接地故障引起火災的原因

接地故障為相線(xiàn)與電氣裝置的外露導電部分（包括電氣設備金屬外殼、敷線(xiàn)管槽及構架等）、外部導電部分（包括金屬的水、暖、煤氣、空調管道和建筑的金屬結構等）以及大地之間的短路，如圖1 所示。這種故障與相線(xiàn)和中性線(xiàn)間的單相短路故障不同，與相線(xiàn)之間產(chǎn)生的相間短路也不同。
　　接地故障與一般短路相比，當產(chǎn)生火災時(shí)具有更大的危險性和復雜性。一般短路起火主要是短路電流作用在線(xiàn)路上的高溫引起火災，而接地故障則有以下三個(gè)原因引起火災，且危險性更大，其防范工作也十分復雜。電池測試儀| 相序表| 萬(wàn)用表| 功率計| 示波器| 電阻測試儀| 電阻計| 電表| 鉗表| 高斯計| 電磁場(chǎng)測試儀| 電源供應器| 電能質(zhì)量分析儀| 多功能測試儀
　　1．由接地故障電流引起火災
　　一般短路的電流通路為線(xiàn)路的金屬導線(xiàn)，短路電流大，短路點(diǎn)金屬常被熔焊而可忽略其阻抗，這種短路容易被過(guò)電流保護電器（熔斷器、低壓斷路器）迅速切斷而不致起火。但接地故障的電流通路內有設備外殼、敷線(xiàn)管槽以及接地回路的多個(gè)連接端子等，TT 系統（接地系統）還以大地為通路。大地的接地電阻大，PE、PEN 線(xiàn)（接地線(xiàn)）連接端子的電阻由于種種原因，其阻值也常常較大，所以接地故障電流比一般短路電流小，常不能使過(guò)電流保護電器及時(shí)切斷故障，且故障點(diǎn)多不熔焊而出現電弧、電火花。0. 5A 電流的電弧、電火花的局部高溫即可烤燃可燃物質(zhì)起火。例如 1994年3月北京某廠(chǎng)倉庫被焚，起因即是倉庫電氣線(xiàn)路在進(jìn)線(xiàn)地溝內貼近暖氣入口管道，長(cháng)年受烤，絕緣水平下降，導致接地故障燃弧起火。該廠(chǎng)工人反映起火前一段時(shí)間內廠(chǎng)房燈光閃爍，說(shuō)明故障未被切斷，電弧延續了一段時(shí)間，再待電路切斷，火已成勢了。
　　 另外過(guò)去不重視 TN 系統中 PE、PEN 線(xiàn)在故障條件下的熱穩定，往往選用過(guò)小的截面，當 TN 系統中較大的接地故障電流通過(guò)時(shí)，易導致線(xiàn)路高溫起火。
　　2．由 PE、PEN 線(xiàn)端子連接不緊密引起火災
　　設備接地的PE線(xiàn)平時(shí)不通過(guò)負荷電流，只在發(fā)生接地故障時(shí)才通過(guò)故障電流。如果因受振動(dòng)、腐蝕等原因，導致連接松動(dòng)、接觸電阻增大等現象，平時(shí)是不易覺(jué)察的。一旦發(fā)生接地故障，接地故障電流需通過(guò)PE線(xiàn)返回電源時(shí)，PE 線(xiàn)的大接觸電阻限制了故障電流，使保護電器不能及時(shí)動(dòng)作，連接端子處因接觸電阻大而產(chǎn)生的高溫或電弧、電火花卻能導致火災的發(fā)生。
　　在 TN-C 系統中 PEN 線(xiàn)平時(shí)通過(guò)三相不平衡電流，但在機械、紡織等一些主要為三相平衡負荷的企業(yè)內，因三相不平衡電流小，PEN 線(xiàn)端子連接不緊密的隱患不易發(fā)現，當大故障電流通過(guò)時(shí)同樣也可導致火災。
　　1994年3月，北京西便門(mén)一排商店起火，開(kāi)始時(shí)是一輛集裝箱車(chē)在商店端頭胡同口碰斷兩根單相回路的電線(xiàn)，電線(xiàn)對地迸出電火花，幾分鐘后商店即起火。經(jīng)查，起火處在商店后墻，一路軟電纜在該處分成三個(gè)單相回路，其中一路即是被碰斷的電線(xiàn)。由于多年日曬雨淋，該電線(xiàn)已類(lèi)似裸導線(xiàn)，電纜芯線(xiàn)和該電線(xiàn)的接頭處連接不良，通過(guò)接地故障電流時(shí)打火引起火災。
　　3．由故障電壓引起火災
　　常有這些電氣事故：設備金屬外殼或N線(xiàn)對地電壓為幾十代；手攜設備本身沒(méi)有損壞，但使用者卻受電擊致死；電源已切斷，但進(jìn)行維修時(shí)，外殼或N線(xiàn)帶電壓打火導致火災或爆炸。這類(lèi)來(lái)歷不明的電壓所引起的事故，其根源大多是另外一處的接地故障。發(fā)生接地故障后四處傳導的故障電壓是危險的起火源，通過(guò)對地的電火花和電弧而導致火災。擊穿 10mm 空氣隙需 30kV 電壓，不同電位導體一經(jīng)接觸拉起電弧后，同樣間隙維持電弧的電壓只需 20V，此時(shí) 2A 電流的電弧局部溫度可超過(guò) 2000℃。
　　 上述來(lái)歷不明的故障電壓常來(lái)自電氣裝置外部，現列舉一二來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。
　　 圖2  為 TN 系統的一電氣裝置的電源線(xiàn)路墜大地，按圖2  所示接地電阻值，接地故障電流為

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

當此電流不足以使保護電器切斷電路時(shí)，變電所的 R_B 上將產(chǎn)生電壓降

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

變壓器中性點(diǎn)對地電壓隨之升高為 110V，此電壓即接地故障電壓，沿 N 線(xiàn)傳導至用戶(hù)電氣裝置。當用戶(hù)采用圖2  所示的 TN-C 系統時(shí)，PE線(xiàn)因源出于中性點(diǎn)也帶故障電壓，如果未設置總等電位聯(lián)結，電氣裝置內帶故障電壓的設備的金屬外殼和敷線(xiàn)管槽在火災危險場(chǎng)所和靠近可燃物質(zhì)處很易因對地打火而引起火災，當然也可引起爆炸、電擊等事故。
　　TN 系統的 PE（PEN）線(xiàn)作重復接地后可降低一些故障電壓，但效果不明顯。電氣線(xiàn)路上的剩馀電流保護器對這種外來(lái)的故障電壓毫無(wú)反應，因為線(xiàn)路內沒(méi)有出現剩馀電流。
　　圖3  中變電所的高、低壓柜和變壓器外殼等外露導電部分的保護接地和低壓側中性點(diǎn)的工作接地共用一接地極，接地電阻 R_B為 4Ω，低壓為TN接地系統，高壓側為不接地系統。當高壓側發(fā)生諸如鼠、蛇引起的接地故障時(shí)，其接地電流人可達 30A，在接地極 R_B 上的電壓降可達 I_d·R_B ＝ 30×4 ＝ 120V，可同樣引起火災和電擊之類(lèi)的電氣事故。
　　接地故障可通過(guò)上述三個(gè)起因起火，在70年代東北某紡織廠(chǎng)就發(fā)生過(guò)一起三個(gè)起因同時(shí)起火的案例，損失達數百萬(wàn)元。開(kāi)始時(shí)認為是一般的線(xiàn)路短路起火，但無(wú)法解釋為何三處同時(shí)起火，經(jīng)消防研究單位仔細分析才弄清原來(lái)是一起接地故障引起的火災。該廠(chǎng)采用 TN-C 系統，如圖4 所示。由于配電箱電纜芯線(xiàn)接線(xiàn)端子松動(dòng)，長(cháng)期發(fā)熱，絕緣擊穿造成接地故障，但故障電流不夠大，保護電器未動(dòng)作，由于故障電流和故障電壓的竄導，導致三處同時(shí)起火。一處是該配電箱的PEN線(xiàn)端子連接不緊密，通過(guò)故障電流時(shí)打出火花，濺落在化纖堆上起火；一處是一段 3×185mm² 低壓電纜的 16mm² 金屬外皮被用作 PEN 線(xiàn)，熱穩定不夠，被故障電流燒紅引燃該處的飛揚的纖維起火；還有一處是照明線(xiàn)路金屬套管（經(jīng)計算其上對地電壓為 147V）與其鄰近的暖氣管打火，火花濺落在化纖堆上起火。這就是三處同時(shí)起火的由來(lái)，但火災起源的接地故障發(fā)生處因沒(méi)有可燃物質(zhì)而未起火。這是一個(gè)很能說(shuō)明接地故障起火特點(diǎn)的案例。