限流式保护器在低压配电系统中电气火灾的应用

王璐月

安科瑞电气股份有限公司  上海嘉定  201801

 

【摘要】文章分析了低压配电系统短路的类型、原因及火灾危险性,并提出改善措施。

【关键词】:低压配电系统; 短路; 措施

随着人类进入现代文明社会,电气的普及深入千家万户,广泛应用于社会的各个领域但是每年因电气而导致的火灾却给国家和人民的生命财产带来巨大的损失,据统计,因低压配电系统中的短路发的火灾几乎达到了电气火灾总数的60%以上,因此加强低压配电系统管理,防止短路故障的发分析掌握短路的原因,合理选择和设置短路保护装置已成为当前预防电气火灾的重中之重。

短路是指电力系统中不同相的导线直接金属性连接或经过小阻抗连接。按短路相线多少可分三相短路、两相短路和单相短路按供电系统中性点接地情况可分相间短路和接地短路。常见的三相四线制低压配电系统是中性点直接接地的系统,发生的短路多为两相短路、单相短路。

造成短路的主要原因是电气装置的载流部分绝缘损坏。造成绝缘损坏主要有以下几种情况: 

1)安装不当:在安装过程中,由于机械原因造成绝缘层被剥落、破抓。例如在电线穿管时,由于未对管口进行打磨处理或使用穿管器保护,以致穿管时造成电线绝缘层划破。

2)绝缘层老化:绝缘层多是采用橡胶、塑料等材料制成,长期使用,受光照、温度的影响材料会逐步老化,断裂。

3)过电压:雷击、低压电器误接高电压等瞬时高电压,容易造成绝缘层被击穿。

 

短路对导体、电气设备、电能用户及整个电力系统都会产生严重的后果。形成火灾危险的主要是短路电流的热效应。低压配电系统短路时,短路电流一般超过正常工作电流的十几倍甚至几十倍,可达到上万安培,由于时间短,产生的热量使导线和电气设备温度急剧上升,造成绝缘损坏引燃绝缘层和周围可燃物严重时,导体本身会被熔化,熔滴同样会引燃可燃物,酿成火灾事故

短路的防范对策包括短路保护和短路预防两个方面。两者对于保证电网的正常运行、 保护电气设备都具有十分重要的作用。短路保护是为了保证电网或电力设备免受短路危害而在电网中设置熔断器等保护性装置,是一个电工学概念。短路预防是指为避免电力网中不同相线的导线直接金属性连接或经过小阻抗连接而采取的有关措施。前者是为了将短路的危害降低到较小程度,后者是为了防止短路条件的形成。

《低压配电装置及电路设计规范》明确规定,配电线路应装设短路保护器,各保是为了使线路发生故障时,尽可能的缩小事故面,停电范围限制在发生短路故障的局部区域内常见的短路保护装置是熔断器和自动空气

2.1.1熔断器的安装位置及选型:熔断器是低压配电系统中运用较为广泛的一种短路保护装置当发生短路故障时,它具有快速熔断,将被保护设备与网络隔离的特点熔断器一般由熔体和熔管或熔座组成应安装在各级被保护设备的电源端的不接地的各相线上对兼作地线的零线,严禁装设熔断器为使配电线路按照预期的电流和预定的时间切断,依据熔断器保护特性曲线正确选择适当额定电流的熔体对低压配电系统应选择热惯性较小的熔体,其熔体的额定电流应大于被保护线路的负荷计算电流,并保证出现正常过负荷(如电动机起动等)熔体不会将线路断开同时,为达到保护动作的选择性,各级保护之间应有相应的配合,一般要求上保护的熔体额定电流比大2~3级,并且熔体的额定电流不应大于电缆或穿管绝缘导线充许载流量的2.5倍,明敷绝缘导线充许载流量的1.5倍。

2.1.2自动空气开关的选型:自动空气开关按用途可分为“配电用”、“保护电动机用”和“照明线路用”三种,目前的自动空气开关多由电磁脱扣器和热脱扣器等组合而成,兼有短路、过负荷和欠压等多种保护特性因此自动空气开关一般具有三个额定电流,即自动开关的额定电流,电磁脱扣器的额定电流,热脱扣器的额定电流在选择时应经过整定计算,考虑各保护之间的配合,一般按上述顺序,前者不应小于后者,且均应大于线路的负荷计算电流,均小于导线长期充许载流量当用于低压配电系统最末一级短路保护时,应尽量选用只带瞬时或短延时过电流脱扣器的自动空气开关为保证自动空气开关的可靠动作,还须按短路电流和导体充许载流量来校验其灵敏性,对三相四线制的低压系统,自动空气开关电磁过流脱扣器的整定电流应小于被保护线路单相短路电流的0.5~0.67倍。同时对瞬时或短延时自动空气开关,其整定电流应小于导体充许载流量的4.5倍,对长延时自动空气开关,其整定电流应小于导体充许载流量的1.1倍。

综上,为合理配置短路保护装置,对熔断器自动空气开关的选择均应综合考虑多种因素,不能单纯只考虑某一个方面,否则往往会造成短路保护装置起不到应有的作用。

短路预防就是采取必要的措施,防止短路条件的形成。

2.2.1科学施工防止施工中由于操作不当造成电流载体绝缘层机械性损伤例如导线在穿钢管敷设时,应将钢管口磨钝,或加上柔性护套,防止其切口将导线绝缘层划破。

2.2.2定期检查发现配电线路和电气设备的绝缘层损坏要及时采取补救措施,对已老化的线路要及时更换。

2.2.3防止用电设备过负荷运行,保持配电线路和用电设备正常的散热条件,过负荷运行和散热条件不良,会导致配电线路及用电设备温度上升,长期超温运行会加速绝缘层的老化速度,缩短使用寿命,甚至导致绝缘层自燃,直接引发火灾。

2.2.4加强检修管理,运行操作人员在检修等工作中常常由于疏忽大意,致使导线直接金属性跨接,造成短路事故,另外配电室等场所应严格防止老鼠或鸟类的进入,以免因老鼠或鸟类的跨接,造成短路事故。

3.1.1 限流式保护器的设计

电气防火限流式保护器可有效克服传统断路器、空气开关和监控设备存在的短路电流大、切断短路电流时间长、短路时产生的电弧火花大,以及使用寿命短等当弊端,发生短路故障时,能以微秒级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。

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1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。

3.1.2 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云平台,或第三方监控软件或平台,从而实现远程监控。

3.1.3 ASCP200-1技术参数

 

3.1.4 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2 ASCP200-1家用防火解决方案安装示意图

 

3.1.5 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。