宋兵兵
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
【摘要】文章分析了低壓配電系統(tǒng)短路的類型、原因及火災(zāi)危險性，并提出改善措施。
【關(guān)鍵詞】：低壓配電系統(tǒng)； 短路； 措施
0引言
隨著人類進(jìn)入現(xiàn)代文明社會，電氣的普及深入千家萬戶，廣泛應(yīng)用于社會的各個領(lǐng)域但是每年因電氣而導(dǎo)致的火災(zāi)卻給國家和人民的生命財產(chǎn)帶來巨大的損失，據(jù)統(tǒng)計，因低壓配電系統(tǒng)中的短路發(fā)的火災(zāi)幾乎達(dá)到了電氣火災(zāi)總數(shù)的60%以上，因此加強低壓配電系統(tǒng)管理，防止短路故障的發(fā)分析掌握短路的原因，合理選擇和設(shè)置短路保護(hù)裝置已成為當(dāng)前預(yù)防電氣火災(zāi)的重中之重。
1 短路的類型、主要原因及火災(zāi)危險性
1.1 類型
短路是指電力系統(tǒng)中不同相的導(dǎo)線直接金屬性連接或經(jīng)過小阻抗連接。按短路相線多少可分三相短路、兩相短路和單相短路按供電系統(tǒng)中性點接地情況可分相間短路和接地短路。常見的三相四線制低壓配電系統(tǒng)是中性點直接接地的系統(tǒng)，發(fā)生的短路多為兩相短路、單相短路。
1.2 主要原因
造成短路的主要原因是電氣裝置的載流部分絕緣損壞。造成絕緣損壞主要有以下幾種情況：
1）安裝不當(dāng)：在安裝過程中，由于機械原因造成絕緣層被剝落、破抓。例如在電線穿管時，由于未對管口進(jìn)行打磨處理或使用穿管器保護(hù)，以致穿管時造成電線絕緣層劃破。
2）絕緣層老化：絕緣層多是采用橡膠、塑料等材料制成，長期使用，受光照、溫度的影響材料會逐步老化，斷裂。
3）過電壓：雷擊、低壓電器誤接高電壓等瞬時高電壓，容易造成絕緣層被擊穿。
1.3 火災(zāi)危險性
短路對導(dǎo)體、電氣設(shè)備、電能用戶及整個電力系統(tǒng)都會產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。形成火災(zāi)危險的主要是短路電流的熱效應(yīng)。低壓配電系統(tǒng)短路時，短路電流一般超過正常工作電流的十幾倍甚至幾十倍，可達(dá)到上萬安培，由于時間短，產(chǎn)生的熱量使導(dǎo)線和電氣設(shè)備溫度急劇上升，造成絕緣損壞引燃絕緣層和周圍可燃物嚴(yán)重時，導(dǎo)體本身會被熔化，熔滴同樣會引燃可燃物，釀成火災(zāi)事故
2 短路的防范對策
短路的防范對策包括短路保護(hù)和短路預(yù)防兩個方面。兩者對于保證電網(wǎng)的正常運行、 保護(hù)電氣設(shè)備都具有十分重要的作用。短路保護(hù)是為了保證電網(wǎng)或電力設(shè)備免受短路危害而在電網(wǎng)中設(shè)置熔斷器等保護(hù)性裝置，是一個電工學(xué)概念。短路預(yù)防是指為避免電力網(wǎng)中不同相線的導(dǎo)線直接金屬性連接或經(jīng)過小阻抗連接而采取的有關(guān)措施。前者是為了將短路的危害降低到較小程度，后者是為了防止短路條件的形成。
2.1短路保護(hù)
《低壓配電裝置及電路設(shè)計規(guī)范》明確規(guī)定，配電線路應(yīng)裝設(shè)短路保護(hù)器，各保是為了使線路發(fā)生故障時，盡可能的縮小事故面，停電范圍限制在發(fā)生短路故障的局部區(qū)域內(nèi)常見的短路保護(hù)裝置是熔斷器和自動空氣
2.1.1熔斷器的安裝位置及選型：熔斷器是低壓配電系統(tǒng)中運用較為廣泛的一種短路保護(hù)裝置當(dāng)發(fā)生短路故障時，它具有快速熔斷，將被保護(hù)設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)隔離的特點熔斷器一般由熔體和熔管或熔座組成應(yīng)安裝在各級被保護(hù)設(shè)備的電源端的不接地的各相線上對兼作地線的零線，嚴(yán)禁裝設(shè)熔斷器為使配電線路按照預(yù)期的電流和預(yù)定的時間切斷，依據(jù)熔斷器保護(hù)特性曲線正確選擇適當(dāng)額定電流的熔體對低壓配電系統(tǒng)應(yīng)選擇熱慣性較小的熔體，其熔體的額定電流應(yīng)大于被保護(hù)線路的負(fù)荷計算電流，并保證出現(xiàn)正常過負(fù)荷（如電動機起動等）熔體不會將線路斷開同時，為達(dá)到保護(hù)動作的選擇性，各級保護(hù)之間應(yīng)有相應(yīng)的配合，一般要求上保護(hù)的熔體額定電流比大2~3級，并且熔體的額定電流不應(yīng)大于電纜或穿管絕緣導(dǎo)線充許載流量的2.5倍，明敷絕緣導(dǎo)線充許載流量的1.5倍。
2.1.2自動空氣開關(guān)的選型：自動空氣開關(guān)按用途可分為“配電用”、“保護(hù)電動機用”和“照明線路用”三種，目前的自動空氣開關(guān)多由電磁脫扣器和熱脫扣器等組合而成，兼有短路、過負(fù)荷和欠壓等多種保護(hù)特性因此自動空氣開關(guān)一般具有三個額定電流，即自動開關(guān)的額定電流，電磁脫扣器的額定電流，熱脫扣器的額定電流在選擇時應(yīng)經(jīng)過整定計算，考慮各保護(hù)之間的配合，一般按上述順序，前者不應(yīng)小于后者，且均應(yīng)大于線路的負(fù)荷計算電流，均小于導(dǎo)線長期充許載流量當(dāng)用于低壓配電系統(tǒng)最末一級短路保護(hù)時，應(yīng)盡量選用只帶瞬時或短延時過電流脫扣器的自動空氣開關(guān)為保證自動空氣開關(guān)的可靠動作，還須按短路電流和導(dǎo)體充許載流量來校驗其靈敏性，對三相四線制的低壓系統(tǒng)，自動空氣開關(guān)電磁過流脫扣器的整定電流應(yīng)小于被保護(hù)線路單相短路電流的0.5~0.67倍。同時對瞬時或短延時自動空氣開關(guān)，其整定電流應(yīng)小于導(dǎo)體充許載流量的4.5倍，對長延時自動空氣開關(guān)，其整定電流應(yīng)小于導(dǎo)體充許載流量的1.1倍。
綜上，為合理配置短路保護(hù)裝置，對熔斷器自動空氣開關(guān)的選擇均應(yīng)綜合考慮多種因素，不能單純只考慮某一個方面，否則往往會造成短路保護(hù)裝置起不到應(yīng)有的作用。
2.2短路預(yù)防
短路預(yù)防就是采取必要的措施，防止短路條件的形成。
2.2.1科學(xué)施工防止施工中由于操作不當(dāng)造成電流載體絕緣層機械性損傷例如導(dǎo)線在穿鋼管敷設(shè)時，應(yīng)將鋼管口磨鈍，或加上柔性護(hù)套，防止其切口將導(dǎo)線絕緣層劃破。
2.2.2定期檢查發(fā)現(xiàn)配電線路和電氣設(shè)備的絕緣層損壞要及時采取補救措施，對已老化的線路要及時更換。
2.2.3防止用電設(shè)備過負(fù)荷運行，保持配電線路和用電設(shè)備正常的散熱條件，過負(fù)荷運行和散熱條件不良，會導(dǎo)致配電線路及用電設(shè)備溫度上升，長期超溫運行會加速絕緣層的老化速度，縮短使用壽命，甚至導(dǎo)致絕緣層自燃，直接引發(fā)火災(zāi)。
2.2.4加強檢修管理，運行操作人員在檢修等工作中常常由于疏忽大意，致使導(dǎo)線直接金屬性跨接，造成短路事故，另外配電室等場所應(yīng)嚴(yán)格防止老鼠或鳥類的進(jìn)入，以免因老鼠或鳥類的跨接，造成短路事故。
3 安科瑞限流式保護(hù)器的選型及應(yīng)用
3.1限流式保護(hù)器的功能及應(yīng)用方案
3.1.1 限流式保護(hù)器的設(shè)計
電氣防火限流式保護(hù)器可有效克服傳統(tǒng)斷路器、空氣開關(guān)和監(jiān)控設(shè)備存在的短路電流大、切斷短路電流時間長、短路時產(chǎn)生的電弧火花大，以及使用壽命短等當(dāng)弊端，發(fā)生短路故障時，能以微秒級速度快速限制短路電流以實現(xiàn)滅弧保護(hù)，從而能顯著減少電氣火災(zāi)事故，保障使用場所人員和財產(chǎn)。
安科瑞ASCP200-1電氣防火限流式保護(hù)器的主要元件是固態(tài)開關(guān)，不同于傳統(tǒng)家用的空氣開關(guān)（微斷）。我們知道，傳統(tǒng)空氣開關(guān)的斷開是一種機械運動過程，分?jǐn)鄷r間需要幾十毫秒(一般30～50ms)，帶負(fù)載斷開時通常伴隨有電弧的產(chǎn)生。而固態(tài)開關(guān)的斷開則是依靠半導(dǎo)體內(nèi)部的載流子運動實現(xiàn)，分?jǐn)鄷r間微秒級，速度快，無電弧產(chǎn)生。
如圖1所示，當(dāng)發(fā)生短路故障時，傳統(tǒng)空氣開關(guān)在電流升至C點時才能動作，且無法瞬時切斷電流，而固態(tài)開關(guān)則可以在電流升至B點時即瞬間切斷短路電流。
圖1短路故障前后電流與時間關(guān)系圖
從流過電阻的電流熱量公式Q=I2Rt，可以很容易看出，傳統(tǒng)空氣開關(guān)與固態(tài)開關(guān)在短路時所釋放的能量差別可以達(dá)到數(shù)千倍之多。因此當(dāng)裝配限流式保護(hù)器的回路發(fā)生短路故障時，就可以避免電弧的產(chǎn)生，從而有效降低了電氣火災(zāi)。
3.1.2 ASCP200-1功能特點
ASCP200-1型電氣防火限流式保護(hù)器是單相限流式保護(hù)器，較大額定電流為63A。主要功能如下:
A）短路保護(hù)功能，線路發(fā)生短路故障時，能在150微秒內(nèi)實現(xiàn)快速限流保護(hù)；
B）過載保護(hù)功能，線路持續(xù)過載時，保護(hù)器限流保護(hù)；
C）表內(nèi)超溫保護(hù)功能，保護(hù)器內(nèi)部器件工作溫度過高時，保護(hù)器限流保護(hù)；
D）過/欠壓保護(hù)功能，線路欠壓或過壓時，保護(hù)器告警或限流保護(hù)（可設(shè)）；
E）電纜溫度監(jiān)測功能，被測線纜溫度超過報警設(shè)定值時，保護(hù)器告警或限流保護(hù)（可設(shè)）；
F）漏電流監(jiān)測功能，線路漏電超過報警設(shè)定值時，保護(hù)器告警或限流保護(hù)（可設(shè)）；
G）通訊功能，保護(hù)器配置1路RS485接口，1路2G無線通訊，可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到安科瑞Acrel-6000云平臺，或第三方監(jiān)控軟件或平臺，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。
3.1.3 ASCP200-1技術(shù)參數(shù)
3.1.4 應(yīng)用方案圖示
ASCP200-1型電氣防火限流式保護(hù)器建議安裝在入戶開關(guān)下端，額定電流值根據(jù)入戶開關(guān)的具體規(guī)格進(jìn)行設(shè)置，典型應(yīng)用示意圖如圖2所示：
圖2 ASCP200-1家用防火解決方案安裝示意圖
3.1.5 使用注意事項
在選用限流式保護(hù)器時，限流式保護(hù)器的設(shè)定的額定電流應(yīng)該與其前斷路器的額定電流保持一致。例如，當(dāng)限流式保護(hù)器輸入端斷路器的額定電流為32A時，應(yīng)將限流式保護(hù)器的額定電流設(shè)置為32A。為保障限流式保護(hù)器的正常使用，嚴(yán)禁將其使用于與其前端斷路器的額定電流不匹配的配電線路中。
ASCP200系列采用限流式保護(hù)器采用壁掛式安裝，可以掛墻安裝，也可以安裝在箱體內(nèi)，應(yīng)確保安裝場所無滴水、腐蝕性化學(xué)氣體和沉淀物質(zhì)，并注意環(huán)境溫度和通風(fēng)散熱。
為確�？煽窟B接，接線時應(yīng)按接線圖進(jìn)行，同時為了防止接頭處接觸電阻過大而導(dǎo)致局部過熱，也避免因接觸而導(dǎo)致保護(hù)器工作不正常，線頭應(yīng)采用合適大小的U形冷壓頭壓接后，再插入保護(hù)器相應(yīng)端子上并將螺釘擰緊壓實。
保護(hù)器內(nèi)部帶有交流電，嚴(yán)禁非專業(yè)人士擅自打開產(chǎn)品外殼。保護(hù)器在使用期間，若被保護(hù)線路發(fā)生短路或過載故障而被限流保護(hù)時，保護(hù)器仍處于帶電狀態(tài)，不允許隨意碰觸用電線路的金屬部分。待檢查線路，并排除故障后，長按保護(hù)器的復(fù)位按鍵約2秒鐘，使保護(hù)器恢復(fù)正常運行時。
當(dāng)保護(hù)器因超溫而發(fā)生限流保護(hù)時，則可能是因為負(fù)載電流過大，環(huán)境溫度過高或通風(fēng)散熱等原因?qū)е�，可通過加強通風(fēng)等措施，等保護(hù)器溫度降下來后，再長按復(fù)位鍵，使保護(hù)器復(fù)位，恢復(fù)正常運行。
參考文獻(xiàn)
[1] 馬元周 淺析低壓配電系統(tǒng)短路的火災(zāi)危險性及防范對策 2002-08-06
[2] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2020.06版
作者簡介：宋兵兵，男，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為絕緣監(jiān)測及剩余電流監(jiān)測， QQ：3007723194 手機：13482141563（微信同號）
