新知快訊

『故障電弧探測器』在電氣火災預防中的應用

故障電弧探測裝置的產生背景

1.故障電弧探測的必要性
電氣火災監控系統的基本組成包括:電氣火災監控設備、剩餘電流式電氣火災監控探測器以及測溫式電氣火災監控探測器。該系統能夠對被保護線路中的電流、剩餘電流、溫度進行監視,並及時發現電氣火災隱患,預防電氣火災發生。但許多嚴重的火災事故僅僅是由線路中低於額定電流或預期短路電流的故障電弧引起的。這些危險的電弧可能發生在設計不合理或者老化的供電線路、電器插頭以及家用電器的電源線、內部線束或零部件絕緣。當故障電弧發生時,線路上的漏電、過流和短路等保護裝置,可能無法檢測到或者無法迅速動作切斷電源,極易引發火災。

2.故障電弧最主要的危害是引發火災
故障電弧的最主要危害是引發火災,當故障電弧產生時,其中心溫度高達3000℃~4000℃,並且伴有金屬熔化物噴濺出來。故障電弧產生的高溫高熱,極易引燃線路絕緣層導致線路起火,如果在故障點附近存在有可燃物時,也極易引燃可燃物而導致火災的發生。

3.電氣火災監控系統無法監測的幾類故障電弧

圖1.1故障電弧分類示意圖

(1)串聯型故障電弧

串聯型電弧故障往往發生在一根導線上,由於導線破損、接觸點鬆動等造成的,因為電弧相當於一個動態電阻,再和負載串聯,其電弧電流往往小於額定電流,不會引起過流保護器動作,導致電弧持續存在。由於串聯電弧電流相對較小,其釋放的熱量一般不直接導致火災,但是當串聯電弧持續存在會使導線絕緣層碳化分解,引發危害性更大的並聯型電弧故障或是金屬性接觸短路。

(2)並聯型故障電弧

並聯型故障電弧發生在相線之間,例如當兩相線絕緣層遭遇雷電等產生的瞬態過電壓而擊穿、因為長時間的被碳化在相線間形成碳化通路以及金屬穿刺切割相線都會產生並聯故障電弧。在線路阻抗較大的情況下,其電流幅值很難達到過流斷路器的動作閾值,在此期間電弧將釋放大量的熱,其迸發的火花很容易點燃周圍的可燃物,直接導致火災發生。

(3)接地型故障電弧

配電系統中,接地型故障電弧引起的火災遠多於串並聯型故障電弧引起的火災,這是因為接地型故障電弧發生機率遠大於串並聯型故障電弧。例如,在電氣線路施工中,線路的絕緣外皮在穿鋼管拉電纜電線時,很容易因為摩擦導致其破損;又比如,線路對地的絕緣性能會長期受雷電或電源的過電壓衝擊而下降,這些都大大增加了接地故障電弧發生幾率。其根本原因在於,配電線路導線間的絕緣水平往往高於線路對地的絕緣水平。

雖然接地型故障電弧導致火災的危害最大,但是因為是相線與地之間的電弧故障,會產生剩餘電流,漏電斷路器對其有很好的防範作用。而傳統斷路器對串並聯電弧故障引起的火災難以防範,使得防範該類電氣故障成為了國際消防領域需要突破的難點。

原文網址:https://read01.com/nx0ymym.html

 

 

現有建築電氣火災的防護方式及局限性:

1、建築電氣火災防護方式

建築電氣火災防護方式主要分為以下兩大類。

a. 建築消防系統:包括火災自動報警系統、應急照明及疏散指示系統、防排煙系統、消火栓與自動滅火系統等。

其中大多設施注重火災初期的逃生及滅火,電氣火災探測報警系統主要是採用剩餘電流式電氣火災探測器系統及溫度電氣火災探測器。

b. 建築電氣保護開關:包括熔斷器、斷路器、剩餘電流保護器等。剩餘電流電保護器(包括剩餘電流探測器)是通過對剩餘電流的檢測來實現對人身觸電及火災的防護。熔斷器、斷路器主要是在電路發生短路或嚴重過負荷時保護電路,預防過流引起高溫導致火災的發生。

2、現有配電保護開關對電弧故障保護的局限性

剩餘電流保護器(RCD)可以通過檢測電器裝置內的洩漏電流和由電痕化電流引起的對地燃弧而有效減少火災危險。

然而事實上,RCD、熔斷器或小型斷路器(MCB)不能減少由帶電導體之間的串聯電弧或併聯電弧引起的電氣火災危害。串聯電弧發生時,由於沒有產生對地洩漏電流,因而RCD無法檢測到這類故障,而且串聯電弧的故障阻抗降低了負載電流,使得電流低於MCB或熔斷器的脫扣閥值。

在相線與中性導體之間產生並聯電弧時,電流受​​限於裝置的阻抗,最嚴重的情況是偶發間隙電弧,傳統的斷路器並不是為此目的而設計的,也難以保護此類故障。

電弧故障保護分析:

電弧的故障電流通常在100A以下,而持續穩定電弧的故障電流多在10A以下,對於這類故障電流,常規的以電流幅值為判斷依據的過流保護器是不能完全保護的。

以我國現代住宅中的常規終端插座支路為例,插座處的預期短路電流一般在150~500A之間,保護開關通常安裝額定電流為16A、附帶RCD的C型曲線的微型斷路器。在不發生對地洩漏的情況下,迴路故障電流小於160A時,很難保證斷路器在0.1s內瞬動切斷故障電流,為電弧故障引起火災留下了隱患。

國外相關標準及應用:

國外使用故障電弧保護裝置的時間並不長,美國最早開始使用的故障電弧斷路器(AFCI)也只有20年左右。AFCI經在住宅中使用後,被認為對電氣火災防護有效,1999年美國UL制定並頒布了故障電弧保護的第一部標準:UL1699(故障電弧斷路器標準)。

美國國家電氣規範(NEC)2002版制定了故障電弧保護使用的強制性規定(NEC2002-210.12A、B):

①所有在臥室內安裝的支路,都要安裝故障電弧斷路器,以保護整條支路;

②單相電源線加插頭連接的室內空氣調節器需要安裝電弧保護裝置。NEC2008(210.12B)版擴大了故障電弧斷路器使用範圍,要求所有分支電路都要安裝故障電弧斷路器。

2003年,美國國家消防協會(NFPA)對安裝故障電弧斷路器作出了以下結論:故障電弧斷路器可以防範75%~80%的電氣線路火災。

2004年8月1日後,美國要求在市場銷售的家用空調必須帶具有電弧保護功能的電源插頭。2007年,美國電氣製造商協會(NEMA)發布《電弧故障斷路器提高家居安全》白皮書,該白皮書認為電弧故障斷路器能在火災起始階段就阻止其發生,是“防患於未然”的技術。

2014年,美國UL474要求2017年以後銷往北美的除濕機必須裝配帶故障電弧防護功能的保護器。

相比美國對故障電弧斷路器的應用,直到2013年歐洲國際電工委員會才推出故障電弧的防護標準:IEC62606-2013《Generalrequirementsforarcfaultdetectiondevices》。亞洲的許多國家對電弧檢測和保護的研究相對起步更晚,也正在進行故障電弧防火技術標準起草。

國內相關標準:

隨著設計標準GB50116-2013《火災自動報警系統設計規範》的出台,我國相關部門相繼制定並發布了與故障電弧檢測有關的2個國家標準:

GB/T31143-2014《電弧故障保護電器(AFDD)的一般要求》(2015年4月1日實施);

GB14287.4-2014《電氣火災監控系統第4部分:故障電弧探測器》(2015年6月1日實施)。

上述標準的技術性能和相關檢測方法目前適用於額定電壓不超過240V、額定電流(In)不超過63A、末端安裝的AFDD產品。

應用場所
•現代大體量建築、公共集聚場所建築和高層建築;
•商場、體育館、禮堂、影劇院、大型醫院、學校;
•電信樓、財貿金融樓、大型辦公樓、展覽館、高級酒店;地鐵設施、火車站、汽車站、隧道、大型企業廠房等建築。

發表迴響

你的電子郵件位址並不會被公開。 必要欄位標記為 *