在國內(nèi)，建筑物火災(zāi)事故常有發(fā)生，而因電氣故障引發(fā)的火災(zāi)一直以來都處于各類火災(zāi)的首位，約為30%左右，其中又以接地故障起火占絕大多數(shù)。再者，據(jù)統(tǒng)計(jì)斷路器的故障跳閘 90% 是因接地故障保護(hù)動(dòng)作。所以說，對(duì)于低壓配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，電氣火災(zāi)防范（特別是接地故障防范）需引起我們足夠的重視！接著本文會(huì)著重說一說，設(shè)計(jì)中如何對(duì)電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行合理防范。
01國內(nèi)對(duì)于電氣火災(zāi)防范的通常做法
1）配電系統(tǒng)中的防范
在低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們往往會(huì)給變配電所內(nèi)變壓器低壓側(cè)的總進(jìn)線斷路器配置有四段保護(hù)功能：長延時(shí)Ir、短延時(shí)Isd、短路瞬時(shí)Ii、接地故障保護(hù)Ig 。
另外，在建筑物電源進(jìn)線處，配置帶有剩余電流保護(hù)功能的斷路器，其動(dòng)作或報(bào)警整定值通常為 100~300mA。
2）電氣消防中的防范
除在配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中作了防范要求外，我們通常還在電氣消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)中增設(shè)了電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。
對(duì)于大型建筑物，為減少查找接地故障點(diǎn)的時(shí)間，往往會(huì)在線路中合適的地方增設(shè)檢測(cè)點(diǎn)，比如：電氣火災(zāi)監(jiān)控器被設(shè)置在變電所第一級(jí)配電柜的出線端，還設(shè)在建筑物內(nèi)第二級(jí)配電箱進(jìn)線或出線端等處。
1）斷路器的接地故障保護(hù) Ig 究竟對(duì)防接地電弧火災(zāi)有用嗎？
從斷路器廠家樣本上來看，Ig 最小整定值是其額定電流的 20%，例如變配電所內(nèi)變壓器低壓側(cè)總進(jìn)線斷路器額定電流為 2000A，其 Ig 的整定值最小可以整定為 2000A × 20% = 400A。
試想一下，400A 的動(dòng)作電流能保護(hù)什么？對(duì)防人身電擊（30~3000mA）和防接地電弧火災(zāi)（100~300mA）都起不了保護(hù)作用，只能在發(fā)生單相接地故障時(shí)對(duì)供電線路的熱穩(wěn)定性提供有效保護(hù)，以免其過熱導(dǎo)致絕緣層損壞（進(jìn)而引發(fā)次生災(zāi)害）。
所以，在變電所低壓側(cè)總進(jìn)線斷路器處設(shè)置的 Ig 并不能防接地電弧火災(zāi)。為對(duì)一個(gè)電源所供電范圍內(nèi)的接地電弧火災(zāi)進(jìn)行有效防范，還是應(yīng)在電源處裝設(shè)剩余電流監(jiān)測(cè)保護(hù)裝置最好。
同樣的道理，設(shè)置在建筑物內(nèi)配電干線上的斷路器，如設(shè)有接地故障保護(hù)，也無法有效防范接地電弧火災(zāi)。
2）建筑物內(nèi)采用剩余電流保護(hù) RCD/RCM，對(duì)防電氣火災(zāi)有效！但還有需要我們深思的。
既然上面說，采用斷路器接地故障保護(hù)對(duì)防范電氣火災(zāi)無效。那么，我們通常的做法就在這些地方采用了帶有剩余電流保護(hù)的斷路器，并將其動(dòng)作整定值設(shè)定為 300mA。
但當(dāng)單體的建筑面積較大時(shí)，用電設(shè)備較多、配電線路總量較長，系統(tǒng)的正常泄漏電流將增大，300mA 的整定值會(huì)使斷路器經(jīng)常出現(xiàn)誤動(dòng)。這種情況下，應(yīng)多引入幾條干線回路，分區(qū)進(jìn)行配電和保護(hù)，以將RCD 的整定值限制在 300mA 以內(nèi)。
3）在配電系統(tǒng)中設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)防電氣火災(zāi)非常有效，可快速判別出系統(tǒng)何處出現(xiàn)故障，便于后期管理運(yùn)維，但要做到整個(gè)系統(tǒng)的全面覆蓋，需投入較大成本。建設(shè)方肯花這個(gè) Money 嗎？
電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，最常使用的是剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)探測(cè)器，其采樣工作原理類似于RCD。我們?cè)趯?duì)它的設(shè)置中，應(yīng)注意盡可能做到對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)全面性，以設(shè)置在低壓配電系統(tǒng)首端為基本原則。
但在實(shí)際設(shè)計(jì)中，因規(guī)范并未明確要求如何設(shè)置，很多工程師們往往只在第二級(jí)配電及以下節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置，以致系統(tǒng)的接地火災(zāi)防范出現(xiàn)盲區(qū)，埋下火災(zāi)隱患，并未完全體現(xiàn)出該監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。
國內(nèi)的做法有好的方面，也有需要我們反思的，怎樣才能將我們的工作做得盡善盡美？不妨走出去，多研究下別人家的做法，好的經(jīng)驗(yàn)我們采納了，并改良成為我們的方法。
02日本對(duì)于電氣火災(zāi)防范的做法值得我們思考
1）我們應(yīng)該先了解下什么是“接地故障電弧火災(zāi)”？
在配電線路短路起火中，接地故障電弧引起的火災(zāi)遠(yuǎn)多于帶電導(dǎo)體間的電弧火災(zāi)，因?yàn)閱蜗嘟拥毓收习l(fā)生的幾率遠(yuǎn)大于帶電導(dǎo)體間的短路。
當(dāng)發(fā)生這種故障時(shí)，相線對(duì)地會(huì)因觸碰的不穩(wěn)定性，產(chǎn)生拉弧現(xiàn)象。因?yàn)殡娀∽杩贡容^大，會(huì)出現(xiàn)線路壓降突變，從而導(dǎo)致燈光閃爍、電視機(jī)受干擾等現(xiàn)象，這也就產(chǎn)生了故障表象。
也因?yàn)殡娀∽杩馆^大，限制了線路的短路電流，線路首端的過電流防護(hù)電器無法起到有效保護(hù)作用。而幾安倍的電弧在持續(xù)作用下，局部可產(chǎn)生高達(dá)上千攝氏度的高溫，足以引燃鄰近的可燃物。
根據(jù)一些接地電弧電氣火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)反映的情況來看，在建筑物起火之前的小時(shí)以內(nèi)，電弧引起的電壓波動(dòng)已開始使燈光閃爍。這就說明了接地故障電弧所引發(fā)的火災(zāi)其實(shí)還是給了我們一定的緩沖時(shí)間，并不一定要求線路在出現(xiàn)故障時(shí)馬上切斷電源。
了解了接地故障電弧火災(zāi)的原理和過程，也就利于指導(dǎo)我們進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。
2）日本人對(duì)防范接地故障電弧火災(zāi)的做法
日本《內(nèi)線規(guī)程》第 190-1 條指出：建筑物內(nèi)低壓線路可能發(fā)生接地故障時(shí)就必須安裝自動(dòng)報(bào)警的 RCM。同時(shí)規(guī)程中還規(guī)定了 150m2 以上的建筑面積的旅館、住宅、公寓和其他一些建筑物都需裝設(shè) RCM。
不過《內(nèi)線規(guī)程》中對(duì) RCM 的設(shè)置有明確的指導(dǎo)意見，這個(gè)指導(dǎo)意見采用的方式比較簡單、有效且廉價(jià)。
對(duì)于建筑物為低壓供電的，規(guī)程要求應(yīng)將 RCM 安裝在戶外的電源進(jìn)線箱前。對(duì)于此條，可以理解為和我們?cè)诮ㄖ锟傔M(jìn)線處設(shè)置 RCD 或 RCM 類似。
對(duì)于建筑物為高壓供電的，規(guī)程則要求用于檢測(cè)接地故障電流的電流互感器應(yīng)安裝在變電所低壓配電柜 PEN 母排和 PE 母排間作一點(diǎn)連接的跨接線上。
上面第二條做法，很新奇！這個(gè) PEN 和 PE 母排的一點(diǎn)連接，也被我們給忽略掉了......
《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》GB/T 50065-2011 第 7.1.2-2 條要求：對(duì)于具有多電源的TN系統(tǒng)，不應(yīng)在變壓器的中性點(diǎn)或發(fā)電機(jī)的星形點(diǎn)直接對(duì)地連接，電源中性點(diǎn)間相互連接的導(dǎo)體與PE之間，應(yīng)只一點(diǎn)連接，并應(yīng)設(shè)置在總配電屏內(nèi)。
不難思考，當(dāng)這個(gè)電源系統(tǒng)的下級(jí)任何一處出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，這些故障電流都必定經(jīng)由變電所低壓配電柜內(nèi)的 PEN 與 PE 母排間的跨接排，在此處設(shè)置 RCM 檢測(cè)點(diǎn)可以做到無一遺漏地全面監(jiān)測(cè)，從而消除了盲區(qū)。
故障后，RCM 主要用于報(bào)警，以提示值班人員及時(shí)排除故障，這個(gè)排查時(shí)間其實(shí)也是被允許的。
03建議系統(tǒng)防范改良后的設(shè)計(jì)
變電所低壓側(cè)總進(jìn)線處，仍舊采用帶有接地故障保護(hù)的四段保護(hù)功能的斷路器。Ig 主要用于提高接地故障大電流情況下的過電流防護(hù)靈敏度。采納日本工程師在變電所內(nèi)的上述 RCM 設(shè)置，主要用于接地故障電弧火災(zāi)的預(yù)防報(bào)警。在經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下，增設(shè)電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，以便于后期運(yùn)維時(shí)迅速排除故障點(diǎn)；在經(jīng)濟(jì)條件不足時(shí)，可在必要的地方部分設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器。