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接地故障交配电
接地故障引起电气火灾的防护措施
引言
据近几年的统计,我国发生电气火灾高居火灾事故总数的首位,约占总数的30%左右。
在电气火灾中,电气短路引起的火灾事故又占一半以上。
电气事故包括触电、雷电、静电、电气故障、电磁场危害等,往往引起火灾与爆炸、电气线路和设备故障、直接人身伤害等。
1.电气火灾事故的多发性
1.1电气短路的形式
电气短路的形式有两种:
一种是导体间直接接触,如相与相之间、相与N线之间短路,短路点往往被高温熔焊的金属短路,称为金属性短路;另一种则是带电导体对地短路,是以电弧为通路的电弧性短路。
前者短路电流以若干千安计,金属线心产生高温以至炽热,绝缘被剧烈氧化而自燃,火灾危险甚大,但金属性短路产生的大短路电流能使断路器瞬时动作切断电源,火灾往往得以避免。
后者因短路电流受阻抗影响,电弧长时间延续,而电弧引起的局部温度可高达3000~4000℃,很容易烤燃附近可燃物质引起火灾,但由于接地故障引起的短路电流较小,不足以使一般断路器动作跳闸切断电源,所以电弧性短路引起火灾危险远大于金属性短路。
1.2接地故障的危险性
在电气线路短路引起的火灾中,接地故障电弧引起的火灾远多于带电导体间金属性短路引起的火灾。
这首先是因为电弧性接地故障发生的几率远大于带电导体间短路的几率。
一旦发生接地故障,由它引起危险电弧的几率也远大于带电导体间产生危险电弧的几率,这可用图1来说明。
图中a、b、c和d各为相线、中性线和PE线的连接端子。
a、b两端子如连接不良或不导电,设备将不运转或运转不正常,可及时觉察予以修复,不致引发事故。
但PE线的端子c、d不导电或导电不良却不易觉察,因设备仍能照常运转,这时c、d端子的连接不良将成为一个事故隐患而持续存在。
若一旦发生图1所示碰外壳接地故障,如果c、d端子不导电,设备外壳对地带相电压而导致电击事故。
如果c、d端子导电不良,端子处将进发电火花或电弧(延续和集中的电火花即为电弧),很易引起火灾。
因此在接地故障回路全为金属导体的TN—C—S系统中,其导电性能不良失去接地保护时,并不影响电气设备的正常运行,故不易发现。
但一旦发生接地故障,连接点的阻抗限制了短路电流,不能使断路器动作,而导致上述电弧性短路的发生。
至于TT系统,其接地故障回路内串有电源的接地保护和设备外壳的接地保护,两个接地电阻造成回路本身的阻抗就很大,更易发生电弧性短路。
由此可知,接地故障的回路阻抗大,使它易以电弧短路的形式出现,这也是单相接地短路故障容易导致火灾的一个重要原因。
2.电气设备电弧性接地故障
电力线路受机械损伤而发生短路,如当导线与金属管道构件接触而无套管保护时,长期磨擦使绝缘损坏,这种短路多为单相接地故障造成,易发生电弧性短路。
通常电气设备绝缘损坏产生电弧性接地故障的情况还有:
导线和电气设备绝缘老化;电器或电动机的接线端子周围绝缘因长期发热而炭化;电动机过载而发生匝间短路;电气设备受潮或严重凝露;在电气设备中有导电尘埃沉积等。
这类故障会引起接地电弧性短路,并酿成火灾。
在这种情况下,泄漏电流产生的发热功率约为60~100W,这功率如释放在几个平方毫米上,此时只要周围有可燃材料就会引起火灾。
3.电气短路接地故障
当线路因过负荷使绝缘温度超过最高允许工作温度,绝缘老化加速使绝缘水平降至规定值以下,如果没有外因触发,短路一般还不会发生。
如果有外因触发,如雷电引起的瞬态过电压、邻近大功率设备的操作过电压,以及变电所高电压侧接地故障引起的暂态过电压等,则在此大幅值过电压冲击下,老化的绝缘将被击穿而形成弧光短路。
过电压转眼消失,工频短路电弧却能长时间延续,这是因为电弧的高阻抗限制了短路电流,使断路器不可能动作。
这类过电压多出现在带电导体与地之间,所以这种短路也多为单相接地短路。
电气短路以单相接地故障居多,电气火灾的危险则以电弧性接地为最严重。
还需说明,接地故障回路的阻抗较大,这是形成电弧性短路的一个重要原因。
不论是TN系统还是TT系统,接地故障回路的阻抗都大于带电导体短路回路的阻抗。
4.电气火灾的防护
4.1保持防火距离
电气火灾时由电火花或电器过热引燃周围易燃物形成的,电气安装的位置应适当避开易燃物。
4.2保持电器、线路正常运行
保持电器、线路正常运行主要指保持电器和线路的电压、电流、温升不超过允许值,保持足够的绝缘强度,保持连接或接触良好。
这样可以避免事故火花和危险温度的出现,消除引起电气火灾的根源。
保护功能的断路器
要防止电弧性接地短路,应大力推广使用带漏电保护功能的断路器,就一般建筑而言,除线路末端装设30mA的漏电保护器(RCD)外,进线处应装设带漏电保护功能的三相断路器,漏电动作电流可选300mA或500mA,带0.15~0.3秒延时。
带漏电保护功能的断路器其延时功能可与第二级30mA的RCD配合,实现选择性保护,而且500mA以下电弧能量尚不足以引燃起火,这样可有效消除现时大盘发生的电弧性接地短路引起的火灾危险。
4.4经小电阻接地的10KV电网,变电所应等电位连接或者接地网分开设置
为防止经小电阻接地的10KV供电网接地故障时过高的暂态过电压传导到低压用户的设备上,可以将变电所的供电系统保护接地和低压系统的接地网分开设置,并且二者应有一定的距离,使上述暂态过电压无法由原来共用的接地网传导到低压用户去。
另外,也可以大大减小变电所工作接地电阻值,并调整10KV经小电阻接地系统的小电阻阻值,以控制10KV供电系统的接地短路电流在一定范围内,使上述暂态过电压不致达到危险值。
如果变电所设在高层建筑内,则变压器的保护接地和低压侧的工作接地可以通过等电位联接而共用一个接地体,即把建筑物的基础钢筋、金属管道、电缆金属外皮等做等电位联接,当变电所发生10KV接地故障时,建筑物所有金属部分共同处于同一电位,不致引起电击事故。
因此,有等电位联接的高层建筑低压系统接地可与该变压器、高压柜保护接地共用接地装置。
4.5适当提高设计标准,确保施工质量
随着经济发展,今后会有更多的用电设备进入家庭和写字楼,电气设计应以发展的眼光选择导线截面,适应未来的需要。
同时还应充分考虑到导线载流量偏大问题,严格控制线路的长度不超过允许范围,杜绝隐患。
在施工中应严格按规范操作,做好线路连接、大功率灯具防火、保护线路绝缘、防止中性线断裂等工作,消除不必要的隐患。
另外,我国国家标准的建筑防火设计规范、电气施工验收规范等与IEC相关标准有一定的差距,一些电气火灾隐患的防范在这些规范中未作具体规定,因此应提高国家标准及规范的电气安全水平,并制定导线载流量的国家标准,以利于措施的落实。
5.结论
为防止接地短路故障引起的电气火灾,在电源进线处装用带剩余电流保护功能的断路器和电气火灾监控系统是一项重要的防火灾措施。
在进线处安装带过载保护、短路保护、剩余电流保护于一体的多功能低压断路器和电气火灾监控装置,不仅可以保护线路、保护设备,而且还可防止因接地故障引起的电气火灾。
消防工程设计之消防电气
1.在一级负荷的供电系统中,二路独立供电的高压单元回路,任一回路故障,其高压侧母联开关应联锁投入,而绝大多数设计此开关均为手动。
2.当一路高压供电而另一路为自备发电机供电的一级负荷系统,当市电高压故障,而自备发电机往往只能靠手动投入到低压侧母线供电,这样就延误了供电时间。
3.消防设备电源箱为双路供电,变电所仅一路高压供电,另一路为自备发电机供电,发电机是通过双投刀开关接入低压母线的。
以上3点除对一级负荷的理解有关外,更主要的是,当地供电部门怕影响配电网接线,危及配电网的安全,以及造成自备发电机非同期合闸等。
4.一类高层建筑自备发电,应设有自动启动装置,并能在30s内供电,但多数发电机未设电压监视装置,故只能靠手动启动。
这主要是变电所及发电机未设计必要的自动联锁装置,更主要的是一些供电部门不同意自投供电。
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5.有些控制箱未设计在消防控制室直接手动启动的引出端子及相应设备。
这主要是因设计人员未设计原理图,同时对重要消防设备应设置直接手动控制装置理解不深所致。
6.有的消防备泵为消火栓系统及喷淋系统共用,致使备泵不能根据系统故障,自行选择投入运行。
这些消防给水专业沟通不够及对规范的理解有关。
7.一些控制箱未按《建筑电气安装工程图集》推荐的标准选型而选用老式的XJ01-1控制箱,致使主泵故障,只能去水泵房现场启动备泵。
8.消防控制室无法监视重要消防设施的供电电源,因为消防控制箱未设计电源监视装置。
9.有的重要消防供电回路开关不具备选择性,当启动消防泵时,因启动电流大,控制箱自动开关未跳闸,反而越级跳到电源侧或配电室低压母线侧。
当选择标准控制箱时,未很好校核供电系统及自动开关的动作电流(或灵敏度),很易产生负荷倒动作电流大于首端电流,而越级跳闸。
10.水泵、防排烟风机,消防电梯等设备,其供电线路未选用耐火型电缆。
11.楼梯间集中供电的疏散照明灯,在火灾时不能自动点亮。
12.在火灾时继续工作的场所(如配电室、水泵房等)应急照明时间不够,且照度低。
变配电所设计中普遍存在的问题
6kV配电所及10、6/0.4kV变电所设计,是工程建设中非常普通又非常重要的一项工作,其规范性和技术性都很强,许多方面涉及到国家强制性条文的贯彻落实。
要做好变配电所设计既要执行国家现行的有关规范和规程,又要满足当地供电部门的具体要求,否则会出现种种问题,影响设计质量和工程进度。
为了做好变配电所的设计,现将本人在审查我院变配电所设计图纸时发现各种问题中的一部分整理出来,进行简要的分析,与大家相互交流,以便共同提高。
1.变电所和配电所的名称工程设计在使用名词术语时要力求准确,不能随意。
在具体项目的设计文件中不宜笼统使用“变配电所”这一名称。
“变配电所”是变电所和配电所的统称,仅用于泛指。
具体谈到某种类别或某一个体时,应分别称为“变电所”或“配电所”。
在GB50053-94《10kV及以下变电所设计规范》中,“变电所”的解释是“10kV及以下交流电源经电力变压器变压后对用电设备供电”:
“配电所”的解释是“所内只有起开闭和分配电能作用的高压配电装置,母线上无主变压器”。
在变电装置与配电装置均有时,以升降压为主要功能包括附有高、中压配电装置者,称为“变电所”“以中压配电为主要功能包括附有3~10/0.4kV变压器者,称为”配电所“。
一项工程具有多个变电所时,应以所在建筑物的名称或用流水号对各变电所分别命名。
2.带电导体系统的型式和系统接地的型式根据国际电工委员会IEC-TC64第312条,配电系统的型式有两个特征,即带电导体系统的型式,如三相四线制,和系统接地的型式如TN-C-S系统。
在正式文件中不得把三相四线制的TN-S系统称为“三相五线制”。
在GB50054-95《低压配电设计规范》第37页“名词解释”中已明确指出,“三相四线制是带电导体配电系统的型式之一,三相指L1、L2、L3三相,四线指通过正常工作电流的三根相线和一根N线,不包括不通过正常工作电流的PE线”。
它并进一步阐明“TN-C、TN-C-S、TN-S、TT等接地型式的配电系统均属三相四线制”。
在我国低压配电电压应采用220V/380V.带电导体系统的型式宜采用单相二线制、两相三线制、三相三线制和三相四线制。
在设计文件中,对TN-S与TN-C-S接地型式的划定有时混淆不清。
系统的接地型式一般是就一个变电所或一台变压器的供电范围而言。
中性线N线和保护线PE线仅在局部范围内,如一栋楼或一层楼分开时,应称TN-C-S系统。
TN系统中某一剩余电流保护器负荷侧电气装置的外露导电体单独接地时,可称为局部TT系统。
3.分级分类术语和标准计量单位设计文件中的各种分级、分类等名词术语,应与国家标准、行业标准统一,不得混淆。
如经常使用的术语:
电力负荷应称为一、二、三级负荷,这里用“级”不用“类”;防雷建筑称为一、二、三类防雷建筑物,这里用“类”不用“级”新的防雷规范不再分工业、民用,屋面避雷网的网格大小也应以新规范为准 ;爆炸性气体环境危险区域分为0、1、2区,爆炸性粉尘环境危险区域分为10、11区,火灾危险区域分为21、22、23区,这里均用“区”不用“级”或“类”;而火药、炸药、弹药及火工品危险场所电气分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类危险场所,这里用“类”不用“区”。
其他的名词术语也应正确使用,如在正式文件中应使用“断路器”、“变电所”,而不宜使用“自动开关”、“变电站”等等,不一一列举。
计量单位的标准符号要正确,字母的大小写不能随意。
如A、V、W、kV、kW、kVA、kvar、lx、km等应一律使用法定计量单位,特别要注意单位符号字母的大小写要正确,凡由人名转化来的单位符号如A、V、W、N、Pa 和兆以上的词头符号如M、G 均应大写;除此之外,则一律小写,如kV、MW、kvar、km等。
有关计量单位的资料,可参阅“工业与民用配电设计手册”第十六章第773~783页。
4.对土建的要求在GB50053-94《10kV及以下变电所设计规范》中明确规定了变电所所址选择和对建筑等有关专业的要求,在执行中我们还存在不少具体问题,现仅列举以下几例略加分析,今后设计时应予以重视。
1)防火挑檐:
车间附设变电所选用油浸电力变压器时,有的未在变压器室大门的上方设置防火挑檐。
在工程建设标准强制性条文GB50053-94的第6.1.8条,规定“在多层和高层主体建筑物的底层布置有可燃性油的电气设备时,其底层外墙开口部位的上方应设置宽度不小于1.0m的防火挑檐”。
2)安全出口:
有的设计在长度大于7m的配电室仅设一个出口或设两个出口但靠近同一端。
这不符合GB50053-94第6.2.6条的规定,规范要求“长度大于7m的配电室应设两个出口,并宜布置在配电室的两端”。
3)梁高:
有的设计在考虑室内净高时未计及梁的高度。
由于变配电所的跨度较大,有时梁的高度可达800mm左右,故在提土建条件层高时应考虑梁的高度。
4)值班室:
有的设计将值班室设在交通不便的里角。
这不符合GB50053-94的第4.1.6条规定,该条规定“有人值班的配电所,应设单独的值班室。
高压配电室与值班室应直通或经过通道相通,值班室应有直接通向户外或通向走道的门。
”
5)电缆沟:
有的变电所内双排布置的低压配电屏仅在屏底和后侧设置地沟,两排屏的沟之间互不连通。
为了方便电缆的进出和今后线路的调整,宜将所内所有主电缆沟和控制电缆沟均连通。
6)电缆分界室:
有的分界室不满足供电部门的要求。
北京供电局规定北京地区的10kV用户必须设置电缆分界室作为工程的电源总进线室。
电缆分界室的位置应接近电源进线方向,并靠近建筑物的外墙。
其面积一般为6m×3.5m即20mm2左右,净高应不小于2.7m,下设净高不小于1.8m的电缆夹层,并设600mm×600mm的人孔和爬梯。
电缆分界室在无地下室的建筑物中一般设在一层;而在有地下室的建筑物中,则不论地下有几层,电缆分界室均要求设在地下一层。
根据北京市供电局的规定,电缆分界室归北京市供电局管理,故电缆分界室的门应向外开向公共走道。
5.设备布置在变配电所的设备布置方面,我们也存在种种问题,甚至违反强制性条文的规定,现仅举列如下:
1)高、低压配电系统图与平面图不一致。
其表现形式有两种:
其一是系统图与平面图中柜屏 的排列顺序相反。
看系统图时是面向柜屏 的正面,将其从左至右排列为1、2、3……n;而在平面图上却是面向屏的背面,将其从左至右排列为1、2、、3……n,必然弄反了。
要避免这一错误的关键是在系统图和平面图上都应面向柜屏 的正面从左至右按顺序排列。
其二是平面图上双排面对面布置的配电屏之间有母线桥,而在系统图却未画出。
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