接地故障引起火灾的原因

接地故障引起火灾的原因

接地故障为相线与电气装置的外露导电部分（包括电气设备金属外壳、敷线管槽及构架等）、外部导电部分（包括金属的水、暖、煤气、空调管道和建筑的金属结构等）以及大地之间的短路，如图1 所示。这种故障与相线和中性线间的单相短路故障不同，与相线之间产生的相间短路也不同。
　　接地故障与一般短路相比，当产生火灾时具有更大的危险性和复杂性。一般短路起火主要是短路电流作用在线路上的高温引起火灾，而接地故障则有以下三个原因引起火灾，且危险性更大，其防范工作也十分复杂。电池测试仪| 相序表| 万用表| 功率计| 示波器| 电阻测试仪| 电阻计| 电表| 钳表| 高斯计| 电磁场测试仪| 电源供应器| 电能质量分析仪| 多功能测试仪
　　1．由接地故障电流引起火灾
　　一般短路的电流通路为线路的金属导线，短路电流大，短路点金属常被熔焊而可忽略其阻抗，这种短路容易被过电流保护电器（熔断器、低压断路器）迅速切断而不致起火。但接地故障的电流通路内有设备外壳、敷线管槽以及接地回路的多个连接端子等，TT 系统（接地系统）还以大地为通路。大地的接地电阻大，PE、PEN 线（接地线）连接端子的电阻由于种种原因，其阻值也常常较大，所以接地故障电流比一般短路电流小，常不能使过电流保护电器及时切断故障，且故障点多不熔焊而出现电弧、电火花。0. 5A 电流的电弧、电火花的局部高温即可烤燃可燃物质起火。例如 1994年3月北京某厂仓库被焚，起因即是仓库电气线路在进线地沟内贴近暖气入口管道，长年受烤，绝缘水平下降，导致接地故障燃弧起火。该厂工人反映起火前一段时间内厂房灯光闪烁，说明故障未被切断，电弧延续了一段时间，再待电路切断，火已成势了。
　　 另外过去不重视 TN 系统中 PE、PEN 线在故障条件下的热稳定，往往选用过小的截面，当 TN 系统中较大的接地故障电流通过时，易导致线路高温起火。
　　2．由 PE、PEN 线端子连接不紧密引起火灾
　　设备接地的PE线平时不通过负荷电流，只在发生接地故障时才通过故障电流。如果因受振动、腐蚀等原因，导致连接松动、接触电阻增大等现象，平时是不易觉察的。一旦发生接地故障，接地故障电流需通过PE线返回电源时，PE 线的大接触电阻限制了故障电流，使保护电器不能及时动作，连接端子处因接触电阻大而产生的高温或电弧、电火花却能导致火灾的发生。
　　在 TN-C 系统中 PEN 线平时通过三相不平衡电流，但在机械、纺织等一些主要为三相平衡负荷的企业内，因三相不平衡电流小，PEN 线端子连接不紧密的隐患不易发现，当大故障电流通过时同样也可导致火灾。
　　1994年3月，北京西便门一排商店起火，开始时是一辆集装箱车在商店端头胡同口碰断两根单相回路的电线，电线对地迸出电火花，几分钟后商店即起火。经查，起火处在商店后墙，一路软电缆在该处分成三个单相回路，其中一路即是被碰断的电线。由于多年日晒雨淋，该电线已类似裸导线，电缆芯线和该电线的接头处连接不良，通过接地故障电流时打火引起火灾。
　　3．由故障电压引起火灾
　　常有这些电气事故：设备金属外壳或N线对地电压为几十代；手携设备本身没有损坏，但使用者却受电击致死；电源已切断，但进行维修时，外壳或N线带电压打火导致火灾或爆炸。这类来历不明的电压所引起的事故，其根源大多是另外一处的接地故障。发生接地故障后四处传导的故障电压是危险的起火源，通过对地的电火花和电弧而导致火灾。击穿 10mm 空气隙需 30kV 电压，不同电位导体一经接触拉起电弧后，同样间隙维持电弧的电压只需 20V，此时 2A 电流的电弧局部温度可超过 2000℃。
　　 上述来历不明的故障电压常来自电气装置外部，现列举一二来进行说明。
　　 图2  为 TN 系统的一电气装置的电源线路坠大地，按图2  所示接地电阻值，接地故障电流为

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

当此电流不足以使保护电器切断电路时，变电所的 R_B 上将产生电压降

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

变压器中性点对地电压随之升高为 110V，此电压即接地故障电压，沿 N 线传导至用户电气装置。当用户采用图2  所示的 TN-C 系统时，PE线因源出于中性点也带故障电压，如果未设置总等电位联结，电气装置内带故障电压的设备的金属外壳和敷线管槽在火灾危险场所和靠近可燃物质处很易因对地打火而引起火灾，当然也可引起爆炸、电击等事故。
　　TN 系统的 PE（PEN）线作重复接地后可降低一些故障电压，但效果不明显。电气线路上的剩馀电流保护器对这种外来的故障电压毫无反应，因为线路内没有出现剩馀电流。
　　图3  中变电所的高、低压柜和变压器外壳等外露导电部分的保护接地和低压侧中性点的工作接地共用一接地极，接地电阻 R_B为 4Ω，低压为TN接地系统，高压侧为不接地系统。当高压侧发生诸如鼠、蛇引起的接地故障时，其接地电流人可达 30A，在接地极 R_B 上的电压降可达 I_d·R_B ＝ 30×4 ＝ 120V，可同样引起火灾和电击之类的电气事故。
　　接地故障可通过上述三个起因起火，在70年代东北某纺织厂就发生过一起三个起因同时起火的案例，损失达数百万元。开始时认为是一般的线路短路起火，但无法解释为何三处同时起火，经消防研究单位仔细分析才弄清原来是一起接地故障引起的火灾。该厂采用 TN-C 系统，如图4 所示。由于配电箱电缆芯线接线端子松动，长期发热，绝缘击穿造成接地故障，但故障电流不够大，保护电器未动作，由于故障电流和故障电压的窜导，导致三处同时起火。一处是该配电箱的PEN线端子连接不紧密，通过故障电流时打出火花，溅落在化纤堆上起火；一处是一段 3×185mm² 低压电缆的 16mm² 金属外皮被用作 PEN 线，热稳定不够，被故障电流烧红引燃该处的飞扬的纤维起火；还有一处是照明线路金属套管（经计算其上对地电压为 147V）与其邻近的暖气管打火，火花溅落在化纤堆上起火。这就是三处同时起火的由来，但火灾起源的接地故障发生处因没有可燃物质而未起火。这是一个很能说明接地故障起火特点的案例。