电气火灾的凶-大开关与长线路.doc

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电气火灾的元凶—大开关与长线路刘叙义(国脉通信规划设计有限公司) 我们国家每年发生多少起电气火灾,经常在电视上报纸上看到报道,某地发生电气火灾死亡多少人烧伤多少人,经济损失多少万元。起火原因大部分都是电线短路造成的,电线短路似乎属于意外事故可归入天灾,火灾原因追究到此为止。追根溯源其实电气火灾大部分都是人祸都是人的责任。是因为电线的截面积、电线的长度与空开的选型、空开额定电流的配置出现了问题。据统计上海市三年内,由于电气线路故障问题,而造成的电气火灾平均占火灾总数的42%。电气线路由于敷设不正确或安装和使用时违反安全规程,形成短路、过载或局部接触电阻过大,造成电气线路火灾。网上查找《电气线路火灾的原因及预防》上百篇文章,分析了电气火灾的许多原因,但是没有突出空气开关的选型配置问题,没有讨论电气线路火灾的元凶-大开关与长线路的相关文章。电线是电能的传输载体,电能通过电线进入工厂、企业、千家万户,电气火灾的隐患也随着电线潜伏到每个工厂、企业、千家万户。电线的绝缘外皮是可燃物,即使阻燃电线也只是热源消失后火焰才会逐渐熄灭,电线短路引起着火没切断电源时电线仍会继续燃烧,周围有可燃物就可能酿成火灾。电源的理论发展到今天可以说已经很完善了,但实际使用上却经常存在问题,人们对司空见惯的电路隐患熟视无睹,电气线路火灾的元凶—大开关与长线路的现象随处可见。供电的连续性与供电的安全性处理不好就成了一对矛盾,有时会顾此失彼强调了供电的连续性就忽视了更为重要的供电安全性。电气线路里接的保险、空气开关、地线、漏电保护器,都是保护线路安全和保护人身安全的必要设施,其中保险与空气开关是保护线路安全的重要器件,保护线路安全就是线路过负载或短路时及时切断电路不使电线过热引起火灾。空气开关广泛应用在电气线路里,电路发生过载或短路时可以跳闸切断电路保护电路的安全,一般空气开关的额定电流取电路额定电流的1.1~1.2倍。电气设备启动电流要比额定运行电流大的多,用电设备接通电源时的启动电流与额定电流的倍率不同,鼠笼电机满载时启动电流可达额定电流的6~8倍。一般用电设备启动电流都是额定电流的几倍,满载电机启动时间稍长,一般设备启动的时间很短,启动电流很快降为额定电流,热的产生和积累与额定值的比较增加不多,空开的额定电流选择不是按照启动电流倍数选择的,一般空气开关额定电流指过载保护额定电流取电路额定电流的1.1~1.2倍即可。空气开关的保护功能分两种,过载热保护与短路磁保护,即过载保护与短路保护是由两套保护机构完成的,短路保护额定电流要与设备启动电流相适应。选择空气开关要根据电路负载性质选择相对应的开关类型,如B型:短路电流/启动电流=3(5)倍;C型:短路电流/启动电流=5(10)倍;D型:短路电流/启动电流=10(20)倍,满载启动电机选择D型空开,一般设备选择C型空开。电线额定电流IX≥空开额定电流IK≥(1.1~1.2)*负载额定电流IF …(1)这是一个保障电路安全运行的基本关系式,但在实际电气线路中经常看到一条小线路接到一个大空开上,如2.5mm2线路4 mm2线路接到100A、200A甚至400A的空开上,当电缆严重过载时会烧毁线路甚至引起火灾,这就是电气火灾的元凶之一大开关接小线路的现象。电线短路电流IXd≥1.6*空开短路保护额定电流IKd>负载启动电流IFd …(2)这是电路故障短路安全保护的基本关系式,一般情况下电路过载保护合格,电路短路保护也就合格了。但在特殊情况下,当线路过长的时候,空开短路保护也会失去作用,由于空开过载保护在1.3倍额定电流状态下需要运行1~2小时才能断开电路,所以依靠空开过载保护功能保护长线路的短路是不可靠的,当电缆短路电路过长时会烧毁线路甚至引起火灾。以ABB塑壳S2-160A配电型空开保护电路失效为例,计算分析电路事故。1、电缆单相短路电流IXd的计算配电S2-160A/3P热磁保护空开额定电流160A,短路脱扣电流1600A,干线电路接VLV-2*(3*185+95)mm2电缆长度150米,支路接VVZ-3*25+16mm2电缆长度50米,变压器315KVA,计算支路末端电缆单相短路电流IXd(忽略电缆感抗):变压器单相回路内阻:1)315KVA变压器的额定电流为I=315*1000/(1.732*400)=455(A)2)变压器阻抗电压4%,可得变压器单相回路内阻r0=u0/I=220*4%/455=0.0193 (Ω)3)单相电缆回路电阻:R1=ρ1(150/(2*185)+150/(2*95))=0.029*1.1949=0.0346(Ω)R2=ρ2(50/25+50/16)=0.0175*5.125=0.0896(Ω)4)电路末端单相完全短路电流:IXd=u0/(r0+ R1+ R2)=220/(0.0193+0.0346+0.0896)=1533(A)S2-160A/3P短路保护10倍率时空开要可靠动作,要求短路电流达到短路保护整定电流的1.6倍,即需要达到1600*1.6 =2560(A),可见本例的1533A单相完全短路电流也启动不了空开的短路保护,实际短路电流还要小于1533A,因为短路温升电阻正温度系数的影响和短路事故往往是不完全短路。这是某电信分局配电室的一个事故实例,电缆VVZ3*25+16mm2的末端短路,S2-160A/3P空开短路脱扣保护没有动作,造成电缆着火事故。幸亏发现扑救及时未造成更大的损失。过长电路的短路保护需要仔细验算,选配合适的空开配合线路,或选配合适的线路配合空开,满足电缆的短路保护要求。有时候电源线路的规格、长度不详,如何根据电路的短路电流选配空开,可以采用电源线路测试加计算的方法。2、电缆单相短路电流IXd的测量计算例:测试电路VVZ-3*25+16mm2电缆末端的单相空载电压U1=230V、工作电压U2=209V、负载电流I=70A,计算单相电流环路阻抗Z=?单相短路电流IXd=?验证DZ20-80A/3P空开是否满足短路保护要求。Z=(U1-U2)/I=(230-209)/70=21/70=0.3 (Ω)IXd=U1/Z=230/0.3=767(A)由于DZ20-80A/3P短路保护10倍率空开电流为800A,可靠的短路保护电流需要800*1.6=1280(A),所以在此电路中空开的单相短路保护不起作用,可以选择其它可调短路保护倍数的空开,选择短路保护与过载保护比值低的空开,按照电路的条件和要求进行选择和脱扣电流的整定。表一:DZ20型塑壳配电空开短路脱扣保护允许电缆的线路长度空开额定电流IK(A) 10162032162532406380电缆规格VV-(mm2)3*2.53*2.52*4+2.52*6+44*2.53*4+2.53*6+43*10+63*16+103*25+16电缆相线(mm2)2.52.5462.546101625电缆零线(mm2)2.52.52.542.52.5461016电缆额定电流IX(A)21212836192735496789空开短路脱扣电流I0(A)500500500500500500500500630800空开允许电缆长度L(m)2020 24 38 20 24 38 59 77 96 3、单相短路保护允许线路长度(L)计算方法由R0=γ(ρ*L/S1+ρ*L/S2)=γ*ρ*L(1/S1+1/S2)得L=R0/(γ*ρ(1/S1+1/S2))其中:R0=U0/I0=220/I0I0:空开短路保护脱扣电流(A)S1:电缆相线截面积(mm2)S2:电缆零线截面积(mm2)γ:安全系数1.6(计算电缆短路脱扣保护允许长度,短路回路阻抗还应包括变压器及整个电源系统阻抗的影响,所以取安全系数1.6)ρ:铜芯电线电阻率0.0175(Ωmm2/m)例:VVZ-3*25+16mm2电缆,DZ20空开80A,10倍率短路保护,求允许电缆长度?L=R0/(γ*ρ(1/S1+1/S2)) =220/I0/(1.6*0.0175(1/25+1/16))=220/800/(1.6*0.0175(1/25+1/16))=9.8214/(0.04+0.0625)=96(米)表一,如果用DZ20-10~20A空开接小线路,空开短路保护的电缆允许长度仅一二十米,即使过载保护符合规范,短路保护也很难达到要求,如果发生电线短路很容易引起火灾,因为这种塑壳空开50A以下的短路脱扣电流皆为500A。表二,微型空气开关短路保护有不同电流脱扣倍数可以选择,可以根据电缆规格的大小与长短,合理选择配置相应保护合格的空开。表二:微型空开单相短路脱扣(B、C、D、K)保护允许电缆的线路长度空开额定电流IK (A)10162032162532406380电缆规格VV-(mm2)3*2.53*2.52*4+2.52*6+44*2.53*4+2.53*6+43*10+63*16+103*25+16计算相线规格(mm2)2.52.5462.546101625计算零线规格(mm2)2.52.52.542.52.5461016电缆相线额定电流IX(A)21212836192735496789(B型)短路脱扣3倍I0(A)30486096487596120189240允许电缆长度L(m)327 205 201196 205 161 196 246 256 319 (B、C型)短路脱扣5倍I0(A)508010016080125160200315400允许电缆长度L(m)196 123 12111812397 118 147 153 192 (C、D、K型)短路脱扣10倍I0(A)100160200320160250320400630800允许电缆长度L(m)98 61 60596148 59 74 77 96 (K型)短路脱扣14倍I0(A)1402242804482243504485608821120允许电缆长度L(m)70 44 4342 4435 425355 68(D型)短路脱扣20倍I0(A)200 320 400 640 320 500 640 800 1260 1600 允许电缆长度L(m)49 31 3029 31 24 29 37 38 48 电路终端小规格电源线路不宜使用塑壳空开,小线路超过20米要使用微型空开,根据负载的性质、电缆的长度选配空开型号与额定电流。电气线路火灾的元凶-大开关与长线路,这是两个容易被人忽视似乎比较隐蔽的问题,许多人没经过仔细考虑,认为开关大一点供电安全,不容易跳闸,却忽视了与线路安全匹配的问题,过载时会使电线过热烧毁线路甚至引起火灾。相比大开关问题长线路问题就更不容易引起人的注意,这要经过仔细周密地分析计算才能发现问题。电路运行负载额定电流不过载,故障短路电流够大能够迅速切断空开,这是电气线路可以安全运行的基本条件。就怕电路过载电流大空开热保护更大空开不能跳闸,就怕故障短路电流小空开磁保护电流过大空开不能跳闸,这就是电气线路火灾的元凶-大开关与长线路的两个致命隐患,它是夹在电路额定电流与空开可以保护的短路电流之间的危险电流区段,不容易引起注意容易被人忽视。大开关与长线路是电路过载和短路空开不能跳闸的基本原因。换个说法,空开的额定电流不能大于线路的额定电流,空开的短路保护额定电流不能大于线路的实际短路电流。上海市三年内,由于电气线路故障问题,而造成的电气火灾平均占火灾总数的42%,其中大开关与长线路造成的过载、短路事故,空开不跳闸而引起的火灾,应该占了电气火灾的大多数。黑龙江省林甸县国有粮库配电箱的一个电缆破皮短路打火事故酿成严重火灾,过火粮食八千万斤,多么令人惊心动魄的震撼数字。电路故障点前端的空气开关为什么没有切断事故电源?是否空开大了是否线路长了还是空开型号选择不对?又一次全国安全大检查开始,要带着题目带着问题带着解决问题的方法,全面安检重点详查专项深查,电气安全检查整治切勿抓大不抓小,细枝末节小线路更可能有危险隐患。让我们换个角度认识电气线路火灾的成因,深入一步查找发生电气火灾的根源,找到预防电气火灾的方法,上工治未病防患于未然。希望以后电气短路火灾的新闻报道不仅要报道火灾是由电线短路造成的,而且要深入追查是空开大了还是线路长了,是电线选择小了还是空开选型错了,从而引起人们对电气线路火灾的元凶-大开关与长线路隐患现象的认识、警惕、预防和整治。不发生和少发生这种可以预防但却时常发生的让人痛心的火灾事故。电路存隐患,事故非偶然。空开忌讳大,线路要求短。脱扣选倍率,长度限电缆。电流不等式,顺序别弄反。短路能验证,测算有无险。终端用微断,逐项做安检。7
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