电气防火限流式保护器在电动自行车充电装置中的应用

刘丹

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定   202108

 

摘要：铅酸蓄电池是电动自行车的主要动力源，电动自行车导致的火灾事故多发在电池充电过程。本文通过结合铅酸蓄电池电动自行车的起火原理和电气防火限流式保护器的功能，阐述了预防电动自行车充电过程中电气火灾事故的方法。

关键词：铅酸蓄电池；电气防火限流式保护器

0：概述

   铅酸蓄电池具有成本低、性价比高、可靠性好、原材料易获得等优点，目前市场上绝大多数电动自行车使用铅酸蓄电池。随着铅酸蓄电池电动自行车使用量的不断上升，电动自行车引起的火灾也呈逐年上升趋势，并造成重大人员伤亡和财产损失。据统计，我国80%以上的电动自行车火灾发生在充电过程中，其中亡人火灾几乎全都发生在车辆停放或充电时，故探究电动自行车充电过程的起火机理对预防电动自行车火灾有重要意义。

1：铅酸蓄电池充电过程起火机理

   1）铅酸蓄电池热失控引发火灾：热失控是指铅酸蓄电池的电流和温度发生积累的互相增强的作用，并导致蓄电池的损坏的过程。充电过程的电化学反应释放热能和充电电流的形成的电池发热共同导致热量聚集，当热能发生速度大于蓄电池的热耗散速度时，蓄电池温度上升超过环境温度，蓄电池温度升高会导致充电电流增加，这又引起蓄电池温度升高，继而发生恶性循环，最终导致热失控。蓄电池热失控容易造成电池槽体软化，电池壳体破裂或极柱密封不严，导致内部电解液漏出形成电池正负极间外部短路进而引发火灾。

   2）铅酸蓄电池内部短路起火：铅酸蓄电池的最小单元为电压2V的单格电池，数个单格电池串联成到所需电压的蓄电池，铅酸蓄电池的内部短路指铅酸蓄电池内部单格电池的正负极群之间发生连接、触碰。主要原因有①：隔板质量不好或破损，使极板活性物质穿过，致使正负极板虚接或直接接触。②隔板窜位致使正负极板相连。③极板上的活性物质脱落后沉淀在电池的底部形成“导电层"，“导电层"厚度增加至接触正负极板的下缘时，致使正负极板相连。④蓄电池密封不严，正负极板因外来导电物体进入而发生相连。⑤焊接极群和装配时有“铅流"、“铅豆"残留在正负极板间，充放过程导致隔板破损形成正负极相连。

   3）过充电导致氢爆炸：当充电过程电化学反应持续点解水产生大量氢气并不断释放，蓄电池中或空气中的含氢量积累至爆炸极*，遇到点火源就会形成爆炸。当存在以下情况时蓄电池的爆炸几率大幅上升：①过充电，②蓄电池内部极柱、穿壁焊等处存在虚焊点，③充电电流过大。正常的充电过程中，如果蓄电池存在排气孔堵塞问题，铅酸蓄电池负极析出的大量氢气会先造成电池爆裂，爆裂引起蓄电池震动，极柱接线不牢产生火花，从而形成氢气爆炸，引发火灾等安全事故。

   4）充电器电路老化、磨损导致短路：①由于老化、缠绕、拉扯等原因造成绝缘层损伤形成充电器电源线、输出线短路；②连接方式不当，线路受挤压、扭曲变形、磨损等原因造成绝缘层龟裂、导体裸漏形成蓄电池组内单个蓄电池之间线路短路；③插头插座处发生短路。

   5）充电器内部故障导致充电回路短路：充电器常见故障有保险丝熔断，整流二极管被击穿，电容鼓包，其中整流二极管，电源滤波电容，开关功率管，电源管路芯片属于易损件，长期使用时损坏的概率可达95%以上。

   6）充电回路之外电气线路起火：在关闭电动车电源总开关后，蓄电池与控制器之间、控制器到电源总开关之间的线路、连接防盗器的线路及声光报警装置仍处在带电状态，仍有可能引发电气火灾。

2.铅酸蓄电池电动车充电过程预防火灾的技术措施

根据铅酸蓄电池充电过程起火机理，建议采取阻燃的电线、正确位置安装5A速断型保险管，合理布局蓄电池位置等技术措施，从而防止火灾发生。预防铅酸蓄电池电动自行车充电过程中发生火灾，建议采取以下技术措施：

1）建议充电器的插头、220V输入电路、输出电路以及蓄电池与控制器之间、控制器到电源总开关之间的线路强制采用矿物绝缘电缆，防止短路后起火。

2）建议电动自行车在出厂时在220V输入电路、输出电路和电池连接线上均安装5A速断型保险管。

3）电动自行车输出电路、蓄电池与控制器之间、控制器到电源总开关之间的线路短路后最先起火的位置为蓄电池的两个端子位置，而较多电动车的蓄电池安装在可燃物较多的车座位置，客观上加快了短路起火后的火势蔓延速度。所以建议蓄电池端子位置采取防火保护措施，并合理调整蓄电池的安装位置，避开可燃物较多的部位。

4）建议充电器设置充电饱和后自动断电功能，防止过充电预防蓄电池热失控和析氢爆炸事故发生。

5）在电动自行车集中充电场所的充电回路上安装速断线路短路保护装置

6）对电动车集中充电场所增设电气火灾监控系统平台

3. ASCP200-1型电气防火限流式保护器

3.1.概述

   ASCP200-1型电气防火限流式保护器可克服传统断路器存在的短路电流大、动作时间长、短路电弧大、使用寿命短等弊端。发生短路故障时，能以微秒级速度快速限制短路电流以实现灭弧保护，从而能显著减少电气火灾事故，保障使用场所人员和财产的安全。

   3.2.功能特点

 

1)短路限流：当线路发生短路故障时，能在150us内实现快速限流保护，因短路电流过大所引起的电气火灾事故。

2)过载限流：当被保护线路的电流超过额定电流，线路过载且过载持续时间超过设定时间（3-60秒）时，保护器进行限流保护。

3)超温限流：当保护器的内部元器件温度超过设定值时，产品启动超温限流保护功能，防止因温度过高造成产品损坏。

4)过/欠压保护：当保护器检测到线路电压欠压或过压时，保护器发出声光报警信号，可预先设置是否启动限流保护。

5)线缆温度监测：当被监测线缆温度超过报警设定值时，保护器发出声光报警信号，可预先设置是否启动限流保护。

6) 漏电流监测：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。

7)通讯功能：具有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。

3.3.应用系统图

 

 

3.4相关标准和地方通告

·DGJ08-2048-2016《民用建筑电气防火设计规程》中的要求：

第5.4.8条　电气防火限流式保护器应符合下列规定：

应满足现行标准《电气火灾监控系统》GB14287.6中相关规定；

应设置在末端配电箱的进线开关下侧，其额定电流值应与进线回路保护开关一致；

租售式商场商铺、批发市场、集贸市场、甲乙丙类危险器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、集中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。

·DB11/791-2011《北京市地方标准 文物建筑消防设施设置规范》中要求：

第9.2.1条 文物建筑内的低压配电线路应设置电气火灾监控系统，其产品应符合GB14827的要求。重要用电设备的电源接入处宜设置限流式断路保护装置。

·标准GB14287.6《电气火灾监控系统 第6部分：电气防火限流式保护器（征求意见稿）》

·《上海市电气火灾综合治理工作导则》：

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。

·《长沙高新区电动自行车集中充电棚设置安装实施规定》：

条：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···

4.结语

近年来，城市中的汽车数量逐年攀升，汽车尾气污染，交通拥堵不堪、停车难等一系列问题尤为严重。而电动车因其经济便捷环保等特点有着的优势，已经成为我国城乡居民常用的工具，但方便的背后，电动车所带来的安全问题也不容忽视，特别是消防安全问题的日渐突出。近几年，由于防火安全技术标准不健全，市场监督不到位，使用存放方面问题突出等原因，全国电动自行车火灾事故频发，造成的人缘伤亡和财产损失呈逐年上升趋势，电动车火灾的预防，仍是一个值得深思的课题。

参考文献

[1] 柯毅胤. 铅酸蓄电池电动车充电过程起火机理探析[J]. 中国新技术新产品, 2017, 000(021):137-139.

[2] 企业微电网设计与应用手册.2020.6

[3] 马恩强, 苏文威. 电动自行车火灾综合防治探究[J]. 消防科学与技术, 2016, 000(005):704-707.

[4] 王刚, 张万民. 电动车充电过程起火原因分析及技术防范措施[J]. 消防科学与技术, 2012, 31(012):1376-1379.

[5] 陈伟. 浅析电动车火灾成因的分析及预防对策[J]. 科技与企业, 2015, 000(021):47-47.