論地鐵配電干線的安全運(yùn)行
[摘 要] 地鐵配電干線的安全十分重要。文中介紹了地鐵配電干線的兩種型式，電纜配電和母線槽配電；分析兩種配電方式的優(yōu)缺點(diǎn)；提出了防止母線槽過(guò)載的措施；選用母線槽應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題。
[關(guān)鍵詞] 地鐵配電干線 電纜配電 母線槽配電設(shè)
計(jì) 防護(hù)等級(jí)
地鐵配電干線的安全運(yùn)行是十分重要的，因?yàn)榕潆姼删€相當(dāng)于人的主動(dòng)脈，一旦發(fā)生故障，會(huì)使系統(tǒng)癱瘓，甚至發(fā)生爆炸、引起火災(zāi)。
目前采用的配電干線有兩種：母線槽或電纜。在母線槽未推廣之前，配電干線都采用電纜。母線槽被人們逐漸認(rèn)識(shí)后，對(duì)大容量、高檔、重要的建筑的配電干線開(kāi)始大量采用母線槽了。
本文通過(guò)多年的調(diào)查，在對(duì)配電干線的事故分析的基礎(chǔ)上談一點(diǎn)個(gè)人的看法，供讀者參考。
1 電纜配電
1，1 影響電纜過(guò)載的原因分析
電氣火災(zāi)中由于電纜過(guò)載或短路引起的事故占極大多數(shù)，電纜過(guò)載或短路由4個(gè)原因造成的：電纜本身的質(zhì)量、施工質(zhì)量、設(shè)計(jì)容量、負(fù)荷故障。
(1)電纜質(zhì)量
在價(jià)格激烈競(jìng)爭(zhēng)的情況下，有些制造廠采取減少電纜截面、用廉價(jià)的絕緣材料、減少保護(hù)層等辦法來(lái)獲得中標(biāo)，對(duì)這種電纜媒體己多次曝光，但仍未能杜絕。
也不要盲目相信進(jìn)口電纜，上海某極重要的樣板工程，采用歐洲進(jìn)口的電纜，用了不到一年，不得不全全部更換。
(2)施工質(zhì)量
施工質(zhì)量和電纜的壽命有極大的關(guān)系，上海某大學(xué)的埋地電纜發(fā)生爆炸，其原因是鎧裝鋼帶埋地電纜施工時(shí)，鋼帶吃力使電纜絕緣層受損，加上埋地電纜間
(3)設(shè)計(jì)容量
國(guó)際銅業(yè)協(xié)會(huì)和國(guó)內(nèi)的電氣專家們?cè)诓粩嘈麄麟娎|的經(jīng)濟(jì)截面，即加大電纜的截面，減小電纜的容量，這不僅是節(jié)約電能的好方法，而且也是延長(zhǎng)電纜壽命的極為有效的措施，但由于涉及到增加初期投資，因此進(jìn)展速度不快。
用戶任意加大電纜容量也是常見(jiàn)的現(xiàn)象，通常由于設(shè)備的增加，也是不得不為之。
(4)負(fù)荷故障
任何電氣設(shè)備都有出現(xiàn)故障的可能，當(dāng)出現(xiàn)短路故障時(shí)對(duì)電纜的損傷是很大的。
以上4個(gè)方面容易引起注意，但還有以下2點(diǎn)未能引起重視：
(5)電纜敷設(shè)間距
某廠電纜溝內(nèi)有100多根電纜，某天一根絕緣已受損的電纜，在負(fù)荷發(fā)生短路時(shí)引起爆炸，結(jié)果果造成溝內(nèi)100多根電纜全部燒毀。
埋地敷設(shè)的電纜施工規(guī)程規(guī)定：電纜之間要保持至少0．1m的間距，目的是保證一根電纜出現(xiàn)故障時(shí)，不殃及相鄰的電纜。但此條規(guī)定在電纜溝內(nèi)或橋架內(nèi)敷設(shè)時(shí)被忽視了。電纜不僅緊靠在一起敷設(shè)，而且相互重疊二至三層。在這種情況下，其中任何一根電纜發(fā)生短路爆炸，必然會(huì)引起緊挨在一起的其它電纜也遭到同樣的結(jié)果，短路爆炸。我認(rèn)為電纜溝或橋架內(nèi)敷設(shè)電力電纜，其間距至少不少于1d(d為電纜的外徑)。
據(jù)我調(diào)查的結(jié)果，幾乎所有的電纜溝和橋架內(nèi)的電纜都是緊挨在一起敷設(shè)的，在這種情況下，任何人都不能保證每一根電纜都不發(fā)生短路事故；一旦其中一根電纜發(fā)生短路事故后，任何人也不能保證不會(huì)使周?chē)碾娎|遭殃。
對(duì)如此嚴(yán)峻的情況，設(shè)計(jì)人員采取的消極方法是：降低電纜的載流量至多只用到70%，但你無(wú)法阻止用戶因電氣設(shè)備增加而加大電纜的載流量，甚至用到滿負(fù)荷。即使用戶按設(shè)計(jì)規(guī)定使用電氣設(shè)備，但在輕負(fù)荷工作下的電纜，只要電氣設(shè)備發(fā)生短路故障而在未解除故障前，電纜也會(huì)出現(xiàn)超負(fù)荷工作的情況；另一個(gè)方法是采用可靠廠家生產(chǎn)的保護(hù)裝置，一旦發(fā)生電纜過(guò)載或短路就自動(dòng)切斷電源，這在理論上是成立的，但誰(shuí)敢保證保護(hù)裝置的工作一直是可靠的，任何電氣設(shè)備都有損壞的可能，火災(zāi)往往就是在電氣裝置失效的情況下發(fā)生的。
(6)交聯(lián)聚乙烯電纜的水樹(shù)老化
交聯(lián)聚乙烯電纜因?yàn)榻^緣性能好，允許工作溫度高，有較好的機(jī)械強(qiáng)度而受到歡迎，但許多人不知道水樹(shù)老化會(huì)使電纜絕緣擊穿。
在電纜制造過(guò)程中由外面浸入的極微量的水分在電纜絕緣層中是均勻分布的，但電纜投入使用后，在電場(chǎng)的作用下，受到不均勻電場(chǎng)的吸引，產(chǎn)生極化遷移，逐漸積累而產(chǎn)生局部過(guò)飽和狀態(tài)，形成水樹(shù)。電纜的絕緣層中只要同時(shí)存在水和電場(chǎng)就會(huì)產(chǎn)生水樹(shù)，水樹(shù)是直徑在0.1υm到幾微米充滿水的空隙集合。水樹(shù)和環(huán)境濕度也有關(guān)，交聯(lián)聚乙烯電纜在65％以上的濕度環(huán)境中通電就可以產(chǎn)生水樹(shù)。上海電纜研究所的研究證明：有Cl離子、S04離子或NO3，離子的水，比自來(lái)水在同等條件下，水樹(shù)生長(zhǎng)速度要快3～4倍。水樹(shù)的存在直接影響到電纜的壽命。為了降低水樹(shù)的生長(zhǎng)速度，在地下水較高及多雨地區(qū)，不宜采取埋地敷設(shè)，在南方地區(qū)黃梅季節(jié)電纜溝內(nèi)容易結(jié)露，因此要有通內(nèi)措施；電纜的人口處應(yīng)有堵水措施，避免雨水流人電纜溝內(nèi)；電纜溝應(yīng)有防滲漏措施和排水措施，防止電纜溝內(nèi)積水。
由于交聯(lián)聚乙烯電纜有水樹(shù)老化現(xiàn)象，因此這種電纜不應(yīng)長(zhǎng)期在潮濕環(huán)境中使用，在施工時(shí)要嚴(yán)格防止潮氣侵入電纜芯內(nèi)部，鋸斷的電纜端頭要及時(shí)密封。
配電干線可以采用電纜，但只適用于小容量，電纜數(shù)量不多，例如普通的六層以下的住宅樓，若使用在其它場(chǎng)所必須注意上述各問(wèn)題，才能使電纜配電得到安全運(yùn)行的保證。
2 母線槽配電
母線槽由于容量大、過(guò)載能力強(qiáng)、不會(huì)由于故障而引發(fā)火災(zāi)等優(yōu)點(diǎn)而受到用戶的歡迎，但根據(jù)調(diào)查結(jié)果發(fā)生短路爆炸的案例也不少。作為一個(gè)電氣人員，母線槽的選用必須慎之又慎，不僅要選擇結(jié)構(gòu)好的產(chǎn)品，還要對(duì)制造廠有所了解。為此我對(duì)各種結(jié)構(gòu)的線槽進(jìn)行了一番研究分析，尤其是對(duì)發(fā)生短路爆炸的母線槽從多方面進(jìn)行了解其短路的原因。
母線槽運(yùn)行中發(fā)生短路爆炸是用戶最耽心的事，根據(jù)上海有關(guān)專家的調(diào)查結(jié)果，上海已發(fā)生多起母線槽短路爆炸事故，有國(guó)內(nèi)產(chǎn)品，也有國(guó)外產(chǎn)品。
母線槽通電前絕緣測(cè)試通常都是合格的，為什么運(yùn)行時(shí)會(huì)發(fā)生短路爆炸?通常是由于產(chǎn)品設(shè)計(jì)不合理、加工工藝不符合要求、安裝不符合規(guī)范三方面原因造成的。
2．1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)不合理
(1)鋁外殼與銅母線之間作剛性固定是造成短路的原因之一
母線槽的外殼和母線，都存在線膨脹現(xiàn)象。金屬材料的線膨脹和組成材料的物質(zhì)有關(guān)，母線槽常用的金屬材料有鋼、銅和鋁，這三種材料中，鋁的線膨脹系數(shù)最大，銅其次，鋼最小。
采用鋁外殼、銅母線，并且兩者之間作剛性連接的母線槽，由于線膨脹系數(shù)不同，根據(jù)計(jì)算，連接孔的最大錯(cuò)位可達(dá)到2．1mm(7.2—5．1=2.1)。
此外還應(yīng)考慮母線槽連接孔的同心度，以五線制母線槽為例，5根母線，加上2塊外殼，共有7個(gè)孔，孔的同心度偏差，加上線膨脹的差異，就有可能產(chǎn)生母線與穿芯連接螺栓之間的短路。
為了避免這種短路情況的出現(xiàn)，設(shè)計(jì)師在選用這類(lèi)產(chǎn)品時(shí)，對(duì)產(chǎn)品的要求：外殼和母線應(yīng)采用同種金屬材料；若用不同材料，則母線和外殼之間不能作剛性固定，只能作滑動(dòng)固定。
(2)母線與鋼外殼直接接觸是造成短路的原因之
例如采用波狀外殼的母線槽，由于外殼呈波狀，因此加強(qiáng)了外殼的剛度，被稱為高強(qiáng)母線槽，這種母線槽的母線包裹絕緣層后，直接放人波槽中，母線相互間離開(kāi)一定的距離，由于這種結(jié)構(gòu)，母線和外殼之間僅靠軟性的絕緣層隔離，如果母線表面或外殼表面存在毛刺，母線投入運(yùn)行后產(chǎn)生的電動(dòng)力，就會(huì)使毛刺頂破絕緣層而造成短路爆炸。
2．2 加工工藝不符合要求
大多數(shù)短路爆炸是由于加工工藝不符合要求而產(chǎn)生的。這里略舉3例說(shuō)明之，但并不表示只有這3種情況。
(1)鐵屑進(jìn)入殼體內(nèi)造成短路
某外資廠，母線槽的機(jī)加工和總裝處在同一大車(chē)間內(nèi)，這是錯(cuò)誤的布局，兩者必須分布在兩個(gè)相互隔離的車(chē)間內(nèi)，才能避免機(jī)加工產(chǎn)生的金屬屑，由于人員的走動(dòng)而進(jìn)入母線槽殼體內(nèi)。
上海某重點(diǎn)工程，母線槽安裝前，質(zhì)量監(jiān)督人員，打開(kāi)母線槽外殼，發(fā)現(xiàn)殼體內(nèi)有大量鐵屑，而責(zé)令工廠返工。事后分析鐵屑來(lái)源，是由于外殼固定孔，用手槍鉆在母線槽裝配時(shí)直接鉆孔而未清除鐵屑所致。
(2)母線毛刺造成短路
最典型的母線槽毛刺引發(fā)的短路，發(fā)生在上海市中心的一座商務(wù)樓內(nèi)，事后檢查母線槽的表面有三條小凸痕，原來(lái)該廠采用的銅排，軋制時(shí)軋棍上的三條凹槽，從而產(chǎn)生三條凸痕，母線槽的連接面由于凸痕的存在，使母線的接觸面銳減，母線槽的連接頭發(fā)熱，穿芯螺栓的絕緣層熔化，最后導(dǎo)致母線槽的相間短路。
(3)焊縫突出造成短路
密集型母線槽和高強(qiáng)母線槽，前者母線緊靠在一起，后者母線與外殼緊靠在一起，因此母線的焊縫如果突出，就會(huì)發(fā)生頂破絕緣層而產(chǎn)生短路。
每節(jié)(通常為3m)母線槽采用的母線，不應(yīng)該采用短料接長(zhǎng)的方法，但這種現(xiàn)象在某些工廠是存在的。
母線槽的彎頭、三通或四通免不了要焊接，GBJ149—90《電氣裝置安裝工程母線裝置施工及驗(yàn)收規(guī)范》第2.4.6條規(guī)定：“母線對(duì)接焊縫的上部應(yīng)有2～4mm的加強(qiáng)高度，角焊縫的加強(qiáng)高度應(yīng)為4mm?！钡@一條規(guī)定，在密集型母線槽和高強(qiáng)母線槽中無(wú)法實(shí)現(xiàn)。
2.3 安裝不符合規(guī)范
母線槽安裝不符合規(guī)范處很多，本文只討論與短路有關(guān)的內(nèi)容。
(1)潮氣進(jìn)入殼體內(nèi)后不能輕易送電
除了樹(shù)脂澆注全封閉母線槽外，其它母線槽都不能阻止潮氣進(jìn)入，因此母線槽進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)后必須放在干燥場(chǎng)所，安裝時(shí)由一個(gè)場(chǎng)所搬到另一個(gè)場(chǎng)所時(shí)，兩處的溫差不能過(guò)大，否則會(huì)產(chǎn)生結(jié)露。
母線槽安裝結(jié)束到通電往往有一段時(shí)間，其間潮氣也會(huì)進(jìn)入，因此冒然送電是危險(xiǎn)的，送電前必須測(cè)量絕緣電阻。
(2)接頭部進(jìn)入安裝垃圾
母線槽安裝環(huán)境往往不是潔凈場(chǎng)所，因此安裝時(shí)必須防止建筑垃圾進(jìn)入接頭內(nèi)，在接頭進(jìn)行安裝封板前，應(yīng)該用吸塵器進(jìn)行清掃。
3 防止母線槽過(guò)載的措施
綜上所述，母線槽運(yùn)行中發(fā)生短路的原因是多方面的，設(shè)計(jì)、制造、安裝的不正確，都有可能使母線槽產(chǎn)生短路。
防治是必要的，但最有效的措施是從產(chǎn)品設(shè)計(jì)上解決。例如杰帝母線(上海)有限公司生產(chǎn)的JDR全封閉樹(shù)脂澆注母線槽，這種母線槽母線間不是用空氣隔離，而是用絕緣性能極佳的樹(shù)脂隔離，包括連接頭在內(nèi)全部用樹(shù)脂澆注成一體。
杰帝母線公司采用的樹(shù)脂線膨脹系數(shù)和銅十分接近，加上這種母線槽無(wú)金屬外殼，因此不存在因線膨脹不同而產(chǎn)生相間短路或相地之間短路的可能。
采用樹(shù)脂隔離的母線，即使母線上有毛刺，也不可能頂破樹(shù)脂絕緣層，因此也不存在因毛刺而發(fā)生短路的可能。
采用樹(shù)脂母線槽，焊縫完全可以符合GBJ 149—90的要求；由于全封閉，潮氣不可能進(jìn)入母線槽內(nèi)。
采用母線槽還有如下好處：例如用鋼殼母線槽取代電纜，可消除電纜著火后會(huì)引燃周?chē)扇嘉锏南来蠹?，但在采用母線槽作為配電干線時(shí)要注意以下問(wèn)題：
采用空氣型或混合型母線槽，如果母線槽因過(guò)載或短路，母線的絕緣層著火，也不會(huì)引燃母線槽周?chē)目扇嘉铮諝庑突蚧旌闲湍妇€槽存在煙囪效應(yīng)，高層建筑一旦發(fā)生火災(zāi)，空氣型或混合型母線槽會(huì)助長(zhǎng)煙氣火勢(shì)的蔓延。
采用密集絕緣母線槽可把煙囪效應(yīng)降得很低，但普通型母線槽不耐火，一旦發(fā)生火災(zāi)，殃及母線槽會(huì)造成停電。韓國(guó)地鐵火災(zāi)造成的重大傷亡事故，主要是停電引起的。
普通母線槽不能防水，安裝完畢的母線槽，只要其中有一節(jié)母線槽進(jìn)水，母線槽就無(wú)法送電，而要在數(shù)十節(jié)母線槽中找出進(jìn)水母線槽，拆裝的工作量是極大的。
鋼殼、云母絕緣的耐火型母線槽能耐火，但同樣怕水，即使施工中未進(jìn)水，一旦發(fā)火災(zāi)，消防水也會(huì)造成耐火母線槽短路而停電，耐火母線槽至少要具有防噴水的功能才有實(shí)用價(jià)值。
4 母線槽的選用
采用什么類(lèi)型的母線槽，必須慎之又慎，不僅要選擇結(jié)構(gòu)好的產(chǎn)品，還要對(duì)制造廠有所了解。
選用母線槽時(shí)從質(zhì)量和性能角度要考慮如下幾點(diǎn)：(1)杜絕母線短路的可能性，確保電源不發(fā)生因母線故障而中斷；(2)過(guò)載能力強(qiáng)；(3)阻燃，更希望具有一定的耐火性能。
我對(duì)杰帝母線(上海)有限公司生產(chǎn)的JDR樹(shù)注澆注無(wú)外殼全封閉母線槽考察后感到，它具有密集型和雙重絕緣母線槽的優(yōu)點(diǎn)，母線間用絕緣性能十分優(yōu)良的樹(shù)脂作為絕緣體，因此它的耐壓可達(dá)5000V以上；由于母線間隔一定的距離，母線間包括連接頭全部
用樹(shù)脂澆注，因此即使母線存在毛刺，也不可能頂破樹(shù)脂絕緣層，不會(huì)發(fā)生短路；這種母線槽由于無(wú)外殼，因此不可能發(fā)生相地之間的短路。
由于全封閉，符合外殼防護(hù)等級(jí)IP68要求，潮氣不可能進(jìn)入母線槽內(nèi)，這種母線槽允許長(zhǎng)期浸在水中，甚至在腐蝕環(huán)境中長(zhǎng)期使用。
這種母線槽采用的樹(shù)脂還能保證在零下50℃以下時(shí)不開(kāi)裂，這種母線槽采用的樹(shù)脂還能經(jīng)受5焦耳以上抗沖擊能力，因此無(wú)須金屬外殼。
杰帝母線通過(guò)了IEC60331規(guī)定的90min燃燒試驗(yàn)，因此JDR樹(shù)脂澆注母線槽可作為耐火母線槽使用。
JDR樹(shù)脂澆注全封閉母線槽具有耐火、防水、過(guò)載能力強(qiáng)、相間不會(huì)短路等優(yōu)點(diǎn)，因此它作為配電干線是較理想的選擇。
