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浅谈限流式保护器在电气线路火灾中的应用
2020年9月27日

电气线路故障是引起火灾的常见原因之一,以下简单介绍电气线路起火的主要原因和预防措施。

电气线路起火的主要原因

1.线路短路

所谓短路就是交流电路的两根导线互相触碰,电流不经过线路中的用电设备,而直接形成回路。由于电线本身的电阻比较小,若仅是通过电线这个回路,电流就会急剧增大,比正常情况下大几十倍、几百倍。这么大的电流通过很细的导线,由于电阻越大,所产生的热量就越多,会在极短的时间内使导线产生高达数千摄氏度的温度,足以引燃附近的易燃物,造成火灾。而造成线路短路是由于输电线路使用过久,绝缘层老化、破裂,失去绝缘作用,导致两线相碰;或者是由于乱拉乱接电线,使电线的“外套”机械损伤,引起短路。

2.接触不良

由于电线接头接触不良,造成线路接触电阻过大而发热起火。凡电路都有接头,或是电线之间相接,或是电线与开关、保险器或用电器具相接如果这些接头接得不好,就会阻碍电流从而产生大量的热。当这些热足以熔化电线的绝缘层时,绝缘层便会起火,引燃附近的可燃物。

3.线路超负荷

一定材料和一定大小横截面积的电线有一定的安全载流量。如果通过电线的电流超过它的安全截流量,电线就会发热。超过的越多,发热量越大。当热量使电线温度超过250℃时,电线橡胶或塑料绝缘层就会着火燃烧。如果电线“外套”损坏,还会造成短路,引发火灾的危险性更大。另外,如果选用了不合规格的保险丝,电路的超负载不能及时发现,隐患就会变成现实。

4.线路漏电

由于电线绝缘或其支架材料的绝缘性能不佳,以致导线与导线或导线与大地之问有微量电流通过。人们常说的走电、跑电就是漏电的一种严重现象。漏电严重时,漏电火花和高温也能成为火灾的火源。

5.电火花和电弧

电火花是两极问放电的结果;电弧则是由大量密集的电火花构成,温度可达3000℃以上。架空裸线遇风吹摆动,或遇树枝拍打,或遇车辆挂刮时,使两线相碰,就会发生放电而产生电火花、电弧。另外,绝缘导线漏电处、导线断裂处、短路点接地点及导线连接松动均会有电火花、电弧产生。这些电火花、电弧如果落在可燃、易燃物上,就可能引起火灾。

6.电缆起火

电缆之所以会燃烧,是因为敷设电缆时其保护铅皮受损伤;或是在运行中电缆的绝缘体受到机械破坏,引起电缆芯与电缆芯之间或电缆芯与铅皮之间的绝缘体被击穿而产生电弧,致使电缆的绝缘材料黄麻保护层发生燃烧;或因电缆长时间超负荷使电缆绝缘性能降低甚至丧失绝缘性能,发生绝缘击穿而使电缆燃烧;或是因为三相电力系统中将三芯电缆当成单芯电缆使用以致产生涡流,使铅皮、铝皮发热,甚至熔化,引起电缆燃烧。

防止电气线路起火的措施

1.按照要求安装线路

安装电气线路必须严格按照电气安装规程,要请专门的电工铺设线路。电工必须持证上岗。

2.选择正确的电气线路

要根据工作生活中的实际需要,可能造成复合选用适当规格的电气线路,不要为了贪小便宜而采用过细的或者劣质的电线选用电线时要注意检查是否为合格产品。

3.安全使用电气线路

已安装好的电气线路,不能乱拉、乱接、乱加用电装置,增加整个线路的用电负荷量。要注意了解所使用电路的最高负荷,使用过程中不得超过这个限度,否则容易造成事故。

4.经常检查电气线路

要坚持经常性地检查,每隔一段时间都要请专门的电工帮助检查电气线路,发现绝缘层破损,要及时修理。电线使用年限一般是10~20年,发现超龄的必须及时更换。

5.选用安全的电气开关

要选用安全系数比较高的空气开关,尽量不要使用闸刀开关。闸刀开关在开关的时候会产生电火花,容易产生危险。而选用空气开关可以起到断电保护的作用。使用保险丝时,要选择合适的保险丝,以免发生故障,电流增大时,能及时切断电流。

限流式保护器在电气线路火灾中的应用

1.限流式保护器的功能及应用方案

1.1 限流式保护器的设计

电气防火限流式保护器可有效克服传统断路器、空气开关和监控设备存在的短路电流大、切断短路电流时间长、短路时产生的电弧火花大,以及使用寿命短等当弊端,发生短路故障时,能以微秒级速度快速限制短路电流以实现灭弧保护,从而能显著减少电气火灾事故,保障使用场所人员和财产的安全。

安科瑞ASCP200-1电气防火限流式保护器的主要元件是固态开关,不同于传统家用的空气开关(微断)。高德娱乐知道,传统空气开关的断开是一种机械运动过程,分断时间需要几十毫秒(一般30~50ms),带负载断开时通常伴随有电弧的产生。而固态开关的断开则是依靠半导体内部的载流子运动实现,分断时间微秒级,速度快,无电弧产生。

如图1所示,当发生短路故障时,传统空气开关在电流升至C点时才能动作,且无法瞬时切断电流,而固态开关则可以在电流升至B点时即瞬间切断短路电流。

 

图1短路故障前后电流与时间关系图

 

从流过电阻的电流热量公式Q=I2Rt,可以很容易看出,传统空气开关与固态开关在短路时所释放的能量差别可以达到数千倍之多。因此当装配限流式保护器的回路发生短路故障时,就可以避免电弧的产生,从而有效降低了电气火灾。

1.2 ASCP200-1功能特点

ASCP200-1型电气防火限流式保护器是单相限流式保护器,较大额定电流为63A。主要功能如下:

A)短路保护功能,线路发生短路故障时,能在150微秒内实现快速限流保护;

B)过载保护功能,线路持续过载时,保护器限流保护;

C)表内超温保护功能,保护器内部器件工作温度过高时,保护器限流保护;

D)过/欠压保护功能,线路欠压或过压时,保护器告警或限流保护(可设);

E)电缆温度监测功能,被测线缆温度超过报警设定值时,保护器告警或限流保护(可设);

F)漏电流监测功能,线路漏电超过报警设定值时,保护器告警或限流保护(可设);

G)通讯功能,保护器配置1路RS485接口,1路2G无线通讯,可以将数据发送到安科瑞Acrel-6000安全云平台,或第三方监控软件或平台,从而实现远程监控。

1.3 ASCP200-1技术参数

项目

指标

输入电压

AC 85~265V,45~65HZ

功耗

功耗≤5VA(无负载情况下)

额定电流

0~63A可设置

短路保护时间

<150μs

过载保护

动作范围:110%~140%;动作延时:3~60s

过压保护

动作范围:100%~120%;动作延时:0~60s

欠压保护

动作范围:60%~100%;动作延时:0~60s

线缆温度监测

监测范围

-20~120℃(精度±2℃)

报警设置

动作范围:45~110℃;动作延时:0~60s

漏电流监测

监测范围

20~1000mA(精度:±2%或±5mA)

报警设置

动作范围:30~1000mA;动作延时:0~60s

故障记录

20条记录(故障类型、故障值、故障时间)

报警方式

声光报警(其中声音可以通过消音按键消除)

通讯

1路RS485接口,Modbus-RTU协议;1路2G无线通讯

安装使

用环境

工作场所

无雨雪直接侵袭、无腐蚀性气体、粉尘,无剧烈震动的场所

工作环境温度

-10~+55℃

相对湿度

空气的相对湿度不超过95%

海拔高度

≤2000m

 

1.4 应用方案图示

ASCP200-1型电气防火限流式保护器建议安装在入户开关下端,额定电流值根据入户开关的具体规格进行设置,典型应用示意图如图2所示:

图2 ASCP200-1家用防火解决方案安装示意图

 

1.5 使用注意事项

在选用限流式保护器时,限流式保护器的设定的额定电流应该与其前一级的断路器的额定电流保持一致。例如,当限流式保护器输入端断路器的额定电流为32A时,应将限流式保护器的额定电流设置为32A。为保障限流式保护器的正常使用,严禁将其使用于与其前端断路器的额定电流不匹配的配电线路中。

ASCP200系列采用限流式保护器采用壁挂式安装,可以挂墙安装,也可以安装在箱体内,应确保安装场所无滴水、腐蚀性化学气体和沉淀物质,并注意环境温度和通风散热。

为确保可靠连接,接线时应按接线图进行,同时为了防止接头处接触电阻过大而导致局部过热,也避免因接触不良而导致保护器工作不正常,线头应采用合适大小的U形冷压头压接后,再插入保护器相应端子上并将螺钉拧紧压实。

保护器内部带有交流电,严禁非专业人士擅自打开产品外壳。保护器在使用期间,若被保护线路发生短路或过载故障而被限流保护时,保护器仍处于带电状态,不允许随意碰触用电线路的金属部分。待检查线路,并排除故障后,长按保护器的复位按键约2秒钟,使保护器恢复正常运行时。

当保护器因超温而发生限流保护时,则可能是因为负载电流过大,环境温度过高或通风散热不良等原因导致,可通过加强通风等措施,等保护器温度降下来后,再长按复位键,使保护器复位,恢复正常运行。

参考文献

 

[1]吕燕芹.电气线路火灾起因及预防

[2]安科瑞高德娱乐集团微电网设计与应用手册,2020.06版

 

作者简介:张豪,男,安科瑞电气股份有限公司,主要从事电气防火限流式保护器的研发与应用

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