降低分支電路電氣火災(zāi)風(fēng)險的措施與預(yù)防檢測

　　降低分支電路電氣火災(zāi)風(fēng)險的措施與預(yù)防檢測

　　摘要： 通過對短路、連接不良和諧波等建筑物分支電路電氣火災(zāi)成因分析，結(jié)合國內(nèi)外實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，實現(xiàn)消除電氣火災(zāi)隱患，提高用電安全性。

　　關(guān)鍵字： 電氣防火 分支電路 導(dǎo)線連接 測試

　　一、國之大事，死生之地，存亡之道，不可不察。 電是現(xiàn)代文明支柱，國家經(jīng)濟命脈。發(fā)電、輸電、用電，任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都會對國計民生產(chǎn)生重大影響。單就電氣火災(zāi)一項，從公安部消防局近4年統(tǒng)計(表1.1)，問題嚴重性可見一斑： 表1.1 近年來電氣火災(zāi)統(tǒng)計數(shù)據(jù) 全國火災(zāi)總數(shù) 電氣火災(zāi)比例(%) 2009年1-7月 8.28萬起 28.0%(居首位) 2008年 13.3萬起 30.1%(居首位) 2007年 15.9萬起 28.8%(居首位) 2006年 22.2萬起 26.1%(居首位) 2005年 14.3萬起 21.9%(居第二位) 相比之下，根據(jù)美國國家防火協(xié)會(NFPA)和美國消費類產(chǎn)品安全委員會統(tǒng)計，約9%的火災(zāi)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(zāi)只占火災(zāi)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)的理論與實踐問題, 也涉及管理措施和體制的問題。我國現(xiàn)行電氣規(guī)范，源于前蘇聯(lián)電站部的《電氣裝置安裝規(guī)程》，該規(guī)程與國際電工標準(IEC)有很大不同，被總結(jié)成：“重發(fā)(電)、輕配(電)、不管用(電)。”與發(fā)達國家相比，對方更重視電氣系統(tǒng)的設(shè)計、安裝和管理來消除電氣火災(zāi)隱患。例如，美國《國家電氣規(guī)范(NEC)》中涉及電氣防火的條款，都是由美國消防協(xié)會(NFPA)制訂的;對電氣火災(zāi)隱患的檢查，設(shè)有獨立于施工和用戶的第三方檢測機構(gòu)，其檢測報告是業(yè)主使用和保險公司承?；痣U的重要依據(jù)。 本文通過對建筑電氣火災(zāi)成因的分析，結(jié)合國內(nèi)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(yù)防電氣火災(zāi)方面為用戶提供快速查明故障、消除安全隱患的手段。

　　二、視其所以，觀其所由，察其所安?――分析電氣火災(zāi)原因 在燃燒三角形――火源、燃料、氧氣中，線路過載、連接不良和諧波產(chǎn)生的高熱就是火源。通過熱成像或紅外測溫技術(shù)，能快速準確地發(fā)現(xiàn)電氣線路中的高熱點(圖2.1)。《DB11/065-2000北京市電氣防火檢測技術(shù)規(guī)范》3.3規(guī)定：“電氣防火檢測應(yīng)在電氣設(shè)備和線路經(jīng)過1h以上時間的有載運行，進入正常熱穩(wěn)定工作狀態(tài)溫度變化小于1℃/h后進行。”

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

　　(一)過載與防范 電氣短路是最嚴重的過載，50%以上的電氣火災(zāi)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(dǎo)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(guī)范》中規(guī)定，設(shè)備進場、安裝、工序交接時，都要對電器、裝置、線間、線對地的絕緣電阻進行測試，(3.2.10：燈具絕緣電阻值不小于2MΩ;3.2.11：開關(guān)、插座絕緣電阻值不小于5MΩ;18.1.2：低壓電線和電纜、線間和線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(shè)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(shè)備或線路，采用500V兆歐表”測試。圖2.2是兩款典型的數(shù)字式絕緣強度測試儀，比傳統(tǒng)手搖式儀表操作更簡單，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路或設(shè)備“一時一處”是否安全的問題，無法作到“時時監(jiān)測”，，因此需要在線路上安裝保護裝置。

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

　　(2)接地故障的防范 正常情況下，保護地線是不帶電的，因而斷線或接觸不良不能被及時發(fā)現(xiàn)。發(fā)生漏電時，不僅有電擊危險，還會出現(xiàn)打火或電弧，進而導(dǎo)致火災(zāi)。由于接地故障電流量級在幾mA到幾百mA，不能依賴過載保護裝置進行防范，而必須使用“剩余電流保護器RCD”(國外稱：接地故障斷路器GFCI)進行保護。發(fā)達國家的用戶進線如未設(shè)置RCD裝置，當(dāng)?shù)毓╇姽緦⒉慌c接電;《IEC1200-53 1994-10 593.3》規(guī)定，采用兩級或三級RCD裝置防止因漏電引起的電氣火災(zāi)與人身觸電事故;我國《GB50045-95 高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范(2005版)》9.5中原則性地規(guī)定了對“漏電火災(zāi)報警系統(tǒng)”的要求，但不是強制執(zhí)行條款。

　　(3)帶電導(dǎo)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，它通過監(jiān)測電弧特有波形、持續(xù)時間、頻率，實現(xiàn)對下游線路的長期監(jiān)測與保護。 美國《國家電氣規(guī)范》1999版(210.12B)中最早提及此類裝置;2002版中規(guī)定，臥室中所有單相(120V)15A及20A回路都要安裝AFCI;2008版中進一步要求，在住宅所有(120V)15A及20A回路都要安裝此類裝置。遺憾的是，我國的工程規(guī)范中還沒有類似規(guī)定。

　　3.對保護裝置的檢測 無論RCD(GFCI)還是AFCI，都有疲勞、老化、失靈的可能。據(jù)統(tǒng)計，15%的RCD不能被正常觸發(fā)。因此，UL(Underwriters Laboratories)認證機構(gòu)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(guī)范》5.0.2.4規(guī)定，“電流型漏電保護器安裝后，除應(yīng)檢查接線無誤外，還應(yīng)通過實驗按鈕檢查其動作性能，并應(yīng)滿足要求。”;《GB13955-2005漏電保護器的安裝和運行》7.3規(guī)定，“用于手持式電動工具和移動式電氣設(shè)備和不連續(xù)使用的剩余電流保護裝置應(yīng)在每次使用前進行試驗”。但僅憑保護裝置上的測試按鈕對其進行功能驗證，存在兩點不足：

　　1) 裝置沒有顯示功能，不能提供觸發(fā)電流和響應(yīng)時間，是否滿足指標要求，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)生故障時也能可靠觸發(fā)。例如：保護裝置與用電器間的線路有高阻點，漏電信號無法被保護裝置檢測到，此時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(xiàn)場測試”。圖2.4所示儀表，能在安裝有RCD/AFCI配電盤的下游線路(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(yīng)時間。

　　(二)電氣連接不良與防范 電氣連接分為“固定連接”和“活動連接”。前者指設(shè)備端子與線路、線路與線路之間的永久連接;后者指開關(guān)觸點、插頭與插座間的連接。連接處的接觸電阻所產(chǎn)生的高溫、電火花會成為電氣火災(zāi)的火源，有過載時，情況更甚。 1.細導(dǎo)線的電氣連接 《JGJ 16-2008民用建筑電氣設(shè)計標準》“表7.4.2”規(guī)定：“固定敷設(shè)的電纜和絕緣電線，電力和照明線路，銅導(dǎo)線最小截面積為1.5 mm2”;《GB50096-1999住宅設(shè)計規(guī)范》6.5.2要求，交流供電使用2.5 mm2導(dǎo)線。可見，接續(xù)細導(dǎo)線是普通商用和民用建筑電氣工程中最常見的施工環(huán)節(jié)。 但是《GB50168-2006 電氣裝置安裝工程 電纜線路施工及驗收規(guī)范》主要側(cè)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(guī)范》中僅是導(dǎo)線與端子或設(shè)備的連接規(guī)范，而針對導(dǎo)線與導(dǎo)線，尤其細導(dǎo)線(2.5mm2及以下)的接續(xù)，沒有明確規(guī)定。規(guī)范的缺失，使導(dǎo)線接續(xù)成為最容易出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)。 我們不妨借鑒國外規(guī)范中的導(dǎo)線接續(xù)方式和方法，以美國《國家電氣規(guī)范》為例，110.14 B條款這樣規(guī)定：“(B)接合。導(dǎo)體應(yīng)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(yīng)將導(dǎo)線接合或連接在一起，以保證機械和電氣可靠性，然后再進行焊接。所有接合與連接點，以及導(dǎo)體自由端，都應(yīng)用絕緣物覆蓋，或采用特定絕緣裝置達到同樣效果。導(dǎo)線連接器或用于導(dǎo)體直埋的連接(編接、插接、捻接、疊接、拼接等)安裝方法，都應(yīng)列入此類用途?！? 規(guī)范實際提出了兩種導(dǎo)線連接方式：“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)點是：連接可靠，機械與電氣強度都有保證。

　　缺點是：

　　1)導(dǎo)線絞接后必須焊接，但在實際施工中容易被忽視或因施工條件限制無法實施，簡單絞接無法保證連接質(zhì)量; 2)絕緣膠帶長期使用后可能松脫;

　　3)防水性能差或不防水;

　　4)不適于不易焊接的鋁線對接;

　　5)需要焊接工具，操作不便

　　(2)特定連接裝置 中國用戶可能對NEC中提到的“導(dǎo)線連接器”較陌生，但在歐美國家，導(dǎo)線連接器已被使用近90年了。由于早期制造材料是陶瓷，所以當(dāng)時又稱其為“陶瓷連接器”(圖2.5)，后來業(yè)內(nèi)都把此類部件叫做“接線帽”，

　　UL認證機構(gòu)根據(jù)NEC、ANSI/NFPA 70規(guī)定，專門制定了UL 486C(接線用導(dǎo)線連接器)條款，明確了此類連接器適用線徑范圍、導(dǎo)線種類、導(dǎo)線材質(zhì)、耐壓等級。 使用導(dǎo)線連接器除實現(xiàn)導(dǎo)線可靠的電氣連接外，還有以下優(yōu)點：

　　1) 無需焊接;

　　2) 安裝過程中導(dǎo)線自然完成絞接，連接、絕緣一次完成;

　　3) 徒手操作，無需安裝工具;

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

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

　　2.活動電氣連接 開關(guān)、插座是最常見的，由內(nèi)部金屬簧片形成的活動電氣連接部件，通過材料和制造工藝保證觸點接觸面積與壓力。活動連接處接觸電阻過大就會造成高溫和打火(圖2.7)，兩側(cè)接線的絕緣層還會因高溫老化，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，簡單目檢很難發(fā)現(xiàn)問題。虛接和線損造成的壓降，只有在負載運行時才能顯現(xiàn)?！禛B50052-95 供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》4.0.4規(guī)定，“正常運行情況下，用電設(shè)備端子處電壓允許值在+5%～-10%之間”。“帶載壓降”超標說明：要么線路容量不夠，要么線路中存在故障點。 圖2.8所示儀表就是一款能仿真5A、8A、10A負載，實現(xiàn)快速測量線路壓降的工具;避免使用大功率假負載，使測量工作變得簡單、快速、安全、有效。

　　除測量壓降，預(yù)估線路帶載能力外，此儀表還能實現(xiàn)：

　　1)帶電測試相線、零線、保護地線阻抗，精確定位高阻點位置;

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

　　3)測量電壓峰值和有效值，評估“波形系數(shù)”，衡量諧波情況;

　　4)現(xiàn)場測試RCD性能――觸發(fā)與響應(yīng)時間，操作簡單到“只按一鍵”!

　　(三)諧波影響與檢測 非線性負載產(chǎn)生諧波，它會使功率因數(shù)下降和線路過載，成為電氣火災(zāi)隱患。

　　(1)諧波使功率因數(shù)下降，線損增加。 圖2.9是典型的開關(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(jù)三角函數(shù)的正交特性，高次諧波功率為0( ， ……)。換言之，雖然非線性負載上的電壓與電流同相，但功率因數(shù)不等于1。諧波含量越高，功率因數(shù)越低，線損越大。

　　(2)諧波造成中性線過載 《GB50054-95低壓配電設(shè)計規(guī)范》2.2.6規(guī)定，“在三相四線配電系統(tǒng)中，中性線的允許載流量不應(yīng)小于線路中最大不平衡負荷電流，且應(yīng)計入諧波電流的影響?！? 這是因為，如果供電系統(tǒng)含有3倍次諧波(3、9、15……等奇次諧波)電流，它們將在中性線上疊加(圖2.10)，嚴重時諧波電流甚至超過相線電流，造成中性線過載。

　　(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載時，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(zāi)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(shù)進行深入分析。

　　在不能獲得諧波詳細成份時，可依據(jù)“總諧波畸變率(THD%)”對諧波含量進行評判?！禛B/T14549-93電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》規(guī)定，低壓系統(tǒng)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(dǎo)致交流電的“波形系數(shù)”，即：電壓峰值與有效值之比不再等于 。因此，通過計算“波形系數(shù)”也能了解諧波情況，數(shù)值偏差越大，說明諧波含量越多。表2.1中列舉了幾種典型波形的波形系數(shù)。

　　三、百戰(zhàn)百勝，非善之善者也;不戰(zhàn)而勝，善之善者也。 及時、快速、成功地發(fā)現(xiàn)和撲救電氣火災(zāi)固然重要，但無論損失多小都是亡羊補牢。嚴格按照現(xiàn)有規(guī)范，借鑒發(fā)達國家先進經(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，實現(xiàn)不戰(zhàn)而驅(qū)火患，lfs200電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)通過對配電線路的剩余電流及溫度等電氣安全狀態(tài)參數(shù)的綜合在線采集，實現(xiàn)電氣火災(zāi)狀況的在線監(jiān)視、故障診斷及報警，可分析故障原因及狀態(tài)發(fā)展趨勢，準確及時發(fā)現(xiàn)電氣火災(zāi)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(zāi)的最高境界――防火患于未燃!