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原创:现行国家电气规范对低压线路电气故障防火保护措施的调整与完善!时间内
内容摘要:
【四川省公安厅消防局 提 要:针对目前落实低压线路短路、过负载等电气故障防火保护措施存在的问题,简述经修订后的现行国家技术规范对电气故障防火保护的调整与完善,并与规范修订前要求作比较分析。  关键词:短路 过载 接地 故障保护 线路火灾预防一】
正文:
四川省公安厅消防局    提 要:针对目前落实低压线路短路、过负载等电气故障防火保护措施存在的问题,简述经修订后的现行国家技术规范对电气故障防火保护的调整与完善,并与规范修订前要求作比较分析。     关键词:短路 过载 接地 故障保护 线路火灾预防  一、问题的提出:   预防低压线路因短路、过负载等故障引发线路火灾一直是有关低压系统设计、安装等电气规范、标准、规程所规定的重要内容,也是当前电气防火工作的重点。近年来国家有关部门根据实际应用并借鉴先进国家技术及国际标准,对大量低压电气规范、标准等进行了修订,其中对涉及低压线路短路、过载等电气故障防火保护主要技术措施要求的《低压配电装置及线路设计规范》,在原规范基础上作了较大改动(原规范编号为GBJ54-83,以下称为原规范, 修订后更名为《低压配电设计规范》,编号为GB50054—95,以下称为现规范),这些改动以后的规定内容是进一步落实线路电气防火安全技术措施的重要依据。但由于种种原因,现规范所规定的线路防火措施还未能得到较好地普及,以至于大量电气防火专业规程及教科书和工农业生产、民用建筑低压用电还未能按照现规范对线路电气防火措施进行调整完善。毫无疑问,了解、掌握、应用线路防火措施的新规定,无论是对于广大低压用户,还是用电管理、安全部门都具有重要的指导作用,尤其是对于公安消防监督部门更加有效地依法科学实施电气防火安全监督,广泛落实电气防火保护措施,遏制当前线路电气火灾上升的势头,更具有重要意义。现将现规范对照原规范试作一简要比较分析,以期望对促进低压线路电气防火措施的普及与提高有所裨益。     二、现规范对线路故障防火保护措施完善的主要方面:   (一)对线路短路保护一般问题的完善:   1、重新规定了线路短路热稳定保护的校核条件。线路短路热稳定的意义是指线路在一定时间内通过一定量的短路电流时,线路绝缘及物理性能不致因高温损害。在线路设计安装必须校核热稳定,这显然是线路防火基本措施之一。热稳定应与短路电流大小、短路持续时间(保护电器动作时间)及线路本身等因素有关。但原规范对配电线路采用熔断器作短路保护时,规定热稳定仅用熔体与线路截面积的最大比值来校核,即“熔断器熔体的额定电流,不应大于电缆或穿管绝缘导线充许载流量的2.5倍,或明敷绝缘导线的1.5倍” (第4.0.3条),对采用断路器保护时,也有类似规定。这种小于最大倍数即认为满足线路短路热稳定的方法虽然简便,但有局限性。实用中常发现,对于截面较小的电线(如35mm2以下的铝芯线),当离电源变压器较近发生短路, 即使变压器容量不超过1000KVA, 按规定的“倍数”选择保护电器不能满足线路热稳定的要求;而当线路距变压器较远时( 线路较长时),末端短路电流虽然变小, 但保护电器切断线路故障的时间却增长了,这时即使满足“倍数”要求,但也不能满足热稳定的要求。   基于上述,现规范对线路短路热稳定采用以下基本公式校核:   S≥√t·Id/K         (1)   式中:S—绝缘导体的线芯截面积(mm2);      Id—短路电流周期分量有效值(A);      t—在已达到允许最高工作温度的导体内, 短路电流持续作用的时间(S,t≯5S);      K—与线路导体及绝缘材料有关的糸数。   上式综合考虑了线路截面及其热容量、电阻率、导热能力和短路电流大小及持续时间等因素。同时规定当短路持续时间小于0.1秒时,还应校验K2S2>I2t(I—短路全电流有效值),以使保护电器切断故障前, 线路能承受包括非周期分量在内的热作用。这比之原规范规定更合理全面,并且随着现规范的实行,设计手册等工具书也在相应修改,手册中按不同产品列出实用数据便于设计时采用。   2、缩短了切断短路电流的持续时间。原规范规定以上所述“倍数”作为线路热稳定校核时,要求保护电器切断短路电流作用时间不超过15秒,现规范调整为不超过5秒, 这对选择保护电器以及实现保护电器与线路之间的配合提出了更高的要求,但对防止线路短路火灾更为有利。   3、对采用瞬时或短延时动作断路器作线路短路保护时,将保证断路器可靠动作的短路电流Id与断路器脱扣器整定电流Ik最小比值由原来的1.5调整为1.3(即Id/Ik≮1.3)。   (二) 增设了接地故障保护要求:   接地故障是指相线对地或与地有联系的导电体之间的短路。它包括供电相线与大地、保护线(PE线、PEN线)、 工作零线、配电和用电设备的金属外壳、敷线管槽、建筑物金属构件、上、下水和采暖、通风等管道以及金属屋面、水面等之间的短路。原规范仅把接地故障作为一般线路短路保护规定,对控制接触电压和切断故障线路的时间都未提出具体要求。但接地故障属于单相短路,比之两相、三相短路更为常见(目前线路短路火灾也多属接地短路故障所致),且其短路故障情况随低压线路运行接地方式不同而不同,保护要求也比较复杂。同时接地故障保护又是校核线路短路保护是否灵敏可靠的重要依据,因此,现规范针对不同配电线路的接地形式(即TN、TT、IT形式)分别作出规定。从电气防火安全角度看,现规范对接地故障保护要求的主要特点是:   1、在正确选用和整定配电线路保护电器的同时,要求对配电系统的接地形式、电气设备的使用特点(固定式、 手握式或移动式)、导体截面加以正确地协调配合。   2、增加了接地故障保护等电位联接辅助措施的要求。即要求将电气装置的PE、PEN 线干线与电气装置接地极的接地干线,建筑物内的金属管道(如水管、煤气管、 采暖和空调管道),甚至如有可能, 还要求与建筑物内金属构件等导电体连接,或者局部等电位联接。这对防止短路时设备所带故障电压对地或其他导体放电产生电火花或电弧引起火灾爆炸具有重要作用。   3、针对过电流保护(指用熔断器、断路器等)有时难以达到技术要求的情况,明确增加规定了用零序或漏电保护也作为短路保护重要措施之一,同时对采用零序、漏电保护电器的安装整定作了详细规定。   4、对不同接地形式线路的接地短路保护动作可靠性校核分别作出规定。线路接地形式不同造成接地短路故障回路阻抗不同。如TN系统(参见图1) 其短路回路以线路导体为故障回路,短路阻抗小、电流大,而TT系统(参见图2) 其短路回路包括大地、变压器工作接地和设备保护接地电阻,回路阻抗大、电流小,
  并由此往往在短路故障点形成难以估算的接触电阻。   原规范对各类系统一律用满足短路电流与熔断器熔体额定电流或断路器过电流脱扣器整定电流比值最小“倍数”来校核灵敏可靠性(对熔断器为4,对断路器为1.5)显然是不够合理的。因此,现规范分别不同的线路接地形式对接地短路保护校核作规定如下:   ①对TN系统接地故障保护校核规定为:   Ia≤Uo/Zs          (2)   式中:Zs—接地故障回路阻抗(Ω);      Ia—保证保护电器在规定时间内(5秒或0.4秒以内)自动切断故障回路的额定电流(A);      Uo—相线对地标称电压(一般为220V)。   上述规定时间对防止线路火灾规定为不大于5秒, 对保护人身触电安全规定为0.4秒以内。当采用漏电保护时,(2)式中的Ia为漏电保护器的额定动作电流。   当使用熔断器作为接地短路故障保护时,符合(2) 式的要求体现为短路电流Id与熔断器熔体额定电流In的最小比值应符合表1的要求。此点比原规范Id与In的比值不小于4规定得更为具体,要求也有所提高。                               表1  短路保护Id/In最小允许比值      ━━━━━━━━┯━━━┯━━━┯━━━━┯━━━━        熔体额定电流 │4~10 │16~68│80~200 │250~500         In(A)   │   │   │    │      ────────┼───┼───┼────┼────      切断故障回路时间│ 4.5 │ 5  │  6  │  7         ≤5秒   │   │   │    │          ────────┼───┼───┼────┼────       熔体额定电流 │4~10 │16~32│40~63 │ 80~200         In(A)   │   │   │    │      ────────┼───┼───┼────┼────      切断故障回路时间│ 8  │ 9  │ 10  │  11         ≤0.4秒  │   │   │    │          ━━━━━━━━┷━━━┷━━━┷━━━━┷━━━━                          ②对TT系统接地保护校核规定为:    Ra·Ia≤50V         (3)    式中:Ra—设备外露导电体接地极和保护线(故障回路部分)的电阻之和(Ω);       Ia—保证保护电器在规定的时间内(5秒以内)自动切断故障回路的电流(A);       50V—人身触电保护安全电压。   上述规定时间对防止线路火灾也为不大于5秒, 对保护人身触电安全的时间,根据故障预期接触电压另作详细规定。当采用漏电保护时,(3)式中的Ia 为漏电保护器的额定动作电流。   ③IT系统接地保护校核规定为:    当发生一次接地故障时,应由绝缘监视器发出音响或灯光信号,其动作电流符合下式要求:           Ra·Id≤50V         (4)    式中:Ra—外露导电体的接地极电阻(Ω)       Id—相线和外露导电体间第一次短路故障电流(计及泄漏电流和电气装置全部接地阻抗值的影响,A)。    当发生二次异相接地故障时,应由过电流保护电器或漏电保护电器切断电路,并符合下式:    当不配出N线时:    Zs·Ia≤3Uo/2       (5)    当配出N线时:     Zs·Ia≤Uo/2       (6)    式中:Zs—包括相线和PE线在内的故障回路阻抗(Ω);       Zs—包括相线、N线和PE线在内的故障回路阻抗(Ω);       Ia—保护电器切断故障回路的动作电流, 当线路标称电压(Uo)为220/380V时,如不配出N线,为在0.4秒内切断故障回路的动作电流,如配出N线,为在0.8秒内切断故障回路的动作电流(A)。                          (三)重新划定了过负载保护的范围及保护校核条件   1、过负载保护范围的重新划定。原规范采取规定应装设过负载保护线路的方法。但在实用中这样规定包括不了各种各样的情况,有时难以掌握, 容易疏漏。 现规范采用了IEC标准只规定不装设过负载保护条件的表述法(详见第4.2.3条),满足条件的线路可不装设过负载保护, 其余线路则应装设,这样规定,更便于设计人员灵活考虑各种情况。   2、对过负载保护动作特性重新修订。     原规范规定:          In≤0.8Iz           (7)     现规范规定为:          Ib≤In≤Iz          (8)          I2 ≤1.45Iz          (9)    式中:Ib-线路计算负载电流(A);       In-熔断器熔体额定电流或低压断路器长延时脱扣器整定电流(A);       Iz-导体允许持续载流量(A);       I2-保护电器可靠动作电流(A,为规定时间内熔断器熔体最小熔化电流或低压断路器脱扣器最小脱扣电流)。   过负载保护还要求当采用低压断路器时,In/Iz≯1 ,采用熔断器时,In/Iz不大于表2的规定。                               表2 过载保护In/Iz 最大比值           ━━━━━━━━━┯━━━         熔断器熔体额定电流│In/Iz           In(A)     │            ─────────┼───           ≤25     │ 0.85         ─────────┼───           >25     │ 1.0         ━━━━━━━━━┷━━━   (7)式与(8)式比较似乎过负载保护条件有所放宽,但新规定是考虑了近年我国采用IEC 标准后生产的保护电器与线路产品情况,同时对原规定某些不合理条件进行修订而得出的。应该指出现规定只适用于大倍数过载的校核,小倍数过载(如5%至20%的过载)在国际上尚在研讨,故没有规定。   《低压配电装置及线路设计规范》的修订完善,进一步加强了线路常见电气故障保护防火安全技术措施。但笔者认为从全面加强电气防火安全方面看,也还存在不足。例如,对常见的线路漏电火灾保护还没有作出规定( 漏电保护仅规定为不能实现过电流短路保护的后备措施), 预防线路连接接触不良引起线路火灾的措施也未列为规定内容,这些都有待于随着实际应用和技术发展进一步补充完善。                        本文曾刊载于《消防科技》1996年第2期

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Tags:保护措施 责任编辑:admin
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