接地故障引起火災的原因

接地故障引起火災的原因

接地故障為相線與電氣裝置的外露導電部分（包括電氣設備金屬外殼、敷線管槽及構架等）、外部導電部分（包括金屬的水、暖、煤氣、空調(diào)管道和建筑的金屬結構等）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，當產(chǎn)生火災時具有更大的危險性和復雜性。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，而接地故障則有以下三個原因引起火災，且危險性更大，其防范工作也十分復雜。電池測試儀| 相序表| 萬用表| 功率計| 示波器| 電阻測試儀| 電阻計| 電表| 鉗表| 高斯計| 電磁場測試儀| 電源供應器| 電能質(zhì)量分析儀| 多功能測試儀
　　1．由接地故障電流引起火災
　　一般短路的電流通路為線路的金屬導線，短路電流大，短路點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)有設備外殼、敷線管槽以及接地回路的多個連接端子等，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電器及時切斷故障，且故障點多不熔焊而出現(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線地溝內(nèi)貼近暖氣入口管道，長年受烤，絕緣水平下降，導致接地故障燃弧起火。該廠工人反映起火前一段時間內(nèi)廠房燈光閃爍，說明故障未被切斷，電弧延續(xù)了一段時間，再待電路切斷，火已成勢了。
　　 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 TN 系統(tǒng)中較大的接地故障電流通過時，易導致線路高溫起火。
　　2．由 PE、PEN 線端子連接不緊密引起火災
　　設備接地的PE線平時不通過負荷電流，只在發(fā)生接地故障時才通過故障電流。如果因受振動、腐蝕等原因，導致連接松動、接觸電阻增大等現(xiàn)象，平時是不易覺察的。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，PE 線的大接觸電阻限制了故障電流，使保護電器不能及時動作，連接端子處因接觸電阻大而產(chǎn)生的高溫或電弧、電火花卻能導致火災的發(fā)生。
　　在 TN-C 系統(tǒng)中 PEN 線平時通過三相不平衡電流，但在機械、紡織等一些主要為三相平衡負荷的企業(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)，當大故障電流通過時同樣也可導致火災。
　　1994年3月，北京西便門一排商店起火，開始時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打火引起火災。
　　3．由故障電壓引起火災
　　常有這些電氣事故：設備金屬外殼或N線對地電壓為幾十代；手攜設備本身沒有損壞，但使用者卻受電擊致死；電源已切斷，但進行維修時，外殼或N線帶電壓打火導致火災或爆炸。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的故障電壓是危險的起火源，通過對地的電火花和電弧而導致火災。擊穿 10mm 空氣隙需 30kV 電壓，不同電位導體一經(jīng)接觸拉起電弧后，同樣間隙維持電弧的電壓只需 20V，此時 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

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

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

變壓器中性點對地電壓隨之升高為 110V，此電壓即接地故障電壓，沿 N 線傳導至用戶電氣裝置。當用戶采用圖2  所示的 TN-C 系統(tǒng)時，PE線因源出于中性點也帶故障電壓，如果未設置總等電位聯(lián)結，電氣裝置內(nèi)帶故障電壓的設備的金屬外殼和敷線管槽在火災危險場所和靠近可燃物質(zhì)處很易因?qū)Φ卮蚧鸲�引起火災，當然也可引起爆炸、電擊等事故�?BR>　　TN 系統(tǒng)的 PE（PEN）線作重復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器對這種外來的故障電壓毫無反應，因為線路內(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電部分的保護接地和低壓側中性點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)，高壓側為不接地系統(tǒng)。當高壓側發(fā)生諸如鼠、蛇引起的接地故障時，其接地電流人可達 30A，在接地極 R_B 上的電壓降可達 I_d·R_B ＝ 30×4 ＝ 120V，可同樣引起火災和電擊之類的電氣事故。
　　接地故障可通過上述三個起因起火，在70年代東北某紡織廠就發(fā)生過一起三個起因同時起火的案例，損失達數(shù)百萬元。開始時認為是一般的線路短路起火，但無法解釋為何三處同時起火，經(jīng)消防研究單位仔細分析才弄清原來是一起接地故障引起的火災。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，長期發(fā)熱，絕緣擊穿造成接地故障，但故障電流不夠大，保護電器未動作，由于故障電流和故障電壓的竄導，導致三處同時起火。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的纖維起火；還有一處是照明線路金屬套管（經(jīng)計算其上對地電壓為 147V）與其鄰近的暖氣管打火，火花濺落在化纖堆上起火。這就是三處同時起火的由來，但火災起源的接地故障發(fā)生處因沒有可燃物質(zhì)而未起火。這是一個很能說明接地故障起火特點的案例。