電氣防火限流式保護器在電動自行車充電裝置中的應用

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，電動自行車導致的火災事故多發在電池充電過程。本文通過結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器的功能，闡述了預防電動自行車充電過程中電氣火災事故的方法。

關鍵詞：鉛酸蓄電池；電氣防火限流式保護器

0：概述

   鉛酸蓄電池具有成本低、性價比高、可靠性好、原材料易獲得等優點，目前市場上絕大多數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也呈逐年上升趨勢，并造成重大人員傷亡和財產損失。據統計，我國80%以上的電動自行車火災發生在充電過程中，其中亡人火災幾乎全都發生在車輛停放或充電時，故探究電動自行車充電過程的起火機理對預防電動自行車火災有重要意義。

1：鉛酸蓄電池充電過程起火機理

   1）鉛酸蓄電池熱失控引發火災：熱失控是指鉛酸蓄電池的電流和溫度發生積累的互相增強的作用，并導致蓄電池的損壞的過程。充電過程的電化學反應釋放熱能和充電電流的形成的電池發熱共同導致熱量聚集，當熱能發生速度大于蓄電池的熱耗散速度時，蓄電池溫度上升超過環境溫度，蓄電池溫度升高會導致充電電流增加，這又引起蓄電池溫度升高，繼而發生惡性循環，最終導致熱失控。蓄電池熱失控容易造成電池槽體軟化，電池殼體破裂或極柱密封不嚴，導致內部電解液漏出形成電池正負極間外部短路進而引發火災。

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

   3）過充電導致氫爆炸：當充電過程電化學反應持續點解水產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*，遇到點火源就會形成爆炸。當存在以下情況時蓄電池的爆炸幾率大幅上升：①過充電，②蓄電池內部極柱、穿壁焊等處存在虛焊點，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，極柱接線不牢產生火花，從而形成氫氣爆炸，引發火災等安全事故。

   4）充電器電路老化、磨損導致短路：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，線路受擠壓、扭曲變形、磨損等原因造成絕緣層龜裂、導體裸漏形成蓄電池組內單個蓄電池之間線路短路；③插頭插座處發生短路。

   5）充電器內部故障導致充電回路短路：充電器常見故障有保險絲熔斷，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，開關功率管，電源管路芯片屬于易損件，長期使用時損壞的概率可達95%以上。

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

2.鉛酸蓄電池電動車充電過程預防火災的技術措施

根據鉛酸蓄電池充電過程起火機理，建議采取阻燃的電線、正確位置安裝5A速斷型保險管，合理布局蓄電池位置等技術措施，從而防止火災發生。預防鉛酸蓄電池電動自行車充電過程中發生火災，建議采取以下技術措施：

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之間的線路強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措施，并合理調整蓄電池的安裝位置，避開可燃物較多的部位。

4）建議充電器設置充電飽和后自動斷電功能，防止過充電預防蓄電池熱失控和析氫爆炸事故發生。

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裝置

6）對電動車集中充電場所增設電氣火災監控系統平臺

3. ASCP200-1型電氣防火限流式保護器

3.1.概述

   ASCP200-1型電氣防火限流式保護器可克服傳統斷路器存在的短路電流大、動作時間長、短路電弧大、使用壽命短等弊端。發生短路故障時，能以微秒級速度快速限制短路電流以實現滅弧保護，從而能顯著減少電氣火災事故，保障使用場所人員和財產的安全。

   3.2.功能特點

 

1)短路限流：當線路發生短路故障時，能在150us內實現快速限流保護，因短路電流過大所引起的電氣火災事故。

2)過載限流：當被保護線路的電流超過額定電流，線路過載且過載持續時間超過設定時間（3-60秒）時，保護器進行限流保護。

3)超溫限流：當保護器的內部元器件溫度超過設定值時，產品啟動超溫限流保護功能，防止因溫度過高造成產品損壞。

4)過/欠壓保護：當保護器檢測到線路電壓欠壓或過壓時，保護器發出聲光報警信號，可預先設置是否啟動限流保護。

5)線纜溫度監測：當被監測線纜溫度超過報警設定值時，保護器發出聲光報警信號，可預先設置是否啟動限流保護。

6) 漏電流監測：當被監測的線路漏電超過報警設定值時，保護器發出聲光報警信號，可預先設置是否啟動限流保護。

7)通訊功能：具有1路RS485接口，1路2G無線通訊，可以將數據發送到后臺監控系統，實現遠程監控。監控后臺可以是安科瑞Acrel-6000/B電氣火災監控主機，也可以是安科瑞Acrel-6000安全云平臺，或第三方監控軟件或平臺。

3.3.應用系統圖

 

 

3.4相關標準和地方通告

·DGJ08-2048-2016《民用建筑電氣防火設計規程》中的要求：

第5.4.8條　電氣防火限流式保護器應符合下列規定：

應滿足現行標準《電氣火災監控系統》GB14287.6中相關規定；

應設置在末端配電箱的進線開關下側，其額定電流值應與進線回路保護開關一致；

租售式商場商鋪、批發市場、集貿市場、甲乙丙類危險器庫房等場所的末端配電箱應設置電氣防火限流式保護器；

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置電氣防火限流式保護器。

·DB11/791-2011《北京市地方標準 文物建筑消防設施設置規范》中要求：

第9.2.1條 文物建筑內的低壓配電線路應設置電氣火災監控系統，其產品應符合GB14827的要求。重要用電設備的電源接入處宜設置限流式斷路保護裝置。

·標準GB14287.6《電氣火災監控系統 第6部分：電氣防火限流式保護器（征求意見稿）》

·《上海市電氣火災綜合治理工作導則》：

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

·《長沙高新區電動自行車集中充電棚設置安裝實施規定》：

條：住宅小區設置電動自行車集中停放場所應具備定時充電、自動斷電、故障報警、電氣火災監控和可視監控、帶有滅弧式短路保護等功能的智能充電控制設施設備···

4.結語

近年來，城市中的汽車數量逐年攀升，汽車尾氣污染，交通擁堵不堪、停車難等一系列問題尤為嚴重。而電動車因其經濟便捷環保等特點有著的優勢，已經成為我國城鄉居民常用的工具，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，由于防火安全技術標準不健全，市場監督不到位，使用存放方面問題突出等原因，全國電動自行車火災事故頻發，造成的人緣傷亡和財產損失呈逐年上升趨勢，電動車火災的預防，仍是一個值得深思的課題。

參考文獻

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