建筑电气系统故障的诊断研究
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摘要：在实际中，电气系统出现故障的次数十分频繁，影响人们的正常生活。特别是在高层建筑中，如果电气系统发生故障，电梯就无法使用，给人们的生活带来很多不便。除了电梯还有很多应用的电气设备，对人们的生活和工作都有很大的影响。为了保障人们的生活不受影响，保证建筑的使用更能的完善，应该增加对此问题的关注度。
关键词：建筑电气系统；故障；诊断
一、接地故障电弧性短路产生的机理
接地故障电弧性短路是带电导体对地短路，是以电弧为通路的电弧性短路（如图1）。而电弧引起的局部温度可高达3000～4000℃，很容易烤燃附近可燃物质引起火灾，但由于接地故障引起的短路电流较小，不足以使一般断路器动作跳闸切断电源，所以电弧性短路引起火灾危险远大于其他电气火灾。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，空气开关或其他过流保护装置难以动作（保险丝一般不会被熔断），从而使电弧持续存在。同时，在实际工程中，很多场所又限制了漏电断路器的功能，重要场所漏电断路器仅动作于报警，使得漏电断路器失去了本身的意义，而报警又不能及时被知晓，火灾发生的概率大大增加。据测，接地故障电弧性短路其短路电流受阻抗，电弧长时间延续，仅略大于0.5A的电流产生的电弧温度即可高达3000～4000℃，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。
图 1 接地故障电弧性短路机理 图 2 a， b， c， d 点为电弧性短路点
二、接地故障电弧性短路的危险性
在电气线路短路起火事故中，接地故障电弧性短路引发的火灾概率远高于带电导体间的电弧性短路引发的火灾概率，这首先是因为接地故障概率远大于带电导体间的短路概率，其根本原因之一是带电导体对地的绝缘水平总是低于带电导体之间的绝缘水平，原因之二是电气线路施工时，穿钢管拉电线、电缆时带电导体绝缘外皮与钢管间的摩擦易使绝缘受损。一旦发生接地故障，由它引起危险电弧的几率也远大于带电导体间产生危险电弧的几率，这可用图2来说明。图中a，b，c和d各为相线、中性线和PE线的连接端子。a，b两端子如连接不良或不导电，设备将不运转或运转不正常，可及时觉察予以修复，不致引发事故。但PE线的端子c，d不导电或导电不良却不易觉察，因设备仍能照常运转，这时c，d端子的连接不良将成为一个事故隐患而持续存在。若一旦发生图1所示碰外壳接地故障，如果c，d端子不导电，设备外壳对地带相电压而导致电击事故。如果c，d端子导电不良，端子处将迸发电火花或电弧，很易引起火灾。
三、剩余电流式电气火灾监控系统的原理
1、利用电流互感器检测电流的原理
参照图3，如果导线中流过的电流为i1，i1在其周围将产生电磁场，电磁场的强弱与导线中的电流大小成正比。电流互感器为高导磁率器件，把它置于电磁场中，在其次级线圈中将感应出交变电流i2来。i2=i1/n，其中n为互感器的匝数。可见，i2与i1成正比。
图 3 用互感器提取电流信号 图 4 漏电电流检测
2、漏电检测
如图4所示，在正常情况下，L线及N线里流过的电流大小相等，方向相反。如果线路绝缘劣化，例如L线对地形成电阻，其电流为IR，此时：I1=I2+IR，则IR=I1-I2≠0。在图中的a处如果将电流互感器套住L线和N线，则电流互感器的线圈中将感应出与IR成正比的电流。将电流互感器安装在b处，同样也可以检测出IR。我们将IR称为漏电电流，其数值大小反映了配电线路及电气设备的电气绝缘性能。另外，由于IR是I1和I2的差值，所以也将IR称为剩余电流。电气火灾漏电探测报警器由电流互感器和仪器本体构成，仪器本体具有将电流互感器提取的漏电电流信号进行放大、变换、处理及输出的功能，也有控制其它电气开关或设备动作的功能。
3、剩余电流式电气火灾监控系统的作用
①不仅仅是我国，在国际上情况也大多相似，对于一个先进的机械设备，还有航天飞行设备有已经建立相应的故障诊断系统。可是建筑电气系统却没有相应完善的诊断技术，一般情况下都是技术人员进行人工故障排查。主要原因基本上可以说是两点，建筑电气系统因为其特性所以电压不高，在处理时没有很大的危险，而且处理比较容易，所以往往更容易被忽略，相关的技术人员一般都把关注度放到其它大型电气系统上。还有就是建筑电气系统十分复杂，这就使得发生故障的时候进行故障诊断的难度系数很大。但是建筑为人们提供生活和工作的建筑空间，在建筑内部有着庞大的电气网络，这些电气和人们密不可分，对人们的生活生产有着重大意义。
②剩余电流式电气火灾监控系统是一种在线实时监测用电系统绝缘状态的智能化电子装置，用于防止线路及设备绝缘老化或机械损伤产生漏电导致接地故障而引起的电气火灾。当漏电电流达到报警设定值时仪器发出声光报警信号，数字显示漏电电流，指示故障方位，并可识别漏电类型；不受用电系统的容量限制，既可监测整个单位的绝缘状况，也可用于监测一个单位中的局部负载；电流互感器为全屏蔽结构，抗干扰能力强，不会产生误动作；通过联网还可以构建多点检测集中报警的监控系统。实际上，漏电断路器和剩余电流式电气火灾监控系统是相辅相成的，配套使用效果最佳。前者安装在负载终端线路上，主要用以切断电源防止终端的人身电击；后者安装在用电单位变压器中性线接地线上或分配电盘处，随时检测用电单位整体或干线的漏电电流，如超过设定值即自动报警，主要用于预防漏电引起的电气火灾。
参考文献：
[1]王亚慧，张龙，韩宁.建筑电气系统故障诊断方法研究[J].计算机仿真.2014（02）
