《安全管理论文》之浅议接地故障电气火灾防护

1、浅议接地故障电气火灾防护 概述 国家标准高层民用建筑设计防火规范GB50045-95(2005年版)第951条规定“高层建筑内火灾危险性大、人员密集等场所宜设置漏电火灾报警系统。”，其理由在条文解释中指出“我国的电气火灾大部分是由短路引发的，特别是接地电弧性短路。”“漏电火灾报警系统能准确监控电气线路的故障和异常状态能发现电气火灾的火灾隐患，及时报警提醒人员去消除这些隐患。”。“剩余电流”(residual current)即GB50045-95(2005年版)称谓的“漏电”，系“流过剩余电流动作保护装置主回路电流瞬时值的矢量和(用有效值表示)。”，接地电弧遇到易燃介质方有可能引发火灾；检测“

2、剩余电流”不能预防因电气线路短路、过载、静电引发的火灾，且电气火灾中因接地电弧性短路故障引发的火灾占的比例不大。显然，高层建筑内的电气火灾的危险性、火灾对人员密集等场所的危害用“宜设置漏电火灾报警系统”来预防电气火灾显然是很不够的，“我国的电气火灾大部分是由短路引发的，特别是接地电弧性短路”、“漏电火灾报警系统能准确监控电气线路的故障和异常状态能发现电气火灾的火灾隐患，及时报警提醒人员去消除这些隐患”的提法有误导之嫌。 GB50045-95(2005年版)没有具体叙述“漏电火灾报警系统”的定义和组成，在第952条中规定有漏电火灾报警系统应具备的功能：“探测漏电电流、过电流等信号，发出声光信号报

3、警，准确报出故障线路地址，监视故障点的变化。”、“储存各种故障和操作试验信号，”、“切断漏电线路上的电源，”及“显示系统电源状态”。国家标准剩余电流动作保护装置安装与运行GBl3955-2005中剩余电流动作电气火灾监控系统(residual current operated electric fire monitor system)的定义为“用检测剩余电流的互感器、剩余电流探测器、报警器或控制器构成的电气火灾实时监测并实施报警或切断电源的装置。”，GB50045-95(2005年版)中的“漏电火灾报警系统”即剩余电流动作电气火灾监控系统，按照国家产品标准电气火灾监控系统第2部分：剩余电流式电

4、气火灾监控探测器GBl42872-2005中的产品定义，用于电气火灾监控系统的电气装置应称为剩余电流式电气火灾监控探测器。 GB50045-95(2005年版)中，要求剩余电流火灾监控系统“探测漏电电流、过电流等信号”，但未规定其整定值的设定原则，也未说明与其他国家现行标准已有的规定如何处理相互关系，且国家标准GBl42872-2005中对产品没有“过电流”要求及相应的试验方法、检验规则，等，使设计人员在执行规范中操作难度很大，无所适从。 本文通过对电气火灾的机理、剩余电流动作保护装置的工作原理、电气火灾的预防措施及剩余电流动作电器应用中存在的问题进行分析，针对接地故障引发的电气火灾的防护谈几

5、点个人观点。 1 电气火灾及防护 在国家现行标准中尚未看到有关“电气火灾”的定义，但国家现行标准中有“电气火灾”的提法，顾名思义“电气火灾”笔者理解为：泛指由电气设备、电气线路、带电导体、雷电流、静电、电弧等产生的热效应引发的火灾。引发电气火灾需具备产生足够热积聚或热辐射效应的能量源；周围的易燃物能够被引燃：有助燃的氧气等条件。电气火灾即电气设备的表面温度升高可能引燃周围物质的火灾；电气设备正常运行时产生的电弧或火花引起邻近物质的火灾(或爆炸)；静电放电电弧引燃邻近物质的火灾(或爆炸)；雷电流放电电弧引燃邻近物质的火灾(或爆炸)；导线短路使绝缘自燃及引燃邻近物质的火灾；导线接地电弧引燃邻近物质

6、的火灾：中性点接地不好接地电弧引燃邻近物质的火灾：导体接头不好发热温度过高引起邻近物质的火灾；线缆截面选用不当过载使温度过高引起邻近物质的火灾：导体绝缘损坏或老化引发短路使温度过高引起邻近物质的火灾等。 由于引起的电气火灾的原因不同，采取的防护措施也不同。 对于电气设备的表面温度高，周围的物料必须能够承受这种温度而不会自燃、设置有隔热措施使周围的物料能够承受隔热后的温度而不会着火、与周围的物料相隔足够的距离或使电气设备的选择和安装在其正常温升和故障期间的预计温升均不会引起火灾； 对于电气设备正常运行时产生电弧或火花，设备采用耐弧材料将其隔开、用耐弧材料将设备和电弧会引发后果的周围的物料隔开、相

7、隔足够的距离使电弧热量不会造成后果、气体爆炸和粉尘爆炸危险环境按照国家标准爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范GB50058-92、国家标准可燃性粉尘环境用电设备GBl2476选用电气设备； 对于雷电流危害应按照国家标准建筑防雷设计规范GB50057-94(2000年版)作好防雷措施； 对于防止静电事故国家标准防止静电事故通用导则GBl2158-90、行业标准石油化工静电接地设计规范SH30972000、化工企业静电接地设计规程HGT20675-1990等都有规定，对存在静电引燃、引爆的危险场所执行国家现行标准有关静电防护措施即可； 对于电气设备及电气线路选用、布置及安装不当引发火灾应按照国家标

8、准低压配电设计规范GB50054-95、电力工程电缆设计规范68502171994、lOkV及以下变电所设计规范：GB50053-94、351lOkV变电所设计规范GB50059-92、3llOkV高压配电装置设计规范GB50060-92、GB50034-2004、住宅设计规范GB50096-1999、行业标准民用建筑电气设计规范JGJ 16等国家现行标准有关规定执行； 对于短路、过电流导致的热效应应采取保护措施，应按照国家标准电力装置的继电保护和自动装置设计规范)GB50062-1992、低压配电设计规范GB50054-95、通用用电设备配电设计规范)GB50055-93、行业标准民用建筑电

9、气设计规范JGJ 16等国家现行标准的有关规定设置保护； 针对因导体连接不好，接触电阻过大使接头发热严重，时有发生导体烧红的事例，国家标准火灾自动报警系统设计规范GB50116-98第73节中规定了在电缆隧道、电缆竖井、电缆夹层、电缆桥架、配电装置、开关设备等宜选择缆式线型定温探测器的规定。国家标准电气火灾监控系统第3部分：测温式电气火灾监控探测器GBl42873-2005是测温式电气火灾监控探测器的产品标准，设置测温式电气火灾监控探测器可预防导体连接不好热效应引发火灾； 接地电弧遇到易燃介质引发火灾的防护在IEC标准建筑电气装置第4部分：安全防护第48章：按照外界影响选择保护措施第482节：

10、火灾防护603644482：1982第482210条中有表述：“从火灾危险的观点，在必需限制布线系统中故障电流引起后果的地方，电路应是以下二者之一：由剩余电流动作保护电器保护，保护器的额定剩余电流动作值不超过05A；由持续的绝缘监察器监视，监视器在出现绝缘故障时发出警告。”，IEC标准对布线系统的火灾防护未要求对剩余电流实时监视故障点的变化，而是规定剩余电流动作保护电器保护动作于定值。对于布线系统持续的绝缘监察器监视系统，有关国外资料仅有用于IT接地系统的介绍，国内也尚无该类型式的电气火灾监控系统产品标准和设计规定。 电气火灾监控系统alarm andcontrol systemforelec

11、tric fire prevention的定义是：当被保护线路中的被探测参数超过报警设定值时，能发出报警信号、控制信号并能指示报警部位的系统，它由电气火灾监控设备、电气火灾监控探测器组成。 电气火灾监控设备alarm and control units forelectricfireprevention的定义是：能接收来自电气火灾监控探测器的报警信号，发出声、光报警信号和控制信号，指示报警部位，记录并保存报警信息的装置。 电气火灾监控探测器detectors for electric fireprevention的定义是：探测被保护线路中的剩余电流、温度等电气火灾危险参数变化的探测器。 国内对

12、于接地电弧引发火灾的防护目前采用有剩余电流动作保护电器保护及采用剩余电流式电气火灾监控探测器报警。 综上所述，电气火灾防护措施包括的内容在国家现行标准中均已涉及，只要认真执行标准；满足国家现行标准、规范、规程的要求：加强管理，电气火灾是可以抑制和预防的。 2 剩余电流动作保护电器使用中存在的问题 住宅工程依据国家标准住宅设计规范GB50096-1999(2003年版)第652条的要求。在每幢住宅的总电源进线开关采用剩余电流动作保护电器，听到许多反馈信息：开关合不上，频繁跳闸。为了通过审图和工程验收，许多工程在设计文件中有剩余电流动作保护电器，也装上剩余电流动作保护电器，投运时将剩余电流跳闸部分

13、解除或剩余电流超值报警使国家标准制定的规定失去了本意。 TN接地系统中，要求变压器中性点就近接地：变压器中性线与保护PE线共用同一接地装置。在TN-CS系统中，剩余电流保护电器使用在N线与PE线分开部分，其剩余电流保护电器负荷侧的线路和TNS系统的馈出线路均是相线、N线、PE线平行敷设，带电导体与PE线间的分布电容随线缆的长度的增加而增加：总的分布电容量随并联线路的回路数量的增加而增加，由于分布电容的存在，电流及谐波电流不但可由相线、负载、中性线构成回路，也可由相线、负载、PE线构成回路，对地存在泄漏电流：线缆随气候的变化、绝缘层中的注水现象、绝缘老化等原因使其绝缘电阻发生变化，使线缆对地泄漏

14、电流变化：流过设在相线和保护导线之间的去干扰电容器的暂态剩余电流；功能接地导体、功能等电位联结导体与保护导线连通的整流电路中流过滤波电容的剩余电流：流经SPD的剩余电流；用于数据处理设备的抑制射频干扰的滤波器可能产生很大的对地泄漏电流等原因，因而对地泄漏电流实际上是存在的，电流瞬时值的矢量和值也不会为零，检测到的剩余电流值受到对地泄漏电流的影响。 控制信号，指示报警部位，记录并保存报警信息的装置。 电气火灾监控探测器detectors for electric fire prevention的定义是：探测被保护线路中的剩余电流、温度等电气火灾危险参数变化的探测器。 国内对于接地电弧引发火灾的防

15、护目前采用有剩余电流动作保护电器保护及采用剩余电流式电气火灾监控探测器报警。 综上所述，电气火灾防护措施包括的内容在国家现行标准中均已涉及，只要认真执行标准；满足国家现行标准、规范、规程的要求：加强管理，电气火灾是可以抑制和预防的。 3 剩余电流动作保护电器使用中存在的问题 住宅工程依据国家标准住宅设计规范GB50096-1999(2003年版)第652条的要求。在每幢住宅的总电源进线开关采用剩余电流动作保护电器，听到许多反馈信息：开关合不上，频繁跳闸。为了通过审图和工程验收，许多工程在设计文件中有剩余电流动作保护电器，也装上剩余电流动作保护电器，投运时将剩余电流跳闸部分解除或剩余电流超值报警

16、使国家标准制定的规定失去了本意。 TN接地系统中，要求变压器中性点就近接地：变压器中性线与保护PE线共用同一接地装置。在TN-CS系统中，剩余电流保护电器使用在N线与PE线分开部分，其剩余电流保护电器负荷侧的线路和TNS系统的馈出线路均是相线、N线、PE线平行敷设，带电导体与PE线间的分布电容随线缆的长度的增加而增加：总的分布电容量随并联线路的回路数量的增加而增加，由于分布电容的存在，电流及谐波电流不但可由相线、负载、中性线构成回路，也可由相线、负载、PE线构成回路，对地存在泄漏电流：线缆随气候的变化、绝缘层中的注水现象、绝缘老化等原因使其绝缘电阻发生变化，使线缆对地泄漏电流变化：流过设在相线

17、和保护导线之间的去干扰电容器的暂态剩余电流；功能接地导体、功能等电位联结导体与保护导线连通的整流电路中流过滤波电容的剩余电流：流经SPD的剩余电流；用于数据处理设备的抑制射频干扰的滤波器可能产生很大的对地泄漏电流等原因，因而对地泄漏电流实际上是存在的，电流瞬时值的矢量和值也不会为零，检测到的剩余电流值受到对地泄漏电流的影响。 GBl68954-1997第531213条要求剩余电流动作保护电器的选择和回路的划分，应做到该回路所接的负荷正常运行时，其预期可能出现的任何对地泄漏电流不致引起保护电器的误动作。住宅总电源进线开关采用剩余电流动作保护电器合不上闸，究其原因是负载正常运行时，其可能出现的任何

18、对地泄漏电流大于剩余电流动作保护电器的整定电流值。 执行GB50096-1999(2003年版)的实践中得到的经验教训，剩余电流火灾监控系统也应该在所接的负荷在正常运行时，其预期可能出现的任何对地泄漏电流应不致引起剩余电流式电气火灾监控探测器误报。 4 对接地故障引发电气火灾防护的几点看法 41对剩余电流火灾监控系统要求有过流功能的质疑 剩余电流是线路回路电流瞬时值的矢量和，不是负载的运行电流值。按照GB501M5-95(2005年版)对剩余电流火灾监控系统的要求，除电气保护、监控及计量要求在电气线路中设置电流互感器，剩余电流火灾监控系统为采集过电流数据也需设置电流互感器。那么剩余电流火灾监控

19、系统实时检测过电流数据对配电系统的电气火灾防护有无作用? GB50045-95(2005年版)未对火灾危险环境的电气设备和线路的设计提出具体要求。在GB50058-92中明确“闪点高于环境温度的可燃液体；在物料操作温度高于可燃液体闪点的情况下，有可能泄漏但不能形成爆炸性气体混合物的可燃液体”及“不可能形成爆炸性粉尘混合物的悬浮状、堆积状可燃粉尘或可燃纤维以及其它固体状可燃物质”应进行火灾危险环境的电力设计”，并对火灾危险环境的电气设备和线路的使用环境、选型、布置、设计等作出了规定。 电气设备及电气线路设置短路、过负荷、接地保护是为了保证人身安全、电气设备及电气线路线缆的安全运行。建筑电气装置第

20、4部分：安全防护第48章：过电流保护GBl689552000(idtIEC60364443：1977)规定保护电器应在流经回路导体的过负荷电流引起的温升对绝缘、接头、端子和导体周围的物料造成损害之前，分断过负荷电流”及“保护电器应在短路电流在导体及连接处产生的热效应和机械力造成危险之前分断短路电流”，并要求短路保护电器的“分断能力不应小于保护电器安装处的预期短路电流”及短路保护电器“在回路任一点上由短路引起的所有电流，应在不超过电流使导体达到允许的极限温度的时间内分断”。固体状可燃物质的引燃温度远大于线缆导体的最高额定工作温度，显然线路的短路、过负荷、接地保护实际上已具有电气火灾的防护功能，从

21、电气火灾的防护角度出发，剩余电流火灾监控系统过电流的定值应大于或等于线路的短路、过负荷、接地保护值，因剩余电流式电气火灾监控探测器产品标准中设有过流功能要求，所以起不到过电流引发的电气火灾的防护功能。 GB50045-95(2005年版)规定设置剩余电流火灾监控系统理应依据国家现行产品标准，否则是空中楼阁，无法实施。国家消防电子产品质检中心对剩余电流式电气火灾监控探测器产品的检验依据只能是产品标准GBl42872-2005，而产品标准GBl42872-2005规定的剩余电流式电气火灾监控探测器的一般要求、要求与试验方法、检验规则、标志，仅适用于剩余电流，没有过电流部分的指标，没有过电流部分的试

22、验方法、检验规则。国家规定过电流保护器需经CQC国家授权强性产品认证，国家消防电子产品质检中心不具有过电流保护器强性产品认证职能作为安全防护的产品过电流的监控功能的测试还需送检国家授权的上海电器科学研究所等单位进行。因国家现行标准要求装设短路保护、过负载保护及接地故障保护，过电流保护在工程设计中是必须考虑的内容。显然在剩余电流火灾监控系统中加入过电流的内容除功能重复、增加了电流互感器及相应电路使投资增大导致技术经济指标不合理外，还由于增加了电气元器件使供电系统的可靠性降低。国家规范增加与接地故障引发的电气火灾无关的“过电流”内容，无利而有害，因“宜”为在条件许可时首先应这样做的用词，遇到某些审

23、查部门或人，硬性要求按规范条文设置具有“过电流”功能的剩余电流火灾监控系统，不但造成浪费，且会被认为是“霸王条款”，有损规范的权威性和严肃性。工程建设设计标准的各项条文是从我国的国情出发编制的，针对性很强，随着计算机技术、自动控制技术、网络技术、通信技术的飞速发展，剩余电流火灾监控系统除根据剩余电流值预报火灾危险外，增加运行电压、电流的检测，利用剩余电流式电气火灾监控探测器的显示、报警功能可以对线路的运行状况进行监控，要求实时显示记录过电流、过电压、欠电压、功率因数、电能参数等内容很容易作到，成本增加也有限，但其功能的强大对应的是资金的投入，且安全性、技术经济的合理性未必改善。GB50045-

24、95(2005年版)作为国家标准不宣追求剩余电流预警以外的功能，而模糊了设置剩余电流火灾监控系统的主要目的。 42接地故障引发的火灾不是电气火灾的全部 接地故障电弧引发的火灾仅是电气火灾中的一种，剩余电流火灾监控系统不能预防大多数类型的电气火灾，GB50045-95条文解释应明确其增加剩余电流火灾监控系统的本意，不要用模糊的语言，使设计者、用户错误理解为：高层民用建筑电气火灾防护，就是设置剩余电流火灾监控系统。 43接地故障引发的电气火灾的防护重点是落实国家现行标准的规定 从布线系统接地短路引发电气火灾的机理分析，可以看出保护完善、可靠的布线系统；布置符合国家现行标准的要求、敷设与可燃物可靠隔

25、离的布线系统，是能够避免因接地短路引发的电气火灾。剩余电流火灾监控系统起不到保护和隔离的功能，所以布线系统接地故障电气火灾的防护设计、施工及运行维护等应侧重于火灾防护措施，即选用的线缆须满足产品、工程设计等国家现行标准的要求；应具备短路、过载、接地故障等完善、可靠的线路保护措施：采用安全、技术经济合理的线路敷设方式。 44正确界定接地故障引发火灾的防护与火灾的预报警功能 IEC标准和GB50054-95依据出现的发热功率大于IOOW时，释放在几个平方毫米可燃物上，就会立即引发火灾，从而规定了剩余电流动作保护电器其额定动作电流值的限值。经测试，在标称电压为220V，持续剩余电流为05A时，出现的

26、发热功率为115w；持续剩余电流为O3A时，出现的发热功率为69W；引发火灾所需的最低功率为1OOW，所以剩余电流动作保护电器其额定动作电流值不应超过05A，有的资料介绍为了更可靠地防火，建议剩余电流动作保护电器其额定动作电流O3A。 GBl42872-2002对剩余电流式电气火灾监控探测器仅规定了报警性能、监控报警功能，没有规定联动分断电源开关的操作性能及试验要求等内容，从而可以认定剩余电流式电气火灾监控系统仅是火灾防护的预警系统，是电气火灾防护的辅助措施。 从限制布线系统中故障电流引发火灾出发，当防范接地电弧引发的发热功率可能大于100W的场所的火灾防护，因100W是具有火灾危险的发热功率

27、，所以采用报警是不妥的，应选用剩余电流动作保护电器，动作于跳闸。 目前许多厂家提供的产品将剩余电流式电气火灾监控探测器与电源断路器集成在一起，模糊了火灾的防护和火灾报警功能的区别，使剩余电流式电气火灾监控探测器的应用和预警值的整定出现许多不必要的麻烦。 火灾预警与保护动作跳闸是不同的定位。剩余电流火灾监控系统的设置应依据建筑设计防火规范高层民用建筑设计防火规范等国家现行设计防火规范的规定，也可根据火灾危害性大小、场所的重要性等因素设置剩余电流火灾监控系统。 45剩余电流火灾监控系统推广与应用需捧除泄漏电流造成的误动因素 按照GB50096-1999(2003年版)要求在住宅总电源进线开关设置剩

28、余电流动作保护电器动作合不上电源的事例频繁发生，但住宅设计中住户配电箱设置的整定值为30mA的剩余电流动作保护电器未看到正常运行时动作的报导，表明对地泄漏电流与剩余电流的采集点、检测的范围有很大关系。 泄漏电流的存在是不争的事实，不同负载及布线保护对象的分布电容也不同，通过其检测部位的剩余电流亦不同，其值可能大于05A，装设的剩余电流动作保护电器有可能误动作，甚至于剩余电流动作保护电器合不上。根据负载泄漏电流及管理环境的不同，设置剩余电流动作保护电器时应认真分析，那些场所是IEC标准”从火灾危险的观点”认定的“必需限制布线系统中故障电流引起后果的地方”；那些负载没有必要设置剩余电流动作保护电器

29、。例如过零触发控制的电热炉的泄漏电流很大，又如数据处理设备的抑制射频干扰的滤波器也可能产生很大的对地泄漏电流，上述设备在设计和制造中都有相应的措施，在正常运行时是不会因泄漏电流引发电气火灾的，所以再设置剩余电流动作保护电器进行火灾防护必要性不大。 布线系统不同部位的分布电容不同，越靠近配电变压器中性线接地点分布电容越大，泄漏电流也越大：越接近负载终端泄漏电流也越小，合理确定火灾防护范围，能够控制剩余电流动作保护电器的动作值在05A以内。 GB142872-2005第422条规定了剩余电流式电气火灾监控探测器的定值须符合“探测器报警值不应小于20mA，不应大于1000mA，且探测器报警值应在报警

30、设定值的80100之间。”的要求，即限定了探测器报警最大整定值是80mA1000mA，剩余电流式电气火灾监控探测器的剩余电流检测点的布置须受限于1000mA。建筑工程在设计、施工阶段一般仅了解建筑工程的总的使用功能，并不了解用电负载预期泄漏电流的详细资料，虽然在设计中对泄漏电流进行了估算，但难免与最终用电设备的泄漏电流出入很大，为使剩余电流式电气火灾监控探测器能可靠运行，同样需合理选定剩余电流检测对象和检测范围，采取措施捧除泄漏电流的影响。一些厂家的剩余电流式电气火灾监控探测器产品设有剩余电流补偿及剩余电流整定值连续可调的功能，方便了剩余电流式电气火灾监控探测器的设定，是消除探测器误报的有效措

31、施。 46防电击采用剩余电流动作保护电器应视为具有火灾防护功能 GB50054-95第441条明确规定“接地故障保护的设置应能防止人身间接电击以及电气火灾、线路损坏等事故。”，且第4410条对”IN系统配电线路的接地故障保护是否选用剩余电流动作保护电器的条件作出了规定，即当过流保护能满足切断故障回路的时间要求时，宜采用过电流保护兼作接地故障保护；当过流保护不能满足切断故障回路的时间要求时，应采用剩余电流动作保护电器保护作接地故障保护。根据低压配电线路保护的需要，布线系统设有许多剩余电流动作保护电器，为保证人身安全剩余电流动作保护电器的动作整定值不得超过30mA，也符合第4421条“为减少接地故

32、障引起的电气火灾危险而装设的剩余电流动作保护电器其额定动作电流不应超过05A。”的规定，显然用于防电击设置的剩余电流动作保护电器能够起到火灾防护的功能，所以在保护的范围内没有必要重复装设用于火灾防护的剩余电流动作保护电器。若火灾防护需要在电源系统的不同配电级处设剩余电流动作保护电器，多级剩余电流动作保护电器的动作应使最靠近接地故障处的剩余电流动作保护电器先动，按照第4421条要求多级装设的剩余电流动作保护电器应在时限上有选择性配合。 47剩余电流式电气火灾监控探测器只能告知剩余电流超定值不能确定故障点 GB501M5-95(2005年版)规定剩余电流火灾监控系统具有“探测漏电电流、过电流等信号

33、，发出声光信号报警，准确报出故障线路地址，监视故障点的变化。”功能，笔者认为欠妥。 线路测出的的剩余电流是检测点负载侧的值，显然把整个回路视为一个故障点是不合适的，对于故障点笔者认为是接地电弧引发火灾的位置。在发生接地故障前用剩余电流是无法确定故障点位置的，只有发生接地故障后有了接地点，方可采取措施测量出故障点的位置。在GBl42872-2005中并未规定剩余电流式电气火灾监控探测器需具有确定接地故障点位置的功能，笔者了解到的剩余电流式电气火灾监控探测器的产品均未具备有“监视故障点”的功能，只能预报某区域剩余电流超过设定值，使运行维护有的放矢，便于加强监控。笔者认为剩余电流式电气火灾监控探测器具有监控剩余电流实时值用处不大，是否报警