电气防火限流式保护器在电动车充电线路中的应用

 

　　关键字：电动车；充电；火灾；电气防火限流式保护器

 

　　0 引言

 

　　电动车在日常生活中，大家都不陌生。电动车以其轻巧、便捷而且无尾气排放的优点，普及全国。由于着城市道路拥堵，汽车停车难的问题困扰，致使电动车保有量进一步增长。随着电动车的大量普及，电动车火灾事故也越来越多，并呈逐年增长趋势。小区中，很多电动车充电地点集中在通道、车库、简易车篷内。一旦发生火灾，火焰和浓烟将封堵安全出口、逃生通道，造成人员伤亡甚至群死群伤火灾事故。电动车的电池，在充电过程中，如果电池老化、电路老化、充电事故等产生火花，只需30秒，就能产生火焰温度310度的火苗，2分钟后火焰温度达到680度，车身上的塑料就会被引燃，瞬间火灾迅速发展，并释放大量有毒气体。吸入高温烟气，气管会被灼伤，进而导致窒息。一台电动车燃烧时产生剧毒的一氧化碳等气体，充斥在楼房内，足以使上百人窒息而亡！

 

　　一、电动车充电火灾案例及成因分析

 

　　1.1电动车充电火灾典型案例

 

　　1）2019年7月16日凌晨0：40分许，山西晋城市凤台西街的秀水苑小区40号楼2单元居民楼发生火灾， 原因是住户通过“飞线”的方式私拉电源线给电动自行车充电引起火灾，并引燃周边可燃物导致的火灾。本次事故共烧毁1辆电动三轮摩托车、9辆电动自行车、1辆摩托车，所幸未造成人员伤亡

 

　　2）2020年4月8日上海市应徐汇区日晖六村某号三楼和发生火灾。灾造成一名90后快递员不幸遇难，经调查，火灾由充电中的电动车锂电池起火引发。

 

　　3）2020年8月8日5时14分，南京市鼓楼区金陵村小区405号一楼楼道内电动自行车发生火灾，5时38分明火被扑灭，火灾造成3人死亡。事故原因系电动车充电时电瓶短路冒烟起火。

 

　　1.2电动车充电火灾事故的原因

 

　　电动自行车因充电引发火灾事故的原因多种多样，但具体归纳起来主要有以来几种原因：

 

　　1）消费者在给电动自行车充电时使用了不匹配型号的充电器或蓄电池，导致充电器或蓄电池过热引发火灾。

 

　　2）电动自行车蓄电池老化引起的外壳裂纹进水或线路短路，并在充电时发生冒烟事故，特别有些人违规在室内充电，发生火灾后室内人员大多因逃离不及时烟熏而亡。

 

　　3）有些小区没有专门的室外充电场所，楼内的居民将电源线从家里“飞”出充电，遇有下雨天气因短路导致火灾的发生。

 

　　4）电动车充电线路没有充电保护装置，充电时电流过大或时间过长，造成充电线路过热起火，成为发生火灾事故的重大隐患。

 

　　二、电动车充电过程中起火原因分析

 

　　据不完全统计，电瓶车火灾80%的发生在充电过程中，主要原因系充电回路电气线路故障所致。

 

　　1）为什么充电时短路故障引发的电气火灾比例如此之高？

 

　　线路短路时，短路电流在短时间内能达到额定电流的十几倍甚至几十倍。根据焦耳定律：Q=IRT，在较短点产生的热量成指数倍增加，使短路点瞬间熔化并火星四溅，产生电弧，发生电弧的同时会产生热（大于3000摄氏），电弧产生的高温足以点燃车身塑料件及周边易燃物，故而引发火灾事故。

 

　　2）短路故障会产生电弧，那么，什么是故障电弧呢？

 

　　故障电弧，由于电气线路或设备中绝缘老化破损、电气连接松动、空气潮湿、短路、电压电流急剧升高等原因引起空气击穿所导致的气体游离放电现象，俗称电火花，又叫打火。

 

　　故障电弧分类有：

 

 

下面看一个故障电弧引发的线路着火实例(5安培串行弧)

 

 

 

　　三、政策文件及应对措施

 

　　电动自行车充电引发的安全问题引起了国家和社会的高度关注。2017年12月29日公安部消防局发布《关于规范电动车停放充电加强火灾防范的通告》，要求充分认识电动车火灾危害，落实停放充电管理责任，规范电动车停放充电行为，严厉查处违规停放充电行为。

 

　　2018年5月15日国务院发布《国务院安委会办公室关于开展电动自行车消防安全综合治理工作的通知》开展电动自行车消防安全综合治理工作。

 

　　多地政府部门也纷纷出台政策，将电动车火灾纳入消防条例，开展对电动自行车停放充电火灾事故进行整治工作，整治重心都放在规范停放和充电行为上。其中：

 

　　A) 上海市工程建设规范 民用建筑电气防火设计规范：DGJ 08-2048-2016中第5.4.8条规定：“租售式商场商铺、批发市场、集贸市场、甲乙丙类危险品库房等场所的末端配电箱应设置电气防火限流式保护器；幼儿园、老年人建筑、集体宿舍及电动车充电站等场所的末端配电箱宜设置电气防火限流式保护器。”

 

　　B) 上海市安全生产委员会办公室文件2017年8月21日下发：市安委会办公室关于印发《上海市电气火灾综合治理工作导则》的通知中，第7.1条推广应用电气防火限流式保护器，用于电气短路、电线过载发热情况下快速切断故障电路。

 

　　C) 江苏省市场监督管理局2020-11-06发布的电动自行车停放充电场所消防技术规范中，第9.2.3明确规定：供电自行车充电设备的末级配电箱，其出线回路应设置电气防火限流式保护器

 

　　D) 长沙高新区管委会办公室关于印发《长沙高新区电动自行车集中充电棚设置安装实施规定》的通知中，其中规定：住宅小区设置电动自行车集中停放场所应具备定时充电、自动断电、故障报警、电气火灾监控和可视监控、带有灭弧式短路保护等功能的智能充电控制设施设备……

 

　　面对日益严重的电动自行车电气火灾事故，只靠政府政策约束是不够的，消费者在给电动自行车充电时应注意以下问题：

 

　　1、按照电瓶容量大小的不同，一般夏季在5-6小时，冬季在8-10小时内就能充满电。充满之后要断开电源。

 

　　2、夜间及凌晨易引发着火，所以充电在白天进行，有人看护。一旦发现充电器上的小灯变绿，就应该尽快拔掉。

 

　　3、电动车一定要停放在电动车管理场所，切勿停放在楼道内和暴晒、淋雨的环境！

 

　　4、不要私拉电线，或者私自改装电池或加装音响、照明或者加装电瓶，造成线路负载。

 

　　5、远离易燃易爆物品。电瓶车在充电时，要仔细检查附近是否堆放易燃易爆物品。充电器不要放在电瓶车座椅上充电，防止着火。

 

　　6、加强日常自查自检。防止接触不良引起接触点打火，发热，避免线路老化、磨损而造成短路、串电事故的发生。

 

　　四、电气防火限流式保护器在电动车充电线路中的应用

 

　　以上措施可以有效预防电动车充电火灾的发生，但我们认为单靠人力进行预防、监督还是不够的，我们应该充分利用智能电气设备来加强电动车充电电气火灾发生的可能。安科瑞ASCP200-1电气防火限流保护器既是为此种需求而专门设计的产品解决方案。

 

　　1）ASCP200-1工作原理

 

　　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。而电气防火限流式保护器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。

 

图1短路故障前后电流与时间关系图

 

　　如图1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点时即可微秒级时间内瞬间切断短路电流，不产生危险电火花，防止短路点短路能量的聚集以至引发火灾事故。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。因此当装配电气防火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。

 

　　2）ASCP200-1型电气防火限流式保护器主要功能如下:

　　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，抑制因短路电流过大所引起的电气火灾事故；

 

　　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：当被监测的线路漏电超过报警设定值时，保护器发出声光报警信号，可预先设置是否启动限流保护；

 

　　G） 通讯功能：保护器配置1路RS485接口，1路2G无线通讯，可以将数据发送到后台监控系统，实现远程监控。监控后台可以是安科瑞Acrel-6000/B电气火灾监控主机，也可以是安科瑞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

 

　　3）ASCP200-1技术参数

 

 

　　4）ASCP200-1应用示意图

 

　　ASCP200-1型电气防火限流式保护器建议安装在末端配电箱总开关下端，额定电流值根据入户开关的具体规格进行设置，典型应用示意图如图2所示：

 

 

图2 ASCP200-1安装位置示意图

 

　　五、安科瑞电气防火限流式保护器应用案例

 

　　苏州某小区由于建造时间早，硬件设施落后，没有充电设备，居民不得不想方设法给电动车充电。每栋单元楼几乎都存在着不同程度的私拉电线现象，居民从家中、楼道内拉出长长的电线为电动车充电，看似省事，却存在诸多安全隐患。经社区和物业协商统一在公共位置安装电动车充电桩，选用安科瑞ASCP200-1型电气防火限流式保护器配合安装，该项目目前已经通过客户验收，运行良好。（在该小区充电桩配电回路上安装的现场照片）

 

　　六、结语

 

　　电气防火限流式保护器安装在电动车充电线路中，可以有效保护充电回路。安科瑞电气防火限流式保护器自研发生产以来，经过客户实际应用，排除了多起电气火灾隐患。目前为止，在所安装的电气回路中，至今未发生一起电气火灾事故，受到使用单位的高度评价。该产品对于有效预防电动车充电火灾的发生、减少火灾危害、保障人身财产安全、维护社会和谐稳定发挥了十分重要的作用。

 

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