結的措施，以達到均衡建筑物內電位的目 的，對易燃易爆場所更有其不可替代的作用。
5 結束語
湘公網安備43011102000873號
