限流式保护器在防范电动自行车火灾等低压电气火灾中的应用

前言

       众所周知，电动自行车是以轮毂电机、电机控制器、金属车架等部件为主要结构，以动力电池为行动能源，以多元化低压电气系统为控制手段。其以轻便快捷、价格便宜、绿色环保、通行性高、停车不设限等先天优势，在我国的城乡迅速普及，成为广大群众出行的主要代步工具。与此同时，电动自行车引发的火灾事故不断上升，亡人伤人风险与日俱增。防范电动自行车火灾是当前消防安全管理的重要内容之一。本文从电动自行车构成部分低压电气系统的致灾因素角度，粗略分析电动自行车消防安全风险源头，旨在启示电动自行车火灾防控方向。

1低压电气火灾成因

       从电力学的角度来看，低压电气线路形成火灾事故主要成因有四方面。

1.1电路短路

       在常用电气设备或电力传输网络中，不同电位的导电部分，直接用金属导线或小电阻设备连接在一起，造成短路回路电流突然剧增，从而致使导线瞬间产生高温、电弧甚至线路熔断，点燃绝缘层和故障点附近可燃物，继而引发火灾事故。在实际生产生活中，电路短路是引发电力故障和电气火灾事故的重要原因之一。

图1常见电路短路示意图

1.2接触不良

       导线与导线、导线与配电、用电设备之间连接时，因接触不良或接触电阻过大，在电气线路持续电流的作用下，致使导线接触处产生高温或电弧，同样可以引燃绝缘层或附近可燃物引发火灾事故。接触不良是线路火灾容易忽略并难以防止的一种。

1.3线路漏电

       低压电气线路的绝缘材料受外部因素影响或自然老化，绝缘性能下降甚至消失，电流从电流回路内泄漏出来，流到周边可接地物体上，形成漏电电流路径。在该路径上可能产生高温、电弧、电火花，从而引燃周围可燃物形成火灾事故。此类火灾难以预防，可发生于相线与中性线、相线与接地之间。它通常还易形成人员触电事故。

图2示意图2

图3非正常漏电流示意图

1.4电路过载

       通过电气线路的电流超过其安全载流量，导致电气线路产生高温，引燃绝缘层或周围可燃物形成火灾事故。线路过载是造成线路电气火灾的又一重要因素。过载不仅能直接引起火灾，而且过载会损坏线路绝缘材料，又往往是引起线路短路、接触不良、漏电等故障的先导因素，需重点加以防范。

 

2电动自行车的火灾防范

       通过以上分析，防范电动自行车火灾事故既要提髙安全管理措施，还要从本质上改善车辆内在致灾因素入手。综合考虑低压电气线路防范短路、过载、漏电、接触不良等情况的措施，最有效的是严格选择电线电缆、合理规划线路敷设路径、稳定电气设备电压电流温度等参数，保持电气连接部位接触良好、使用熔断器等安全保护装置、优化绝缘材料性能，辅之以减少周边可燃物(即电动自行车易燃外壳)等方式。相应来讲，电动自行车防范火灾事故，可以从以下方面进行着手。

2.1优化安全技术规范

       在车身制造上，优化整车结构研发，加大优质创新防火材料和超轻耐用金属材质的使用，使电动自行车能够兼顾美观、耐用的客户要求和轻量、安全的标准要求。在内部电气线路上，要科学布置线路走位，釆用优质线缆材料和电气设备。在元件使用上，要加大各电气系统模块化整合设置，尽量减少分散的辅助电气线路的连接，从而降低导线连接点的安全风险。同时，相关部门可研究制定相应的指导意见，鼓励电动自行车生产企业主动提升安全技术规范，采用成熟优质稳定的动力电池，从本质上降低电动自行车发生火灾风险因素，提升电动自行车防控火灾的能力。

2.2严把安全质量关口

       在生产环节，电动车产业集聚地区要严格核查电动自行车生产企业的生产资质，要督促电动车生产企业严格按照《电动自行车安全技术规范》(GB 17761-2018)合法生产合规产品。在销售环节，各地要按照相应出台非机动车安全管理条例，建立市场监管、安监、公安等联合执法机制，加大销售、组装等。在使用环节，公安、交管等部门要加大群众电动自行车日常使用的监督管理，查处违规改装电气线路、超规配置电池等行为。在维修环节，要严格把控电动自行车修理维护质量，规范维修网点的零配件质量和安装规范，确保维修后的整车电气线路性能合规。

2.3规范充电场所建设

       从用户使用场景来看，要参考《电动自行车集中停放充电场所建设消防安全参考技术要点》，规范电动自行车集中停放充电装置建设，持续开展高质量的充电设施建设，力争实现有条件的住宅小区及人员密集场所电动自行车充电设施建设全覆盖，从而解决电动自行车或锂电池进门入户充电行为，最大限度减少电动自行车火灾形成时造成的人员伤亡风险。对于新建小区，将电动自行车棚和充电桩规划纳入新小区的建设设计中，实现电动自行车的停放和充电至少达到1 1的条件。对于老旧社区，协同住房城乡建设管理部门做好电动自行车集中停放场所后续增设工作。同时，辅助建设电梯智能阻车系统、电动自行车充电棚安防设备，主动接入政府一网统管系统，积极提升电动自行车安全使用的监管成效。

2.4安全用车用电宣传

       对人民群众开展经常性的宣传教育，提示电动自行车的安全隐患、正确使用方法包括充电停放、保养维护等，引导群众安全合法使用电动自行车。严格依法查处违规停放、充电等行为，依法追究相应责任。定期组织电动车火灾警示教育，加强对群众电动车火灾处置和逃生知识的宣传，提升群众安全防范意识，扭转电动自行车火灾防范被动应付的局面。

3限流式保护器在电气防火的应用

3.1限流式保护器的功能及应用方案

3.1.1限流式保护器的设计

       电气防火限流式保护器可有效克服传统断路器、空气开关和监控设备存在的短路电流大、切断短路电流时间长、短路时产生的电弧火花大，以及使用寿命短等当弊端，发生短路故障时，能以微秒级速度快速限制短路电流以实现灭弧保护，从而能显著减少电气火灾事故，保障使用场所人员和财产的安全。

安科瑞ASCP200-1电气防火限流式保护器的主要元件是固态开关，不同于传统家用的空气开关（微断）。我们知道，传统空气开关的断开是一种机械运动过程，分断时间需要几十毫秒(一般30～50ms)，带负载断开时通常伴随有电弧的产生。而固态开关的断开则是依靠半导体内部的载流子运动实现，分断时间微秒级，速度快，无电弧产生。

如图4所示，当发生短路故障时，传统空气开关在电流升至C点时才能动作，且无法瞬时切断电流，而固态开关则可以在电流升至B点时即瞬间切断短路电流。

图4短路故障前后电流与时间关系图

       从流过电阻的电流热量公式Q=I2Rt，可以很容易看出，传统空气开关与固态开关在短路时所释放的能量差别可以达到数千倍之多。因此当装配限流式保护器的回路发生短路故障时，就可以避免电弧的产生，从而有效降低了电气火灾。

3.1.2 ASCP200-1功能特点

 

       ASCP200-1型电气防火限流式保护器是单相限流式保护器，较大额定电流为63A。主要功能如下:

       A）短路保护功能，线路发生短路故障时，能在150微秒内实现快速限流保护；

       B）过载保护功能，线路持续过载时，保护器限流保护；

       C）表内超温保护功能，保护器内部器件工作温度过高时，保护器限流保护；

       D）过/欠压保护功能，线路欠压或过压时，保护器告警或限流保护（可设）；

       E）电缆温度监测功能，被测线缆温度超过报警设定值时，保护器告警或限流保护（可设）；

       F）漏电流监测功能，线路漏电超过报警设定值时，保护器告警或限流保护（可设）；

       G）通讯功能，保护器配置1路RS485接口，1路2G无线通讯，可以将数据发送到安科瑞Acrel-6000安全云平台，或第三方监控软件或平台，从而实现远程监控。

审核编辑：符乾江