摘要：目前电气火灾监控系统在实际应用中，由于漏电报警过多，且无法及时查清并加以解决，而造成在很多项目中该系统被关闭，无法发挥该系统对电气火灾的预防功能。本文从产生漏电报警的原理出发，结合实际情况，分析了产生漏电报警的常见原因，并给出了处理建议。希望能对该系统的正常应用有所帮助。
关键词：电气火灾监控系统；剩余电流；TN；TT；固有漏电；接地故障
1.引言
自从《高层民用建筑设计防火规范》GB50045－2005版（2005年10月1日开始实施）首次提出增加电气火灾监控系统开始（当时称为“漏电火灾报警系统”，以下简称为EFP系统），该系统已经走过十多年，监测内容也逐渐涵盖了漏电、温度、电弧等，其中漏电仍然是最主要的监测内容。但实际应用中，很少有EFP系统能够正常工作，多数都由于过多的漏电报警无法解决而被关闭系统，不但无法预防电气火灾的发生，还成为业主的负担。带来漏电报警的因素是多方面的，当有漏电报警发生时，如何能够迅速确定其发生的原因，并能采取相应的手段解决问题已成为该系统面临最大的问题。本文将针对常见的漏电报警原因加以分析，并尝试提出可行的解决方案。
2.漏电原理及防护措施
漏电流通常情况下与各种标准中所说的剩余电流是一致的。剩余电流是指通过剩余电流测量装置（零序互感器）主回路的电流瞬时值的矢量和，以其有效值表示。对于单相回路，剩余电流就是该相对地的泄漏电流；对于三相回路，剩余电流就是各相电流瞬时值的矢量和，以其有效值表示。图2-1就是以三相回路为例的独立式剩余电流探测器的工作原理图。
图2-1
供电线路及设备由于某种原因，如安装使用不当、线路老化或机械损伤等原因，其绝缘性能下降，导致供电线路及设备与大地之间有不正常的电流流过，这都会形成漏电。漏电可能带来的如下几方面的问题：
a.漏电流流入大地，造成能源的浪费；
b.人体接触故障电压引起电击，危及生命安全；
c.电气线路的绝缘损伤可能在带电导体与大地间形成电弧性对地短路，而几百毫安的漏电电弧产生的局部高温可达2000℃以上，足以引燃周围的可燃物而形成电气火灾；
d.装置设备的绝缘外壳与带电体间出现绝缘损伤时，同样会带来电弧性短路，甚至可能形成金属性短路事故。
鉴于漏电可能带来的诸多问题，且其范围涉及到建筑物的各个角落，危害范围广，因此如不对配电系统的漏电情况进行监测和防控，就会对人身安全存在很大的危险性，对线路存在破坏性，同时存在很大的火灾隐患。目前对于漏电采取的监测与防护措施主要包括漏电保护开关（RCD）、漏电火灾报警系统（EFP）以及接地故障保护。RCD通常位于配电系统的末端，主要是对人身安全进行防护，它要求在用电线路泄漏电流超过人身安全值（30mA）时立刻切断电源。EFP系统通常位于配电系统的中间级或首端，主要是针对电弧性对地短路这一重要火灾隐患的，监测范围为30-1000mA。由于只是潜在隐患，因此EFP系统以报警为主，一般不进行保护。接地故障保护通常位于配电系统的首端，是对整个配电系统的接地状况进行监测和保护的，漏电监测范围根据配电系统大小不同可为300mA-20A。
3.EFP系统常见漏电报警分析
目前EFP系统都是以零序电流互感器来检测每个探测点的漏电流值的，该测量值反映的是测量主线路在该探测点以下所有环节的总漏电流值。当该值异常升高形成报警时，可能的原因是多方面的。如果维护人员不能尽快确定造成报警的原因，就不能采取相应的措施来处理报警，这样EFP系统也就失去了意义。因此只有清楚了解可能造成漏电报警的各种原因，并能尽快做出判断，才能真正的利用EFP系统解决问题。
每个探测点的互感器读取的漏电流值都是由两部分构成的：固有漏电和故障漏电。前者是指配电系统正常运行时就会存在的正常的泄漏电流，后者是指由于各种故障因素造成的非正常的泄漏电流。两者中任何一方面的改变都可能带来漏电报警。下面就是EFP系统漏电报警的常见原因。
3.1 固有漏电异常升高
由于低压配电系统对地阻抗（绝缘电阻和分布电容）不可能无穷大，即线路及设备对地绝缘不可能做到无泄漏电流的程度，所以低压配电系统对地总存在或多或少的泄漏电流，这就是固有漏电。低压配电线路的长短、导线截面的大小、导线规格及敷设方式、不同的用电负荷等等，都会影响固有漏电的大小。
由固有漏电引发的漏电报警属于误报警，EFP系统在设定探测点的报警值时，应进行固有漏电补偿，以避免这一类报警的发生。但随着线路设备的老化、配电环境的变化以及用电负荷的改变，都可能造成固有漏电值的异常升高，远远超过原来的补偿值，从而形成新的报警。
配电系统及用电设备正常运行时的固有漏电值以实测为准，也可按表1-3进行估算。固有漏电补偿就是将探测点的漏电报警值适度调大，具体原则为：不小于被保护电气线路和设备的固有漏电最大值的2倍，且不大于1000mA。
表1 220/380V单位长度线路泄漏电流（mA/km）
表2 电动机泄漏电流（mA）
表3 荧光灯、家用电器、计算机泄漏电流（mA）
固有漏电异常升高形成的报警在EFP系统的漏电报警中只占很小的比例。这一类报警的特点如下：
a.漏电流值一般≤1000mA；
b.漏电流值一般是随时间逐渐升高；
c.漏电流值如果是快速升高，往往伴有使用环境的明显变化（如雨水浸泡等），或用电负荷的突然增加；
当确定为这一类报警时，可采取如下措施：
a.对于线路绝缘水平降低，应对报警区域线路进行排查。如果没有外因触发，该类报警一般不会引发短路事故。如果有外因触发，例如雷电引起的瞬态过电压，邻近大功率设备的操作过电压以及变电所高电压侧接地故障引起的暂态过电压等，则在此大幅值过电压冲击下，老化的绝缘可能被击穿而产生电弧性接地短路。
b.对于用电负荷增加，需要注意报警区域线路是否过载，防止因线路长时间过载而引发火灾。
3.2接地故障
在电力系统中，将设备和用电装置的中性点、外壳或支架与接地装置用导体作良好的电气连接叫做接地。接地的作用总的来说可以分为两个：保护人员和设备不受损害叫保护接地；保障设备的正常运行叫工作接地。所谓接地故障指的是带电导体与大地或与大地连接的装置绝缘外壳间的短路。接地故障是EFP系统漏电报警的最主要成因，其中以单相接地短路最为常见。
单相接地短路可分为金属性短路和电弧性短路。常见的TN-S系统发生碰壳故障时，接地故障回路全为金属性导体，如果接触良好，则会发生金属性短路，如图3-1所示。
图3-1
其短路电流可达若干kA，但引起火灾的危险并不大，主要因为大短路电流能使断路瞬时动作切断电源，从而可以避免火灾的发生。除了以上情况，接地故障回路的阻抗都是比较大的，因此更易于出现电弧性短路，图3-2和图3-3分别反映了TT系统和TN系统发生电弧性对地短路时的情况。
图3-2 图3-3
电弧性短路由于故障点接触不良，未被熔融而迸发出电弧或电火花。由于发生电弧性短路的故障点阻抗较大，它的短路电流并不大，断路器难以动作（保险丝一般不会被熔断），从而使电弧持续存在。据测，仅略大于500mA的电流产生的电弧温度即可高达2000℃--3000℃，足以引燃任何可燃物，而且电弧的维持电压低至20V时仍可使电弧连续稳定存在，难以熄灭。这种短路电弧常成为电气火灾的点火源。因此，电弧性对地短路是最危险且多发的电气火灾起因，也就成为了EFP系统最主要的监视对象。
电弧性对地短路常见于电气线路上，原因是多方面的，如：
◆建筑物内的导线使用年久失修，其绝缘层老化破损；
◆建筑物内导线安装施工不规范，如导线不穿阻燃管，直接埋于墙内或置于桁架上；
◆导线施工质量粗糙，偷工减料，使用钢管穿线时钢管内壁刮伤导线绝缘层。
◆娱乐场所等公共活动场所在进行二次装修时，乱敷电线，致使线路上有缺损；
◆各种人为的破坏造成断线等。
接地故障引起的报警是EFP系统漏电报警的最常见原因，其特点如下：
a.金属性短路：只存在于TN系统，漏电电流可瞬间达到若干KA，一般不会引起电气火灾；
b.电弧性短路：在无特殊原因情况下，漏电电流短时间内增加数百mA，可能具有间歇性，是电气火灾的主要成因；
c.由于接地故障的回路阻抗通常较大，使接地故障易以电弧性短路的形式出现，所以这两种形式的在实际报警中，前者所占比例很低，后者最为常见；
如果确定漏电报警为接地故障时，应立即采取如下相应措施：
a.如果是金属性短路，此时相应断路器已经断开，可迅速对下面线路及设备进行检查，解决故障；
b.如果是电弧性短路，在不影响必须连续供电设备正常运行的情况下，应迅速断开报警区域的电源，然后利用测量绝缘性设备进行排查。
3.3PE线与N线接反或重复连接
对于城镇公用低压电力网和厂矿企业等电力客户的专用低压电力网，接地保护常采用TN-C-S系统。TN-C-S系统是由前后两部分构成的，第一部分是TN-C段（三相四线制，中性线（N线）与保护线（PE线）合并为保护中性线（PEN线）），第二部分是TN-S段（三相五线制，PEN线分为N线和PE线），两部分的分界面在N线与PE线的连接点，且分开后即不允许再合并。
在TN-C-S系统中应用EFP系统时，应注意区分N线与PE线。检测回路的N线应穿过零序电流互感器，且此后不得再作为PEN线用，也不能再与接地体或设备的金属外壳连接。检测回路的PE线不得穿过零序电流互感器。由此可知，EFP系统的检测点只能设在TN-C-S系统中的TN-S段，TN-C段由于N线与PE线合在一起，无法使用零序电流互感器进行检测。
在实际工程中，PE线与N线可以通过颜色或截面规格等加以区分。但如果施工人员在某处操作错误，将PE线与N线接反了，会形成图3-4所示情况。
图3-4
如图所示，如果该回路上级设有EFP系统检测点时，就会导致该检测点的漏电报警。
在少数情况下，缺少经验的施工人员为了方便，可能会将TN-C-S系统中已经分开的PE线与N线再合并在一起，如图3-5所示。
图3-5
PE线与N线的重复连接同样会导致该回路上设置的EFP系统检测点的漏电报警。
由PE线与N线接反或重复连接带来的漏电报警特点如下：
a.同样发生在工程建设或改造之后；
b.漏电流值以安培计；
c.报警一般发生在特定回路，关闭该回路某些负荷后，漏电流值可恢复正常；
d.极少有多点同时报警情况发生。
如果施工中真的出现PE线与N线接反或重复连接的情况，应立即对故障回路断电并进行排查。否则PE线上长时间有大电流流过，可能造成其过载而引发火灾，同时也会对人身安全构成威胁。
3.4末端双电源错误选择三极产品
配电系统末端的双电源根据使用场景的不同可以选三极或四极产品，但对于常见的TN（S段）或TT系统，一般建议采用四极，其中最重要的原因就是当采用三极产品时，会带来漏电报警。如图3-6所示，以变电所母联采用三极断路器为例，另一侧回路的N线会形成非正常电流通路，从而造成主备两个回路的漏电检测均会出现报警。如果变电所母联采用了四极断路器，由于PE线的连接，还是会通过另一侧回路的N线形成非正常的电流通路，结果类似。对于第二种情况，由于等电位连接，漏电流会在一定区域内形成杂散电流，带来更大危害。
图3-6
末端使用三极双电源带来的漏电报警有如下特点：
a.漏电流值以安培计；
b.第二种情况时，PE线上普遍能检测到电流，电流值以安培计；
c.变电所出线漏电检测会有两个回路同时报警。
如果发现是由于末端使用三极双电源带来的漏电报警，应当立即将双电源替换为四极产品。但对于应用于数据中心类项目UPS前端的双电源，应当注意以下问题：如果UPS出线端未设置隔离变压器，则四极双电源在切换过程中可能带来末端零地电压的升高，进而影响末端服务器的正常工作。对于这种情况，建议选用具有中性线重叠切换功能的四极双电源，可避免上述问题发生。同时前端的漏电报警需要设置一定延时。
4.结束语
通过以上分析可以看出，要判断究竟是何种原因导致了EFP系统的漏电报警，只有报警是远远不够的，还必须清楚知道此时漏电流值的大小（mA级）或大概范围（A级），有时可能还要了解该数值在一段时间内的变化规律。因此EFP系统除了报警功能以外，还必须具有漏电流值的实时显示及记录功能。
综上所述，可能导致EFP系统漏电报警的原因是多方面的。这就要求我们对各种常见的原因要能够了解其特点，并能结合实际迅速做出判断，才能在实际应用中发挥EFP系统的作用，尽早排除隐患，从而避免电气火灾的发生。
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论文作者:陈立荣
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/29
标签：系统论文; 电弧论文; 电流论文; 火灾论文; 回路论文; 故障论文; 电气论文; 《基层建设》2019年第14期论文;