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低壓斷路器在電氣火災防范中的應用分析
發布時間：2017-11-22
一、引言
1、短路
電氣是由發電設備、輸電線路、用電器具組成的供電、用電系統。短路、過載、接觸電阻過大等電氣線路故障是導致電氣火災的最基本原因。電氣線路因導線絕緣層老化、電源過電壓擊穿絕緣層、導線與金屬等硬物長期摩擦使絕緣層破裂等原因造成相接、相碰而產生電流突然增大，瞬間的放熱量大大超過線路正常輸電時的發熱量，導致絕緣材料燒毀、金屬熔化，引起電線本身著火，導致附近可燃物燃燒。另外，還有另外一種形式的短路，導線通過與大地相連的設備外殼、管道或者導線直接與大地相連接，造成對地短路。
2、過載
輸電線路負載的電流量超過了額定的安全載流量，導線上溫度達到和超過絕緣層的著火點，導致絕緣層燃燒。
3、接觸電阻過大
由于安裝質量差，造成導線與導線、導線與用電器具間的接線點不牢靠;接線點由于長期受震動或冷熱變化等影響，使接頭松動;銅鋁線交接時，由于接頭處理不當，在電腐蝕作用下接觸電阻會很快增大等原因，輸電線路上接線點的電阻過大，使接線處過熱，引起導線過熱甚至熔化，導致絕緣層燃燒。
4、諧波電流和雷擊
電子節能燈、微波爐、電視機等非線性負載電氣設備的接入，因設備的負荷電流因含有多次諧波電流，能使電氣線路特別是中性線路過載。雷擊時，直接雷擊強大的高電壓沖擊波會使電氣設備及線路絕緣遭到擊穿。感應雷擊時，建筑物感應產生大量與雷云電荷相反的電荷，可能因電位差而引起電氣設備及線路過載。雷電波入侵時，雷電流沿著建筑物室外的電氣線路竄入，能使電氣系統短路。
二、低壓斷路器工作原理
由于短路、過載、接觸電阻過大等電氣故障原因的存在，致使電氣系統發生火災的可能性增大，而斷路器能在線路發生過載、短路、欠壓的情況下進行可靠的保護，保證電氣系統的安全。電氣火災自動保護功能型斷路器是在現行普通剩余電流斷路器的基礎上，配置一個具有與外界溫度呈同步單調變化的感溫元件―熱敏電阻。斷路器內部有相應的電子電路相配合，當外界環境溫度異常升高，超過了一定正常溫度值后(這個溫度值范圍定義為額定動作溫度)，電子線路自動驅動電氣火災自動保護型斷路器的主觸頭脫扣器，將斷路器負載側線路分斷，防止負載側的線路和設備因電氣火災使絕緣損壞，造成進一步的短路事故發生。
圖1為斷路器原理。1為電磁脫扣器，當電流超過一定值(動作電流)時，銜鐵動作，將頂桿一端吸下，而另一端向上，撞開鎖鉤4，主觸頭5在彈簧6的作用下迅速斷開，能較好的保證電氣線路和設備在短路和過載的情況下，切斷電路。2為失壓脫扣器，當電壓不足時(下降到額定電壓的35%-70%)時，銜鐵失去吸力，在彈簧作用下撞開鎖鉤4，切斷電路，預防火災的發生。7為實驗裝置，以檢查斷路器能否正常動作。
根據圖1原理制成的斷路器能解決相間短路以及相線與地線相碰引起的電路電流過大問題，但不能解決相線與接地導體相碰或相線與大地直接相碰引起的電路電流不大于線路預期短路電流的漏電引起的電氣火災事故，而剩余電流動作保護器(漏電保護裝置)能防止單相對地短路引發的火災事故和保護人身安全。
圖2 電流型漏電保護器的檢測部分原理
圖2為電流型漏電保護器的檢測部分原理圖，圖中的HL是一個零序電流互感器。被保護的相線、中性線穿過環形鐵心，構成了互感器的一次線圈，纏繞在環形鐵芯上的繞組構成了互感器的二次線圈，如果沒有漏電發生，這時流過相線、中性線的電流向量和等于零，因此在二次線圈上也不能產生相應的感應電動勢。如果發生了漏電，相線、中性線的電流向量和不等于零，就使二次線圈上產生感應電動勢，這個信號經過處理后控制分離脫扣器動作，切斷電路。同時，漏電保護器能有效預防接地電弧性短路引發的電氣火災。通常，接地電弧性短路以空氣為介質，電弧為通路，通過接地體形成的對地短路。在空氣電阻較大的因素下，接地電弧性短路的短路電流較小，不能使根據圖1原理制成的過流保護裝置動作。接地電弧性短路實質屬于對地短路，漏電保護裝置所以能有效的預防接地電弧性短路引發的電氣火災。
三、斷路器的主要功能
1、普通開關功能
正常用電時，對受控線路進行人工閉合和分斷操作。
2、火災自動保護功能
當斷路器所在位置一旦發生火災，環境溫度異常升高，該斷路器的感溫探頭在感測到所處環境溫度達到或超過整定溫度后，自動將受控線路電源切斷，防止擴大火災范圍，并為滅火行動提供電氣方面的安全保障，防止滅火人員發生電擊后的二次傷害事故。
3、過載保護功能
當電氣火災自動保護型斷路器所控制的線路負荷超過額定值，發生超載時，斷路器將適時自動分斷，切斷受控線路的電流。防止因其發熱而引起線路火災。
4、短路保護功能
當電氣火災自動保護斷路器所控制的線路發生意外短路事故，該斷路器將在0.2s時間內分斷，切斷受控線路的電源，防止短路事故引發火災事故。
5、剩余電流保護功能
當受控線路或用電設備發生絕緣損壞，產生對地故障或有人員發生單相電擊事故時，斷路器在0.1-0.2s時間內自動切斷受控線路電源，避免對人身生命造成危害，并防止此類剩余電流引起電氣火災的可能性。
四、斷路器的選型
在電氣系統中，斷路器的選型極為重要，科學的選型能有效的防止電氣火災事故的發生。在低壓配電系統的支路和終端上，常用的是斷裝型(Dz)即裝置式自動空氣斷路器(塑殼式斷路器)，具有過載長延時和短路瞬動的二段保護功能。斷萬型(Dw)即萬能式(又稱框架式)自動空氣斷路器，有過載長延時、短路短延時和短路瞬動的三段保護功能，大多數主干線都采用它作為主保護開關。
1、分斷能力
斷路器的分斷能力指標有兩種：額定極限短路分斷能力Icu和額定運行短路分斷能力Ics。IEC947.2(低壓斷路器國際電工標準)和GB14048.2(低壓開關設備和控制設備斷路器標準)確定的塑殼式斷路器Ics有4個值，分別是25%、50%、75%和100%Icu，而目前市場上斷路器的Ics大多數在(50%-75%)Icu之間，對供電要求不高的配電系統，在支線和終端上，一般可以只考慮Icu，所以選型上，判斷塑殼式斷路器能否作為某一線路保護開關，就是看它的Icu是否大于線路的預期(最大)短路電流。如果線路中的最大短路電流大于了Icu，斷路器將不能進行線路的分斷，不能進行有效的保護。
2、限流分斷能力
限流分斷能力是指斷路器短路跳閘時限制故障電流的能力。斷路器發生短路時，觸頭快速打開產生電弧，相當于在線路中串入了1個迅速增加的電弧電阻，從而限制了故障電流的增加。斷路器斷開時間越少，Ics就越接近Icu，限流效果就越好。選用限流分斷能力高的斷路器，可以使線路在達到預期短路電流前分斷，短的時間和小的電流能有效防止線路熱量的快速聚集，預防火災的發生。
3、短路保護
短路保護就是短路瞬時跳閘。在斷路器型號選擇上及負荷變化后，都要注意選擇和調整保護的整定值，預防整定值過小頻繁跳閘影響供電質量，整定值過大使線路和設備得不到有效保護。選型上還要注意斷路器的短路整定電流躲過線路的正常工作啟動電流，在靈敏性上，要求線路最小短路電流不小于短路整定電流的1.3倍。在斷路器具體的型號選擇上，要根據配電線路、電動機、家用等不同的類型進行型號的選擇，然后根據最大短路電流、最小短路電流、短路沖擊電流進行斷路器短路整定電流、分斷能力等參數的選擇?？茖W的參數計算、型號的正確選擇，能最大程度的保護線路，預防過流、短路等引起的火災事故。
五、結束語
電氣火災低壓斷路器將電擊保護、電氣火災預防和在萬一發生火災后的自動保護性能，諸多功能融合為一個整體，符合社會對電氣火災防范提出的更高的要求。企事業單位的建筑物和住宅應采用分級保護，建筑物電源端的剩余電流保護裝置應滿足防電氣火災的功能要求。對于城鎮配電網，在用電單位內采用分級保護時，還應考慮采用防電氣火災的剩余電流保護裝置。
摘自：中國計量測控網
