住宅電氣設計及電氣防火

宅電氣設計及電氣防火摘要：在火災統(tǒng)計中，電氣火災在各類火災原因中僅次于用火不慎引起的火災，住宅電氣火災在所有電氣火災中占了相當大部分，因此住宅電氣的防火越來越引起人們的注意。本文系統(tǒng)闡述了住宅電氣設計的要點，具體分析了住宅電氣中供配電系統(tǒng)及線路系統(tǒng)的安全設計，以利于住宅電氣火災的防范。關(guān)鍵詞：住宅供配電系統(tǒng)住宅線路控制設備家用電器住宅電氣安全1前言隨著人民生活水平不斷提高，家用電器的普及和住房制度改革逐步深入，住宅火災在近年來一直居高不下，其中主要由于電氣線路的短路、老化，加之家用電器種類、數(shù)量的增加，電器的超負荷運行，電氣照明的不慎使用，開關(guān)、插座等布置的不合理性，都致使住宅電氣火災數(shù)量逐年上升，成為了住宅火災發(fā)生的一個重要因素。2住宅電氣供配電系統(tǒng)的設計要求2．1電源的質(zhì)量應符合標準電源質(zhì)量是指電壓、頻率的質(zhì)量。即是將電源的電壓、頻率值與標準或預期值作對比，以表征電源品質(zhì)狀況的通稱。電源的質(zhì)量指標主要有：電壓偏移、電壓波動、電壓頻率、諧波和三相不平衡等。電源質(zhì)量還會受到多種因素的影響，如負載的變化；非大量線性負載的使用；高次諧波的影響、功率因素補償時電容的投入和切斷；接地系統(tǒng)中的過大泄漏電流，都會影響電源的品質(zhì)，從而降低供電電源的質(zhì)量，發(fā)生諸如電壓波動、頻率波動、電源波形的失真等現(xiàn)象。電源的質(zhì)量指標的優(yōu)劣往往會直接影響到住宅電氣供配電系統(tǒng)及家用電器是否能正常運行，為此我國就電源質(zhì)量的標準作了具體的規(guī)定，見下表電能質(zhì)量國家標準摘要標準編號標準名稱允許限值說明GB12325--90供電電壓允許偏差差220v單相供電電為+7%﹪,－10%﹪衡量點為供用電產(chǎn)產(chǎn)權(quán)分界處或或電能記量點點GB12326--90電壓允許波動和閃閃動電壓波動:10千千伏及以下2.5%﹪閃變△V（1）對照明要求較高高,0.4%﹪（2）一般照明負荷00.6%﹪（1）衡量點為電網(wǎng)公公共連接點（2）給出閃變電壓限限值和頻度的的關(guān)系曲線,可以根據(jù)電電壓波動曲線線查得允許值值,并給出算例例（3）對測量方法和測測量儀器作出出規(guī)定GB/T145449-93公用電網(wǎng)諧波各級電網(wǎng)諧波電壓壓限值（%）電壓（kv）TTHD奇次偶次0.3854..022.06、1043.21.635、6632..411.2⑴衡量點為PCC，取取實測95%﹪（2）對用戶允許產(chǎn)生生的諧波電流流,提供計算方方法（3）對同次諧波隨機機性合成提供供算法GB/T155443-95三相供電電壓允許許不平衡度（1）正常允許2%﹪﹪,短時不超過4%﹪（2）每個用戶一般不不超過1.3%﹪（1）各級電壓要求一一樣（2）對測量方法和測測量儀器作出出規(guī)定GB/T159445-95電力系統(tǒng)頻率允許許偏差（1）正常允許±0..2Hz,根據(jù)系統(tǒng)容容量可以放寬寬到±0.5HHz（2）用戶沖擊引起的的頻率變動一一般不得超過過±0.2HHz對測量儀器提出了了基本要求2．2民用建筑住宅配電方式國內(nèi)大型民用建筑較大負荷的用電單位配電方式都是中壓10千伏配電。對小型民用建筑較小負荷的用電單位宜接入地區(qū)低壓380/220電網(wǎng)，其配電半徑不宜超過250米。根據(jù)配變電系統(tǒng)的配電方式，用電負荷的等級和環(huán)境特征等，正確選擇電氣線路的絕緣導體及其電氣保護，對防止和減輕電氣線路火災起到積極作用。我國普通居民樓居室的電源線一般設計為6A-10A，其中用電負荷不宜超過1000W-1500W，當用電總功率超過2000W時就存在電路短路火災及電表燒毀的可能。因此居民住宅在設計時要做到安全用電，關(guān)鍵要注意以下幾點：正確布置配電盤合理敷設電氣線路結(jié)合實際需要選擇導線正確使用家電2．3住宅戶內(nèi)終端配電方式的選擇隨著家用電器的進入家庭，生活用電急劇增加，合理設計住宅戶內(nèi)終端配電系統(tǒng)，對完善住宅功能，創(chuàng)建安全、舒適的生活環(huán)境十分重要。目前住宅配電方式大多是一戶一表分層設置。根據(jù)目前住宅用戶家電以及使用情況和特點，家用電器用電時間相對集中，持續(xù)時間短，季節(jié)性強，而且各用戶用電負荷的差距也日趨縮小，建議戶內(nèi)終端配電系統(tǒng)的照明應單獨使用一個回路，戶內(nèi)插座分三個回路較合適，如圖三種設計方案：方案一方案二方案三住宅樓總配電箱或單元總配電箱內(nèi)應裝設動作時間大于0.15S,剩余動作電流大于300mA剩余電流保護開關(guān)，用于防止住宅電氣火災。另外，每個住宅單元宜采用三相電源進線，而每層的電表箱內(nèi)僅出現(xiàn)一個單相電源，這樣做既增加了供電的可靠性，也便于維修。3電氣線路控制設備的選擇開關(guān)和控制設備是根據(jù)一定的技術(shù)條件制造的，設計中采用何種設備應根據(jù)周圍環(huán)境特征、電流種類、電壓大小、保護要求等條件進行選擇。3．1根據(jù)周圍環(huán)境特征選擇開關(guān)控制設備，按照控制和保護設備外殼結(jié)構(gòu)形式分類，它有開啟式、保護式、封閉式、密閉式和防爆式等種類。3．2住宅電氣設備應按照正常工作條件選擇額定電壓和額定電流，防止電氣火災的發(fā)生。電氣設備的額定電壓Ue應符合設備裝設點電網(wǎng)的額定電壓，并應大于或等于正常時可能出現(xiàn)的最大工作電壓Ug即：Ue≥Ug電氣設備的額定電流Ie應大于或等于正常工作時的最大負載電流Ig，即：Ie≥Ig如果電氣設備裝設點周圍環(huán)境溫度高于電氣設備溫度，則額定電流應乘以溫度修正系數(shù)kk=當電器設備在低于正常的環(huán)境溫度下工作時，對于高壓電器每降低一攝氏度，允許電流可比額定值增加0.5%，但不得增加2%。3．3應根據(jù)保護要求選擇保護裝置，電力變壓器低壓側(cè)一般選用帶過電流保護的低壓斷路器，并盡量帶有短延時和長延時脫扣器，且短延時脫扣器的時限一般比低壓出線時時限大一級。對于需要自動切換的還應帶有低電壓保護，低壓配電線路一般只做短路保護，但在有過負載可能以及有火災和爆炸危險場所的低壓配電線路，需要增加負載保護。3．4熔斷器的特性熔斷器主要由熔斷體(俗稱保險絲)和熔斷器支持體,熔斷器觸頭和熔斷器底座組成.當電路發(fā)生過載或短路故障時,電流大于熔斷體允許的正常發(fā)熱電流,使熔斷體溫度急劇上升當達到其熔點溫度時,熔斷體自行熔斷分斷電路,從而保護電氣設備.熔斷器的熔斷時間T與熔斷電流I的大小有關(guān),其規(guī)律是與電流平方成反比.由于一般的熔斷器具有一定的火災危險性，因此將逐步被帶漏電保護斷路器所取代。4家用電器的安全使用隨著家用電器產(chǎn)品的不斷推陳出新，高科技產(chǎn)品也在住宅電氣中得到應用，電能將成為家庭使用的主要能源，由于用電的不合理導致電氣火災事故不斷發(fā)生。因此，必須在電氣設計中給予足夠的重視。4．1．1家用電器對電源和建筑物的電氣裝量也有很高的要求。額定電壓220v的家電的電源電壓允許偏移范圍為15%-10%，額定電壓42v及以下的家電的電源電壓允許偏移范圍為-10%-+10%，若是超出這一局限，要么電器不能正常工作，要么損壞電器甚至引起火災。因此，必須度量符合要求的保護設備。4．1．2住宅中應設置一定數(shù)量的插座，避免一個插座串接多個電器的情況。4．1．3由于家電多為非固定安裝器具，隨時可以移動，所以家用電器的電源引線，應采用銅芯絕緣保護套軟線或電纜，其長度不超過5m。4．2家用電器電源插座的選型及安全使用家用電器的接電方法一般均采用插座作為接插件接通電源，電源插座也起到了隔離電器的作用，又可兼作功能性開關(guān)。按規(guī)范規(guī)定，住宅內(nèi)兩插座之間的距離不大于3.6m，住宅建筑每個插座一般也按100w計，同時也可按住宅的面積大小而決定插座數(shù)量，對于特殊場所、環(huán)境也應相應選擇對應的插座。如干燥場所可選普通型插座，而潮濕場所宜采用密閉型或保護型的帶保護線觸頭的插座，其安裝高度不低于1.5m，對于一定的功率指標下，適當?shù)脑黾硬遄臄?shù)量，避免臨時接線板的使用能有效防止因插座過載而引起的短路火災。4．3住宅照明裝置的防火設計住宅照明設計要有利于人的活動安全和有舒適感，并且應與住宅的內(nèi)部環(huán)境和諧統(tǒng)一，渾然一體。國內(nèi)現(xiàn)行的住宅各類房間的照度標準值應受當時經(jīng)濟發(fā)展和電力供應能力的限制普遍較低，不適應當今和未來住宅照明的要求。下面將我國和美國的住宅照度水平值列于下表房間國名起居室臥室書寫閱讀精細作業(yè)餐廳廚房衛(wèi)生間走道樓梯中國303020030030301510美國7575750750300150300150然而，照明燈具在工作過程中，往往要產(chǎn)生大量的熱，致使玻璃燈泡、燈管、燈座等表面溫度較高，若燈具選用不當或發(fā)生故障會產(chǎn)生電火花、電?。唤佑|不良導致局部生熱，導線和燈具的過載和過壓，會引起導線過熱；另外，電氣照明廣泛用于生活和各個領(lǐng)域，人們司空見慣，往往會從思想上忽視其防火安全，所以更增大了火災發(fā)生的可能性。現(xiàn)以白熾燈舉例說明用電氣照明的火災危險性白熾燈的表面溫度較高，在散熱良好的條件下工作時，燈泡的表面溫度往往與其功率大小直接相關(guān)，見下表，在散熱不良時，燈泡表面溫度則要高得多，并且功率越大，升溫的速度也越快。白熾燈在散熱良好時表面溫度燈泡功率（w）燈泡表面溫度（℃℃）燈泡功率（w）燈泡表面溫度4056-63100170-21660137-180150148-22875136-194200154-296燈泡距可燃物愈近，則引起燃燒的時間越短。由實驗可知，白熾燈泡烘燃可燃物的時間和溫度的關(guān)系如下表所示：燈泡功率（w）可燃物烤燃時間（minn）起火時溫度℃放置形式100紙張8333-360臥室埋入100棉絮13360-367垂直緊貼200紙張12330垂直緊貼200棉絮5367垂直緊貼94年新疆克拉瑪依友誼館發(fā)生的便是電氣照明引發(fā)火災中的典型案例。其火災原因主要是由于舞臺后1000瓦的光柱燈距紗幕過近，且經(jīng)常時間的熱輻射烤燃了幕布引起火災。該光柱燈表面溫度可達500-800℃，內(nèi)壁溫度更是高達1600℃，遠遠超過了幕布的燃點。類似的情況在一般民用建筑中存在較多，建議在電氣照明設計布置時注意以下幾點：（1）燈具與可燃裝飾要保持一定距離，按規(guī)定應不少于50cm（2）燈座應采用不燃材料作為隔熱，防止溫度過高引燃可燃物，另外還要考慮到室內(nèi)的通風、散熱條件。（3）燈具不得用紙、布等包裹，建議使用隔熱玻璃。5住宅電氣安全的分析5．1電氣安全通常是指電氣設備在正常工作及在預期的非正常狀態(tài)下不會危害人身和周圍的設備，當電氣設備發(fā)生預期的故障時，應能切斷電源，將事故限制在允許范圍之內(nèi)，根據(jù)《中國火災統(tǒng)計年鑒》表明，2002年內(nèi)發(fā)生的各類火災中，電氣所引起的火災為14358起，在各類火災中僅次于因用火不慎而引起的火災。因此，住宅電氣的火災防范不能不引起足夠重視。5．2電氣設備的設計必須保證設備及其組成部分都是安全的，并且應保證在規(guī)定安裝和使用時不得發(fā)生任何危險。這是安全設計的最基本要求，按《低壓配電設計規(guī)范》的規(guī)定，住宅低壓配電線路應裝設過負載保護、短路保護和接地故障保護三種基本保護。5．2．1住宅配電線路應設過負荷保護如果過負荷時間較長，會對線路絕緣、接頭、端子造成損害。導體的絕緣由于長期過負載，將會長時間超過允許溫升，導體絕緣將會加速老化。減少絕緣導體的使用壽命。嚴重的過負荷，如100%過負荷時會使絕緣在短時間內(nèi)變形，介質(zhì)損耗增大。耐壓水平降低，容易導致電氣線路引起火災，過負荷保護的目的也在于防止短路和接地故障。我國?低壓配電設計規(guī)范?GB50054-95第4.3.4條規(guī)定過負載保護電器動作特性應同時滿足下列條件：IB≤In≤Iz--------(1)I2≤1.45Iz---------(2)式中IB---線路計算負載電流（A）In---熔斷器熔體額定電流或斷路器額定電流或整定電流（A）Iz----導體允許持續(xù)載流量（A）I2----保證保護電器可靠動作的電流(A)當保護電器為低壓斷路器時,I2為約定時間內(nèi)的約定動作電流;當為熔斷器時,I2為約定時間內(nèi)的熔斷電流.由于住宅住戶較多，住戶所使用的照明及家用電器是住宅配電線路的最終保護對象，所以在確定配電系統(tǒng)及斷路器時應盡可能使一戶發(fā)生線路短路時，不影響到其他用戶的安全用電。5．2．2配電線路應該設短路保護配電線路不僅要考慮正常運行情況，而且也要考慮發(fā)生故障時非正常運行狀況.最嚴重的是發(fā)生短路故障.配電線路短路時,如不在短路電流對導體和連接件產(chǎn)生的熱作用和機械作用造成危害之前切斷短路電流,那么短路電流會迅速使電氣線路的絕緣軟化甚至燃燒.其導體,電流和點火花的高溫能將其周圍的易燃物質(zhì)引燃起火.因此線路的電流側(cè)都裝有熔斷器或低壓斷路器等保護電器.配電線路采用上、下級保護器,其動作除應具有選擇性外,還要使保護電氣與電器線路的導線與電纜相匹配.按《低壓配電設計規(guī)范》第4.2.2條低壓導體的熱穩(wěn)定校驗應符合下列規(guī)定:當短路持續(xù)時間不超過5S時,絕緣導體的熱穩(wěn)定應按下式進行校驗:S≥S-----絕緣導體的線芯截面(mm)It-----短路電流有效值(A)t-----在以達到允許最高持續(xù)工作溫度的導體內(nèi)短路電流持續(xù)作用的時間(S)K-----不同絕緣的計算系數(shù).93年，深圳致麗玩具廠倉庫電線短路打火，噴濺的熔珠引起火災。這主要是因為短路保護設備不符和要求。建議在設計短路保護時的熔斷器要符合規(guī)范要求，在短路電流的熱作用產(chǎn)生危害之前切斷電源，且保險絲不能用銅代替，有條件的最好使用空氣斷路器，盡量不使用金屬導體避免熔珠的產(chǎn)生。5．3電氣線路的防火設計電氣火災的案例最多的還是線路引發(fā)的火災,占電氣火災的60%,所以住宅內(nèi)電氣線路的設計是住宅電氣設計中最重要的一個環(huán)節(jié).5．3．1導線材料的選擇導線按材料可分為銅芯線和鋁芯線兩類.根據(jù)國家“以鋁代銅”的政策,一般采用鋁芯線.但在爆炸危險場所、腐蝕性嚴重的地方、移動設備處和控制回路應用銅芯線；在高層建筑中,由于負荷比較集中,為提高截面的載流能力,便于敷設,也都采用銅芯線.5．3．2線路敷設的防火要求(1)住宅室內(nèi)線路應采用絕緣線,在敷設時要防止導線機械受損,以避免絕緣性能降低.導線連接也要避免造成局部過熱.在這其中,環(huán)境因素是很重要的.不同的環(huán)境要求的導線、電纜類型、安裝敷設的方法都不盡相同,只有這樣才能保證導線在各種環(huán)境下的安全運行,防止火災.(2)對住宅線路敷設距離的要求為防止導線絕緣損壞后引起火災,敷設線路時要注意導線固定點間的距離,其隨敷設方式、敷設場所和導線截面的不同而不同.如圖所示:導線支持件固定點間最大允許距離(mm)敷設場所敷設方法導線截面(mm))1-46-1016-2535-7095-120室內(nèi)瓷夾板導線700800瓷柱配線150020003000瓷瓶配線20002500300060006000塑料護套線配線200200槽板配線500(釘間)//300(蓋釘間)室內(nèi)敷設的一般防火要求采用明敷時要防止絕緣導線受到機械損傷,如導線穿過墻壁或可燃建筑構(gòu)件時,應采用砌在墻內(nèi)的絕緣管子,且每只管子只能穿一根導線。線管導線凡明敷于潮濕場所或埋在地下的線管均應采用水、煤氣鋼管。明敷或暗敷于干燥場所的線管可采用一般鋼管.線管內(nèi)導線絕緣,強度不應低于交流500V,用金屬管保護的交流電路,當負荷電流大于25A時,為避免渦流產(chǎn)生,應將同一回路所有導線穿于同一根金屬管內(nèi)。5．4關(guān)于住宅的保護接地保護接地是配電系統(tǒng)負荷側(cè)金屬的電氣設備外殼和敷設用的金屬套管.線槽等電氣裝置外露導線部分的接地。其主要作用是防止電氣火災?！蹲≌ㄖ?guī)范》GB50096-1999第6.5.2中規(guī)定:住宅供電系統(tǒng)的設計中應采用TN接地系統(tǒng)，并進行總等電位聯(lián)結(jié)。5．4．1TN系統(tǒng)及其火災危險性TN系統(tǒng)的電源端中性點直接接地，用設備金屬外殼、保護零線與該中性點連接，這種方式簡稱保護接零。按中性線與保護線的組合情況TN系統(tǒng)可分為以下三種形式：TN-C系統(tǒng)、TN-S系統(tǒng)、TN-C-S系統(tǒng)。由于住宅樓內(nèi)不采用TN-C系統(tǒng)，所以以下只介紹后兩種形式：（1）TN-S系統(tǒng)此系統(tǒng)中PE線與N線分開設置，正常工作時，PE線上沒有不平衡電流流過，與PE線相連的設備外殼不帶電位。只是在接地故障時才帶電位，因而上述故障可大為減少，此系統(tǒng)應用較廣，但應確保接地保護裝置動作的可靠性，PE連接端子應連接牢固。（2）TN-C-S系統(tǒng)TN-C-S是TN-C和TN-S兩種系統(tǒng)的組合，該系統(tǒng)一般用在建筑物有區(qū)域變電所供電引來的場所，進戶線之前采用TN-C系統(tǒng)，進戶處作重復接地，進戶后變成TN-S系統(tǒng)、TN-C-S系統(tǒng)介于以上兩者之上，具有較高的火災安全性。5．4．2對改善TN系統(tǒng)的一些建議（1）重復接地：可降低設備漏電引起的對地電壓減輕或防止PEN（PE）線斷線引起的危險性，縮短故障持續(xù)時間，從而減少了低壓接地故障引起的火災的危險性。（2）總等電位聯(lián)結(jié)可顯著降低建筑內(nèi)發(fā)生的故障的接觸電壓，消除由建筑物外沿PEN（PE）線竄入危險故障電壓，降壓保護電器動作不可靠帶來的危險性，有利于防止電氣火災的發(fā)生。（3）提高PEN（PE）線的連接質(zhì)量（4）正確選擇PEN（PE）線的線芯截面5．5漏電安全保護住宅樓內(nèi)應裝設兩級漏電保護器。第一級裝設在住宅樓的電源進線處。它的作用是防止接地故障火災，這是最常見多發(fā)的電氣火災。接地故障因故障電流較小，常