配電系統故障與防止電氣火災

隨著我國經濟的迅速發展和用電的不斷增長，近幾年電氣火災次數呈上升趨勢。在配電系統中，良好的接地可以降低接觸電壓，防止電擊事故，但人們對接地設置不善引起的火災危險則認識不足。事實上，用電設備完善的保護接地措施不但對減少電擊事故、保護人身和設備安全非常重要，而且對防止電氣火災十分重要。

一、低壓接地故障的概念及危害

低壓接地故障是指相線與地或與地有連接的導體之間的短路。這些導體包括PEN線；PE線、用電設備金屬外殼、敷設的建筑物構件等金屬導體，它不包括相線與N線之間的短路，故在低壓配電系統中稱為接地故障以區別于一般的單相接地。如果設備外殼未作接地或接地不良，當設備絕緣破損發生接地故障時，接地故障電流經設備與地面的自然接觸電阻和電源的接地極電阻流向電源中性點。因自然接觸電阻很大，故障電流很小，不足以使熔斷器和低壓斷路器等電器保護動作，而使接地故障點發生的電火花或是弧得以持續存在，引燃附近易燃物，釀成火災。接地故障的特點是平時隱患不易察覺，一旦引起火災，往往故障是一處，起火點是另一處甚至多處，使得火災較其他電氣火災更嚴重。

二、接地系統接地形式及防火安全程度

低壓配電系統按系統的接地形式可分為如下四類，其防火安全程度不盡相同。

2.1 TN-C系統

如圖1所示，此系統保護導體PE線與中性線N線合二為一成PEN線，是原來最廣泛應用的方式。但PEN線通過不對稱正常單相負荷電流及三次諧波電流時，其在PEN線上產生的壓降將加載在PEN線連接的用電設備外殼和線路金屬套管上。當發生PEN線斷線或相接地短路故障時，將產生更高的對地故障電壓。同一系統的PEN線是相通的，某一處的故障電壓可沿PEN線竄至其他場所，就可能出現一或多處起火情況，所以仍然很不安全。

因此，在相負荷基本平衡的一般企業，無爆炸危險、火災危險性不大、用電設備較少、用電線路簡單且安全條件較好的場所，可采用TN-C系統，而有爆炸、火災危險的工業企業以及井下等特殊場所則推薦采用以下系統。

2．2 TN-S系統

如圖2所示，在此系統中PE線與N線是分開的，PE線不通過正常負荷電流，所以PE線和設備外殼不帶電位，只在接地故障時才帶電位。在保證接地保護動作可靠的前提下，在有爆炸危險的電氣裝置(礦井除外）的中性點設備接地系統中采用TN-S系統。因此，TN-S系統可用于有爆炸危險、火災危險性較大或安全要求較高的場所，宜用于獨立附設變電站的車間。現在新的高層建筑及居民小區已廣泛采用此系統。

2．3 TT系統

如圖3所示，此系統設備金屬外殼用單獨的接地及接地極，與電源的接地無聯系，這一IT系統有本質區別。正常工作時設備外殼是地電位，不可能產生電火花或電弧，同時各設備金屬外殼各用自己的接地極，PE線都不連通，杜絕了危險故障電壓沿PE線竄入其他地方的可能性。但當發生接地故障時，故障電流通過設備接地極電阻和電源接地極電阻，因而故障回路阻抗較大，故障電流比TN系統小，需要裝設對接地故障靈敏度高的漏電保護器，這是它的缺點。隨著高靈敏漏電保護器的不斷問世，克服了過去TT系統保護不可靠的問題。

2．4 IT系統

如圖4所示，此系統中性點是對地絕緣的(或經阻抗接地)，當發生接地故障時，故障電流為非故障相的對地電容電流，故障接觸電壓不超過50V，不會產生電火花或電弧，故一般場所不要求切斷故障回路，只需及時消除故障回路，所以IT系統多用于煤礦等對防火有特殊要求的場所，但它不宜配出中性線，以避免故障無法檢查。另外，此系統對電壓設備耐壓要求也較高，這是它的缺點。

三、避免接地故障引起電氣火災的措施

3.1 火災（爆炸)危險環境接地和接零

除生產上有特殊要求的以外，一般環境不要求接地(或接零)的部份仍應接地(或接零)。例如，在不良導電地面處，交流380V及其以下、直流440V及其以下的電氣設備正常時不帶電的金屬外殼，交流127V及其以下、直流110V及其以下的電氣設備正常時不帶電的金屬外殼，還有安裝在已接地金屬結構上的電氣設備，以及敷設有金屬包皮且兩端已接地的電纜用的金屬構架均應接地(或接零)，而且所有接地(或接零)要有整體性連接。單相設備的工作零線應與保護接地線分開，相線和工作零線均應裝有短路保護元件，并裝設雙極開關同時操作相線和工作零線。

3．2 重復接地及等電位連接

等電位連接有總等電位連接和輔助電位連接兩種。總等電位連接是在建筑物電源進線處將PE線、接地干線、總水管等相連接。而將用電設備與鄰近的水暖管道、建筑構件和電氣設備外殼直接連接，形成局部的等電位為輔助等電位連接。等電位連接由于設備外殼和裝置外導電部分以及地面的電位同時提高，降低了接地故障時的接觸電壓，減少了因打火或電弧引起的火災事故。

3．3 TN系統必須安裝牢固

就防火而言，TN系統的程度較差，但它的故障回路阻抗較小，故障電流大，保護電器動作靈敏簡單，所以是我國一般場所廣泛采用的接地系統。對于TN-C系統，如果PEN線不牢固，發生斷路，若斷在三相電路的主干線上，斷開點后因三相負荷不平衡，負荷中性點將偏移，造成各相電壓大幅度偏高或降低，從而損壞用電設備；若斷在單相線路上則220V相電壓將通過設備內線組延伸到設備外殼上，造成更大的火災和電擊危險。因此，按機械強度要求選擇導線截面。架空線路不應采用單芯鋁線，而應采用鋁絞線，其截面積應不小于35m2，引入線截面積不小于10mm2。不論導線材質，建筑物內敷設PE(PEN)線最小截面積在套管時均為2．5mm2，不套管時均為4mm2。不論相線截面積為多少，主干線路的PEN面積不應小于10mm2。

3．4 接地回路保護設置

(1) N系統中，如PEN線(TN-C系統)或PE線(TN-S系統)截面積過小，線路保護電器往往不能保護它。當通過大接地故障電流時，引線可能燒至熾線以至熔斷，很容易引起火災。故IEC標準規定，為了保證PE(PEN)線短路時的熱穩定，P≤E(PEN)線最小截面積應如下表所示。

(2)低壓接地故障保護電器的選用：①TN系統。根據TN系統特點，TN系統的地故障多為金屬性短路，故障電流較大，可利用原來做過負荷保護和短路保護的過電流保護電器(如熔斷器、低壓斷路器)兼做接地故障保護；若線路較長、導線截面積較小，經計算，過電流保護電器不能滿足切斷接地故障電路的時間要求時，則應采用帶接地故障保護的斷路器或漏電保護器，此時需設置專門的PE線。②TT系統。TT系統的故障電流較小，過電流保護常難滿足靈敏度要求，因此在TT系統中推薦采用高靈敏度漏電保護器作為接地故障保護。③IT系統。如前所述，盯系統因中性點不引出，只需發出信號及時消除故障回路就可以保證供電的可靠性。

四、結束語

通過以上分析可以看出，因低壓接地故障引起電氣火災是很隱蔽的，必須按要求采取措施避免因接地故障而引起火災。另外，對每一低壓配電系統應認真計算，對這一危險的起火源給予更多的關注和防范。