降低分支電路電氣火災風(fēng)險的措施與預防檢測

　　降低分支電路電氣火災風(fēng)險的措施與預防檢測

　　摘要： 通過(guò)對短路、連接不良和諧波等建筑物分支電路電氣火災成因分析，結合國內外實(shí)際工程中使用的工藝、裝置及檢驗儀表，為分支電路的施工、驗收、維修、維護提出建議，實(shí)現消除電氣火災隱患，提高用電安全性。

　　關(guān)鍵字： 電氣防火 分支電路 導線(xiàn)連接 測試

　　一、國之大事，死生之地，存亡之道，不可不察。 電是現代文明支柱，國家經(jīng)濟命脈。發(fā)電、輸電、用電，任一環(huán)節出現問(wèn)題，都會(huì )對國計民生產(chǎn)生重大影響。單就電氣火災一項，從公安部消防局近4年統計(表1.1)，問(wèn)題嚴重性可見(jiàn)一斑： 表1.1 近年來(lái)電氣火災統計數據 全國火災總數 電氣火災比例(%) 2009年1-7月 8.28萬(wàn)起 28.0%(居首位) 2008年 13.3萬(wàn)起 30.1%(居首位) 2007年 15.9萬(wàn)起 28.8%(居首位) 2006年 22.2萬(wàn)起 26.1%(居首位) 2005年 14.3萬(wàn)起 21.9%(居第二位) 相比之下，根據美國國家防火協(xié)會(huì )(NFPA)和美國消費類(lèi)產(chǎn)品安全委員會(huì )統計，約9%的火災和7%的死亡是因用電造成的。日本每人平均用電是中國的8倍，而電氣火災只占火災原因的2%-3%。中國每年觸電死亡約8000人，電擊死亡率與法國相比是400:1。 分析造成這種狀況的原因，有技術(shù)的理論與實(shí)踐問(wèn)題, 也涉及管理措施和體制的問(wèn)題。我國現行電氣規范，源于前蘇聯(lián)電站部的《電氣裝置安裝規程》，該規程與國際電工標準(IEC)有很大不同，被總結成：“重發(fā)(電)、輕配(電)、不管用(電)?！迸c發(fā)達國家相比，對方更重視電氣系統的設計、安裝和管理來(lái)消除電氣火災隱患。例如，美國《國家電氣規范(NEC)》中涉及電氣防火的條款，都是由美國消防協(xié)會(huì )(NFPA)制訂的;對電氣火災隱患的檢查，設有獨立于施工和用戶(hù)的第三方檢測機構，其檢測報告是業(yè)主使用和保險公司承?；痣U的重要依據。 本文通過(guò)對建筑電氣火災成因的分析，結合國內外工程中使用的工藝、裝置及檢測儀表，為分支電路的施工、驗收、維修、維護提出一些建議，在預防電氣火災方面為用戶(hù)提供快速查明故障、消除安全隱患的手段。

　　二、視其所以，觀(guān)其所由，察其所安?――分析電氣火災原因 在燃燒三角形――火源、燃料、氧氣中，線(xiàn)路過(guò)載、連接不良和諧波產(chǎn)生的高熱就是火源。通過(guò)熱成像或紅外測溫技術(shù)，能快速準確地發(fā)現電氣線(xiàn)路中的高熱點(diǎn)(圖2.1)?！禗B11/065-2000北京市電氣防火檢測技術(shù)規范》3.3規定：“電氣防火檢測應在電氣設備和線(xiàn)路經(jīng)過(guò)1h以上時(shí)間的有載運行，進(jìn)入正常熱穩定工作狀態(tài)溫度變化小于1℃/h后進(jìn)行?！?/p>

　　但溫升只是表象，消除電氣火災隱患必須深入分析其成因，并采取相應措施，才能消除隱患。

　　(一)過(guò)載與防范 電氣短路是最嚴重的過(guò)載，50%以上的電氣火災由短路引起。短路分為：“金屬性短路”和“電弧性短路”。電氣隔離是防止不同電位導體間絕緣被破壞或絕緣強度下降引起短路的根本方法;安裝過(guò)載和漏電保護裝置，是防止短路危害蔓延的有效方法。

　　1. 電氣隔離的檢測 《GB50303-2002建筑電氣工程施工質(zhì)量驗收規范》中規定，設備進(jìn)場(chǎng)、安裝、工序交接時(shí)，都要對電器、裝置、線(xiàn)間、線(xiàn)對地的絕緣電阻進(jìn)行測試，(3.2.10：燈具絕緣電阻值不小于2MΩ;3.2.11：開(kāi)關(guān)、插座絕緣電阻值不小于5MΩ;18.1.2：低壓電線(xiàn)和電纜、線(xiàn)間和線(xiàn)對對地的絕緣電阻值必須大于0.5MΩ);《GB50150-2006電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》中還明確了測試儀表的電壓等級，“100V-500V的電氣設備或線(xiàn)路，采用500V兆歐表”測試。圖2.2是兩款典型的數字式絕緣強度測試儀，比傳統手搖式儀表操作更簡(jiǎn)單，測試更精確。

　　2.短路的防范 單純的絕緣強度測試只能解決線(xiàn)路或設備“一時(shí)一處”是否安全的問(wèn)題，無(wú)法作到“時(shí)時(shí)監測”，，因此需要在線(xiàn)路上安裝保護裝置。

　　(1)金屬性短路的防范 正確使用質(zhì)量可靠的過(guò)載保護裝置，如：保險絲、熔斷器、空氣開(kāi)關(guān)等，就能有效防止線(xiàn)路嚴重過(guò)載引起的火災。

　　(2)接地故障的防范 正常情況下，保護地線(xiàn)是不帶電的，因而斷線(xiàn)或接觸不良不能被及時(shí)發(fā)現。發(fā)生漏電時(shí)，不僅有電擊危險，還會(huì )出現打火或電弧，進(jìn)而導致火災。由于接地故障電流量級在幾mA到幾百mA，不能依賴(lài)過(guò)載保護裝置進(jìn)行防范，而必須使用“剩余電流保護器RCD”(國外稱(chēng)：接地故障斷路器GFCI)進(jìn)行保護。發(fā)達國家的用戶(hù)進(jìn)線(xiàn)如未設置RCD裝置，當地供電公司將不與接電;《IEC1200-53 1994-10 593.3》規定，采用兩級或三級RCD裝置防止因漏電引起的電氣火災與人身觸電事故;我國《GB50045-95 高層民用建筑設計防火規范(2005版)》9.5中原則性地規定了對“漏電火災報警系統”的要求，但不是強制執行條款。

　　(3)帶電導體間電弧的防范 普通RCD不能對“相/零”間電弧性短路起保護作用。美國上世紀90年代，開(kāi)始使用“電弧故障斷路器(AFCI，Arc Fault Circuit Interrupter)”(圖2.3)。AFCI的安裝與RCD相同，但觸發(fā)條件不同，它通過(guò)監測電弧特有波形、持續時(shí)間、頻率，實(shí)現對下游線(xiàn)路的長(cháng)期監測與保護。 美國《國家電氣規范》1999版(210.12B)中最早提及此類(lèi)裝置;2002版中規定，臥室中所有單相(120V)15A及20A回路都要安裝AFCI;2008版中進(jìn)一步要求，在住宅所有(120V)15A及20A回路都要安裝此類(lèi)裝置。遺憾的是，我國的工程規范中還沒(méi)有類(lèi)似規定。

　　3.對保護裝置的檢測 無(wú)論RCD(GFCI)還是AFCI，都有疲勞、老化、失靈的可能。據統計，15%的RCD不能被正常觸發(fā)。因此，UL(Underwriters Laboratories)認證機構要求每月對RCD檢查一次;《GB50254-96 電氣裝置安裝工程低壓電器施工及驗收規范》5.0.2.4規定，“電流型漏電保護器安裝后，除應檢查接線(xiàn)無(wú)誤外，還應通過(guò)實(shí)驗按鈕檢查其動(dòng)作性能，并應滿(mǎn)足要求?！?《GB13955-2005漏電保護器的安裝和運行》7.3規定，“用于手持式電動(dòng)工具和移動(dòng)式電氣設備和不連續使用的剩余電流保護裝置應在每次使用前進(jìn)行試驗”。但僅憑保護裝置上的測試按鈕對其進(jìn)行功能驗證，存在兩點(diǎn)不足：

　　1) 裝置沒(méi)有顯示功能，不能提供觸發(fā)電流和響應時(shí)間，是否滿(mǎn)足指標要求，不得而知;

　　2) 裝置本身能觸發(fā)，不代表遠離配電箱的遠端插座或用電器處發(fā)生故障時(shí)也能可靠觸發(fā)。例如：保護裝置與用電器間的線(xiàn)路有高阻點(diǎn)，漏電信號無(wú)法被保護裝置檢測到，此時(shí)即使裝置本身正常也不能起到保護作用。 解決方法是在用電器(或插座)處“現場(chǎng)測試”。圖2.4所示儀表，能在安裝有RCD/AFCI配電盤(pán)的下游線(xiàn)路(插座)上模擬接地或電弧故障，驗證保護裝置能否可靠觸發(fā)，并顯示斷電響應時(shí)間。

　　(二)電氣連接不良與防范 電氣連接分為“固定連接”和“活動(dòng)連接”。前者指設備端子與線(xiàn)路、線(xiàn)路與線(xiàn)路之間的永久連接;后者指開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)、插頭與插座間的連接。連接處的接觸電阻所產(chǎn)生的高溫、電火花會(huì )成為電氣火災的火源，有過(guò)載時(shí)，情況更甚。 1.細導線(xiàn)的電氣連接 《JGJ 16-2008民用建筑電氣設計標準》“表7.4.2”規定：“固定敷設的電纜和絕緣電線(xiàn)，電力和照明線(xiàn)路，銅導線(xiàn)最小截面積為1.5 mm2”;《GB50096-1999住宅設計規范》6.5.2要求，交流供電使用2.5 mm2導線(xiàn)?？梢?jiàn)，接續細導線(xiàn)是普通商用和民用建筑電氣工程中最常見(jiàn)的施工環(huán)節。 但是《GB50168-2006 電氣裝置安裝工程 電纜線(xiàn)路施工及驗收規范》主要側重高壓(6kV以上)傳輸電纜的施工與驗收;《GB50303-2002建筑電氣工程施工質(zhì)量驗收規范》中僅是導線(xiàn)與端子或設備的連接規范，而針對導線(xiàn)與導線(xiàn)，尤其細導線(xiàn)(2.5mm2及以下)的接續，沒(méi)有明確規定。規范的缺失，使導線(xiàn)接續成為最容易出現問(wèn)題的環(huán)節。 我們不妨借鑒國外規范中的導線(xiàn)接續方式和方法，以美國《國家電氣規范》為例，110.14 B條款這樣規定：“(B)接合。導體應使用特定連接裝置接合或連接，或采用銅焊、熔焊、錫焊等溶化金屬或合金方法連接。焊接前，首先應將導線(xiàn)接合或連接在一起，以保證機械和電氣可靠性，然后再進(jìn)行焊接。所有接合與連接點(diǎn)，以及導體自由端，都應用絕緣物覆蓋，或采用特定絕緣裝置達到同樣效果。導線(xiàn)連接器或用于導體直埋的連接(編接、插接、捻接、疊接、拼接等)安裝方法，都應列入此類(lèi)用途?！? 規范實(shí)際提出了兩種導線(xiàn)連接方式：“特定連接裝置”或“絞接后焊接”。

　　(1)絞接+焊接 這種連接方式的優(yōu)點(diǎn)是：連接可靠，機械與電氣強度都有保證。

　　缺點(diǎn)是：

　　1)導線(xiàn)絞接后必須焊接，但在實(shí)際施工中容易被忽視或因施工條件限制無(wú)法實(shí)施，簡(jiǎn)單絞接無(wú)法保證連接質(zhì)量; 2)絕緣膠帶長(cháng)期使用后可能松脫;

　　3)防水性能差或不防水;

　　4)不適于不易焊接的鋁線(xiàn)對接;

　　5)需要焊接工具，操作不便

　　(2)特定連接裝置 中國用戶(hù)可能對NEC中提到的“導線(xiàn)連接器”較陌生，但在歐美國家，導線(xiàn)連接器已被使用近90年了。由于早期制造材料是陶瓷，所以當時(shí)又稱(chēng)其為“陶瓷連接器”(圖2.5)，后來(lái)業(yè)內都把此類(lèi)部件叫做“接線(xiàn)帽”，

　　UL認證機構根據NEC、ANSI/NFPA 70規定，專(zhuān)門(mén)制定了UL 486C(接線(xiàn)用導線(xiàn)連接器)條款，明確了此類(lèi)連接器適用線(xiàn)徑范圍、導線(xiàn)種類(lèi)、導線(xiàn)材質(zhì)、耐壓等級。 使用導線(xiàn)連接器除實(shí)現導線(xiàn)可靠的電氣連接外，還有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　1) 無(wú)需焊接;

　　2) 安裝過(guò)程中導線(xiàn)自然完成絞接，連接、絕緣一次完成;

　　3) 徒手操作，無(wú)需安裝工具;

　　4) 需要時(shí)連接器可方便地拆下，檢查接點(diǎn)情況，連接器本身也可反復使用;

　　5) 特殊設計的連接器能防水、防潮、防腐蝕。 導線(xiàn)連接器在安全性、適應性、可靠性等方面具有如此多的優(yōu)點(diǎn)，所以發(fā)達國家的電工在細導線(xiàn)接續工作中已很少單獨使用絕緣膠帶了。

　　2.活動(dòng)電氣連接 開(kāi)關(guān)、插座是最常見(jiàn)的，由內部金屬簧片形成的活動(dòng)電氣連接部件，通過(guò)材料和制造工藝保證觸點(diǎn)接觸面積與壓力?；顒?dòng)連接處接觸電阻過(guò)大就會(huì )造成高溫和打火(圖2.7)，兩側接線(xiàn)的絕緣層還會(huì )因高溫老化，引起短路。

　　3.電氣連接質(zhì)量的檢查 電氣連接大多是隱蔽工程，簡(jiǎn)單目檢很難發(fā)現問(wèn)題。虛接和線(xiàn)損造成的壓降，只有在負載運行時(shí)才能顯現?！禛B50052-95 供配電系統設計規范》4.0.4規定，“正常運行情況下，用電設備端子處電壓允許值在+5%～-10%之間”?！皫лd壓降”超標說(shuō)明：要么線(xiàn)路容量不夠，要么線(xiàn)路中存在故障點(diǎn)。 圖2.8所示儀表就是一款能仿真5A、8A、10A負載，實(shí)現快速測量線(xiàn)路壓降的工具;避免使用大功率假負載，使測量工作變得簡(jiǎn)單、快速、安全、有效。

　　除測量壓降，預估線(xiàn)路帶載能力外，此儀表還能實(shí)現：

　　1)帶電測試相線(xiàn)、零線(xiàn)、保護地線(xiàn)阻抗，精確定位高阻點(diǎn)位置;

　　2)依據《GB50303-2002》中的強制條款(22.1.2)，快速鑒別插座接線(xiàn)方式――左零、右火、中間地;

　　3)測量電壓峰值和有效值，評估“波形系數”，衡量諧波情況;

　　4)現場(chǎng)測試RCD性能――觸發(fā)與響應時(shí)間，操作簡(jiǎn)單到“只按一鍵”!

　　(三)諧波影響與檢測 非線(xiàn)性負載產(chǎn)生諧波，它會(huì )使功率因數下降和線(xiàn)路過(guò)載，成為電氣火災隱患。

　　(1)諧波使功率因數下降，線(xiàn)損增加。 圖2.9是典型的開(kāi)關(guān)電源輸入電壓與電流波形，經(jīng)傅立葉分析可知，電流中含3、5、7等奇次諧波，根據三角函數的正交特性，高次諧波功率為0( ， ……)。換言之，雖然非線(xiàn)性負載上的電壓與電流同相，但功率因數不等于1。諧波含量越高，功率因數越低，線(xiàn)損越大。

　　(2)諧波造成中性線(xiàn)過(guò)載 《GB50054-95低壓配電設計規范》2.2.6規定，“在三相四線(xiàn)配電系統中，中性線(xiàn)的允許載流量不應小于線(xiàn)路中最大不平衡負荷電流，且應計入諧波電流的影響?！? 這是因為，如果供電系統含有3倍次諧波(3、9、15……等奇次諧波)電流，它們將在中性線(xiàn)上疊加(圖2.10)，嚴重時(shí)諧波電流甚至超過(guò)相線(xiàn)電流，造成中性線(xiàn)過(guò)載。

　　(3) 諧波的檢測 由于諧波影響易被忽視，維護人員在遇到諧波造成的過(guò)載時(shí)，往往誤認為保護裝置容量小，而更換更大的斷路器，給電氣火災埋下了隱患。圖2.11所示儀表能分析到50次諧波并能記錄各種電參數進(jìn)行深入分析。

　　在不能獲得諧波詳細成份時(shí)，可依據“總諧波畸變率(THD%)”對諧波含量進(jìn)行評判?！禛B/T14549-93電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》規定，低壓系統的THD%小于5%為正常。 由于諧波使交流電波形發(fā)生畸變(圖2.12)，導致交流電的“波形系數”，即：電壓峰值與有效值之比不再等于 。因此，通過(guò)計算“波形系數”也能了解諧波情況，數值偏差越大，說(shuō)明諧波含量越多。表2.1中列舉了幾種典型波形的波形系數。

　　三、百戰百勝，非善之善者也;不戰而勝，善之善者也。 及時(shí)、快速、成功地發(fā)現和撲救電氣火災固然重要，但無(wú)論損失多小都是亡羊補牢。嚴格按照現有規范，借鑒發(fā)達國家先進(jìn)經(jīng)驗，正確選擇和使用施工零部件和檢測器具，不斷完善施工、驗收、維護和維修手段，實(shí)現不戰而驅火患，lfs200電氣火災監控系統通過(guò)對配電線(xiàn)路的剩余電流及溫度等電氣安全狀態(tài)參數的綜合在線(xiàn)采集，實(shí)現電氣火災狀況的在線(xiàn)監視、故障診斷及報警，可分析故障原因及狀態(tài)發(fā)展趨勢，準確及時(shí)發(fā)現電氣火災故障隱患，避免釀成重大電氣安全事故，有效防止人員傷亡及重大財產(chǎn)損失事件的發(fā)生。這才是對防范電氣火災的最高境界――防火患于未燃!