電氣防火限流式保護(hù)器在電動自行車充電裝置中的應(yīng)用

劉丹

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定   202108

摘要：鉛酸蓄電池是電動自行車的主要動力源，電動自行車導(dǎo)致的火災(zāi)事故多發(fā)在電池充電過程。本文通過結(jié)合鉛酸蓄電池電動自行車的起火原理和電氣防火限流式保護(hù)器的功能，闡述了預(yù)防電動自行車充電過程中電氣火災(zāi)事故的方法。

關(guān)鍵詞：鉛酸蓄電池；電氣防火限流式保護(hù)器

0：概述

   鉛酸蓄電池具有成本低、性價(jià)比高、可靠性好、原材料易獲得等優(yōu)點(diǎn)，目前市場上絕大多數(shù)電動自行車使用鉛酸蓄電池。隨著鉛酸蓄電池電動自行車使用量的不斷上升，電動自行車引起的火災(zāi)也呈逐年上升趨勢，并造成重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國80%以上的電動自行車火災(zāi)發(fā)生在充電過程中，其中亡人火災(zāi)幾乎全都發(fā)生在車輛停放或充電時(shí)，故探究電動自行車充電過程的起火機(jī)理對預(yù)防電動自行車火災(zāi)有重要意義。

1：鉛酸蓄電池充電過程起火機(jī)理

   1）鉛酸蓄電池?zé)崾Э匾l(fā)火災(zāi)：熱失控是指鉛酸蓄電池的電流和溫度發(fā)生積累的互相增強(qiáng)的作用，并導(dǎo)致蓄電池的損壞的過程。充電過程的電化學(xué)反應(yīng)釋放熱能和充電電流的形成的電池發(fā)熱共同導(dǎo)致熱量聚集，當(dāng)熱能發(fā)生速度大于蓄電池的熱耗散速度時(shí)，蓄電池溫度上升超過環(huán)境溫度，蓄電池溫度升高會導(dǎo)致充電電流增加，這又引起蓄電池溫度升高，繼而發(fā)生惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致熱失控。蓄電池?zé)崾Э厝菀自斐呻姵夭垠w軟化，電池殼體破裂或極柱密封不嚴(yán)，導(dǎo)致內(nèi)部電解液漏出形成電池正負(fù)極間外部短路進(jìn)而引發(fā)火災(zāi)。

   2）鉛酸蓄電池內(nèi)部短路起火：鉛酸蓄電池的最小單元為電壓2V的單格電池，數(shù)個單格電池串聯(lián)成到所需電壓的蓄電池，鉛酸蓄電池的內(nèi)部短路指鉛酸蓄電池內(nèi)部單格電池的正負(fù)極群之間發(fā)生連接、觸碰。主要原因有①：隔板質(zhì)量不好或破損，使極板活性物質(zhì)穿過，致使正負(fù)極板虛接或直接接觸。②隔板竄位致使正負(fù)極板相連。③極板上的活性物質(zhì)脫落后沉淀在電池的底部形成“導(dǎo)電層"，“導(dǎo)電層"厚度增加至接觸正負(fù)極板的下緣時(shí)，致使正負(fù)極板相連。④蓄電池密封不嚴(yán)，正負(fù)極板因外來導(dǎo)電物體進(jìn)入而發(fā)生相連。⑤焊接極群和裝配時(shí)有“鉛流"、“鉛豆"殘留在正負(fù)極板間，充放過程導(dǎo)致隔板破損形成正負(fù)極相連。

   3）過充電導(dǎo)致氫爆炸：當(dāng)充電過程電化學(xué)反應(yīng)持續(xù)點(diǎn)解水產(chǎn)生大量氫氣并不斷釋放，蓄電池中或空氣中的含氫量積累至爆炸極*，遇到點(diǎn)火源就會形成爆炸。當(dāng)存在以下情況時(shí)蓄電池的爆炸幾率大幅上升：①過充電，②蓄電池內(nèi)部極柱、穿壁焊等處存在虛焊點(diǎn)，③充電電流過大。正常的充電過程中，如果蓄電池存在排氣孔堵塞問題，鉛酸蓄電池負(fù)極析出的大量氫氣會先造成電池爆裂，爆裂引起蓄電池震動，極柱接線不牢產(chǎn)生火花，從而形成氫氣爆炸，引發(fā)火災(zāi)等安全事故。

   4）充電器電路老化、磨損導(dǎo)致短路：①由于老化、纏繞、拉扯等原因造成絕緣層損傷形成充電器電源線、輸出線短路；②連接方式不當(dāng)，線路受擠壓、扭曲變形、磨損等原因造成絕緣層龜裂、導(dǎo)體裸漏形成蓄電池組內(nèi)單個蓄電池之間線路短路；③插頭插座處發(fā)生短路。

   5）充電器內(nèi)部故障導(dǎo)致充電回路短路：充電器常見故障有保險(xiǎn)絲熔斷，整流二極管被擊穿，電容鼓包，其中整流二極管，電源濾波電容，開關(guān)功率管，電源管路芯片屬于易損件，長期使用時(shí)損壞的概率可達(dá)95%以上。

   6）充電回路之外電氣線路起火：在關(guān)閉電動車電源總開關(guān)后，蓄電池與控制器之間、控制器到電源總開關(guān)之間的線路、連接防盜器的線路及聲光報(bào)警裝置仍處在帶電狀態(tài)，仍有可能引發(fā)電氣火災(zāi)。

2.鉛酸蓄電池電動車充電過程預(yù)防火災(zāi)的技術(shù)措施

根據(jù)鉛酸蓄電池充電過程起火機(jī)理，建議采取阻燃的電線、正確位置安裝5A速斷型保險(xiǎn)管，合理布局蓄電池位置等技術(shù)措施，從而防止火災(zāi)發(fā)生。預(yù)防鉛酸蓄電池電動自行車充電過程中發(fā)生火災(zāi)，建議采取以下技術(shù)措施：

1）建議充電器的插頭、220V輸入電路、輸出電路以及蓄電池與控制器之間、控制器到電源總開關(guān)之間的線路強(qiáng)制采用礦物絕緣電纜，防止短路后起火。

2）建議電動自行車在出廠時(shí)在220V輸入電路、輸出電路和電池連接線上均安裝5A速斷型保險(xiǎn)管。

3）電動自行車輸出電路、蓄電池與控制器之間、控制器到電源總開關(guān)之間的線路短路后最先起火的位置為蓄電池的兩個端子位置，而較多電動車的蓄電池安裝在可燃物較多的車座位置，客觀上加快了短路起火后的火勢蔓延速度。所以建議蓄電池端子位置采取防火保護(hù)措施，并合理調(diào)整蓄電池的安裝位置，避開可燃物較多的部位。

4）建議充電器設(shè)置充電飽和后自動斷電功能，防止過充電預(yù)防蓄電池?zé)崾Э睾臀鰵浔ㄊ鹿拾l(fā)生。

5）在電動自行車集中充電場所的充電回路上安裝速斷線路短路保護(hù)裝置

6）對電動車集中充電場所增設(shè)電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)平臺

3. ASCP200-1型電氣防火限流式保護(hù)器

3.1.概述

   ASCP200-1型電氣防火限流式保護(hù)器可克服傳統(tǒng)斷路器存在的短路電流大、動作時(shí)間長、短路電弧大、使用壽命短等弊端。發(fā)生短路故障時(shí)，能以微秒級速度快速限制短路電流以實(shí)現(xiàn)滅弧保護(hù)，從而能顯著減少電氣火災(zāi)事故，保障使用場所人員和財(cái)產(chǎn)的安全。

   3.2.功能特點(diǎn)

1)短路限流：當(dāng)線路發(fā)生短路故障時(shí)，能在150us內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速限流保護(hù)，因短路電流過大所引起的電氣火災(zāi)事故。

2)過載限流：當(dāng)被保護(hù)線路的電流超過額定電流，線路過載且過載持續(xù)時(shí)間超過設(shè)定時(shí)間（3-60秒）時(shí)，保護(hù)器進(jìn)行限流保護(hù)。

3)超溫限流：當(dāng)保護(hù)器的內(nèi)部元器件溫度超過設(shè)定值時(shí)，產(chǎn)品啟動超溫限流保護(hù)功能，防止因溫度過高造成產(chǎn)品損壞。

4)過/欠壓保護(hù)：當(dāng)保護(hù)器檢測到線路電壓欠壓或過壓時(shí)，保護(hù)器發(fā)出聲光報(bào)警信號，可預(yù)先設(shè)置是否啟動限流保護(hù)。

5)線纜溫度監(jiān)測：當(dāng)被監(jiān)測線纜溫度超過報(bào)警設(shè)定值時(shí)，保護(hù)器發(fā)出聲光報(bào)警信號，可預(yù)先設(shè)置是否啟動限流保護(hù)。

6) 漏電流監(jiān)測：當(dāng)被監(jiān)測的線路漏電超過報(bào)警設(shè)定值時(shí)，保護(hù)器發(fā)出聲光報(bào)警信號，可預(yù)先設(shè)置是否啟動限流保護(hù)。

7)通訊功能：具有1路RS485接口，1路2G無線通訊，可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到后臺監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。監(jiān)控后臺可以是安科瑞Acrel-6000/B電氣火災(zāi)監(jiān)控主機(jī)，也可以是安科瑞Acrel-6000安全云平臺，或第三方監(jiān)控軟件或平臺。

3.3.應(yīng)用系統(tǒng)圖

3.4相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和地方通告

·DGJ08-2048-2016《民用建筑電氣防火設(shè)計(jì)規(guī)程》中的要求：

第5.4.8條　電氣防火限流式保護(hù)器應(yīng)符合下列規(guī)定：

應(yīng)滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)》GB14287.6中相關(guān)規(guī)定；

應(yīng)設(shè)置在末端配電箱的進(jìn)線開關(guān)下側(cè)，其額定電流值應(yīng)與進(jìn)線回路保護(hù)開關(guān)一致；

租售式商場商鋪、批發(fā)市場、集貿(mào)市場、甲乙丙類危險(xiǎn)器庫房等場所的末端配電箱應(yīng)設(shè)置電氣防火限流式保護(hù)器；

幼兒園、老年人建筑、集中宿舍及電動車充電站等場所的末端配電箱宜設(shè)置電氣防火限流式保護(hù)器。

·DB11/791-2011《北京市地方標(biāo)準(zhǔn) 文物建筑消防設(shè)施設(shè)置規(guī)范》中要求：

第9.2.1條 文物建筑內(nèi)的低壓配電線路應(yīng)設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，其產(chǎn)品應(yīng)符合GB14827的要求。重要用電設(shè)備的電源接入處宜設(shè)置限流式斷路保護(hù)裝置。

·標(biāo)準(zhǔn)GB14287.6《電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng) 第6部分：電氣防火限流式保護(hù)器（征求意見稿）》

·《上海市電氣火災(zāi)綜合治理工作導(dǎo)則》：

第7.1條：推廣應(yīng)用電氣防火限流式保護(hù)器，用于電氣短路、電線過載發(fā)熱情況下快速切斷故障電路。

·《長沙高新區(qū)電動自行車集中充電棚設(shè)置安裝實(shí)施規(guī)定》：

條：住宅小區(qū)設(shè)置電動自行車集中停放場所應(yīng)具備定時(shí)充電、自動斷電、故障報(bào)警、電氣火災(zāi)監(jiān)控和可視監(jiān)控、帶有滅弧式短路保護(hù)等功能的智能充電控制設(shè)施設(shè)備···

4.結(jié)語

近年來，城市中的汽車數(shù)量逐年攀升，汽車尾氣污染，交通擁堵不堪、停車難等一系列問題尤為嚴(yán)重。而電動車因其經(jīng)濟(jì)便捷環(huán)保等特點(diǎn)有著的優(yōu)勢，已經(jīng)成為我國城鄉(xiāng)居民常用的工具，但方便的背后，電動車所帶來的安全問題也不容忽視，特別是消防安全問題的日漸突出。近幾年，由于防火安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不健全，市場監(jiān)督不到位，使用存放方面問題突出等原因，全國電動自行車火災(zāi)事故頻發(fā)，造成的人緣傷亡和財(cái)產(chǎn)損失呈逐年上升趨勢，電動車火災(zāi)的預(yù)防，仍是一個值得深思的課題。

參考文獻(xiàn)

[1] 柯毅胤. 鉛酸蓄電池電動車充電過程起火機(jī)理探析[J]. 中國新技術(shù)新產(chǎn)品, 2017, 000(021):137-139.

[2] 企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊.2020.6

[3] 馬恩強(qiáng), 蘇文威. 電動自行車火災(zāi)綜合防治探究[J]. 消防科學(xué)與技術(shù), 2016, 000(005):704-707.

[4] 王剛, 張萬民. 電動車充電過程起火原因分析及技術(shù)防范措施[J]. 消防科學(xué)與技術(shù), 2012, 31(012):1376-1379.

[5] 陳偉. 淺析電動車火災(zāi)成因的分析及預(yù)防對策[J]. 科技與企業(yè), 2015, 000(021):47-47.