故障电弧之-电气火灾的产生原因

家辉电气科技（深圳）有限公司 -故障电弧领域领航者家辉电气科技（深圳）有限公司 -故障电弧领域领航者故障电弧之 -电气火灾的产生原因火源， 燃烧物与助燃剂是产生火灾的三大基本要素。 当到达了某物体的着火点在助燃剂的作用之下必然能产生明火， 如不加以控制便会引发火灾。 电气火灾的产生与外界明火引起的火灾的原因不同，电气火灾产生的主要原因是电流、 电弧或者电火花。 例如， 如果线路接线不正确，线路上就会产生电弧、电火花，当电弧或电火花落在可燃物上就会引起火灾。还有一种情况， 当线路上的电流过大，发热量过大，就会破坏电缆或者电气设备的绝缘，引起明火具体来说有以下几种电气火灾产生的原斟(1) 电气短路火灾电气线路中，很多因素会引发短路故障。例如线路绝缘皮的受损、雷击、鸟儿的停落都会造成线路的短路。 一旦线路中的某点发生短路， 线路中的火线与火线或是火线与零线之间就会错误的连接， 短路点处的短路电流非常的大， 短时间内线路就会发热， 损坏电气设备或者是烧坏线路，最终引发火灾。(2) 过负荷火灾通常情况下，线路负荷要与线路的设计功率相匹配。当线路上带的负载超过正常负荷时， 线路中的电流也会增加。 线路追踪的电流过大， 长时间也会导致线路发热损坏绝缘层， 从而引发火灾。 根据报道的火灾产生原因以及火灾事故统计电气火灾引起的火灾率很高。 归结起来， 上文中指出的电气火灾产生的原因无外乎是大电流， 所以要预防电气火灾的根本措施就是实时的检测大电流。 大电流可以使电路中的断路器等保护装置动作， 因此检测大电流可以在线路中安装智能电流保护装置。使之一检测到大电流就能够及时切除电源，防范于未然。 但是， 电气火灾引起的原因有多种， 线路的异常大电流或者是电弧都是很检测到的。 因而， 电气火灾事故仍然频频发生。 接地故障通常会隐匿地发生在 PE 线、 大地、 PEN线、金属外壳等上，不易检测。除此以外，接地回路中通常接有接地电阻，接地电阻通常比较大。 这样接地电回路中的电流比其他类型的短路故障引起的短路电流要小很多， 线路中安装的过流保护装置就难以动作， 不能切除电源，消除火灾。接地电弧具有外形多变、无规则家辉电气科技（深圳）有限公司 -故障电弧领域领航者家辉电气科技（深圳）有限公司 -故障电弧领域领航者的特点，很难检测到。但是交流电弧具有周期性击穿的特点， 但是初始时刻，击穿放电时并不强烈。发生电弧的时候虽然电流很小， 但是如果不切除故障点， 电弧就会长时间存在，长时间电弧就会击穿放电， 放电的同时并会发热， 引燃周围的物品。 正因为电弧性短路的短路电流小， 所以市面上产检的检测装置很难发挥到作用， 不能正确的检测到电弧故障， 预防火灾的发生。 因此研发有效并且智能的点电弧性短路火灾检测装置是十分有意义也是亟须的工作。 从上文的归纳中， 可以得出， 检测电弧和剩余电流是研究电弧性短路火灾检测装置的难点。3 国内外研究现状及已做工作世界上的第一台火灾报警器，是在 19 世纪 40 年代由美国的科学家们研究成功的，紧接着英国的科学家们也开始着手研制感温型的火灾探测器。 火灾报警系统在二十世纪前半期一直都处在初级发展的阶段， 且大部分应用的都是感温型的火灾探测器。 但是由于这种火灾探测器的灵敏度非常低， 它的探测范围必须是在火灾已经发展到了一定的程度， 而且往往在这个时候人们已经能够通过自身的感知能力来判断火灾了， 所以这种火灾探测器没有提前报警的功能，从而没有实在的应用价值。到了 20 世纪 50 年代，瑞士科学家们研制的离子感烟探测器的问世改变了没有提前预报火灾的窘况。 这种探测器可以检测到烟雾， 而这往往发生在火灾的前期， 相比于感温型探测器来说有了很大的实际意义， 而且这种探测器的准确度和稳定性能都比较好， 在当时的社会中得到了广泛的应用。 根据记录的数据显示， 离子感烟探测器到 20 世纪 70 年代已经占到了欧洲的大部分市场， 到了 90 年代全球范围内已经开始普遍使用这种离子感烟探测器， 感温型探测器已经逐渐退出了历史舞台。 在离子感烟探测器流行的同时人们也在研究着新的传感器技术， 光电传感器技术就是在这个时候发展起来的。 到了20 世纪末期，光电感烟探测器已经有了赶超离子感烟探测器的势头，并逐渐取得了市场的主导地位。我国是从 20 世纪 70 年代末开始研究火灾自动报警系统的。期间学习了国外产家辉电气科技（深圳）有限公司 -故障电弧领域领航者家辉电气科技（深圳）有限公司 -故障电弧领域领航者品的先进技术， 加快了我国火灾报警技术的发展， 满足了市场的需求。 但是我国早期的火灾探测器设计的不是很成熟， 每个探测器上都有三四根线接入到控制室中， 这样使得线路比较复杂，成本大，而且降低了探测的准确度。后来出现的总线制火灾报警系统替代了多线制。 科技的飞速发展和微处理器的大量应用使得智能化的报警系统应运而生。日本科学家在 1991 年提出了基于神经网络算法的火灾探测器，瑞士学者在 1994 年又提出了基于模糊逻辑和神经网络相结合的算法的火灾探测器。我国学者在 20世纪 90 年代初期也开始着手研发各类智能型的火灾探测器，产品也相继问世。这种智能化的火灾报警器能够对采集信号中的干扰信号进行特殊的处理， 从而提高系统的准确性和抗干扰能力。由于电子工业技术的蓬勃发展，上个世纪的 70 年代国际上开始发展电气火灾的监控技术，在 80 年代我国开始着手引进外国的成熟技术并建立了研发基地，研发属于自己的火灾监控系统。 火灾监控技术经过二十多年的发展已经非常成熟， 它在火灾的报警和预测两个方面发挥着不可替代的作用。 因为我国在这一方面的技术起步比外国晚， 技术上的缺陷是在所难免的， 但是我国一直在不懈的研究着， 我国设计的产品在火灾的预防中也发挥着重大的作用。 火灾监控系统在许多公共娱乐场所、 民用和工业建筑等地方都有应用。这种系统能够在火灾发生的初期及时报警进而及时的扑灭火源。 根据不完全数据统计， 因为火灾监控系统的安装使用，这使得每年发生的重特大火灾比例降低了 10％左右。近年来，随着电气火灾给人民的生命财产安全造成了不可弥补的损失， 国家提高对电气火灾的防控力度， 相继制订和修改了一系列的标准规范。 目前国内现有的标规范主要是针对漏电故障造成的电气火灾制定的，如 GB50045 ． 2005 《高层民用建筑防火规范》中规定高层建筑物内火灾危险性大和人员密集的场所宜设置火灾报警系统。 GBl3955 ． 2005 《剩余电流动作保护装置安装和运行》中，将包含线路绝缘损伤流入大地的接地故障电流， 对地电容电流， 谐波分量电流及电器设备，线路正常运行时对地的自然泄漏电流，统称为“剩余电流” U31 。我国家辉电气科技（深圳）有限公司 -故障电弧领域领航者家辉电气科技（深圳）有限公司 -故障电弧领域领航者颁布的 《住宅设范》 也明确规定居民住宅楼的总电源进线处， 应装有带剩余电流保护功能的断路 B13955 ． 2005《剩余电流动作保护装置安装和运行》中指出：安装剩余电流动作保护不仅能有效预防人身电击事故的发生， 在防止因接地故障引起的电气火灾中也起到作用。 目前，剩余电流保护器得到了广泛应用。 GBl4287 ． 2005 《电气火灾监控系统》 标准包括 3 部分： GBl4287 ． 1． 2005《电气监控系统》 、 GBl4287 ． 2． 2005《剩余电流式电气火灾监控探测器》 和 GBl4287 ． 3． 2005《测温式电气火灾监控探测器》 。针对过热是引起电气火灾的重要原因，国标 GBl4287 ． 3． 2005 《测温式电气火灾监控探测器》规定：测温式电气火灾监控探测器可根据实际情况选择全部或局部范围单级或多级监控。剩余电流保护器主要对配电系统内因各种接触不良，导线老化等原因引起的接地故障起监测作用， 可弥补传统保护装置的不足。 但剩余电流保护器仅对有接地的系统起保护作用，不能对配电线路上常发生的“串弧”提供防护，在预防电气火灾领域存在一定的局限性。 因此， 有学者提出将剩余电流保护器与故障电弧检测装置相结合，可起到相互补充，增加电气火灾防护范围的作用。除此之外， 有学者提出使用电子鼻对导线燃烧的气味进行识别以实现火灾探测。 但传感器的探测范围有限， 故障电弧具有随机性，往往发生于线路绝缘性差的某一点， 不适合对低压配电线路中的故障电弧进行检测； 电子鼻是在火灾发生后对其检测， 不能起到预防作用。 对建筑物低压配电系统中， 常引起电气火灾的故障电弧， 我国目前还没有颁布明确的标准和规范： 现有预防电气火灾的预警装置不能全面有效的检测配电线路上的“串弧” 。 基于上述原因，本文对建筑物低压配电系统中，易引起电气火灾的故障电弧检测技术进行研究。从 2006 年开始，笔者所在团队就开始对电气火灾监控预警系统进行了研究， 先后设计出了剩余电流式电气火灾监控探测器， 测温式电气火灾监控探测器， 发表的文章有 《基于 CAN 总线的电气火灾监控系统设计》 ， 《基于嵌入式 linux电气火灾报警系统的设计》 ， 《电气火灾远程监控系统通信网络的研究》 ， 《电气火灾报警算法家辉电气科技（深圳）有限公司 -故障电弧领域领航者家辉电气科技（深圳）有限公司 -故障电弧领域领航者研究》 等， 目前所设计的电气火灾监控系统只能通过剩余电流和温度这两个参数作为评估电气火灾发生的因素， 而剩余电流的评估主要是运用电流幅值的阀值判断法， 剩余电流报警阀值必须通过手动设定， 而阀值一旦设定， 在该系统运行的过程中不会自行改变， 必须通过工作人员重新更改设定。 因此在一些高层建筑配电柜中安装该设备前， 用钳形表检测出该回路的最大剩余电流， 然后按照国家标准中的相关规定加上现场的实际要求计算出一个适当的电流值来作为报警值， 但是由于线路中各种绝缘导线、 配电开关和用电电气都有自己的固有泄露电流，这部分剩余电流 (漏电电流 )是其固有不会对导线、配电开关和用电电气造成电气火灾风险。而线路中固有剩余电流也随负载或用电线路的投入情况而变化。在这种情况之下，有很大的可能会导致漏报和误报。 大量的工程实例表明剩余电流式电气火灾监控探测器在大部分的时间里是可以起到预防火灾的发生， 但是它并不能完全预防故障接地电弧引起的火灾。于是本文提出把故障电弧的检测技术运用到电气火灾的判断中来， 在原来的基础上提高电气火灾监控器的可靠性，这是一个非常有意义的课题。