新能源充电桩的火灾分析及防范措施

充电桩的火灾分析及防范措施作者：湖北及安盾消防科技有限公司李华兵摘要：随着充电桩的大力建设，近年来充电桩火灾事故频繁发生，由于防火措施不完善，且无人值守，发生火情后难以扑灭，不但直接烧损了大量的设备，而且在电动汽车充电时充电桩发生火灾后会引燃车辆，严重的会发生爆炸，给人民带来严重的人身安全隐患，给社会带来严重影响。据有关部门统计，在我国发生的多次充电桩火灾事故中直接和间接损失巨大。通过对充电桩火灾的成因及消除方法分析，采用合理有效的防火技术、和管理措施，可以有效地预防充电桩火灾的发生，从而保人民的安全和充电设备的安全运行。关键词：充电桩,火灾,气溶胶一、充电桩消防的必要性分析据数据统计,自2010至2019年,电动汽车火灾事故呈现不断上升趋势，造成起火的成因有14%是由于充电引起的。电动汽车与充电设备通讯障碍导致的电池过充，短路、不能提前监控,报警，充电时防护措施不当,有些充电桩不符合国家标准,缺少必备的保护装置，产品质量不过关等,因此充电环节安全隐患不可忽视。若论及人身伤害,则更多涉及漏电保护及充电枪插拔保护等。充电桩未接地或接地异常,就会出现人体触电情况,当100mA的电流通过人体1s就足可以使人致命。交流充电桩在负极绝缘不佳触碰正极易导致人身触电,人体触碰车体或充电桩体也容易导致触电危险。在新颁布的GB/T18487.1-2015《电动汽车传导充电系统第1部分:通用要求》中,明确规定了充电桩的安全性要求。在交流充电桩的充电模式下,要求在失去保护接地的情况下,电动汽车供电设备应在100ms内切断电源。应急管理部天津消防研究所火灾理论研究室已经开展了相关的充电桩火灾危险性与灭火技术研究并取得了相关的指导性论文，为相关企业指明了火灾防控相关依据。相关充电桩厂家在对于自身的产品有充分的认知，在实际应用及能量失控所处的状态也能够熟练的掌握，确保能够为相关项目参与人员提供被测试的实验产品及依据。充电桩火灾防控措施，目前在市面上针对充电桩火灾进行防控系统产品杂多，但都有一定的市场认可度，也有一定的核心技术竞争力在，为此需要和充电桩防控系统技术人员保持一定的技术沟通。二、充电桩火灾隐患分析充电桩火灾主要是电器短路和充电发热。从本质上而言，充电桩“火灾”是一个能量失控释放过程：充电桩电产热的高温度由于会导致其他配件变热，变热后桩内密闭环境下空气温度升高，又反过来让整个充电桩变得更热，最终导致易燃物内部存储的化学能转换为热能（产生火灾）。通过大量实际着火案例分析，充电桩内着火风险源主要如下：（1）线缆老化。一般线缆的使用年限在15年-20年，电线主要靠外面一层包皮绝缘，时间一长，受到使用环境的腐蚀，绝缘性能逐渐降低，慢慢老化变硬，发脆或脱落，这时就不起绝缘作用。如果两根电线碰在一起或火线碰到与大地相接的东西，就会发生跑电现象，使局部电线的温度升高，产生火花，造成火灾；（2）充电引发的火灾。电动汽车在大电流充电时，相关电气部件及导线会持续发热，如果产品不符合相关技术标准或者散热处理不当，会加速导线绝缘层老化甚至融化，造成相关电气部件失效及短路，从而引发火灾；（3）本身工艺制造问题引发火灾。由于充电桩柜体一般在停车场或者高速服务区等场所，且在长期无人值守的情况下持续运行，一旦发生火灾维保人员很难及时赶到现场，火势极易蔓延，对人身安全进和财产会带来极大损失，因此，必须高度重视充电桩预防火灾工作，及时发现并杜绝一切可能引发火灾的安全隐患。三、充电桩火灾防范措施3.1充电桩灭火机理使用主动探测报警控制，阻止外接能量的持续输入提供充足救援时间，兼物理及化学抑制方式，扑灭充电桩火灾，避免充电桩发生大规模的燃烧。3.2充电桩灭火系统选型充电站内充电桩数量一般较多，分布也比较集中，对于单个充电桩进行火灾防护更加适用于目前充电桩的分布情形。对于电气火灾，一般气体灭火设备比较适用，但传统气体灭火设备体型较大，不利于单个充电桩的防护，一是体积较大，安装时需要的空间较大；二是传统气体灭火设备环境适应性局限较大，且目前大多充电桩在室外分布，传统灭火设备在室外运用可靠性有待考察，且传统气体灭火设备大多采用压力容器储存，安装在室外同时也增加了安全隐患。考虑到充电桩的运用环境及自身结构的特殊性，我们认为选用一种体积小巧，安装方便，环境适应性好且无压储存，能内置在充电桩内部的灭火设备比较适用。3.3充电桩灭火装置选型我国电动汽车充电基础设施主要可分为交流充电桩、直流充电站和电池更换站三类。交流充电桩是固定在地面，采用传导方式为具有车载充电机的电动汽车提供交流电能的专用装置，多建于室内、地面或地下停车场。充电站一般由三台及以上非车载充电机和（或）交流充电桩组成，可以为电动汽车充电，并能够在充电过程中对充电机、动力电池进行状态监控，主要有大型地下充电站、中型地面充电站、地面小型充电站等。电动汽车电池更换站不仅要换电池，还要对换下的电池进行充电和维护，电池更换站根据其所在位置的不同和分为地上更换站和地下更换站两种。电动汽车充换电站建筑结构多样，功能也与传统建筑具有很大的不同，动力电池火灾危险性的存在成为充换电站防火设计的难点。因此需针对不同的建筑、场所、使用用途等，对电动汽车充换电站进行防火设计，内容体量大，目前能满足内置在充电桩内部且满足灭火要求的灭火设施，S型热气溶胶灭火装置比较合适。3.4关于充电桩灭火装置的要求：a）充电桩灭火系统应选用热气溶胶灭火装置为灭火系统的灭火装置；b）灭火剂残留物绝缘强度≥20MΩ；充电桩内部都为电器设备，若灭火剂残留物有导电性，则会导致内部的电器设备短路烧毁，甚至发生二次火灾。c）灭火剂残留物腐蚀性应符合GA499.1-2010热气溶胶灭火装置要求；若灭火剂残留有腐蚀性，则同样会腐蚀电子元器件，从而损坏充电桩。d）毒性符合GA499.1-2010热气溶胶灭火装置要求；充电桩为公用设施，安装位置一般为告高速服务站、小区等人员聚集处，灭火剂需无毒，不能对人体有伤害。e）灭火装置应为无压储存；储压灭火装置需经常维护，而且本身具有一定的危险性。f）灭火装置应在1min内完成灭火，且抑制时间需要超过5min；充电桩内部可燃物复杂，且具有着火后蔓延迅速、易复燃的特点。g）灭火装置应含有信息反馈功能，能够在控制器或物联网实时监控灭火装置；灭火装置启动后须有反馈功能，告知充电桩运维人员此处发生火情，及时处理。h）灭火装置使用寿命不小于6年，且在使用寿命内免维护；3.4.1热气溶胶灭火装置在充电桩内喷射性能应满足以下要求：a）喷射时间：≤14s；b）喷射滞后时间：≤5s；c）喷放后壳体表面温度：≤200℃；d）在喷射时期，喷口处应无明火或火星，喷射期间或喷射后应无残渣外溢；e）喷射结束后，外壳不应出现变形、烧穿或壳体表面引燃等现象。3.4.2热气溶胶灭火装置应至少有热气溶胶发生剂、冷却剂、安全泄压装置、引发器、反馈元件、壳体等系统组件组成。四、热气容灭火装置在充电桩里的应用案例