配电系统故障与防止电气火灾

    随着我国经济的迅速发展和用电的不断增长，近几年电气火灾次数呈上升趋势。在配电系统中，良好的接地可以降低接触电压，防止电击事故，但人们对接地设置不善引起的火灾危险则认识不足。事实上，用电设备完善的保护接地措施不但对减少电击事故、保护人身和设备安全非常重要，而且对防止电气火灾十分重要。

    一、低压接地故障的概念及危害

    低压接地故障是指相线与地或与地有连接的导体之间的短路。这些导体包括PEN线；PE线、用电设备金属外壳、敷设的建筑物构件等金属导体，它不包括相线与N线之间的短路，故在低压配电系统中称为接地故障以区别于一般的单相接地。如果设备外壳未作接地或接地不良，当设备绝缘破损发生接地故障时，接地故障电流经设备与地面的自然接触电阻和电源的接地极电阻流向电源中性点。因自然接触电阻很大，故障电流很小，不足以使熔断器和低压断路器等电器保护动作，而使接地故障点发生的电火花或是弧得以持续存在，引燃附近易燃物，酿成火灾。接地故障的特点是平时隐患不易察觉，一旦引起火灾，往往故障是一处，起火点是另一处甚至多处，使得火灾较其他电气火灾更严重。

    二、接地系统接地形式及防火安全程度

    低压配电系统按系统的接地形式可分为如下四类，其防火安全程度不尽相同。

    2.1 TN-C系统

    如图1所示，此系统保护导体PE线与中性线N线合二为一成PEN线，是原来最广泛应用的方式。但PEN线通过不对称正常单相负荷电流及三次谐波电流时，其在PEN线上产生的压降将加载在PEN线连接的用电设备外壳和线路金属套管上。当发生PEN线断线或相接地短路故障时，将产生更高的对地故障电压。同一系统的PEN线是相通的，某一处的故障电压可沿PEN线窜至其他场所，就可能出现一或多处起火情况，所以仍然很不安全。

    因此，在相负荷基本平衡的一般企业，无爆炸危险、火灾危险性不大、用电设备较少、用电线路简单且安全条件较好的场所，可采用TN-C系统，而有爆炸、火灾危险的工业企业以及井下等特殊场所则推荐采用以下系统。

    2.2 TN-S系统

    如图2所示，在此系统中PE线与N线是分开的，PE线不通过正常负荷电流，所以PE线和设备外壳不带电位，只在接地故障时才带电位。在保证接地保护动作可靠的前提下，在有爆炸危险的电气装置(矿井除外)的中性点设备接地系统中采用TN-S系统。因此，TN-S系统可用于有爆炸危险、火灾危险性较大或安全要求较高的场所，宜用于独立附设变电站的车间。现在新的高层建筑及居民小区已广泛采用此系统。

    2.3 TT系统

    如图3所示，此系统设备金属外壳用单独的接地及接地极，与电源的接地无联系，这一IT系统有本质区别。正常工作时设备外壳是地电位，不可能产生电火花或电弧，同时各设备金属外壳各用自己的接地极，PE线都不连通，杜绝了危险故障电压沿PE线窜入其他地方的可能性。但当发生接地故障时，故障电流通过设备接地极电阻和电源接地极电阻，因而故障回路阻抗较大，故障电流比TN系统小，需要装设对接地故障灵敏度高的漏电保护器，这是它的缺点。随着高灵敏漏电保护器的不断问世，克服了过去TT系统保护不可靠的问题。

    2.4 IT系统

    如图4所示，此系统中性点是对地绝缘的(或经阻抗接地)，当发生接地故障时，故障电流为非故障相的对地电容电流，故障接触电压不超过50V，不会产生电火花或电弧，故一般场所不要求切断故障回路，只需及时消除故障回路，所以IT系统多用于煤矿等对防火有特殊要求的场所，但它不宜配出中性线，以避免故障无法检查。另外，此系统对电压设备耐压要求也较高，这是它的缺点。

    三、避免接地故障引起电气火灾的措施

    3.1 火灾(爆炸)危险环境接地和接零

    除生产上有特殊要求的以外，一般环境不要求接地(或接零)的部份仍应接地(或接零)。例如，在不良导电地面处，交流380V及其以下、直流440V及其以下的电气设备正常时不带电的金属外壳，交流127V及其以下、直流110V及其以下的电气设备正常时不带电的金属外壳，还有安装在已接地金属结构上的电气设备，以及敷设有金属包皮且两端已接地的电缆用的金属构架均应接地(或接零)，而且所有接地(或接零)要有整体性连接。单相设备的工作零线应与保护接地线分开，相线和工作零线均应装有短路保护元件，并装设双极开关同时操作相线和工作零线。

    3.2 重复接地及等电位连接

    等电位连接有总等电位连接和辅助电位连接两种。总等电位连接是在建筑物电源进线处将PE线、接地干线、总水管等相连接。而将用电设备与邻近的水暖管道、建筑构件和电气设备外壳直接连接，形成局部的等电位为辅助等电位连接。等电位连接由于设备外壳和装置外导电部分以及地面的电位同时提高，降低了接地故障时的接触电压，减少了因打火或电弧引起的火灾事故。

    3.3 TN系统必须安装牢固

    就防火而言，TN系统的程度较差，但它的故障回路阻抗较小，故障电流大，保护电器动作灵敏简单，所以是我国一般场所广泛采用的接地系统。对于TN-C系统，如果PEN线不牢固，发生断路，若断在三相电路的主干线上，断开点后因三相负荷不平衡，负荷中性点将偏移，造成各相电压大幅度偏高或降低，从而损坏用电设备；若断在单相线路上则220V相电压将通过设备内线组延伸到设备外壳上，造成更大的火灾和电击危险。因此，按机械强度要求选择导线截面。架空线路不应采用单芯铝线，而应采用铝绞线，其截面积应不小于35m²，引入线截面积不小于10mm²。不论导线材质，建筑物内敷设PE(PEN)线最小截面积在套管时均为2.5mm²，不套管时均为4mm²。不论相线截面积为多少，主干线路的PEN面积不应小于10mm²。

    3.4 接地回路保护设置

    (1) N系统中，如PEN线(TN-C系统)或PE线(TN-S系统)截面积过小，线路保护电器往往不能保护它。当通过大接地故障电流时，引线可能烧至炽线以至熔断，很容易引起火灾。故IEC标准规定，为了保证PE(PEN)线短路时的热稳定，P≤E(PEN)线最小截面积应如下表所示。

    (2)低压接地故障保护电器的选用：①TN系统。根据TN系统特点,TN系统的地故障多为金属性短路，故障电流较大，可利用原来做过负荷保护和短路保护的过电流保护电器(如熔断器、低压断路器)兼做接地故障保护；若线路较长、导线截面积较小，经计算，过电流保护电器不能满足切断接地故障电路的时间要求时，则应采用带接地故障保护的断路器或漏电保护器，此时需设置专门的PE线。②TT系统。TT系统的故障电流较小，过电流保护常难满足灵敏度要求，因此在TT系统中推荐采用高灵敏度漏电保护器作为接地故障保护。③IT系统。如前所述，盯系统因中性点不引出，只需发出信号及时消除故障回路就可以保证供电的可靠性。

    四、结束语

    通过以上分析可以看出，因低压接地故障引起电气火灾是很隐蔽的，必须按要求采取措施避免因接地故障而引起火灾。另外，对每一低压配电系统应认真计算，对这一危险的起火源给予更多的关注和防范。