低压线路常见电气火灾原因分析认定及预防措施研究.pdf

重庆大学硕士学位论文低压线路常见电气火灾原因分析认定及预防措施研究姓名：张学楷申请学位级别：硕士专业：环境工程指导教师：卿晓霞;周修华20051001重庆大学硕士学位论文 中文摘要 I 摘 要 当今社会，在电能作为生产、生活不可缺少的能源而造福人类的同时，因电能使用引发火灾（即电气火灾）所造成的危害也不容忽视。相关统计数据表明，近年来，我国低压电气线路火灾十分突出，造成了大量的人员伤亡和财产损失。同时，又存在着对电气火灾分析、认定工作重视不够，技术防范措施落实差、研究不深入等问题。通过研究低压线路常见电气火灾产生的原因、分析认定的方法和具体防范的措施，得到对电气火灾整体性分析研究的具体方法，提高人们对低压线路电气火灾问题的认识，促进我国线路电气火灾分析、认定、预防技术水平的提高，是本文研究的目的。主要研究内容、方法：1）从电气技术及燃烧原理的综合效应两方面对低压线路常见电气故障的产生和引发电气火灾的原因进行分析论证，归纳造成电气火灾的常见原因，分析论证预防线路电气火灾的主要措施和注意的问题。2）从火灾现场勘查、调查取证、痕迹物证技术鉴定等方面对调查认定低压线路常见电气火灾原因进行分析论述，以促进电气火灾调查技术的提高。3）对以低压线路火灾为主的电气火灾，提出了综合防治的观点。从行政法规、管理体制的建立完善，技术标准的建立和统一，管理措施的改革，技术研究的方向和重点等方面进行了探讨并提出建议，以促进电气火灾的综合防治。研究结论：1）目前，我国电气火灾危害严重，尤以低压线路发生短路、过载、接触不良、漏电等常见电气故障引发为重点。2）低压线路常见电气故障引发火灾的情况较为复杂，从目前技术措施和管理水平及多方面因素看，一方面，低压线路因常见电气故障引发电气火灾的状况不可绝对避免；另一方面，电气故障火灾模式以及故障和火灾危险性的关系值得进一步深入研究。3）由于电气火灾原因认定难度大，从火灾现场勘查、调查访问、到痕迹物证的勘验目前仍以经验型为主，亟待系统深入研究，以提高认定的准确性。对电气火灾发生后，电气痕迹物证与火灾环境的关系，原发性电气故障和火灾诱发性电气故障在火灾物证中包含的信息研究有待于进一步完善。重庆大学硕士学位论文 中文摘要 II 4）严格按防火要求安装、敷设线路，落实基本防火措施，按现有规范、标准要求设计、安装线路和保护电器，同时借鉴国外电气火灾预防技术，是目前预防线路电气火灾的重要手段。5）对电气火灾实行综合防治措施很值得关注和深入研究。关键词：低压线路，电气故障，电气火灾 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 III ABSTRACT Nowadays,electricity as an indispensable energy resource is widely applied in our daily lives and industries.However,the harm caused by fire disaster(i.e.,the electrical fire)isnt being overlooked.According to the relative data,in recent years,the low-voltage circuit fire was very serious and caused tremendous life damage and property losses in our country.Meanwhile,there are also some problems such as inadequate realization to analyze and cognizance electrical fire,the bad practice of technology-protection measures,and the superficial research and so on.This paper discusses:By researching the reasons,analytic and cognizable methods,preventive measures of familiar low-voltage fire,to find out the concrete methods of entire electrical fire analysis,enforce peoples recognition of low-voltage circuit fire,and improve analytic,cognizable and preventive technique of low-voltage circuit fire.The main research contents and methods as follows:1)By analyzing and demonstrating the reasons of familiar electrical failure and low-voltage circuit fire from comprehensive effects of electrical technique and combustion principle,to generalize the common reasons of electrical fire,demonstrate the main preventive measures and some noticed problems.2)By analyzing and demonstrating the reasons of familiar low-voltage circuit fire through investigating fire field,collecting witness and identifying trace evidence and so on,to improve the investigation technique of electrical fire.3)Bring forward comprehensive prevention view for the main causes of low-voltage circuit fire.Through exploring some aspects such as building and consummating administrative rule and managerial system,building and unifying technique criterion,reforming control measures,researching direction and emphases and so on,the author bring forwards some advice that improve comprehensive prevention of electrical fire.Conclusions：1)At present,electrical fire disaster is serious in our country,especially some familiar electrical failures such as short circuit,overload,bad contact and creepage of low-voltage circuit and so on.2)The causes of familiar low-voltage circuit fire are so complicated that many factors as technical measures and level of control must be considered in order to find 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 IV out correspondent preventive mechanisms.On one hand,electrical fire caused by low-voltage circuit is almost inevitable.On the other hand,the modes of electrical fire are worthy of study as well as the relationship between electrical failure and fatalness of fire.3)Because it is hard to cognizance the reason of electrical fire,many works like investigating fire field,collecting witness and identifying trace evidence are based on our experiences instead of systematized study.Thus,the accuracy of such kind of works should be improved.In addition,it is extremely important to carry on some works such as the relationships between electrical traces and their surroundings,the information contained in the fire disaster evidences from primary electrical failure as well as fire indubitable electrical failure.4)Circuit layouts and equipment installations must be handled in line with the fire prevention requirements,and basic preventive measures are to be put into effect properly.Designing and installing the electrical circuit and appliances should be accord to existing criterion.Meanwhile,foreign techniques should be studied so as to make fire prevention better.5)Pay more attention and make an in-depth research on the comprehensive prevention measures of the electrical fire.Key Words:Low-voltage circuit,Electrical failure,Electrical fire 重庆大学硕士学位论文 1 绪 论 1 1 绪 论 1.1 本课题的提出及研究意义 当今社会，电能已成为人类最重要的能源之一。在最近 10 年间，我国发电量一直处于连年增长的趋势。1995 年我国全年发电量为 10069.48 亿 kWh，2004 年就高达 21840.00 亿 kWh，为 1995 年的 2 倍多1。但在电能不断增长而造福人类社会的同时，因电能使用不当引发火灾（即电气火灾）所造成的危害也十分惊人。在我国，按起火原因（直接原因）分类，电气火灾一般指由电气线路、用电设备、器具以及供配电设备出现故障性释放热能，如高温、电弧、电火花以及非故障性释放热能，如电热器具的炽热表面，在具备燃烧条件下引燃本体或其他可燃物而造成的火灾。我国将雷电和静电引起的火灾也列入电气火灾范围2。本文所称低压线路电气火灾，专指工频 50Hz，电压 380V/220V 交流线路所发生的电气火灾。大量火灾统计资料表明：目前，我国电气火灾无论是在火灾原因还是在火灾直接经济损失方面多年来都处于各类火灾统计数的首位。电气火灾不仅一直呈现居高不下的局面，而且损失惨重的重特大火灾往往也由电气火灾所造成。可以说电气火灾已成为影响我国社会消防安全的主要致灾因素，主要表现为以下特征：发生起数多、损失大 表 1.1 1993-2002 年我国电气火灾起数及经济损失统计数据 Table 1.1 Data of amount of electrical fire and economic loss in our country from 1993-2002 起数（起）直接经济损失（万元）年度 火灾 总起数 电气火 灾起数 电气火灾占火灾的百分比（%）火灾 总损失 电气火灾损失 电气火灾占 火灾百分比（%）1993 38073 9374 24.6 111658.30 31352.60 28.1 1994 39337 10583 26.9 124390.98 53762.00 43.2 1995 37915 10598 28.0 110315.54 47910.25 43.4 1996 36856 10492 28.5 102908.50 37265.09 36.2 1997 85578 22719 26.5 148670.40 65336.30 43.9 1998 84067 23153 27.5 138430.90 51683.40 37.3 1999 97676 24233 24.8 135166.00 47864.00 35.4 2000 122202 31933 26.1 118957.70 45310.80 38.1 2001 124282 30954 24.9 94246.90 30062.10 31.9 2002 139557 29741 21.3 96625.90 31421.20 32.5 合计 805538 203780 25.3 1181371.12 441967.74 37.4 重庆大学硕士学位论文 1 绪 论 2 在 1993 2002 年的十年中，我国公安机关调查的 80 余万起火灾中，电气火灾高达 20 余万起，约占火灾总数的 25.3%，电气火灾所造成的直接经济损失占火灾总损失的 37.4%。其统计数据312详见表 1.1。低压线路上的重特大火灾突出 按照起火源引发重特大电气火灾的频率，进一步对 1993-2002 年十年中有详细信息可查的 2218 起重特大电气火灾案例进行统计分析312的数据详见表 1.2。表 1.2 1993-2002 年我国重特大电气火灾按起火源的统计数据 Table 1.2 Data of severe electrical fire according to fire source from 1995-2004 起火源 重特大电气火灾(起)不同起火源的重特大电气火灾起数占 重特大电气火灾总数的百分比(%)电气设备 224 10.1 线路 1153 52.0 用电器具 341 15.4 用电设备 229 10.3 照明器具 236 10.6 其他 35 1.6 合计 2218 100.0 从统计数据分析表明：引发重特大电气火灾最多的是线路（即电线或电缆），所占百分比高达 52.0%，其中绝大部分是低压线路电气火灾。短路、过热、接触不良、过负载、漏电是造成重特大火灾的主要因素 从分析电气起火原因出发，按照引发重特大电气火灾的具体原因所占比例，进一步对 1993 年-2002 年我国重特大电气火灾中有详细信息可查的 2218 起火灾案例进行统计312的数据详见表 1.3。表 1.3 1993-2002 年我国重特大电气火灾按起火原因的统计数据 Table 1.3 Data of severe electrical fire according to the cause of fire from 1993-2002 起火原因 重特大电气火灾(起)不同起火原因的重特大电气火灾起数 占重特大电气火灾总数的百分比(%)短路 1152 52.0 过负载 102 4.6 接触不良 280 12.6 过热 410 18.5 漏电 39 1.8 雷击 12 0.5 电气故障 223 10.0 合计 2218 100.0 重庆大学硕士学位论文 1 绪 论 3 从统计数据分析表明：近十年来，我国重特大电气火灾多为短路、过负载、接触不良、过热、漏电等故障性电气火灾，其相加所占比例达到 89.5%，其中，短路是引发重特大电气火灾最严重的故障形式，所占百分比高达 52.0%。虽然目前我国电气火灾危害非常严重，特别以低压线路电气火灾尤为突出，但对电气火灾的研究以及在实践中落实相应的防范措施却仍较薄弱，主要存在如下诸多问题：1）电气火灾的研究还未受到社会各有关方面的足够重视，人们对电气火灾形成的基础理论研究不深入，对电气故障火灾模式以及故障和火灾危险性的关系研究不足；2）由于电气火灾原因认定难度大，对火灾现场勘查、调查访问、痕迹物证的勘验目前仍以经验型为主，亟待深入系统研究，以提高认定的准确性，同时，对电气火灾发生后，电气痕迹物证与火灾环境的关系，原发性电气故障和火灾诱发性电气故障在火灾物证中包含的信息研究有待于进一步完善；3）有关电气防火的技术规定零散、不完善，可操作性差；4）电气设计、安装、维护人员对电气防火的技术了解掌握不够，从事电气防火安全监督检查和电气火灾调查的公安消防人员对常见电气故障引发电气火灾的机理，以及线路电气火灾调查认定的方法不熟悉，实际中应用差；5）对综合防治以低压线路为主的电气火灾缺乏研究。针对电气火灾的严重状况和当前存在的问题，本文结合目前消防安全的实际，系统研究了电气火灾发生的原因、分析认定方法和相关的预防措施。通过本课题的研究，对于预防和减少火灾事故，保障社会消防安全和人民生命财产安全具有重要的意义。1.2 国内外研究现状 针对电气火灾日益突出的问题，国内外学者进行了大量的研究工作。当前国内学者对电气火灾的成因和预防措施等问题的研究较多，但没有在整体上对电气火灾产生的原因、分析认定方法以及相关预防措施进行全面系统的研究。相对来说，国外的研究内容更为广泛，且在电气火灾的原因认定等方面对电气火灾进行了较为深入的研究，这些研究为我们进一步开展电气火灾问题的研究工作打下了坚实的基础。1.2.1 国内研究现状 在我国，电气火灾问题日趋受到重视，对该问题的研究，主要从以下几个方面进行展开：对电气火灾进行了定性和归类。电气火灾被定义为电气设施故障性和非故障性释放热能所造成的火灾，另外从类别上又划分为由电气线路、用电设备、器具以及供配电设备引起的火灾，同时将雷电和静电引起的火灾也列入电气火灾范围。这样定性和归类便于对电气火灾进行统计和研究，也比较符合实际情况。重庆大学硕士学位论文 1 绪 论 4 低压线路故障性电气火灾成因及防范的研究。文献13对常见的短路、过负载、接触不良、漏电等电气故障如何引发电气火灾，着重从定性和简单定量方面作了论述。文献14系统分析了常见电气故障造成电气火灾的原理、电气火灾的防范措施和工程方法，总结了各种设备及电气场所火灾防范的具体方法和措施。最近几年人们发现,作为线路短路特殊形式的接地故障（接地短路）是造成线路电气火灾最突出的故障因素，文献15对发生接地故障，形成短路点接触电阻大的电弧性短路起火的机理及防范措施作了重点讨论。最近，在电气火灾形成原因分析方面，高次谐波问题引起了人们的重视。由于低压电网中的高次谐波电流进入公用电网会引起电源电压畸变、波形失真、损耗增加，并使电气线路（特别是中性线 N）过载发热，加速绝缘老化而成为新的重要的电气火灾隐患16。文献16认为，对于这种新的电气火灾原因的防范，可以采取的办法是增大线路截面，特别是增大中性线截面的办法，以减小回路阻抗。对于公用建筑来说，防止谐波危害，除了采取减少线路阻抗的措施外，还可以装设有源(或无源)谐波滤波器、谐波抵消器来滤除或抵消谐波分量。电气火灾原因认定的研究17。原因认定形成了以现场勘查、调查访问、技术鉴定 3 部分情况为基础，综合分析为主导的认定方法和实际操作步骤。1）火灾现场勘查基本形成了以环境勘查、初步勘查、细项勘查、专项勘查为内容的勘查步骤和方法，通过分别依顺序确定起火部位、起火点、起火源、起火物，并收集痕迹物证作为火灾原因认定的重要部分。2）支撑火灾现场勘查的各种火灾痕迹物证，已形成了木材燃烧痕、烟熏痕、混凝土变化痕、倒塌掉落痕、金属变色变性痕、电熔痕等 13 个方面组成的痕迹物证体系，并且还在不断发展和补充。3）线路电气火灾痕迹物证鉴定技术已初步形成了以“宏观法”、“金相法”、“成份分析法”、“剩磁法”为主，并以国家标准体现的技术方法。1.2.2 国外研究现状 国外电气火灾问题也非常突出，其造成的损害性后果相当严重。据美国国家火灾数据中心的统计数据18-20显示，美国从 1989 年到 2002 年期间电气火灾在所有火灾案例中所占的比例大幅度上升。另外，英国、德国和日本等国家也存在同样的电气火灾问题，从而进一步引起了这些国家对电气火灾问题的重视21。事实上，发达国家长期以来把线路电气火灾作为火灾预防的重点。其在电气火灾问题上的研究较为广泛和深入，并且取得了系统性的成果。电气火灾防范方法的研究 电气火灾会引起巨大的损害，然而如果能够弄清其产生的原因并在最初期对其进行防范则可以减少火灾发生的可能。文献22、23对电气设备在安装时的防重庆大学硕士学位论文 1 绪 论 5 火问题进行了研究，前者讨论了国际电工委员会（IEC）发布的第 364 号文件（关于电气安装过程中的火灾防范措施的建议），并研究了从防火角度对电缆绝缘材料分类问题，强调了绝缘材料的重要性；后者描述了通过电气安装来防止火灾扩散的方法。文献24从设计方面论述了电气防火的要点。总之，国外对低压线路电气火灾的初期防范问题做了很多研究。电气火灾产生原因的研究 国外的研究表明，在建筑物火灾中,电气线路及其设备出现故障引起的火灾占据相当大的比例。目前国外对线路电气故障引发火灾问题的研究主要集中在造成短路、过载、接触不良、漏电及保护装置失效的因素及起火原理方面的研究25-27，并对每种电气火灾产生的原因做了详细的分析。电气火灾认定方法的研究 线路电气火灾调查认定的研究和实践也主要围绕上述电气故障进行，其中短路电弧起火的认定受到高度重视2829；线路连线和插头导电片与插座之间接触不良及铜、铝线相接等所导致的“发热”而致使连线、插头处绝缘发生“热降解”到被“引燃”的发展过程在接触不良认定中也受到关注3031；另外，文献32对绝缘材料受热老化、含碳绝缘材料在长期适度的曝热作用下可以具有导电性，电气设施布置不当对接地导体漏电等原因认定进行了研究。几乎在所有的建筑物火灾现场都可看到因为电线之间放电形成的电路熔痕。国外对电气火灾痕迹物证鉴定时很重视电路熔痕的鉴别33。通过对火灾后电路导体的检查（即外观法）来判断熔痕特性，并采用金相检验分析技术，以微观结构为基础，可以确定铜导线的熔痕是火灾加热所致还是电流通过导体发生高热而形成34。Lee E-P35等专家发现在一次短路熔痕中存在石墨和无定形碳两种晶形,而在二次短路熔痕中仅存在无定形碳一种晶形,从而可以用来分辨一次短路和二次短路，并通过测定晶体中树枝状结晶臂间隔和氧化物浓度可以用来评估形成短路熔痕的环境温度。电气火灾现场勘察方法的研究 美国现行的火灾和爆炸事故调查指南36从准备调查、现场检查、记录现场、收集和保存物证、分析事故、做出报告等多方面对火灾现场勘查的基本程序、重点部位、火灾燃烧蔓延痕迹特征、取证的要求等都作出了较为详细的描述，而且不断加以完善（目前为 2001 年版本）,对进行事故调查有较好的指导作用。另外还专门针对电气火灾制定实施了电气火灾事故调查指南，从供电线路、配电设施、常用电器等的勘查，以及物证提取都作了规定。由于发达国家消防设施比我国更加普及完善，如美国建筑消防设施标准均高于我国标准要求，甚至家庭安装使用火灾自动报警、自动灭火装置都已经普及，重庆大学硕士学位论文 1 绪 论 6 因而火灾对建筑的毁损程度一般都低于我国，就火灾原因调查认定而言，国外具体操作难度普遍偏轻。1.3 本课题研究的目的和研究内容 1.3.1 本课题研究的目的 低压线路电气火灾问题是影响我国消防安全的一个重要因素，已经造成了巨大的经济损失和人员伤亡。本文的研究目的在于：通过研究低压线路常见电气火灾产生的原因、分析认定的方法和具体防范的措施，得到对电气火灾整体性分析研究的具体方法，提高人们对低压线路电气火灾问题的认识，促进我国线路电气火灾分析、认定、预防技术水平的提高。1.3.2 本课题研究的内容和方法 1）从电气技术和燃烧原理的综合效应两方面入手，对低压线路常见电气火灾故障产生的原因进行分析，总结归纳造成线路电气火灾故障的常见原因。2）从火灾现场勘查、调查取证、痕迹物证技术鉴定等方面，对低压线路常见电气火灾分析认定方法进行进行系统分析、论述。3）归纳总结预防线路电气火灾的主要措施和应该注意的问题。4）从行政法规、管理体制的建立和完善，技术标准的设立和统一，管理措施的改革和创新，技术研究的方向和重点等几方面，对以低压线路为主的电气火灾，提出综合防治的观点，并提出建议。重庆大学硕士学位论文 2 低压线路常见电气故障火灾原因分析 7 2 低压线路常见电气故障火灾原因分析 大量统计数据及火灾案例表明，低压线路电气火灾是目前我国电气火灾中危害较为严重的一种。低压线路电气火灾突出，原因是多方面的。电能的使用主要是直接通过低压线路而获取，即低压线路广泛分布于建、构筑物内部，靠近可燃物，引起火灾的机率大；近些年来社会用电量大增，但供电量和低压供电线路容量不能适应用电形势发 展的需求，易于产生故障造成电气火灾；根据低压供电保护及燃烧原理，低压线路本身发生故障可引发电气火灾。由于线路故障的发生经常是线路上所安装的电气设备产生故障所引发，而使用设备的大多是一般的非电气专业人员，造成设备及线路电气火灾故障机率多；各类用电器具的使用及供用电形式呈日益多样化之势，但与之相对应的低压线路防火保护措施无论是技术水平还是新技术、产品的推广使用，都与现实安全用电的需要和现行国际先进技术标准的要求较大差距；低压线路发生短路、接触不良、过载、漏电等常见电气故障时，往往形成具有较大点火能量的起火源（电弧、高温等），不仅由于其温度一般均超过常见可燃（爆）物的燃（闪）点，容易着火，而且因为故障的持续作用还可使目前仍大量使用的普通低压线路（非阻燃、耐火线路）的绝缘层着火而造成火灾。总之，低压线路火灾是电气火灾的一种主要形式，而低压线路火灾产生的原因主要是短路、接触不良、漏电和过载，对这几种低压线路电气火灾主要原因进行分析是预防和分析电气火灾的关键之点。2.1 低压配电系统接地形式 为了分析低压线路电气火灾形成的主要原因，首先要分析低压配电系统的主要接地形式，我国在低压配电系统中，广泛采用中性点直接接地的系统运行方式，其目的是为了防止用电设备因绝缘损坏造成人身触电和电气火灾。从系统安全的意义讲，电气火灾的发生正是由于系统不能正常协调运行，以至故障产生后未能及时切除，防止火灾的保护作用未能正常发挥。因此，选择正确的接地形式，构成合理有效的低压配电系统对防止电气火灾的发生十分重要。从低压配电系统接地保护看，常见的有下列几种形式及特点37：TN-C-S 系统。如图 2.1，又称四线半系统。其特点是末级供电变压器中性点直接接地，供电线路在进入建筑前由四根线路（L1、L2、L3、PEN）组成，四重庆大学硕士学位论文 2 低压线路常见电气故障火灾原因分析 8 线的末端(一般是在进入建筑处)将 PEN 线分为中性线 N 和保护干线 PE（并采用重复接地措施），分开后不再合并。系统利用安装熔断器或断路器与线径的配合实现相线之间、相线与中性线之间短路或过负载保护（过流保护）；用电设备的外露可导电部分通过自身的 PE 线接到 PE 干线上，当绝缘失效，发生常见的相线与设备外露可导电部分相接触时（接地故障之一），短路电流 Id可通过 PE 线使保护装置动作并使外壳对地电压降低，从而实现保护。L1L2L3PENIdIdPE设备外露导电部分熔断器或低压断路器三相用电设备F单相用电设备PENPEIdIdFIdId 图 2.1 TN-C-S 系统原理图 Fig.2.1 TN-C-S system principle TN-S 系统。如图 2.2 所示，又称五线制系统。其特点是系统始终保持三根相线 L1、L2、L3，一根中性线 N 及一根保护干线 PE 线供电，保护原理与 TN-C-S 系统基本相同。L1L2L3NIdId设备外露导电部分熔断器或低压断路器三相用电设备FPEId单相用电设备FPEPEIdIdId 图 2.2 TN-S 系统原理图 Fig.2.2 TN-S system principle 重庆大学硕士学位论文 2 低压线路常见电气故障火灾原因分析 9 TN-C 系统，如图 2.3 所示,又称四线制系统。与 TN-C-S 系统的差别是 PEN线进入建筑后不分开，系统内短路、过负载保护与 TN-C-S 系统基本相同，不同的是，其用电设备的外露可导电部分通过自身的 PE 线接到 PEN 线上实现接地故障保护。L1L2L3PENIdIdPE设备外露导电部分熔断器或低压断路器三相用电设备F熔断器或低压断路器单相用电设备FPENNIdId 图 2.3 TN-C 系统原理图 Fig.2.3 TN-C system principle TT 系统，如图 2.4 所示。与 TN 系统不同的是，用电设备的外露可导电部分通过各自的 PE 线接地实现接地故障保护。痛 L1L2L3NId设备外露导电部分熔断器或低压断路器三相用电设备F单相用电设备FIdPEPEIdIdIdIdIdRbRa 图 2.4 TT 系统原理图 Fig.2.4 TT system principle 重庆大学硕士学位论文 2 低压线路常见电气故障火灾原因分析 10 以上各种接地形式系统具有各自的特点，分别适用于不同的场合。TN-C 系统过去是我国低压配电系统中广泛采用的系统，在这个系统中，由于中性线与保护线合二为一，可节省线路投资。但如果 PEN 断线，可使接于 PEN 线的设备外露可导电部分带电，对人产生触电危险。在现在安全要求较高的民用建筑中已不再采用了。TN-S 系统的中性线与保护线是分开的，正常工作时，PE 线上没有电流，当相线与设备外露可导电部分发生接触时，短路电流可通过PE线使保护装置动作，从而实现保护。该系统目前广泛应用于对安全要求较高的民用建筑中。TN-C-S 系统的优点与 TN-S 系统相同，也较多用于民用建筑。对于 TT 系统，当外壳出现接地故障时，电气设备容量较大就可能出现短路电流 Id小于熔断器熔体的额定电流的情况。此时熔体不熔断，故障长期存在，从而电气设备持续发热，有可能引发电气火灾。所以，在 TT 系统中，只有各设备的可靠接地及合理选择接地电阻参数，才能使该系统安全运行。2.2 短路火灾原因分析 短路是指电力网中（或电气设备中）不同电位的导电部分直接金属性连接或经过小阻抗连接在一起。短路是引起电力系统严重故障和电气火灾的重要原因之一，低压线路、电气设备常因短路而造成电气火灾。大多数电气线路、用电设备发生短路故障，造成短路回路电流突然剧增，产生高温或电弧，引燃线路绝缘层或短路故障处可燃物所造成的火灾称之为短路火灾。短路火灾是目前造成线路电气火灾最为严重的火灾事故。2.2.1 短路形式及短路电流计算 RrUId（I）U电源电压(V)；R负载电阻()；r线路电阻()；I正常时回路电流(A)；Id短路电流(A)图 2.5 单相短路示意图 Fig.2.5 Sketch map of single-phase short circuit 重庆大学硕士学位论文 2 低压线路常见电气故障火灾原因分析 11 如图 2.5 所示，正常时回路电流为：RrUI+=（2.1）当电位不同的导体非正常接触时，由于负载电阻被切除，而供电线路电阻很小，就形成短路回路。此时：rUId=（2.2）因为 rI。一般情况下，短路电流可达线路安全截流量的十几倍至几十倍。同时，因接触处的接触电阻相对大，短路电流通过时所产生的高温，往往使接触点金属熔化。在低压供电系统中，不同电位导体间非正常接触而发生短路的形式有多种，从最为常用的 TN-C-S 系统分析，线路短路的形式如图 2.6 所示。L1L2L3PENPE设备外露导电部分二相短路三相用电设备NPEPE单相用电设备单相短路接地故障三相短路接地故障接地故障接地故障 图 2.6 TN-C-S 系统短路示意图 Fig.2.6 Sketch map of system short circuit 在 TN-C-S 系统中，短路电流有如下几种形式。三相短路 低压电网的三相短路是一种对称短路，此时短路电流最大。其短路电流稳态值 Id（3）（周期分量）可按下式计算38：=+=Z3UXR3UIp22p)3(d （2.3）Up低压网络平均额定线电压（V），对 380V 网络，Up=400V，对 220V 网络，Up=230V。R、X、Z分别为短路回路的总电阻、总电抗、总阻抗，单位 m。它重庆大学硕士学位论文 2 低压线路常见电气故障火灾原因分析 12 包括供电变压器每相绕组的电阻、电抗；供电母线每相电阻、电抗；室外电力电缆每相电阻、电抗；室内供电线路每相电阻、电抗；电流互感器一次侧线圈电阻、电抗；低压断路器过电流脱扣器线圈电阻、电抗；隔离器、刀开关、低压断路器等控制电器触头的接触电阻等。二相短路 二相短路电流的大小，与短路点距电源（发电机）的距离有关。远离电源点（一般情况）的二相短路电流稳态值 Id（2）（周期分量）可以通过三相短路电流稳态值 Id（3）（周期分量）按下式计算38：)3(d)3(d)2(dI87.0I23I=（2.4）单相（相零）短路 单相短路是一种非对称短路，其短路电流 Id（1）大小可按相零回路法计算38：=+=XLXL2XL2)1(dZUXRUI （2.5）U低压网络平均额定相电压（V），对 220V 网络，U=230V。RXL、XXL、ZXL分别为短路相零回路的总电阻、总电抗、总阻抗，单位 m。与（3-3）式所不同的是，总电阻、总电抗由各部分的正序、负序、零序电阻、电抗组成。接地故障（“接地短路”）接地故障是指相线与地或与地有联系的导体之间的非正常电气接触。它包括相线与 PE 线、PEN 线、配电和用电设备的金属外壳（即“电气系统内接地导体”）之间，以及相线与接地的金属管槽、建筑物金属构件、上下水和采暖、通风等管道以及金属屋面、水面（即“电气系统外接地导体”）之间的非正常电气接触39。1）当相线与“电气系统内接地导体”非正常电气接触时，接地故障电流 Id的大小，与（2-5）式 Id（1）的求法相类似。2）当相线与“电气系统外接地导体”非正常电气接触时，接地故障电流 Id的大小可由下式求取：=+=XLXL2XL2dZUXRUI （2.6）U低压网络平均额定相电压（V），对 220V 网络，U=230V。RXL、XXL、ZXL分别为短路回路的总电阻、总电抗、总阻抗，单位。其它接地系统短路形式及短路电流大小的求法，可与 TN-C-S 系统相类似确定。重庆大学硕士学位论文 2 低压线路常见电气故障火灾原因分析 13 2.2.2 不同性质短路火灾危险性分析 按照短路时短路故障处不同电位导体之间的接触状态，短路一般又分为金属性短路和电弧性短路。金属性短路起火原因的分析 当短路故障点处两导体接触点因短路电流高温熔化焊牢，则接触电阻很小(可忽略不计)，短路回路成为金属性短路而导通，短路电流很