會展建筑電氣接地故障風(fēng)險的識別與應(yīng)對措施

王 磊

(清華大學(xué)建筑設(shè)計研究院有限公司，北京 100084)

會展建筑電氣接地故障風(fēng)險的識別與應(yīng)對措施

王 磊

(清華大學(xué)建筑設(shè)計研究院有限公司，北京 100084)

通過對會展建筑的建筑特征和功能特性進行分析，運用風(fēng)險管理的方法對電氣接地故障引發(fā)的電氣安全風(fēng)險進行識別、評估和處理，并以此為依據(jù)，對會展建筑的電氣設(shè)計和運維管理提出了建議。

會展建筑 電氣接地故障 風(fēng)險管理

0 引言

近年來，隨著我國經(jīng)濟和科技水平的不斷進步，以會議和展覽為代表的會展經(jīng)濟以每年超20%的遞增速度飛速發(fā)展，對區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展也起到了巨大的推動作用。但是，隨著會展建筑的數(shù)量和單體體量的加大，伴隨的各類風(fēng)險程度也逐漸加劇。以火災(zāi)為例，空間高大、人員密集的會展建筑一旦失火，極有可能造成嚴(yán)重后果。根據(jù)消防部門的統(tǒng)計，在全國的火災(zāi)事故中，電氣火災(zāi)約占30%，而電氣接地故障電弧引發(fā)的事故約占電氣火災(zāi)事故的50%。此外，電氣接地故障還會造成人員觸電、非正常供電、電壓波動等后果。

控制接地故障風(fēng)險最有效的手段之一就是風(fēng)險管理。通常，風(fēng)險管理流程包含風(fēng)險識別與分析、風(fēng)險評價、風(fēng)險處理、監(jiān)管和溝通幾個步驟。

在電氣設(shè)計中，如果將風(fēng)險管理的方法應(yīng)用到建筑電氣設(shè)計中，可以幫助設(shè)計師全面和系統(tǒng)地分析問題，并有效地解決問題。故本文就以電氣接地故障為例說明如何利用風(fēng)險管理的方法應(yīng)對會展建筑的電氣安全風(fēng)險。

1 會展建筑電氣安全風(fēng)險的識別與分析

根據(jù)風(fēng)險管理理論，要減少損失，首先要識別風(fēng)險，即在特定背景下判斷風(fēng)險發(fā)生的可能性與后果的嚴(yán)重程度，從成因和結(jié)果對風(fēng)險進行分析量化，然后對從原因到結(jié)果的所有路徑加以控制，達(dá)到風(fēng)險管理的目的。對于電氣接地故障風(fēng)險，同樣可采用這一流程進行分析。

在進行風(fēng)險識別和分析時，本文采用定性的枚舉法分析會展建筑和接地故障的特點，并綜合兩者，再判別出會展建筑的電氣接地故障風(fēng)險存在于哪些環(huán)節(jié)。

1.1會展建筑的安全風(fēng)險特點

會展建筑的本體功能是適應(yīng)各種會議和展覽，其存在的安全風(fēng)險主要有以下幾點。

1)由于展會內(nèi)容的不同，參展商都會根據(jù)自己的需求在會展建筑內(nèi)搭建各自的展臺，布展階段更像是會展建筑施工階段的延續(xù)，“施工過程”在會展建筑的全生命期中始終存在。

不同于建筑施工有明確的法律、規(guī)章、制度進行約束，持續(xù)時間只有幾天甚至幾小時的展臺施工在監(jiān)管、審查上存在極大的漏洞，布展施工人員水平參差不齊，存在很大的施工質(zhì)量風(fēng)險。

2)展會期間不僅人員數(shù)量較多，而且人員構(gòu)成復(fù)雜，除了會展的工作人員外，參展商、參觀者、服務(wù)供應(yīng)商都會隨著展會內(nèi)容的不同而變化，他們中的很多人對場地和環(huán)境不熟悉，一旦發(fā)生緊急事故，存在無法快速、有效疏散人員的風(fēng)險。

3)參展的各類設(shè)備和材料由參展商提供，其電氣安全性不易控制，存在安全風(fēng)險。

4)會展建筑需要提供大規(guī)模會議和展示的空間，因此通常采用高大、開敞、靈活的建筑形式，現(xiàn)有的火災(zāi)探測方式報警延時較大，且容易發(fā)生誤報和漏報。

5)展會期間情況復(fù)雜，不易迅速發(fā)現(xiàn)和解決問題，可能導(dǎo)致問題的程度和范圍加大。

6)從經(jīng)濟狀況分析，會展運營部門會針對展覽的順利進行簽訂相關(guān)的合同和協(xié)議，某些斷電故障可能導(dǎo)致索賠發(fā)生。

總之，會展建筑是永不竣工的工程，而變化的過程必然帶來不斷變化的風(fēng)險。

1.2會展建筑的電氣接地故障特點

單相接地故障通常是由導(dǎo)體的絕緣損壞或錯誤接線導(dǎo)致的，常見的接地故障一般為各種因素導(dǎo)致的配電回路中導(dǎo)體絕緣損壞或接線故障。

接地故障發(fā)生后，接地故障電壓和接地電流會隨之產(chǎn)生，如果接地故障后觸發(fā)保護裝置動作會造成非正常斷電(如未切斷故障電流可能造成間接電擊的人員觸電事故)以及引起電網(wǎng)的電壓波動。

會展建筑與接地故障有關(guān)的電氣風(fēng)險有如下特點。

1)大量使用便攜、移動設(shè)備

供電電纜和設(shè)備宜受損，絕緣損壞后存在觸電、斷電、火災(zāi)等風(fēng)險。

2)電氣連接點多

由于展位箱后配電設(shè)備由運營商提供，展位設(shè)備又為臨時裝設(shè)，導(dǎo)致展廳內(nèi)存在大量插頭、插座、端子排等。這些節(jié)點的不可靠連接可能導(dǎo)致發(fā)熱和電弧，存在觸電、斷電和火災(zāi)等風(fēng)險。

3)誤操作風(fēng)險

由于展會期間人員構(gòu)成復(fù)雜，非電氣人員的誤操作、錯誤接線發(fā)生幾率高，存在人員觸電和非正常斷電等風(fēng)險。

4)由于會展建筑為人員密集場所，因此，電氣安全風(fēng)險的后果相對于其他公共建筑更加嚴(yán)重。

1.3接地故障風(fēng)險的分析

在分析了會展建筑的特點、電氣安全的風(fēng)險以及接地故障的特點后，就需要針對性地采取相應(yīng)的手段去減少和消除風(fēng)險的發(fā)生并降低風(fēng)險后果的不利影響。

在風(fēng)險管理理論中，由不利的后果推出故障原因的方法稱為“故障樹分析法”，通過事故去總結(jié)可能發(fā)生的不利后果的方法稱為“事故樹分析法”，將故障樹和事故樹分析法結(jié)合在一起稱為“蝴蝶結(jié)分析法”。圖1就是將接地故障的成因和后果以故障樹和事故樹的方式表達(dá)的示例。

圖1 接地故障的蝴蝶結(jié)分析法

由圖1可以看出，配電設(shè)備的損壞、導(dǎo)體絕緣的損壞、接線錯誤和用電設(shè)備損壞是造成接地故障的主要原因，以故障樹的方式表示；當(dāng)發(fā)生接地故障時，可能引起的不利后果包括人員觸電、電氣火災(zāi)、非正常斷電和電壓波動，以事故樹的方式表達(dá)；而二者結(jié)合后形成了完整的接地故障的蝴蝶結(jié)分析圖，進而全面、系統(tǒng)地表示了與接地故障有關(guān)的成因與結(jié)果。

因此，要減少電氣接地故障，在成因上要減少絕緣損壞和誤操作，對后果的限制主要在于防止電弧和接觸電壓的產(chǎn)生。

2 會展建筑電氣接地故障的風(fēng)險規(guī)避

在分析了接地故障的成因和結(jié)果后，如何在電氣設(shè)計、施工安裝和運行維護中采取相應(yīng)措施去規(guī)避風(fēng)險并降低不利后果影響是風(fēng)險管理關(guān)注的重點。

根據(jù)圖1，切斷故障樹中接地故障成因的路徑是風(fēng)險管理措施中的防范控制手段。當(dāng)所有的路徑都被截斷后，接地故障就不會發(fā)生；而切斷事故樹中導(dǎo)致后果的路徑則可以防止不利后果的發(fā)生。

切斷成因和防止后果所采取的手段在風(fēng)險管理理論中主要有以下四種，其優(yōu)先級從高到低分別是：消除、替換、隔離和管理。

1)消除：從根本上阻止風(fēng)險的發(fā)生，徹底消除或中止造成危險的根源，是風(fēng)險管理中首選的手段。例如在布展施工中采用氣動工具替代電動工具，就可以防止電氣接地故障的發(fā)生。

2)替換：用危害更小的方式替換原有的方式。如采用適用于移動設(shè)備的橡皮電纜或采用機械強度更高的鎧裝電纜替代普通導(dǎo)線或電纜，可以減少物損造成的絕緣損壞，從而降低接地故障發(fā)生的幾率。

3)隔離：采用防護手段將風(fēng)險與受害環(huán)節(jié)分開。將帶電部分置于伸臂范圍之外是典型的隔離手段。

4)管理：運用程序和制度防止風(fēng)險的發(fā)生。

在圖1的任意成因到后果之間的路徑都可以采用上述四種方法中的一種或多種的組合對風(fēng)險進行管理。因此，在圖1的基礎(chǔ)上，逐條分析就形成了圖2，即針對接地故障的風(fēng)險管理的處置圖。

圖2 接地故障的風(fēng)險管理的處置圖

對于會展建筑的設(shè)計師、運營人員、參展商來說，可以參照圖2逐條制訂符合各自需求的風(fēng)險管控策略，若這些策略均被實施，即可以為在此認(rèn)知范圍內(nèi)，風(fēng)險被消除或控制到可接受的范圍之內(nèi)。分析表格中的措施，體現(xiàn)到電氣設(shè)計中，安全、可靠和合理的設(shè)計是減少接地故障的關(guān)鍵，主要包括以下幾個方面。

1)合理選擇布線系統(tǒng)，采用滿足環(huán)境要求的封閉式絕緣母線或鎧裝電纜，有利于防止絕緣的破損。

2)合理設(shè)置配電系統(tǒng)的連接點，首先減少配電系統(tǒng)中連接點的數(shù)量，特別是臨時連接點的數(shù)量。當(dāng)必需使用連接點時，采用滿足標(biāo)準(zhǔn)的端子箱和工業(yè)連接器，保證展位中采用合規(guī)的插頭和插座，防止連接點因接觸不良導(dǎo)致的電弧和溫升。

3)設(shè)置完善的接地設(shè)施，展溝內(nèi)設(shè)置接地干線，為展位的接地提供條件，展廳運營中也要發(fā)揮監(jiān)管職能，對于可能存在接地故障風(fēng)險的場所要求參展商設(shè)置局部等電位聯(lián)結(jié)，減少接地電位差，減輕接地故障的不良影響。

4)合理設(shè)置剩余電流保護裝置(RCD)，對于手持和移動設(shè)備設(shè)置30mA動作電流RCD。但在展廳電氣設(shè)計中，干線和展位箱內(nèi)慎用脫扣型RCD，因為展臺配電支路的正常泄漏電流會在干線疊加，可能造成干線RCD在非接地故障時誤動作。

此外，干線RCD與參展商配電箱內(nèi)的RCD很難形成選擇性保護，一旦用戶端出現(xiàn)接地故障，RCD可能發(fā)生越級脫扣。而展位箱在展溝內(nèi)安裝，如果布展時展臺壓占了展溝蓋板，可能影響RCD的及時復(fù)位，造成復(fù)電延遲。展廳配電干線和展位箱通常在保護良好的展溝內(nèi)敷設(shè)，屬于固定安裝設(shè)備，受損的概率較小，可以采用電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控其絕緣水平。

總之，在運營商與參展商的合同中應(yīng)明確展臺的移動設(shè)備由參展商配電箱內(nèi)的RCD保護，運營商也應(yīng)盡到監(jiān)管職責(zé)，保證參展商的RCD安裝到位，起到有效的保護作用。

5)應(yīng)設(shè)置剩余電流監(jiān)控系統(tǒng)。此系統(tǒng)可以實時監(jiān)控配電回路中剩余電流的數(shù)值，協(xié)助運維人員提前發(fā)現(xiàn)接地問題，并屏蔽某些存在諧波回路的大型設(shè)備造成的較大泄漏電流引起的誤動作。

筆者曾對某汽車展展臺進行測試，由于安裝了調(diào)光設(shè)備和大容量功放，設(shè)備運行時此展臺電源端的單相泄漏電流達(dá)1 150mA，而調(diào)光和功放設(shè)備不工作時的剩余電流僅2.7mA。如不考慮雜散電流的干擾因素，系統(tǒng)的電氣安全風(fēng)險尚在可控范圍內(nèi)，鑒于現(xiàn)階段會展行業(yè)中對于參展商提供的設(shè)備的泄漏電流限值標(biāo)準(zhǔn)未達(dá)成共識，同時也不宜僅通過RCD脫扣來切斷某些設(shè)備的電源，因此通過設(shè)置剩余電流監(jiān)控系統(tǒng)對運行的設(shè)備進行監(jiān)控，保證其在安全的前提下運行更為適合。

6)合理設(shè)置配電設(shè)備。在故障樹中，配電設(shè)備的損壞和誤操作也是導(dǎo)致接地故障的重要原因。電氣設(shè)計中，將電氣設(shè)備安裝到專用的電氣間，防止無關(guān)人員隨意觸碰，既減少了設(shè)備受損和誤操作的概率，也減少了接地故障發(fā)生后因人員接觸導(dǎo)致受傷的可能。

上述6項措施中1)～5)均為消除措施，4)和6)為隔離措施，5)同時也屬于監(jiān)管措施。而且，除上述6項措施外，會展建筑中防止接地故障風(fēng)險的手段還包括采用隔離變壓器為設(shè)備供電、采用氣動工具和動力源、指定完善的設(shè)備日常維護要求和應(yīng)急預(yù)案等。

風(fēng)險是不斷變化的，風(fēng)險管理也貫穿在項目的整個生命周期中，風(fēng)險管理要求持續(xù)的監(jiān)控、審查與改進。對會展建筑設(shè)計、使用過程中的接地問題、事故、案例在圖2的基礎(chǔ)上進行審查、總結(jié)，不斷改進和完善相應(yīng)措施，就可以更加有效地控制接地風(fēng)險。

3 結(jié)束語

雖然會展建筑的接地故障風(fēng)險高于其他公共建筑，但是只要充分考慮到電氣設(shè)計、施工、運維的各個環(huán)節(jié)，利用風(fēng)險管理是能夠?qū)⒔拥毓收系娘L(fēng)險有效限制在可控范圍之內(nèi)的。

風(fēng)險管理是一種方法論，本文介紹的接地故障風(fēng)險的分析過程同理可以推廣到電氣短路故障風(fēng)險、電氣過載故障風(fēng)險、雷電風(fēng)險等涉及建筑電氣安全的其他領(lǐng)域。

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IdentificationandSolutionsforEarthFaultRiskinConferenceandExhibitionBuildings

Wang Lei

Based on the analysis of the characteristics of conference and exhibition buildings, the electrical safety risks of earth fault are recognized, evaluated and handled by ways of risk management. Suggestions for electrical design and operation are given according to the conclusion.

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