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电气防火限流式保护器在火灾预防中的应用

电气火灾是由电气引燃源引起的,其主要形式包括危险温度、电火花和电弧。

1.1危险温度

当电流通过电气设备或线路时,热量与电流的平方、导体的电阻和时间成正比。如果电流产生的热量不能及时释放,就会导致温度异常升高,然后引起火灾。危险温度的主要原因如下:

第一,短路。短路时的电流是正常时的几倍甚至几十倍,温度会急剧上升。短路的原因包括:电气设备安装维护中的接线和操作错误、绝缘老化、变质、绝缘能力丧失、导电粉尘、纤维、动植物进入电气设备等。

二是过载。过载的主要原因包括:电气线路或设备设计选择不合理,或不考虑足够的充足;电气设备或线路使用不合理,负载超过额定值或连续使用时间,超过线路或设备设计能力;设备故障运行导致设备和线路过载;电路谐波可增加线路电流和过载。

第三,漏电。当漏电电流集中在某一点时,可能会引起严重的局部发热和点燃。

第四,接触不良。电气线路或电气设备中的电路连接部件是系统中的薄弱环节,是产生危险温度的主要部件之一。电气接头连接不牢固、焊接不良或接头夹杂物会增加接触电阻,导致接头过热。

第五,电压异常。电压过高和过低都是电压异常。当电压过高时,铁芯的加热会增加;当电压过低时,可能会导致电机堵塞,电磁铁凝聚力无法吸收,从而大大增加线圈电流和加热。

六是其他原因。包括机械故障、铁芯过热、散热不良、电热器具及照明器具、电磁辐射能量等。

1.电火花和电弧

电火花是电极之间的击穿放电,电弧是由大量电火花组成的。电火花和电弧不仅会燃烧可燃物,还会熔化和飞溅金属,形成危险的火源,甚至爆炸。电火花和电弧分为工作电火花和电弧、事故电火花和电弧。工作电火花和电弧是指电气设备在正常工作或正常运行过程中产生的电火花,如刀开关断路器、接触器、控制器、插销或插入、电机刷与换向器或滑环的滑动接触等。事故电火花和电弧是线路或设备故障时的火花,如绝缘损坏、导线断线或连接松动导致短路或接地、熔丝熔断时的火花等。

对典型火灾进行系统安全分析,找出事故原因,帮助有关单位采取有针对性的预防措施。例如,2017年11月18日,北京市大兴区西红门镇新建新建第二村的一栋建筑发生火灾,造成19人死亡,8人受伤,造成重大经济损失。经调查,事故的直接原因是在冷库制冷设备调试过程中,覆盖聚氨酯绝缘材料的铝芯电缆电气故障短路,点燃周围可燃物、一氧化碳等有毒有害烟气,造成人员伤亡。针对事故,从人、物、管理、环境四个方面(如图1所示)可以看出,人问题主要包括非法操作、非法施工、安全意识弱、逃生自救能力差等;物问题主要包括电缆短路、消防设计、设施建设缺陷、电气保护装置故障、保温材料可燃等;“管理”的问题主要包括消防制度不健全、违法出租、监督检查不力、消防责任制不落实、应急管理不完善教育培训不够等;“环境”的问题主要包括通风不良、存在有毒烟气、人员密集等。

图1火灾因果分析图

3.确保电气安全设计和电气产品安全

保障建设工程电气安全设计和电气产品的质量安全,是预防电气火灾的源头。对此,各有关单位要严格审核验收人员密集场所消防安全设计,严格检查验收电气产品及其线路施工。二是严格查处施工单位不按设计图纸施工、偷工减料、使用劣质电线、质量不合格电器产品等问题和隐患。三是规范消防设施的设计建设,配备合格的消防设备,按要求设置电气火灾监测系统。四是严格执行电气产品生产企业资质审批和认证管理,严厉查处无证非法生产和假冒伪劣产品。五是严格查处电线电缆、开关插座等生产企业不按标准或减少绝缘材料、阻燃原料、芯材、线径等标准生产的违法行为,严格查处工程使用安装质量不合格的电气产品。

3.22加强电气设备使用安全管理

各有关单位应严格按照电气设备的技术要求正确使用电气设备,及时进行定期检测和维护,加强电气安全风险的调查和管理,特别是在拥挤场所,有关单位应严格调查电气线路敷设不规范、电力负荷过大、电源插座数量不足、无短路保护装置、私人拉线、使用无证电气产品等问题,避免电线绝缘层损坏、电缆井(沟)堵塞不严密等隐患。对难以整改的电气安全隐患,实行上市监督,限期整改。对难以整改的电气安全隐患,应当进行上市监督,限期整改。同时,各有关单位也应积极实施智能用电。所谓智能用电,是一种基于大数据的电气火灾隐患控制系统,能够准确定位和调查电气火灾等电气安全隐患。主要利用智能传感终端实时监控电气火灾的主要因素,如电缆温度、电流负荷、剩余电量等,然后通过物联网技术收集上传电气线路实时运行数据,通过大数据技术分析隐患原因,实时向电力单位和管理人员推送隐患信息,监督隐患信息,并向监管机构提供火灾隐患风险评估报告,实现电气火灾隐患从发现、监督到治理的有效闭环,减少电气火灾等电气安全事故的发生。

3.3.加强相关人员的安全教育和培训

一是各有关单位要保证电工持证上岗,定期开展教育培训。二是加强电气设备管理、使用和维护相关从业人员的安全教育、培训、考核和管理,完善电气相关资格证书的颁发和考核机制,有效提高电气从业人员的技能水平。三是政府监管部门应当以各种形式开展安全用电宣传教育,利用各种媒体宣传安全生产事故和火灾事故教训,普及安全用电知识。

3.4.加强应急管理

各有关单位,特别是人口密集场所的管理单位和经营单位,应当按照法律、法规的要求,制定火灾或者电气火灾专项应急预案,确保其科学性、有效性和实用性;配备报警装置和必要的应急救援设备和设施,注明其使用方法,并在显著位置注明安全疏散通道和路线,确保安全通道和出口畅通;报警装置和应急救援设备和设施应定期检测和维护,保证正常使用。同时,各有关单位还应积极组织必要的应急演练,使工作人员掌握必要的自救、互救和急救知识。

44限流保护器在电气防火中的应用

4.1限流保护器的功能及应用方案

4.1.1限流保护器设计

电气防火限流保护器可有效克服传统断路器、空气开关、监控设备短路电流大、切断短路电流时间长、短路电弧火花大、使用寿命短等缺点。速度快速限制短路电流以实现灭弧保护,从而能显著减少电气火灾事故,保障使用场所人员和财产的安全。

安科瑞ASCP200-1电气防火限流式保护器的主要元件是固态开关,不同于传统家用的空气开关(微断)。我们知道,传统空气开关的断开是一种机械运动过程,分断时间需要几十毫秒(一般30~50ms),带负载断开时通常伴随有电弧的产生。而固态开关的断开则是依靠半导体内部的载流子运动实现,分断时间微秒级,速度快,无电弧产生。

如图1所示,当发生短路故障时,传统空气开关在电流升至C点时才能动作,且无法瞬时切断电流,而固态开关则可以在电流升至B点时即瞬间切断短路电流。

 

 

图2短路故障前后电流与时间关系图

 

从流过电阻的电流热量公式Q=I2Rt,可以很容易看出,传统空气开关与固态开关在短路时所释放的能量差别可以达到数千倍之多。因此当装配限流式保护器的回路发生短路故障时,就可以避免电弧的产生,从而有效降低了电气火灾。

4.1.2 ASCP200-1功能特点

ASCP200-1型电气防火限流式保护器是单相限流式保护器,较大额定电流为63A。主要功能如下:

A)短路保护功能,线路发生短路故障时,能在150微秒内实现快速限流保护;

B)过载保护功能,线路持续过载时,保护器限流保护;

C)表内超温保护功能,保护器内部器件工作温度过高时,

保护器限流保护;

D)过/欠压保护功能,线路欠压或过压时,保护器告警或限流保护(可设);

E)电缆温度监测功能,被测线缆温度超过报警设定值时,保护器告警或限流保护(可设);

F)漏电流监测功能,线路漏电超过报警设定值时,保护器告警或限流保护(可设);

G)通讯功能,保护器配置1路RS485接口,1路2G无线通讯,可以将数据发送到安科瑞Acrel-6000安全云平台,或第三方监控软件或平台,从而实现远程监控。

4.1.3 ASCP200-1技术参数

项目

指标

输入电压

AC 85~265V,45~65HZ

功耗

功耗≤5VA(无负载情况下)

额定电流

0~63A可设置

短路保护时间

<150μs

过载保护

动作范围:110%~140%;动作延时:3~60s

过压保护

动作范围:100%~120%;动作延时:0~60s

欠压保护

动作范围:60%~100%;动作延时:0~60s

线缆温度监测

监测范围

-20~120℃(精度±2℃)

报警设置

动作范围:45~110℃;动作延时:0~60s

漏电流监测

监测范围

20~1000mA(精度:±2%或±5mA)

报警设置

动作范围:30~1000mA;动作延时:0~60s

故障记录

20条记录(故障类型、故障值、故障时间)

报警方式

声光报警(其中声音可以通过消音按键消除)

通讯

1路RS485接口,Modbus-RTU协议;1路2G无线通讯

安装使

用环境

工作场所

无雨雪直接侵袭、无腐蚀性气体、粉尘,无剧烈震动的场所

工作环境温度

-10~+55℃

相对湿度

空气的相对湿度不超过95%

海拔高度

≤2000m

 

4.1.4应用方案图示

ASCP200-1型电气防火限流式保护器建议安装在入户开关下端,额定电流值根据入户开关的具体规格进行设置,典型应用示意图如图2所示:

 

图3 ASCP200-1家用防火解决方案安装示意图

 

4.1.5使用注意事项

在选用限流式保护器时,限流式保护器的设定的额定电流应该与其前一级的断路器的额定电流保持一致。例如,当限流式保护器输入端断路器的额定电流为32A时,应将限流式保护器的额定电流设置为32A。为保障限流式保护器的正常使用,严禁将其使用于与其前端断路器的额定电流不匹配的配电线路中。

ASCP200系列采用限流式保护器采用壁挂式安装,可以挂墙安装,也可以安装在箱体内,应确保安装场所无滴水、腐蚀性化学气体和沉淀物质,并注意环境温度和通风散热。

为确保可靠连接,接线时应按接线图进行,同时为了防止接头处接触电阻过大而导致局部过热,也避免因接触不良而导致保护器工作不正常,线头应采用合适大小的U形冷压头压接后,再插入保护器相应端子上并将螺钉拧紧压实。

保护器内部带有交流电,严禁非专业人士擅自打开产品外壳。保护器在使用期间,若被保护线路发生短路或过载故障而被限流保护时,保护器仍处于带电状态,不允许随意碰触用电线路的金属部分。待检查线路,并排除故障后,长按保护器的复位按键约2秒钟,使保护器恢复正常运行时。

当保护器因超温而发生限流保护时,则可能是因为负载电流过大,环境温度过高或通风散热不良等原因导致,可通过加强通风等措施,等保护器温度降下来后,再长按复位键,使保护器复位,恢复正常运行。

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