建筑电气短路火灾的分析与预防
随着科技的发展和人们对生活、工作环境要求的逐步提高，电气系统与建筑广泛结合，建筑电气系统也愈加复杂。建筑物是人员聚集、财富集中的场所，一旦发生 火灾，极易造成大量人员伤亡和巨大的财产损失。分析国内外电气火灾案例及统计数据发现，电气火灾绝大多数为民用建筑或工业建筑电气火灾。如2005年6月 10日发生在广东省汕头市华南宾馆的特大火灾，造成31人死亡、21人受伤。经国务院调查组专家对火灾现场的认真清理和反复勘查认定，火灾的直接原因是华 南宾馆二层南区金陵包厢门前吊顶上部电线短路故障引燃周围可燃物引起。在建筑电气火灾中，由于电气短路起火约占电气火灾的50%，所以防治短路起火是预防 电气火灾的重点。1 短路及其火灾危害
短路是引起电力系统严重故障和电气火灾的重要原因之一。所谓短路，是指电力网中（或电气设备中） 不同相的导线直接金属性连接或经过小阻抗连接在一起。线路发生短路时，线路中电流将增加到正常工作电流的几倍甚至几十倍，使设备温度急剧上升，尤其是连接 部分接触电阻大处，如果温度达到可燃物的热点，即会引起燃烧。短路时，在短路点或导线连接松弛的电气接头处，会产生电弧或火花。电弧温度很高，可达 6000℃以上，不但可引燃它本身的绝缘材料，还可以将它附近的可燃材料、蒸汽和粉尘引燃造成火灾。所以，必须采取有效措施防止发生短路、发生短路后应以 最快的速度切除故障，以保证线路安全。
2 短路的原因
电气线路短路主要有两个原因：一个原因是线路受机械损伤导致绝缘破损而短路：另一原因是线路因过热、水侵、长霉、日晒等导致绝缘水平下降，受过电压之类的外因触发而短路。其中尤以线路过载引起过热而导致短路最为常见，笔者就过载引起的短路作一些介绍。
2.1 过载
过载是指电气设备或导线的功率和电流超过了其额定值。造成过载的原因有以下几个方面：一是设计、安装时选型不正确，使电气设备的额定容量小于实际负载容量：二是设备或导线随意装接，增加负荷，造成超载运行；三是检修、维护不及时，使设备或导线长期处于带病运行状态。
线路过载时，如所带用电器具过多、电动机轴负载太大等，其过载电流不过是线路载流量的几倍，线路温度的升高并不一定引燃可燃物起火。但过载 可使绝缘劣化加速以致失效，最后过载转化为短路、而短路电流可达线路载流量的几百倍以至上千倍，短路的异常高温足以引燃可燃物起火。因此过载的后果是短 路，短路是起火的直接原因，两者既有联系又有区别。但在建筑电气设计中必须像重视短路防护一样重视过载防护，以避免过载转化为短路而起火。
2.2 谐波电流
由于电气技术的发展，非线性负荷的电气设备日益增多，如电视机、计算机、微波炉等。这类设备的负荷电流含有多次谐波电流，由于奇数倍谐波在 中性线内不是互相抵消，而是互相叠加的，叠加后的电流最大可接近相线电流的两倍，会使电气线路特别是中性线过载发热，加速绝缘老化继而产生短路起火。
一个三相四线回路，每相都带有相同的基波（50Hz）和三次谐波（150Hz）电流。基波电流在中性线互相抵消而为零，但三次谐波电流却因 相位相同而叠加，视其含量多少其值可接近或超过相线电流。三次奇数倍数谐波电流也叠加。因此我国有关设计规范规定，在某些谐波电流含量大的情况下，中性线 截面应不小于相线截面，甚至不小于两倍相线截面。
现在我国有些电气设计人员尚未充分认识和重视谐波电流的起火危险，仍然按老规矩将谐波电流大的电气回路的中性线截面取为相线的1/2以至1/3，这必然导致线路大幅度过载和线路绝缘水平的急剧下降。
在谐波电流作用下，不仅中性线需要放大截面，当谐波电流含量大时相线也需放大截面，不然将增加火灾危险。另外，常用的穿管电线或多芯电缆，因相线和中性线互相紧贴，中性线的发热使相线绝缘加速劣化，也可引起整个回路的绝缘水平下降而导致线间短路起火。
3 短路的类型
电气短路主要有两类：一类是金属性短路；一类是电弧性短路。也可分为一般短路和接地短路。一般短路又包括相间短路和单相短路。相间短路是指 三相线路中的任意两相或三相发生短路故障；而单相短路是指在中性点直接接地的系统中，相线与中性线发生短路故障；接地短路也称为接地故障，是指相线对地或 与地有联系的导电体之间的短路。
3.1 金属性短路（一般短路）
金属性短路是发生在用电设备内部的短路或由于电线绝缘外皮破损造成的短路，其短路点熔化焊接，焊接处阻抗可忽略不计，它会使电线中的电流增 大，短路电流可达若干千安，线路的线芯可被此大短路电流烧至炽红，如果没有采取断电措施，电线很快就会发热燃烧造成火灾。但实际上这种短路起火并不多，因 线路首端都装有熔断器、断路器之类的过电流防护电器，在发生大短路电流的瞬间防护电器即动作而切断电源，从而避免了火灾的发生。但如果电气线路维护管理不 当，例如熔丝被铁丝替代或断路器被短接使保护失效，短路状态得以持续，则火灾的发生也难以避免。
3.2 电弧性短路（接地短路）
电弧性短路比金属性短路更有危害性，它是由于短路点未被熔焊而迸发电弧或电火花而发生的短路，因为电弧具有一定的阻抗，它限制了短路电流， 使过电流防护电器不能或不能及时动作来切断电源，而几安电流的电弧的局部温度可高达2000℃~4000℃，完全可以引燃可燃物起火。所以，短路起火大多 是电弧性短路引起的。
3.2.1 接地短路（接地故障）
接地短路是指相线、中性线对PE线（即保护接地线）、大地或与大地有连接的金属物件之间的短路。低压线路的电气火灾大半由接地短路即接地故 障引起，尤其当故障回路出现电弧时。接地故障虽属短路的一种，但它与带电导体之间熔焊的金属性短路也有本质的区别。金属性短路故障可以通过过电流保护装置 进行防范。对于接地短路故障，因回路阻抗大，往往形成电弧型放电，发生的故障电流小，致使常规过电流保护装置不能有效动作，因而容易造成电气火灾。实际上 短路引起的火灾中这种接地短路引起的火灾占50%以上。因此可以看出，不少短路火灾发生主要是有接地故障引起的。
3.2.2 漏电短路
漏电即电气设备或电线的漏电，是指电线中的火线对地或电气设备中的火线对电气设备的外壳发生的短路。也是带电导体与地之间的电弧短路。使用 的电器介电强度不够或电线绝缘材料性能不好等情况，都容易发生漏电现象；电器及插座等内部的灰尘过多并遇到潮湿天气时，因绝缘受损或线路对地电容大，相对 产生泄漏电流，也容易发生漏电现象。由于绝缘材料的性能下降是不可避免的，因此漏电电流会逐渐加大，如泄漏电流达300mA(对额定电流为40A的线路， 泄漏电流是100mA)，故障处的消耗功率约为20W,时间延续2h,将使绝缘进一步遭损，而造成相对地短路（若不使用剩余电流动作保护器RCD,而使用熔断器或小型断路器动作），时间长，会引起火花放电，酿成火灾。
4 短路火灾的分析和对策
从电气火灾事故的统计分析表明，建筑电气接地故障中的电弧性对地短路引发电气火灾的几率甚高，电弧性对地短路相对于一般相线对地短路，其显 著特点是故障回路阻抗较大，故障电流较小，不能足以使短路保护电器（断路器）及时动作切断回路电源。但是0电弧性短路的故障电流往往足以引发电气火灾，因 此，IEC标准和我国建筑电气有关规范都对应用RCD防止电气火灾提出了要求。
4.1 建筑总进线处装设RCD
无论是电弧性的或是金属性的接地短路都不能用剩余电流动作防护器（Residual Current Operated Protective Device，RCD）来切断电源或报警，从而有效地防止火灾的发生。道理很简单，500mA以上的电弧电流能量才能引燃起火，而常用的RCD几十毫安的 接地短路电流就能使它瞬间或延时动作，用它来防范接地电弧火灾，其动作灵敏度是绰绰有余的。
根据《住规》和《低压配电设计规范》（GB50054-96）（以下简称《低规》），国际电工标准以及国外资料来分析住宅总进线处是否应装 设RCD。国家标准《低规》第4.1.1条规定，配电线路应装设短路、过载和接地故障保护，作用于切断供电电源或发出信号。对于电弧性接地故障而言就是应 装设RCD。国际电工标准IEC60364-5-53第531.2.4条规定“TT系统内如果只装一个RCD，它必须装设在电源进线处，除非电源进线处至 RCD的线路和设备是双重绝缘的。”在一般建筑物内除插座回路上装设一级30mA瞬动漏电保护器外，应规定在（各楼层）电源进线处装设一级额定漏电动作电 流为300~500mA，毫秒级延时动作防火漏电保护器。大型建筑可在进户电源处再增设一级防火漏电保护器，其额定漏电动作电流不宜大于1A，延时不超过 1s，用以防范建筑物内可能发生的接地短路故障火灾。
装用防火RCD必须注意保证电气线路的施工质量。例如不得将中性线和PE线接错，为此两者应分别采用浅蓝和黄绿相间的颜色标志以资区别；又 如不得粗心施工将线路绝缘划破留下接地短路隐患。施工和检验不经心留下这些疵病就能使RCD无法合闸或报警不止，影响用电和电气火灾的防范。
4.2 接地电阻值应符合设计要求
漏电即是一种接地短路，当然可用RCD来切断电源防止火灾的发生，但应从根本上杜绝漏电事故的发生。为减少漏电危险，可在设备中采用抗漏电 的绝缘材料，也可加大绝缘表面上带电导体的对地距离。但为了不过分增大设备制造成本，国际电工标准规定220/380V设备两导体间最大持续过电压相线间 为400V，相线与中性线或地间为250V，并按此确定绝缘表面的漏电距离。带电导体间的过电压即是电网的正偏差，其值受电能质量标准的限制，特续时间也 不长，它一般不引起漏电事故。易引起漏电事故的是相线对地的持续长期故障过电压。为使对地过电压不超过250V，以避免漏电危险，变电所接地电阻应尽量减 小，发达国家通常取为2Ω，我国接地规范规定为4Ω。因此电气设备的保护接地电阻值不应超过4Ω，如果用电设备的容量较大，熔体熔断电流也较大时，应增加 接地线截面或并联结地体以充分减小接地电阻值，增大漏电短路电流，以利于保护装置动作。
4.3 实施等电位联结
漏电保护器对于相线220V线路只提供间接接触保护，同时还存在因机件磨损、接触不良、质量不稳定、寿命较短等因素而导致动作失灵的种种隐 患，不能单独成为一种可靠的保护措施。因此，应实施等电位联结，才能有效消除漏电的电气线路或设备与低电位的金属构件之间的电弧、电火花的产生，即消除漏 电电压引起火灾的可能。等电位联结是指将保护接零总线与建筑物的总水管、总煤气管、暖通管等金属管道或装置用导线联结的措施，以达到均衡建筑物内电位的目 的，对易燃易爆场所更有其不可替代的作用。
5 结束语
