吴涓
摘要：在案例分析的基础上，对低压配电系统的接地设置型式（TN系统，TT系统，IT系统）在接地故障时发生电气火灾安全程度进行了分析，并有针对性地提出具体防范措施。
关键词：接地故障电气火灾安全防范
一、概述
随着我国用电量的不断增长，近几年电气火灾或爆炸次数呈上升趋势。事实上，可燃物、助燃物、着火源是发生火灾的必要条件，也是制定防火措施和灭火措施的依据。对接地设置不善这一危险的起火源给予更多的关注和防范，是防止电气火灾的最根本的解决方法之一。在低压配电系统中，用电设备完善的保护接地措施不但对减少电击事故，保护人身和设备安全非常重要，而且对防止电气火灾也十分重要。
二、案例分析
某化工企业微机控制中心，原采用电子设备的独立接地方式，接地电阻1Ω，共网不共线，分类接地网。在投入运行中，发现计算机经常死机，数据丢失，电源无故跳闸，特别是在雷雨天气时，计算机输入电路出现过数次接地故障并产生多处跳火现象，几乎引起电气火灾。为消除这种故障，开始时在微机控制中心交流电源进线加装DSOP一Ⅲ过电压保护装置，在各计算机输入端安装数据线保护器。改造后，微机控制中心的故障有一定的减少。但当附近有雷击时，计算机的故障仍有发生。经过摸索和技术探讨，认识到受到雷击时，出现了控制中心金属构件与独立接地系统之间存在较大电位差，另外，在电子信息设备的电路中，输入信息，传输信息，转换能量，放大信号，逻辑运算、输出信号等一系列过程都是通过微电位或微电流快速进行的，且设备之间常通过互联网络进行工作，除需稳定的电源外，尚需一稳定的基准接地点（又称为信号参考电位）。为此，对电子设备的独立接地设置方式进行了改造，采用了总等电位连接接地系统方式，改造后运行一直良好，雷雨天气时也未发生接地故障出现跳火现象。
三、接地设置方式与电气火灾安全程度分析
低压接地故障是指相线与地或与地有连接的导体之间的短路。其特点是平时隐患不易察觉，一旦引起火灾，往往故障是一处，起火点是另一处甚至多处，而且火灾较其他电气火灾更严重。如果设备外壳未作接地或接地不良，当设备绝缘破损发生接地故障时，接地故障电流经设备与地面的自然接触电阻和电源的接地极电阻流向电源中性点。因自然接触电阻很大，故障电流小，不足以使熔断器和低压断路器等电器保护动作，而使接地故障点发生的电火花或电弧得以持续存在，引燃附近易燃物，造成电气火灾或爆炸。
低压配电系统的接地型式主要可分为TN一C系统，TN一S系统，TT系统，IT系统四类，在典型的四个低压配电系统的接地形式中，出现接地故障时发生电气火灾安全程度不尽相同。
对于TN-C低压配电系统，由于PEN线兼起PE线和N线的作用，因而在PEN线通过不对称正常单相负荷电流及三次谐波电流时，使电气装置外露导电部分对地带电压。当发生PEN线断线或相地短路故障时，将产生更高的对地故障电压，从而产生火花或电弧。而同一系统的PEN线是相通的，某一处的故障电压可沿PEN线窜至其他场所，就可能出现一处或多处起火的情况。上述微机控制中心案例就存在这种现象，当雷电直击建筑物时，建筑物接地装置和与之连接的金属构件电位迅速抬高。相对而言，由于电子设备采用独立接地，其电位未明显抬高，这样存在一电位差和设备与建筑物金属框架之间所存在的电容，使设备元件上所感应的电压高于其击穿电压。在雷云电荷的感应下，有时并未发生雷击也会由于建筑物的感应电压通过上述形式影响到设备的元件。另外，TN一C低压配电系统还存在不能安装漏电保护器来防电击和接地电弧火灾的不安全因素，因为PEN线如果通过漏电保护器内的零序电流互感器，故障电源在互感器内的磁场将互相抵消，漏电保护器将不能动作。因此，三相负荷基本平衡的一般企业可采用TN一C系统，而有爆炸、火灾危险的工业企业以及井下等特殊场所则应采用其他系统。
对于TN一S低压配电系统，由于PE线与N线分为两根线，PE线平时不通过电流，只在接地故障时通过故障电流，所以PE线和电气装置外露导电部分平时对地不带电位。在保证接地保护动作可靠的前提下，IEC标准推荐在有爆炸危险的电气装置（矿井除外）的中性点设备接地系统中采用TN一S系统。现已广泛采用此系统。在TN系统中，故障电压可沿PE(PEN)线在各装置间蔓延。
对于TT低压配电系统，各装置设备金属外壳有其单独的接地极，故正常时外露导电部分为大地电位，不可能产生电火花或电弧。由于PE线都不连通，杜绝了危险故障电压从PE线窜入其他地方的可能性，各装置间故障电压不蔓延。在此系统的PE线和N线在电气上不联系，容易处于不同电位，其设备绝缘易受过电压的危害。但当发生接地故障时，故障电流通过设备接地极电阻和电源接地极电阻，因而故障回路阻抗较大，故障电流比TN系统小，需要装设对接地故障灵敏度高的漏电保护器。
对于IT低压配电系统，由于此系统内中性点是对地绝缘的（或经阻抗接地），当发生接地故障时，故障电流为非故障相的对地电容电流，对地故障电压很低，不会产生电火花或电弧。发生故障时可不切断电流，只需及时消除故障回路而继续供电，所以IT系统多用于煤矿等对防火有特殊要求的场所，但它不宜配出中性线，以避免故障无法检查。
四、避免接地故障引起火灾的措施
1.保护接地及等电位联接
保护接地和等电位联接都可以减少建筑物电气装置内出现的电位差，所谓“接地”实际上也是等电位联接，是以大地电位为参考电位，在地球表面大范围内作等电位联接。等电位联接是国际上广泛采用的电气安全措施，它有总等电位联接、局部等电位联接和辅助等电位联接三种。
总等电位联接是将建筑物内的进线配电箱的PE线、接地干线、公用设施金属管道如总水管等及建筑金属结构相联接；局部等电位联接是在建筑物的局部范围内将用电设备按总等电位联接的要求再作一次等电位联接，如在一楼层内、或一个房间内作局部等电位联接，形成局部的等电位；辅助等电位联接是在有可能出现危险电位差、可同时接触的电气设备之间或电气设备与装置外导电部分如水暖管道、建筑构件之间有导体直接联接等电位联接由于设备外壳和装置外导电部分以及地面的电位同时提高，降低了接地故障时的接触电压，等电位联接的范围越小，接触电压越低，电气上越安全，从而减少了因打火或电弧引起的火灾事故。等电位联接除降低接触电压外，还有消除TN系统沿电源线路和其他管道导入建筑物内的故障电压危险的作用。
2．电气线路、设备安装质量合格
对于TN一C系统，如果PEN线不牢固，发生断路，若断在三相电路的主干线上，断开点后因三相负荷不平衡，负荷中性点将偏移，造成各相电压大幅度偏高或降低，从而损坏用电设备；若断在单相线路上，则220V相电压将通过设备内绕组延伸到设备外壳上，造成更大的火灾和电击危险。因此，电气线路、设备的导体接触点必须牢固，防止过热氧化，特别是铜铝导线连接时，还要注意检查铝导线接头有无腐蚀松动或过热现象。
3．正确选择PE(PEN)线
在现行的很多设计中，PE(PEN)线的截面积一般为1/2甚至1/3的相线截面积，如果出现三相负载不平衡的状态或存在一些非线性负荷出现三次谐波时，PE(PEN)线的电流最大可达2倍多额定电流，使PE(PEN)线容易烧断，进而引发电气火灾等电气安全事故。在进行工程设计时，应正确选择PE(PEN）线。
(1)由于线路短路电流大大超过额定电流，导线的电流密度剧增，当导线通过3倍以上的允许电流时，导线很容易产生火苗引发电气火灾。按国家标准，PVC铜芯绝缘导线的安全电流密度：1-5mm2导线为18-9A/mm2；6-95mm2导线为8.33-3.26A/mm2。
(2)在TN系统中，如PEN线（TN-C系统）或PE线（TN-S系统）截面积过小，线路保护电器往往不能保护它。当通过大接地故障电流时，此线可能烧至炽红以至熔断，很易引起火灾。故IEC标准规定了PE(PEN)线最小截面积。
(3)采用TN-C系统时应注意线路架设要牢固，并注意按机械强度要求选择导线截面，架空线路不应采用单芯铝线，而应采用铝绞线。其截面积应不小于35mm2，引入截面积应不小于1Omm2。不论导线材料，建筑物内敷设PE(PEN)线，线最小截面积在套管时均为2.5mm2，不套管时均为4mm2。不论相线截面积为多少，主干线路的PEN截面积不应小于10mm2。
4．正确选择接地回路保护设置
在正确选择接地回路保护设置时，应注意低压接地故障保护电器的选用。
(1)TN系统：根据TN系统的特点，TN系统的接地故障多为金属性短路，故障电流较大，可利用原来做过负荷保护和短路保护的过电流保护器（如熔断器、低压断路器）兼做接地故障保护；若线路较长、导线截面积较小，经计算，过电流保护电器不能满足切断接地故障电路的时间要求时，则应采用带接地故障保护的断路器或漏电保护器，此时需设置专门的PE线。
(2)TT系统：根据TT系统的特点，TT系统的故障电流较小，l电流保护常难满足灵敏度要求，因此在TT系统中推荐采用高灵敏度漏电保护器作为接地故障保护。
(3)IT系统：根据IT系统的特点，IT系统因中性点不引出，（需发出信号及时消除故障回路就可以保证供电的可靠性。
五、结束语
综上所述，从笔者多年对低压配电系统管理经验看，因低压接地故障引起电气火灾是很隐蔽的，必须采取相应措施，从安全设计角度来防止电气火灾。接地设置方式与电气火灾防止措施在低压配电系统中，不但对防止电气火灾非常重要，而且对减少电击事故，保护人身和设备安全也十分重要。