分析建筑电气火灾的产生原因与防范对策

1 前言

随着社会的进步，科技的发展，人们对生活、工作环境要求逐步提高，电气系统在建筑中的作用已经越来越明显，建筑电气及其控制系统也愈加复杂，这就给建筑火灾的产生提供了更多的机会。据不完全统计，目前所发生的建筑火灾中，电气火灾约占火灾总数的比例高达80%以上。

建筑物是人员聚集、财产集中的场所，一旦发生火灾，极易造成大量人员伤亡和巨大财产损失。有分析表明，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，因此，防范电气起火是预防建筑火灾的重中之重。

2 电气火灾危害

纵观电气火灾的原因分类，基本可分为短路、过载、接触不良等。

无论是哪种类型原因引发的电气火灾，最终都将引起电气设备或线路温升过高，从而达到绝缘物或周边可燃物的燃点，而点燃其可燃物，即产生了火灾。火灾发生时，若未及时扑灭，当周边存在可能爆炸的机械物体或工艺条件，还将引起爆炸的发生，这就是导致燃烧爆炸的巨大危害。这种危害给人们造成的损失是不可估量的，留给人们的教训也是极其深刻的。

3 电气火灾原因

引起电气火灾的的主要原因是短路、过载、接触不良、谐波等。

3.1 电气短路

所谓短路是指电力网（或电气设备）中不同的两相或三相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。如果温度达到可燃物的燃点，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、气体和粉尘引燃造成火灾或爆炸。因此，必须采取有效措施防止发生短路，并且在发生短路后应以最快的速度切除故障，以保证线路和设备的安全。

电气线路或电气设备发生短路主要有两个原因：一是线路受机械损伤导致绝缘破损而短路；另一个原因是线路因过热、水侵、长霉、日晒和污染等导致绝缘水平下降，受过电压、启动电流之类的外因触发而短路。

3.2 电气过载

过载是指电气设备或导线的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；四是设备或导线的质量原因，不能承受额定负载电流，产生不应该的过载。

线路过载时，如所带用电器过多、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。过载最严重的后果是引起短路。

3.3 接触不良

当电气线路或设备的接头存在接触不良的情况，也就是其接头的接触电阻较大，长此以往，将使接触电阻不断增大，形成恶性循环。在电动机启动电流的冲击下，该接头处将产生电弧。电弧的产生将烧坏接头，最终引起燃烧。同时，还可能造成相间短路事故的发生，成为电气火灾的原因之一。

3.4 谐波电流

随着电视机、计算机、微波炉、整流电源、变频设备等非线性负荷的电气设备日益增多，这些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。

低压三相四线回路中，每相都可能存在基波（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。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，甚至必须是相线截面两倍以上。

在谐波电流作用下，不仅中性线需要放大截面，甚至相线也需放大截面，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。

3.5 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，也可称为一般短路和接地短路。其它如过载、谐波电流引起的短路也都包含在这两类短路之中。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。

（1）金属性短路

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。在正常情况下，线路首端都装有熔断器、断路器之类的短路保护器件。当发生短路电流的瞬间，这些保护器件立即动作切断电源，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。

（2）电弧性短路

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，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，必须引起人们的高度重视。

（3）接地短路

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。实际情况是，短路引起的火灾中，接地短路引起的火灾占50%以上。

（4）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。这种漏电短路也属于带电导体与地之间的电弧短路。当使用的电器出现介电强度不够或电线绝缘材料性能不好等情况时，都可能发生漏电现象。电器及插座等内部的灰尘过多并遇到潮湿天气时，尤其是在受污染的恶劣空气环境中，因绝缘受损，相对地产生泄漏电流，也容易发生漏电现象。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，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，时间一长，就会引起火花放电，造成火灾。

4 电气火灾防范对策

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，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）及时动作来切断电源。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。

（1）建筑总进线处装设RCD

根据国家标准《低压配电设计规范》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。

（2）控制接地电阻值

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430V，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，持续时间也不长，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，应对变电所配电装置的接地电阻进行控制，接地电阻值应符合设计要求，并应尽量减小。发达国家通常取为2Ω，我国接地规范规定为4Ω以下。

（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重要作用。

（4）其它措施

此外，在电气设计方案中，需要优选电气设备或器件，提高设备的绝缘性能；及时了解负载情况，控制或消除设备过载；加强设备清扫，消除环境因素引起的漏电；加强日常巡查，注意观察电气接头接触面的状况，必要时，检测其接头温度，确保不发生接触不良引起的电气故障；加装消谐滤波装置，严格控制谐波电流；接地装置采用新型的铜覆钢接地材料，有效改善接地状况等。

5 结束语

电气火灾虽然危害极大，但只要人们正确认识，采取切实可行的防范对策，是能够有效地防范和控制电气火灾的。此外，电气设计时，应严格按设计规程保证电气设备选择正确、系统接线设计合理；设备布置时安全净距必须保证可靠；运行维护管理中，应按运行规程要求加强对设备巡视监督，防止误操作；发现隐患应及时消除，避免事故发生；在短路电流太大的线路上可加装限流电抗器；并联运行的变压器可分列运行减小短路电流。另外，在选择电气设备时必须按最大可能通过该设备的短路电流进行校验，以保证电气设备能安全可靠地工作，将电气火灾的发生机率控制到最低限度