王璐月

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801

 

【摘要】文章分析了低壓配電系統(tǒng)短路的類型、原因及火災(zāi)危險性,并提出改善措施。

【關(guān)鍵詞】:低壓配電系統(tǒng); 短路; 措施

隨著人類進入現(xiàn)代文明社會,電氣的普及深入千家萬戶,廣泛應(yīng)用于社會的各個領(lǐng)域但是每年因電氣而導(dǎo)致的火災(zāi)卻給國家和人民的生命財產(chǎn)帶來巨大的損失,據(jù)統(tǒng)計,因低壓配電系統(tǒng)中的短路發(fā)的火災(zāi)幾乎達到了電氣火災(zāi)總數(shù)的60%以上,因此加強低壓配電系統(tǒng)管理,防止短路故障的發(fā)分析掌握短路的原因,合理選擇和設(shè)置短路保護裝置已成為當前預(yù)防電氣火災(zāi)的重中之重。

短路是指電力系統(tǒng)中不同相的導(dǎo)線直接金屬性連接或經(jīng)過小阻抗連接。按短路相線多少可分三相短路、兩相短路和單相短路按供電系統(tǒng)中性點接地情況可分相間短路和接地短路。常見的三相四線制低壓配電系統(tǒng)是中性點直接接地的系統(tǒng),發(fā)生的短路多為兩相短路、單相短路。

造成短路的主要原因是電氣裝置的載流部分絕緣損壞。造成絕緣損壞主要有以下幾種情況: 

1)安裝不當:在安裝過程中,由于機械原因造成絕緣層被剝落、破抓。例如在電線穿管時,由于未對管口進行打磨處理或使用穿管器保護,以致穿管時造成電線絕緣層劃破。

2)絕緣層老化:絕緣層多是采用橡膠、塑料等材料制成,長期使用,受光照、溫度的影響材料會逐步老化,斷裂。

3)過電壓:雷擊、低壓電器誤接高電壓等瞬時高電壓,容易造成絕緣層被擊穿。

 

短路對導(dǎo)體、電氣設(shè)備、電能用戶及整個電力系統(tǒng)都會產(chǎn)生嚴重的后果。形成火災(zāi)危險的主要是短路電流的熱效應(yīng)。低壓配電系統(tǒng)短路時,短路電流一般超過正常工作電流的十幾倍甚至幾十倍,可達到上萬安培,由于時間短,產(chǎn)生的熱量使導(dǎo)線和電氣設(shè)備溫度急劇上升,造成絕緣損壞引燃絕緣層和周圍可燃物嚴重時,導(dǎo)體本身會被熔化,熔滴同樣會引燃可燃物,釀成火災(zāi)事故

短路的防范對策包括短路保護和短路預(yù)防兩個方面。兩者對于保證電網(wǎng)的正常運行、 保護電氣設(shè)備都具有十分重要的作用。短路保護是為了保證電網(wǎng)或電力設(shè)備免受短路危害而在電網(wǎng)中設(shè)置熔斷器等保護性裝置,是一個電工學概念。短路預(yù)防是指為避免電力網(wǎng)中不同相線的導(dǎo)線直接金屬性連接或經(jīng)過小阻抗連接而采取的有關(guān)措施。前者是為了將短路的危害降低到較小程度,后者是為了防止短路條件的形成。

《低壓配電裝置及電路設(shè)計規(guī)范》明確規(guī)定,配電線路應(yīng)裝設(shè)短路保護器,各保是為了使線路發(fā)生故障時,盡可能的縮小事故面,停電范圍限制在發(fā)生短路故障的局部區(qū)域內(nèi)常見的短路保護裝置是熔斷器和自動空氣

2.1.1熔斷器的安裝位置及選型:熔斷器是低壓配電系統(tǒng)中運用較為廣泛的一種短路保護裝置當發(fā)生短路故障時,它具有快速熔斷,將被保護設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)隔離的特點熔斷器一般由熔體和熔管或熔座組成應(yīng)安裝在各級被保護設(shè)備的電源端的不接地的各相線上對兼作地線的零線,嚴禁裝設(shè)熔斷器為使配電線路按照預(yù)期的電流和預(yù)定的時間切斷,依據(jù)熔斷器保護特性曲線正確選擇適當額定電流的熔體對低壓配電系統(tǒng)應(yīng)選擇熱慣性較小的熔體,其熔體的額定電流應(yīng)大于被保護線路的負荷計算電流,并保證出現(xiàn)正常過負荷(如電動機起動等)熔體不會將線路斷開同時,為達到保護動作的選擇性,各級保護之間應(yīng)有相應(yīng)的配合,一般要求上保護的熔體額定電流比大2~3級,并且熔體的額定電流不應(yīng)大于電纜或穿管絕緣導(dǎo)線充許載流量的2.5倍,明敷絕緣導(dǎo)線充許載流量的1.5倍。

2.1.2自動空氣開關(guān)的選型:自動空氣開關(guān)按用途可分為“配電用"、“保護電動機用"和“照明線路用"三種,目前的自動空氣開關(guān)多由電磁脫扣器和熱脫扣器等組合而成,兼有短路、過負荷和欠壓等多種保護特性因此自動空氣開關(guān)一般具有三個額定電流,即自動開關(guān)的額定電流,電磁脫扣器的額定電流,熱脫扣器的額定電流在選擇時應(yīng)經(jīng)過整定計算,考慮各保護之間的配合,一般按上述順序,前者不應(yīng)小于后者,且均應(yīng)大于線路的負荷計算電流,均小于導(dǎo)線長期充許載流量當用于低壓配電系統(tǒng)最末一級短路保護時,應(yīng)盡量選用只帶瞬時或短延時過電流脫扣器的自動空氣開關(guān)為保證自動空氣開關(guān)的可靠動作,還須按短路電流和導(dǎo)體充許載流量來校驗其靈敏性,對三相四線制的低壓系統(tǒng),自動空氣開關(guān)電磁過流脫扣器的整定電流應(yīng)小于被保護線路單相短路電流的0.5~0.67倍。同時對瞬時或短延時自動空氣開關(guān),其整定電流應(yīng)小于導(dǎo)體充許載流量的4.5倍,對長延時自動空氣開關(guān),其整定電流應(yīng)小于導(dǎo)體充許載流量的1.1倍。

綜上,為合理配置短路保護裝置,對熔斷器自動空氣開關(guān)的選擇均應(yīng)綜合考慮多種因素,不能單純只考慮某一個方面,否則往往會造成短路保護裝置起不到應(yīng)有的作用。

短路預(yù)防就是采取必要的措施,防止短路條件的形成。

2.2.1科學施工防止施工中由于操作不當造成電流載體絕緣層機械性損傷例如導(dǎo)線在穿鋼管敷設(shè)時,應(yīng)將鋼管口磨鈍,或加上柔性護套,防止其切口將導(dǎo)線絕緣層劃破。

2.2.2定期檢查發(fā)現(xiàn)配電線路和電氣設(shè)備的絕緣層損壞要及時采取補救措施,對已老化的線路要及時更換。

2.2.3防止用電設(shè)備過負荷運行,保持配電線路和用電設(shè)備正常的散熱條件,過負荷運行和散熱條件不良,會導(dǎo)致配電線路及用電設(shè)備溫度上升,長期超溫運行會加速絕緣層的老化速度,縮短使用壽命,甚至導(dǎo)致絕緣層自燃,直接引發(fā)火災(zāi)。

2.2.4加強檢修管理,運行操作人員在檢修等工作中常常由于疏忽大意,致使導(dǎo)線直接金屬性跨接,造成短路事故,另外配電室等場所應(yīng)嚴格防止老鼠或鳥類的進入,以免因老鼠或鳥類的跨接,造成短路事故。

3.1.1 限流式保護器的設(shè)計

電氣防火限流式保護器可有效克服傳統(tǒng)斷路器、空氣開關(guān)和監(jiān)控設(shè)備存在的短路電流大、切斷短路電流時間長、短路時產(chǎn)生的電弧火花大,以及使用壽命短等當弊端,發(fā)生短路故障時,能以微秒級速度快速限制短路電流以實現(xiàn)滅弧保護,從而能顯著減少電氣火災(zāi)事故,保障使用場所人員和財產(chǎn)。

安科瑞ASCP200-1電氣防火限流式保護器的主要元件是固態(tài)開關(guān),不同于傳統(tǒng)家用的空氣開關(guān)(微斷)。我們知道,傳統(tǒng)空氣開關(guān)的斷開是一種機械運動過程,分斷時間需要幾十毫秒(一般30～50ms),帶負載斷開時通常伴隨有電弧的產(chǎn)生。而固態(tài)開關(guān)的斷開則是依靠半導(dǎo)體內(nèi)部的載流子運動實現(xiàn),分斷時間微秒級,速度快,無電弧產(chǎn)生。

如圖1所示,當發(fā)生短路故障時,傳統(tǒng)空氣開關(guān)在電流升至C點時才能動作,且無法瞬時切斷電流,而固態(tài)開關(guān)則可以在電流升至B點時即瞬間切斷短路電流。

 

圖1短路故障前后電流與時間關(guān)系圖

 

從流過電阻的電流熱量公式Q=I2Rt,可以很容易看出,傳統(tǒng)空氣開關(guān)與固態(tài)開關(guān)在短路時所釋放的能量差別可以達到數(shù)千倍之多。因此當裝配限流式保護器的回路發(fā)生短路故障時,就可以避免電弧的產(chǎn)生,從而有效降低了電氣火災(zāi)。

3.1.2 ASCP200-1功能特點

ASCP200-1型電氣防火限流式保護器是單相限流式保護器,較大額定電流為63A。主要功能如下:

A)短路保護功能,線路發(fā)生短路故障時,能在150微秒內(nèi)實現(xiàn)快速限流保護;

B)過載保護功能,線路持續(xù)過載時,保護器限流保護;

C)表內(nèi)超溫保護功能,保護器內(nèi)部器件工作溫度過高時,保護器限流保護;

D)過/欠壓保護功能,線路欠壓或過壓時,保護器告警或限流保護(可設(shè));

E)電纜溫度監(jiān)測功能,被測線纜溫度超過報警設(shè)定值時,保護器告警或限流保護(可設(shè));

F)漏電流監(jiān)測功能,線路漏電超過報警設(shè)定值時,保護器告警或限流保護(可設(shè));

G)通訊功能,保護器配置1路RS485接口,1路2G無線通訊,可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到安科瑞Acrel-6000云平臺,或第三方監(jiān)控軟件或平臺,從而實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

3.1.3 ASCP200-1技術(shù)參數(shù)

 

3.1.4 應(yīng)用方案圖示

ASCP200-1型電氣防火限流式保護器建議安裝在入戶開關(guān)下端,額定電流值根據(jù)入戶開關(guān)的具體規(guī)格進行設(shè)置,典型應(yīng)用示意圖如圖2所示:

 

圖2 ASCP200-1家用防火解決方案安裝示意圖

 

3.1.5 使用注意事項

在選用限流式保護器時,限流式保護器的設(shè)定的額定電流應(yīng)該與其前斷路器的額定電流保持一致。例如,當限流式保護器輸入端斷路器的額定電流為32A時,應(yīng)將限流式保護器的額定電流設(shè)置為32A。為保障限流式保護器的正常使用,嚴禁將其使用于與其前端斷路器的額定電流不匹配的配電線路中。

ASCP200系列采用限流式保護器采用壁掛式安裝,可以掛墻安裝,也可以安裝在箱體內(nèi),應(yīng)確保安裝場所無滴水、腐蝕性化學氣體和沉淀物質(zhì),并注意環(huán)境溫度和通風散熱。

為確保可靠連接,接線時應(yīng)按接線圖進行,同時為了防止接頭處接觸電阻過大而導(dǎo)致局部過熱,也避免因接觸而導(dǎo)致保護器工作不正常,線頭應(yīng)采用合適大小的U形冷壓頭壓接后,再插入保護器相應(yīng)端子上并將螺釘擰緊壓實。

保護器內(nèi)部帶有交流電,嚴禁非專業(yè)人士擅自打開產(chǎn)品外殼。保護器在使用期間,若被保護線路發(fā)生短路或過載故障而被限流保護時,保護器仍處于帶電狀態(tài),不允許隨意碰觸用電線路的金屬部分。待檢查線路,并排除故障后,長按保護器的復(fù)位按鍵約2秒鐘,使保護器恢復(fù)正常運行時。

當保護器因超溫而發(fā)生限流保護時,則可能是因為負載電流過大,環(huán)境溫度過高或通風散熱等原因?qū)е?可通過加強通風等措施,等保護器溫度降下來后,再長按復(fù)位鍵,使保護器復(fù)位,恢復(fù)正常運行。