降低分支電路電氣火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的措施與預(yù)防檢測(cè)
降低分支電路電氣火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的措施與預(yù)防檢測(cè)
摘要: 通過對(duì)短路、連接不良和諧波等建筑物分支電路電氣火災(zāi)成因分析,結(jié)合國(guó)內(nèi)外實(shí)際工程中使用的工藝、裝置及檢驗(yàn)儀表,為分支電路的施工、驗(yàn)收、維修、維護(hù)提出建議,實(shí)現(xiàn)消除電氣火災(zāi)隱患,提高用電安全性。
關(guān)鍵字: 電氣防火 分支電路 導(dǎo)線連接 測(cè)試
一、國(guó)之大事,死生之地,存亡之道,不可不察。 電是現(xiàn)代文明支柱,國(guó)家經(jīng)濟(jì)命脈。發(fā)電、輸電、用電,任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題,都會(huì)對(duì)國(guó)計(jì)民生產(chǎn)生重大影響。單就電氣火災(zāi)一項(xiàng),從公安部消防局近4年統(tǒng)計(jì)(表1.1),問題嚴(yán)重性可見一斑: 表1.1 近年來電氣火災(zāi)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) 全國(guó)火災(zāi)總數(shù) 電氣火災(zāi)比例(%) 2009年1-7月 8.28萬起 28.0%(居首位) 2008年 13.3萬起 30.1%(居首位) 2007年 15.9萬起 28.8%(居首位) 2006年 22.2萬起 26.1%(居首位) 2005年 14.3萬起 21.9%(居第二位) 相比之下,根據(jù)美國(guó)國(guó)家防火協(xié)會(huì)(NFPA)和美國(guó)消費(fèi)類產(chǎn)品安全委員會(huì)統(tǒng)計(jì),約9%的火災(zāi)和7%的死亡是因用電造成的。日本每人平均用電是中國(guó)的8倍,而電氣火災(zāi)只占火災(zāi)原因的2%-3%。中國(guó)每年觸電死亡約8000人,電擊死亡率與法國(guó)相比是400:1。 分析造成這種狀況的原因,有技術(shù)的理論與實(shí)踐問題, 也涉及管理措施和體制的問題。我國(guó)現(xiàn)行電氣規(guī)范,源于前蘇聯(lián)電站部的《電氣裝置安裝規(guī)程》,該規(guī)程與國(guó)際電工標(biāo)準(zhǔn)(IEC)有很大不同,被總結(jié)成:“重發(fā)(電)、輕配(電)、不管用(電)?!迸c發(fā)達(dá)國(guó)家相比,對(duì)方更重視電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和管理來消除電氣火災(zāi)隱患。例如,美國(guó)《國(guó)家電氣規(guī)范(NEC)》中涉及電氣防火的條款,都是由美國(guó)消防協(xié)會(huì)(NFPA)制訂的;對(duì)電氣火災(zāi)隱患的檢查,設(shè)有獨(dú)立于施工和用戶的第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu),其檢測(cè)報(bào)告是業(yè)主使用和保險(xiǎn)公司承?;痣U(xiǎn)的重要依據(jù)。 本文通過對(duì)建筑電氣火災(zāi)成因的分析,結(jié)合國(guó)內(nèi)外工程中使用的工藝、裝置及檢測(cè)儀表,為分支電路的施工、驗(yàn)收、維修、維護(hù)提出一些建議,在預(yù)防電氣火災(zāi)方面為用戶提供快速查明故障、消除安全隱患的手段。
二、視其所以,觀其所由,察其所安?――分析電氣火災(zāi)原因 在燃燒三角形――火源、燃料、氧氣中,線路過載、連接不良和諧波產(chǎn)生的高熱就是火源。通過熱成像或紅外測(cè)溫技術(shù),能快速準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)電氣線路中的高熱點(diǎn)(圖2.1)。《DB11/065-2000北京市電氣防火檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》3.3規(guī)定:“電氣防火檢測(cè)應(yīng)在電氣設(shè)備和線路經(jīng)過1h以上時(shí)間的有載運(yùn)行,進(jìn)入正常熱穩(wěn)定工作狀態(tài)溫度變化小于1℃/h后進(jìn)行?!?/p>
但溫升只是表象,消除電氣火災(zāi)隱患必須深入分析其成因,并采取相應(yīng)措施,才能消除隱患。
(一)過載與防范 電氣短路是最嚴(yán)重的過載,50%以上的電氣火災(zāi)由短路引起。短路分為:“金屬性短路”和“電弧性短路”。電氣隔離是防止不同電位導(dǎo)體間絕緣被破壞或絕緣強(qiáng)度下降引起短路的根本方法;安裝過載和漏電保護(hù)裝置,是防止短路危害蔓延的有效方法。
1. 電氣隔離的檢測(cè) 《GB50303-2002建筑電氣工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》中規(guī)定,設(shè)備進(jìn)場(chǎng)、安裝、工序交接時(shí),都要對(duì)電器、裝置、線間、線對(duì)地的絕緣電阻進(jìn)行測(cè)試,(3.2.10:燈具絕緣電阻值不小于2MΩ;3.2.11:開關(guān)、插座絕緣電阻值不小于5MΩ;18.1.2:低壓電線和電纜、線間和線對(duì)對(duì)地的絕緣電阻值必須大于0.5MΩ);《GB50150-2006電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》中還明確了測(cè)試儀表的電壓等級(jí),“100V-500V的電氣設(shè)備或線路,采用500V兆歐表”測(cè)試。圖2.2是兩款典型的數(shù)字式絕緣強(qiáng)度測(cè)試儀,比傳統(tǒng)手搖式儀表操作更簡(jiǎn)單,測(cè)試更精確。
2.短路的防范 單純的絕緣強(qiáng)度測(cè)試只能解決線路或設(shè)備“一時(shí)一處”是否安全的問題,無法作到“時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)”,,因此需要在線路上安裝保護(hù)裝置。
(1)金屬性短路的防范 正確使用質(zhì)量可靠的過載保護(hù)裝置,如:保險(xiǎn)絲、熔斷器、空氣開關(guān)等,就能有效防止線路嚴(yán)重過載引起的火災(zāi)。
(2)接地故障的防范 正常情況下,保護(hù)地線是不帶電的,因而斷線或接觸不良不能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)。發(fā)生漏電時(shí),不僅有電擊危險(xiǎn),還會(huì)出現(xiàn)打火或電弧,進(jìn)而導(dǎo)致火災(zāi)。由于接地故障電流量級(jí)在幾mA到幾百mA,不能依賴過載保護(hù)裝置進(jìn)行防范,而必須使用“剩余電流保護(hù)器RCD”(國(guó)外稱:接地故障斷路器GFCI)進(jìn)行保護(hù)。發(fā)達(dá)國(guó)家的用戶進(jìn)線如未設(shè)置RCD裝置,當(dāng)?shù)毓╇姽緦⒉慌c接電;《IEC1200-53 1994-10 593.3》規(guī)定,采用兩級(jí)或三級(jí)RCD裝置防止因漏電引起的電氣火災(zāi)與人身觸電事故;我國(guó)《GB50045-95 高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范(2005版)》9.5中原則性地規(guī)定了對(duì)“漏電火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)”的要求,但不是強(qiáng)制執(zhí)行條款。
(3)帶電導(dǎo)體間電弧的防范 普通RCD不能對(duì)“相/零”間電弧性短路起保護(hù)作用。美國(guó)上世紀(jì)90年代,開始使用“電弧故障斷路器(AFCI,Arc Fault Circuit Interrupter)”(圖2.3)。AFCI的安裝與RCD相同,但觸發(fā)條件不同,它通過監(jiān)測(cè)電弧特有波形、持續(xù)時(shí)間、頻率,實(shí)現(xiàn)對(duì)下游線路的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)與保護(hù)。 美國(guó)《國(guó)家電氣規(guī)范》1999版(210.12B)中最早提及此類裝置;2002版中規(guī)定,臥室中所有單相(120V)15A及20A回路都要安裝AFCI;2008版中進(jìn)一步要求,在住宅所有(120V)15A及20A回路都要安裝此類裝置。遺憾的是,我國(guó)的工程規(guī)范中還沒有類似規(guī)定。
3.對(duì)保護(hù)裝置的檢測(cè) 無論RCD(GFCI)還是AFCI,都有疲勞、老化、失靈的可能。據(jù)統(tǒng)計(jì),15%的RCD不能被正常觸發(fā)。因此,UL(Underwriters Laboratories)認(rèn)證機(jī)構(gòu)要求每月對(duì)RCD檢查一次;《GB50254-96 電氣裝置安裝工程低壓電器施工及驗(yàn)收規(guī)范》5.0.2.4規(guī)定,“電流型漏電保護(hù)器安裝后,除應(yīng)檢查接線無誤外,還應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)按鈕檢查其動(dòng)作性能,并應(yīng)滿足要求。”;《GB13955-2005漏電保護(hù)器的安裝和運(yùn)行》7.3規(guī)定,“用于手持式電動(dòng)工具和移動(dòng)式電氣設(shè)備和不連續(xù)使用的剩余電流保護(hù)裝置應(yīng)在每次使用前進(jìn)行試驗(yàn)”。但僅憑保護(hù)裝置上的測(cè)試按鈕對(duì)其進(jìn)行功能驗(yàn)證,存在兩點(diǎn)不足:
1) 裝置沒有顯示功能,不能提供觸發(fā)電流和響應(yīng)時(shí)間,是否滿足指標(biāo)要求,不得而知;
2) 裝置本身能觸發(fā),不代表遠(yuǎn)離配電箱的遠(yuǎn)端插座或用電器處發(fā)生故障時(shí)也能可靠觸發(fā)。例如:保護(hù)裝置與用電器間的線路有高阻點(diǎn),漏電信號(hào)無法被保護(hù)裝置檢測(cè)到,此時(shí)即使裝置本身正常也不能起到保護(hù)作用。 解決方法是在用電器(或插座)處“現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試”。圖2.4所示儀表,能在安裝有RCD/AFCI配電盤的下游線路(插座)上模擬接地或電弧故障,驗(yàn)證保護(hù)裝置能否可靠觸發(fā),并顯示斷電響應(yīng)時(shí)間。
(二)電氣連接不良與防范 電氣連接分為“固定連接”和“活動(dòng)連接”。前者指設(shè)備端子與線路、線路與線路之間的永久連接;后者指開關(guān)觸點(diǎn)、插頭與插座間的連接。連接處的接觸電阻所產(chǎn)生的高溫、電火花會(huì)成為電氣火災(zāi)的火源,有過載時(shí),情況更甚。 1.細(xì)導(dǎo)線的電氣連接 《JGJ 16-2008民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》“表7.4.2”規(guī)定:“固定敷設(shè)的電纜和絕緣電線,電力和照明線路,銅導(dǎo)線最小截面積為1.5 mm2”;《GB50096-1999住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》6.5.2要求,交流供電使用2.5 mm2導(dǎo)線。可見,接續(xù)細(xì)導(dǎo)線是普通商用和民用建筑電氣工程中最常見的施工環(huán)節(jié)。 但是《GB50168-2006 電氣裝置安裝工程 電纜線路施工及驗(yàn)收規(guī)范》主要側(cè)重高壓(6kV以上)傳輸電纜的施工與驗(yàn)收;《GB50303-2002建筑電氣工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》中僅是導(dǎo)線與端子或設(shè)備的連接規(guī)范,而針對(duì)導(dǎo)線與導(dǎo)線,尤其細(xì)導(dǎo)線(2.5mm2及以下)的接續(xù),沒有明確規(guī)定。規(guī)范的缺失,使導(dǎo)線接續(xù)成為最容易出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)。 我們不妨借鑒國(guó)外規(guī)范中的導(dǎo)線接續(xù)方式和方法,以美國(guó)《國(guó)家電氣規(guī)范》為例,110.14 B條款這樣規(guī)定:“(B)接合。導(dǎo)體應(yīng)使用特定連接裝置接合或連接,或采用銅焊、熔焊、錫焊等溶化金屬或合金方法連接。焊接前,首先應(yīng)將導(dǎo)線接合或連接在一起,以保證機(jī)械和電氣可靠性,然后再進(jìn)行焊接。所有接合與連接點(diǎn),以及導(dǎo)體自由端,都應(yīng)用絕緣物覆蓋,或采用特定絕緣裝置達(dá)到同樣效果。導(dǎo)線連接器或用于導(dǎo)體直埋的連接(編接、插接、捻接、疊接、拼接等)安裝方法,都應(yīng)列入此類用途。” 規(guī)范實(shí)際提出了兩種導(dǎo)線連接方式:“特定連接裝置”或“絞接后焊接”。
(1)絞接+焊接 這種連接方式的優(yōu)點(diǎn)是:連接可靠,機(jī)械與電氣強(qiáng)度都有保證。
缺點(diǎn)是:
1)導(dǎo)線絞接后必須焊接,但在實(shí)際施工中容易被忽視或因施工條件限制無法實(shí)施,簡(jiǎn)單絞接無法保證連接質(zhì)量; 2)絕緣膠帶長(zhǎng)期使用后可能松脫;
3)防水性能差或不防水;
4)不適于不易焊接的鋁線對(duì)接;
5)需要焊接工具,操作不便
(2)特定連接裝置 中國(guó)用戶可能對(duì)NEC中提到的“導(dǎo)線連接器”較陌生,但在歐美國(guó)家,導(dǎo)線連接器已被使用近90年了。由于早期制造材料是陶瓷,所以當(dāng)時(shí)又稱其為“陶瓷連接器”(圖2.5),后來業(yè)內(nèi)都把此類部件叫做“接線帽”,
UL認(rèn)證機(jī)構(gòu)根據(jù)NEC、ANSI/NFPA 70規(guī)定,專門制定了UL 486C(接線用導(dǎo)線連接器)條款,明確了此類連接器適用線徑范圍、導(dǎo)線種類、導(dǎo)線材質(zhì)、耐壓等級(jí)。 使用導(dǎo)線連接器除實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線可靠的電氣連接外,還有以下優(yōu)點(diǎn):
1) 無需焊接;
2) 安裝過程中導(dǎo)線自然完成絞接,連接、絕緣一次完成;
3) 徒手操作,無需安裝工具;
4) 需要時(shí)連接器可方便地拆下,檢查接點(diǎn)情況,連接器本身也可反復(fù)使用;
5) 特殊設(shè)計(jì)的連接器能防水、防潮、防腐蝕。 導(dǎo)線連接器在安全性、適應(yīng)性、可靠性等方面具有如此多的優(yōu)點(diǎn),所以發(fā)達(dá)國(guó)家的電工在細(xì)導(dǎo)線接續(xù)工作中已很少單獨(dú)使用絕緣膠帶了。
2.活動(dòng)電氣連接 開關(guān)、插座是最常見的,由內(nèi)部金屬簧片形成的活動(dòng)電氣連接部件,通過材料和制造工藝保證觸點(diǎn)接觸面積與壓力?;顒?dòng)連接處接觸電阻過大就會(huì)造成高溫和打火(圖2.7),兩側(cè)接線的絕緣層還會(huì)因高溫老化,引起短路。
3.電氣連接質(zhì)量的檢查 電氣連接大多是隱蔽工程,簡(jiǎn)單目檢很難發(fā)現(xiàn)問題。虛接和線損造成的壓降,只有在負(fù)載運(yùn)行時(shí)才能顯現(xiàn)?!禛B50052-95 供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》4.0.4規(guī)定,“正常運(yùn)行情況下,用電設(shè)備端子處電壓允許值在+5%~-10%之間”。“帶載壓降”超標(biāo)說明:要么線路容量不夠,要么線路中存在故障點(diǎn)。 圖2.8所示儀表就是一款能仿真5A、8A、10A負(fù)載,實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量線路壓降的工具;避免使用大功率假負(fù)載,使測(cè)量工作變得簡(jiǎn)單、快速、安全、有效。
除測(cè)量壓降,預(yù)估線路帶載能力外,此儀表還能實(shí)現(xiàn):
1)帶電測(cè)試相線、零線、保護(hù)地線阻抗,精確定位高阻點(diǎn)位置;
2)依據(jù)《GB50303-2002》中的強(qiáng)制條款(22.1.2),快速鑒別插座接線方式――左零、右火、中間地;
3)測(cè)量電壓峰值和有效值,評(píng)估“波形系數(shù)”,衡量諧波情況;
4)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試RCD性能――觸發(fā)與響應(yīng)時(shí)間,操作簡(jiǎn)單到“只按一鍵”!
(三)諧波影響與檢測(cè) 非線性負(fù)載產(chǎn)生諧波,它會(huì)使功率因數(shù)下降和線路過載,成為電氣火災(zāi)隱患。
(1)諧波使功率因數(shù)下降,線損增加。 圖2.9是典型的開關(guān)電源輸入電壓與電流波形,經(jīng)傅立葉分析可知,電流中含3、5、7等奇次諧波,根據(jù)三角函數(shù)的正交特性,高次諧波功率為0( , ……)。換言之,雖然非線性負(fù)載上的電壓與電流同相,但功率因數(shù)不等于1。諧波含量越高,功率因數(shù)越低,線損越大。
(2)諧波造成中性線過載 《GB50054-95低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》2.2.6規(guī)定,“在三相四線配電系統(tǒng)中,中性線的允許載流量不應(yīng)小于線路中最大不平衡負(fù)荷電流,且應(yīng)計(jì)入諧波電流的影響?!? 這是因?yàn)?,如果供電系統(tǒng)含有3倍次諧波(3、9、15……等奇次諧波)電流,它們將在中性線上疊加(圖2.10),嚴(yán)重時(shí)諧波電流甚至超過相線電流,造成中性線過載。
(3) 諧波的檢測(cè) 由于諧波影響易被忽視,維護(hù)人員在遇到諧波造成的過載時(shí),往往誤認(rèn)為保護(hù)裝置容量小,而更換更大的斷路器,給電氣火災(zāi)埋下了隱患。圖2.11所示儀表能分析到50次諧波并能記錄各種電參數(shù)進(jìn)行深入分析。
在不能獲得諧波詳細(xì)成份時(shí),可依據(jù)“總諧波畸變率(THD%)”對(duì)諧波含量進(jìn)行評(píng)判?!禛B/T14549-93電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》規(guī)定,低壓系統(tǒng)的THD%小于5%為正常。 由于諧波使交流電波形發(fā)生畸變(圖2.12),導(dǎo)致交流電的“波形系數(shù)”,即:電壓峰值與有效值之比不再等于 。因此,通過計(jì)算“波形系數(shù)”也能了解諧波情況,數(shù)值偏差越大,說明諧波含量越多。表2.1中列舉了幾種典型波形的波形系數(shù)。
三、百戰(zhàn)百勝,非善之善者也;不戰(zhàn)而勝,善之善者也。 及時(shí)、快速、成功地發(fā)現(xiàn)和撲救電氣火災(zāi)固然重要,但無論損失多小都是亡羊補(bǔ)牢。嚴(yán)格按照現(xiàn)有規(guī)范,借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家先進(jìn)經(jīng)驗(yàn),正確選擇和使用施工零部件和檢測(cè)器具,不斷完善施工、驗(yàn)收、維護(hù)和維修手段,實(shí)現(xiàn)不戰(zhàn)而驅(qū)火患,lfs200電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)通過對(duì)配電線路的剩余電流及溫度等電氣安全狀態(tài)參數(shù)的綜合在線采集,實(shí)現(xiàn)電氣火災(zāi)狀況的在線監(jiān)視、故障診斷及報(bào)警,可分析故障原因及狀態(tài)發(fā)展趨勢(shì),準(zhǔn)確及時(shí)發(fā)現(xiàn)電氣火災(zāi)故障隱患,避免釀成重大電氣安全事故,有效防止人員傷亡及重大財(cái)產(chǎn)損失事件的發(fā)生。這才是對(duì)防范電氣火災(zāi)的最高境界――防火患于未燃!
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