徐霜

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定

    摘要：本文簡述了電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的組成原理，分析了電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)在應用中的設計依據(jù)和相關規(guī)范。最后通過安科瑞剩余電流式電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)在長春英海大廈項目的實例介紹，闡述了電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)功能的實現(xiàn)及其重要意義。

    0 前言

    電氣火災一般是指由于電氣線路、用電設備及供配電設備出現(xiàn)故障性釋放的熱能，如高溫、電弧、電火花以及非故障性釋放的能量;如電熱器具的熾熱表面，在具備燃燒條件下引燃本體或其它可燃物而造成的火災，也包括由雷電和靜電引起的火災。電氣火災主要包括以下四個方面：漏電火災，短路火災，過負荷火災，接觸電阻過大火災。

    公安部消防局《中國火災統(tǒng)計年鑒》顯示：2010年火災事故中，電氣火災居首位，且所占比例呈上升趨勢，造成的損失十分慘重。事實上，電氣火災已成為消防安全的主要致災因素，不僅次數(shù)多、損失大，而且多年來一直居高不下。

    電氣火災事故所占比例逐年增高，令人堪憂。對于嚴峻的電氣火災形勢，早期預測、預警、預報則成消防工作的重中之重，從源頭上杜絕電氣火災的發(fā)生成了關注的焦點。預防和有效遏制電氣火災的任務已經(jīng)迫在眉睫。國家有關部門相繼制訂或修改了有關標準規(guī)范，要求在建筑中設置電氣火災監(jiān)控報警系統(tǒng)。

    1 參考標準

    近年來，國家為了加大電氣火災監(jiān)控防范的力度，相繼制訂或修改了一批相關標準規(guī)范，加強對電氣火災的預防。主要有：

    1．是GB50045-95(2005版)《高層民用建筑設計防火規(guī)范》，其中在條文9.5.1里規(guī)定:高層建筑內火災危險性大、人員密集等場所宜設置漏電火災報警系統(tǒng)。

    2．是GB50016-2006《建筑設計防火規(guī)范》，在條文11.2.7里規(guī)定:下列場所宜設置剩余電流動作電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)。這些場所包括各種類型的影劇院、館所、倉庫、住宅小區(qū)、醫(yī)院、商店、學校等等。

    3．國家標準《建筑電氣火災預防要求和檢測方法》有關條文也明確要求“應在電源進線端設置自動切斷電源或報警的剩余電流動作保護器”。

    4．電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的產(chǎn)品應滿足:GB14287.1-2005《電氣火災監(jiān)控設備》、 GB14287.2-2005《剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器》、GB14287.3-2005《測溫式電氣火災監(jiān)控探測器》

    5．電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的安裝和運行應滿足GB13955-2005《剩余電流動作保護裝置安裝和運行》

    6．電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的供電應滿足GB50052《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》的要求

    7．電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的設計應滿足《電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的設計方法》的要求(暫行規(guī)定)

    2 系統(tǒng)組成

    根據(jù)國家標準GB14287-2005《電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)》以及相關規(guī)范《電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的設計方法》(暫行規(guī)定)，則電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的基本組成應包括：電氣火災監(jiān)控設備、剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器以及測溫式電氣火災監(jiān)控探測器等三個最基本產(chǎn)品種類所組成。

    1、剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器又由監(jiān)控探測器和剩余電流互感器(分對插式、閉合式兩種)所組成；測溫式電氣火災監(jiān)控探測器由監(jiān)控探測器和測溫傳感器所組成。

    2、剩余電流式電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結構，由站控管理層、網(wǎng)絡通訊層和現(xiàn)場設備層組成。各電氣火災監(jiān)控探測器通過屏蔽雙絞線RS485接口，采用MODBUS通訊協(xié)議總線型連接接入通訊服務器，然后通過五類線TCP/TP協(xié)議進入工業(yè)交換機，然后通過光纜到達監(jiān)控主機。

    a）現(xiàn)場設備層主要是連接網(wǎng)絡中用于電參量采集測量的各類型的儀表和保護裝置等，也是構建該監(jiān)控系統(tǒng)必要的基本組成元素。不僅肩負著采集數(shù)據(jù)的重任，同時也是執(zhí)行后臺控制命令的終端元件。

    b）通訊控制層主要是由通訊服務器、接口轉換器件及總線網(wǎng)絡等組成。該層是數(shù)據(jù)信息交換的橋梁，不同的接口轉換器件提供了RS232、RS422、RS485、SPABUS等及以太網(wǎng)等各種接口，組網(wǎng)方式靈活，支持點對點的通訊、現(xiàn)場總線網(wǎng)絡、以太網(wǎng)等類型的組態(tài)網(wǎng)絡。通訊服務器主要用于直接對現(xiàn)場儀器儀表轉達上位機的各種控制命令，并負責對現(xiàn)場儀器儀表回送的數(shù)據(jù)信息進行采集、分類和存儲等工作，如電壓/電流等電參量、輸入開關量狀態(tài)、修改儀表內部參數(shù)或各種控制繼電器斷開/閉合的操作命令等；微機保護裝置主要是為保證上位機的正常工作，避免網(wǎng)絡中不穩(wěn)定信號對其造成的干擾或破壞；接口轉換器件則是由于現(xiàn)場儀表或其它系列的裝置與上位機的通訊接口存在差異，需要進行轉換方可進行數(shù)據(jù)交換。

    c）管理測控層是針對監(jiān)控網(wǎng)絡的管理人員，該層直接面向用戶。該層也是系統(tǒng)的最上層部分，主要是由電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)軟件和必要的硬件設備如計算機、打印機、UPS等。其中軟件部分具有良好的人機交互界面，通過數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議讀取前置機采集的現(xiàn)場各類數(shù)據(jù)信息，自動經(jīng)過計算處理，以圖形、數(shù)顯、聲音等方式反映現(xiàn)場的運行狀況，并可接受管理人員的操作命令，實時發(fā)送并檢測操作的執(zhí)行狀況，以保證供用電單位的正常工作。

    3 系統(tǒng)特點和工作原理

    電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的特點在于剩余電流電監(jiān)控方面屬于先期預報警系統(tǒng)。與傳統(tǒng)火災自動報警系統(tǒng)不同，電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)早期報警是為了避免損失，而傳統(tǒng)火災自動報警系統(tǒng)是為了減少損失。所以，這就是說為什么不管是新建或是改建工程項目，尤其是已經(jīng)安裝了火災自動報警系統(tǒng)的單位，仍需要安裝電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的根本原因。

    電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)測量剩余電流和溫度兩個物理量。

    剩余電流測量是根據(jù)基爾霍夫電流定律：在同一時刻，電路中流入和流出一個節(jié)點的電流矢量和為零。以TN-S系統(tǒng)為例，將A/B/C/N同時穿過剩余電流互感器，當系統(tǒng)未發(fā)生漏電時，流入和流出剩余電流互感器的電流矢量和為零，此時，剩余電流互感器感應出的二次電流也為0;當某相對大地發(fā)生漏電，此時流入和流出剩余電流互感器的電流矢量和不再為零，其大小等于從大地流走的電流即漏電流。此漏電信號通過剩余電流互感器的二次接線傳輸至電氣火災探測器，經(jīng)運算放大、A/D轉換后送入CPU，經(jīng)過一系列算法后，對變化的幅值進行分析、判斷，并與報警設定值進行比較，若超出定值則發(fā)出聲光報警信號并上送至后臺電氣火災監(jiān)控設備。

    溫度測量采用溫度傳感器，一般采用Pt100傳感器進行測量。該種類型的溫度傳感器測溫穩(wěn)定、量程范圍大，適合在現(xiàn)場監(jiān)測線纜溫度和環(huán)境溫度使用。當溫度發(fā)生變化時，Pt100自身阻值發(fā)生同比例變化，將該電阻信號傳輸?shù)诫姎饣馂奶綔y器，經(jīng)過一系列信號轉化和運算后，將最終結果同溫度報警定值進行比較，若超出定值則發(fā)出聲光報警信號并上送至后臺電氣火災監(jiān)控設備。

    4 系統(tǒng)設計注意事項和方法

    4.1 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)主要監(jiān)測剩余電流和溫度兩類對象，在設計時應注意的基本要點

    (1)關于剩余電流

    由于剩余電流監(jiān)測的原理采用了基爾霍夫電流定律，所以，對所應用的低壓配電系統(tǒng)形式有一定要求。目前，可以應用剩余電流互感器的低壓配電系統(tǒng)有：TT系統(tǒng)，IT系統(tǒng)，TN-S系統(tǒng)，不能使用在TN-C系統(tǒng)中。對將要設計安裝電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的用戶，不管是新工程或舊工程改造項目，首先要調查核實該用戶低壓配電系統(tǒng)的系統(tǒng)接地形式是什么，否則，設計安裝剩余電流互感器的點位進行檢測是根本無法施行的。

    關于AC220V單相供電系統(tǒng)，剩余電流互感器只要套住L/N兩根電源線即可，但要求中性線N此后不容許再接地。對于AC380V三相供電系統(tǒng)，由于有三相三線制、三相四線制、三相五線制等使用狀況，則根據(jù)具體情況將剩余電流互感器同時套住A/B/C三相電源線，或同時套住A/B/C/N線。同理，要求中性線N此后不許再接地，保護線PE不得穿過互感器。

    在系統(tǒng)接地的形式為TN-C型時工業(yè)自動化網(wǎng)，必須將其改造為TN-S型、TN-C-S型或局部TT型系統(tǒng)后，才可以安裝剩余電流檢測裝置。

    (2)關于溫度

    溫度測量與系統(tǒng)接地的形式無關，主要考慮包括線纜在內的低壓配電裝置中關鍵部位的溫度，一般在二級保護的線路中應用。溫度探頭Pt100可采用接觸式布置法，當被檢測對象為絕緣體時，宜將探測器的溫度傳感器直接設置在被探測對象的表面。當被檢測對象為配電柜內部溫度變化時，可采用非接觸式布置，靠近發(fā)熱部件。

    4.2 系統(tǒng)設計中的點位分配

    根據(jù)國家標準GB13955-2005《剩余電流動作保護裝置安裝和運行》4.4條中關于分級保護的規(guī)定，安裝剩余電流火災監(jiān)控裝置時，點位分配原則的步驟是：

    (1)研究分析被控低壓AC380V/220V配電線路的相關圖紙，將建筑電氣的分布情況調查核實，確定配電設備(如配電柜、箱、盤、電纜等重要設備)的位置，把每一個監(jiān)控探測器分配到相應的配電設備上，以此來確定探測器的數(shù)量，避免重設浪費。

    (2)確定分級保護。為了縮小發(fā)生人身電擊事故和接地故障切斷電源時引起的停電范圍，通常在供電線路的不同地點安裝三級(或兩級)不同容量的剩余電流保護裝置，以形成分級保護。根據(jù)用電負載及線路情況，一般分兩級或三級保護，適用于城鎮(zhèn)和農(nóng)村第一級和第二級保護。

    其中，重要線路應包括安防、消防、應急電源、通道照明線路及不容許停電的重要場所。

    (3)二級保護中，所有開關處都要設置安裝剩余電流火災監(jiān)控探測器，即在線路的電源端(第一級保護)和分支首端(第二級也稱為末端保護)都要安裝剩余電流探測器，并接入電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)，只作火災監(jiān)控報警用。

    (4)三級保護中，第三級(即末端保護)開關處應設置剩余電流探測器及動作保護裝置，但不接入電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)，為的是防止人身觸電。

    (5)溫度檢測是以配電設備異常時發(fā)熱為基本原則而進行的。

    1)變壓器低壓側出線端子、變壓器體溫(風溫、油溫、水溫)測試點、負荷開關觸頭。

    2)各配電柜(箱)的進出母線接點、自動開關(斷路器、刀開關)觸頭、大電流導線集中部位、線纜駁接點。

    3)母聯(lián)柜主接點、刀開關觸頭。

    4)補償電容器接線端子、轉換開關觸頭。

    (6)根據(jù)點位安裝總數(shù)，再選擇相應的壁掛、立式或琴臺。

    5 系統(tǒng)參數(shù)的配置

    5.1 報警值設置范圍

    依據(jù)國家標準GB14287.2-2005中的規(guī)定，剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器的報警值設置范圍在20~1000mA之間。按此要求，一般把電源總進線處的剩余電流動作值定為400~800mA，電源分支線路上的剩余電流動作值定為100~400mA.一般在實際現(xiàn)場，設置剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器的報警值，具體地說應不小于被保護電氣線路和設備的正常運行時泄漏電流最大值的2倍，且不大于1000mA。電氣火災探測器的報警設定值應考慮配電系統(tǒng)及用電設備的正常泄漏電流。

    5.2 關于電纜溫升報警設定參考，根據(jù)《電力電纜設計規(guī)范》對電纜有關溫度的規(guī)定

    (1)60℃以上高溫場所應按經(jīng)受高溫及其持續(xù)時間和絕緣類型要求，選用耐熱聚氯乙烯、交聯(lián)聚乙烯或乙丙橡皮絕緣等耐熱型電纜100℃以上高溫環(huán)境宜選用礦物絕緣電纜。高溫場所不宜選用普通聚氯乙烯絕緣電纜。

    (2)電纜持續(xù)允許載流量的環(huán)境溫度應按使用地區(qū)的氣象溫度多年平均值確定，并應符合規(guī)定。在戶內電纜溝敷設時，環(huán)境溫度為場所最熱月的日最高溫度平均值另加5℃.

    (3)電纜所承受溫升與敷設及散熱條件有關。