接地故障引起火災(zāi)的原因

接地故障引起火災(zāi)的原因

接地故障為相線與電氣裝置的外露導(dǎo)電部分（包括電氣設(shè)備金屬外殼、敷線管槽及構(gòu)架等）、外部導(dǎo)電部分（包括金屬的水、暖、煤氣、空調(diào)管道和建筑的金屬結(jié)構(gòu)等）以及大地之間的短路，如圖1 所示。這種故障與相線和中性線間的單相短路故障不同，與相線之間產(chǎn)生的相間短路也不同。
　　接地故障與一般短路相比，當(dāng)產(chǎn)生火災(zāi)時(shí)具有更大的危險(xiǎn)性和復(fù)雜性。一般短路起火主要是短路電流作用在線路上的高溫引起火災(zāi)，而接地故障則有以下三個(gè)原因引起火災(zāi)，且危險(xiǎn)性更大，其防范工作也十分復(fù)雜。電池測(cè)試儀| 相序表| 萬用表| 功率計(jì)| 示波器| 電阻測(cè)試儀| 電阻計(jì)| 電表| 鉗表| 高斯計(jì)| 電磁場(chǎng)測(cè)試儀| 電源供應(yīng)器| 電能質(zhì)量分析儀| 多功能測(cè)試儀
　　1．由接地故障電流引起火災(zāi)
　　一般短路的電流通路為線路的金屬導(dǎo)線，短路電流大，短路點(diǎn)金屬常被熔焊而可忽略其阻抗，這種短路容易被過電流保護(hù)電器（熔斷器、低壓斷路器）迅速切斷而不致起火。但接地故障的電流通路內(nèi)有設(shè)備外殼、敷線管槽以及接地回路的多個(gè)連接端子等，TT 系統(tǒng)（接地系統(tǒng)）還以大地為通路。大地的接地電阻大，PE、PEN 線（接地線）連接端子的電阻由于種種原因，其阻值也常常較大，所以接地故障電流比一般短路電流小，常不能使過電流保護(hù)電器及時(shí)切斷故障，且故障點(diǎn)多不熔焊而出現(xiàn)電弧、電火花。0. 5A 電流的電弧、電火花的局部高溫即可烤燃可燃物質(zhì)起火。例如 1994年3月北京某廠倉庫被焚，起因即是倉庫電氣線路在進(jìn)線地溝內(nèi)貼近暖氣入口管道，長(zhǎng)年受烤，絕緣水平下降，導(dǎo)致接地故障燃弧起火。該廠工人反映起火前一段時(shí)間內(nèi)廠房燈光閃爍，說明故障未被切斷，電弧延續(xù)了一段時(shí)間，再待電路切斷，火已成勢(shì)了。
　　 另外過去不重視 TN 系統(tǒng)中 PE、PEN 線在故障條件下的熱穩(wěn)定，往往選用過小的截面，當(dāng) TN 系統(tǒng)中較大的接地故障電流通過時(shí)，易導(dǎo)致線路高溫起火。
　　2．由 PE、PEN 線端子連接不緊密引起火災(zāi)
　　設(shè)備接地的PE線平時(shí)不通過負(fù)荷電流，只在發(fā)生接地故障時(shí)才通過故障電流。如果因受振動(dòng)、腐蝕等原因，導(dǎo)致連接松動(dòng)、接觸電阻增大等現(xiàn)象，平時(shí)是不易覺察的。一旦發(fā)生接地故障，接地故障電流需通過PE線返回電源時(shí)，PE 線的大接觸電阻限制了故障電流，使保護(hù)電器不能及時(shí)動(dòng)作，連接端子處因接觸電阻大而產(chǎn)生的高溫或電弧、電火花卻能導(dǎo)致火災(zāi)的發(fā)生。
　　在 TN-C 系統(tǒng)中 PEN 線平時(shí)通過三相不平衡電流，但在機(jī)械、紡織等一些主要為三相平衡負(fù)荷的企業(yè)內(nèi)，因三相不平衡電流小，PEN 線端子連接不緊密的隱患不易發(fā)現(xiàn)，當(dāng)大故障電流通過時(shí)同樣也可導(dǎo)致火災(zāi)。
　　1994年3月，北京西便門一排商店起火，開始時(shí)是一輛集裝箱車在商店端頭胡同口碰斷兩根單相回路的電線，電線對(duì)地迸出電火花，幾分鐘后商店即起火。經(jīng)查，起火處在商店后墻，一路軟電纜在該處分成三個(gè)單相回路，其中一路即是被碰斷的電線。由于多年日曬雨淋，該電線已類似裸導(dǎo)線，電纜芯線和該電線的接頭處連接不良，通過接地故障電流時(shí)打火引起火災(zāi)。
　　3．由故障電壓引起火災(zāi)
　　常有這些電氣事故：設(shè)備金屬外殼或N線對(duì)地電壓為幾十代；手?jǐn)y設(shè)備本身沒有損壞，但使用者卻受電擊致死；電源已切斷，但進(jìn)行維修時(shí)，外殼或N線帶電壓打火導(dǎo)致火災(zāi)或爆炸。這類來歷不明的電壓所引起的事故，其根源大多是另外一處的接地故障。發(fā)生接地故障后四處傳導(dǎo)的故障電壓是危險(xiǎn)的起火源，通過對(duì)地的電火花和電弧而導(dǎo)致火災(zāi)。擊穿 10mm 空氣隙需 30kV 電壓，不同電位導(dǎo)體一經(jīng)接觸拉起電弧后，同樣間隙維持電弧的電壓只需 20V，此時(shí) 2A 電流的電弧局部溫度可超過 2000℃。
　　 上述來歷不明的故障電壓常來自電氣裝置外部，現(xiàn)列舉一二來進(jìn)行說明。
　　 圖2  為 TN 系統(tǒng)的一電氣裝置的電源線路墜大地，按圖2  所示接地電阻值，接地故障電流為

          I_d ＝U₀／(R_B+R_E) ＝220／(4+4) ＝27. 5A

當(dāng)此電流不足以使保護(hù)電器切斷電路時(shí)，變電所的 R_B 上將產(chǎn)生電壓降

           U_f ＝ I_d·R_B ＝ 27. 5×4 ＝ 110V

變壓器中性點(diǎn)對(duì)地電壓隨之升高為 110V，此電壓即接地故障電壓，沿 N 線傳導(dǎo)至用戶電氣裝置。當(dāng)用戶采用圖2  所示的 TN-C 系統(tǒng)時(shí)，PE線因源出于中性點(diǎn)也帶故障電壓，如果未設(shè)置總等電位聯(lián)結(jié)，電氣裝置內(nèi)帶故障電壓的設(shè)備的金屬外殼和敷線管槽在火災(zāi)危險(xiǎn)場(chǎng)所和靠近可燃物質(zhì)處很易因?qū)Φ卮蚧鸲�引起火�?zāi)，當(dāng)然也可引起爆炸、電擊等事故。
　　TN 系統(tǒng)的 PE（PEN）線作重復(fù)接地后可降低一些故障電壓，但效果不明顯。電氣線路上的剩馀電流保護(hù)器對(duì)這種外來的故障電壓毫無反應(yīng)，因?yàn)榫�路內(nèi)沒有出現(xiàn)剩馀電流。
　　圖3  中變電所的高、低壓柜和變壓器外殼等外露導(dǎo)電部分的保護(hù)接地和低壓側(cè)中性點(diǎn)的工作接地共用一接地極，接地電阻 R_B為 4Ω，低壓為TN接地系統(tǒng)，高壓側(cè)為不接地系統(tǒng)。當(dāng)高壓側(cè)發(fā)生諸如鼠、蛇引起的接地故障時(shí)，其接地電流人可達(dá) 30A，在接地極 R_B 上的電壓降可達(dá) I_d·R_B ＝ 30×4 ＝ 120V，可同樣引起火災(zāi)和電擊之類的電氣事故。
　　接地故障可通過上述三個(gè)起因起火，在70年代東北某紡織廠就發(fā)生過一起三個(gè)起因同時(shí)起火的案例，損失達(dá)數(shù)百萬元。開始時(shí)認(rèn)為是一般的線路短路起火，但無法解釋為何三處同時(shí)起火，經(jīng)消防研究單位仔細(xì)分析才弄清原來是一起接地故障引起的火災(zāi)。該廠采用 TN-C 系統(tǒng)，如圖4 所示。由于配電箱電纜芯線接線端子松動(dòng)，長(zhǎng)期發(fā)熱，絕緣擊穿造成接地故障，但故障電流不夠大，保護(hù)電器未動(dòng)作，由于故障電流和故障電壓的竄導(dǎo)，導(dǎo)致三處同時(shí)起火。一處是該配電箱的PEN線端子連接不緊密，通過故障電流時(shí)打出火花，濺落在化纖堆上起火；一處是一段 3×185mm² 低壓電纜的 16mm² 金屬外皮被用作 PEN 線，熱穩(wěn)定不夠，被故障電流燒紅引燃該處的飛揚(yáng)的纖維起火；還有一處是照明線路金屬套管（經(jīng)計(jì)算其上對(duì)地電壓為 147V）與其鄰近的暖氣管打火，火花濺落在化纖堆上起火。這就是三處同時(shí)起火的由來，但火災(zāi)起源的接地故障發(fā)生處因沒有可燃物質(zhì)而未起火。這是一個(gè)很能說明接地故障起火特點(diǎn)的案例。