徐霜

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定

    摘要：建筑電氣火災(zāi)作為一種災(zāi)害，在經(jīng)濟迅速發(fā)展的形勢下，給國家財產(chǎn)和人民的生命安全造成的損失也與日俱增。據(jù)統(tǒng)計，80 %以上的火災(zāi)為建筑火災(zāi)，而電氣則是引發(fā)建筑火災(zāi)的首要因素。為預(yù)防接地故障引起的電氣火災(zāi)，國家和各地區(qū)已經(jīng)制定了相關(guān)電氣火災(zāi)防范的強制規(guī)定。在各種人員密集型場所安裝電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)可以有效的預(yù)防電氣火災(zāi)的發(fā)生。本文通過介紹安科瑞Acrel-6000/B電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)在內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)工科實驗樓項目中的應(yīng)用，簡析相關(guān)國家標(biāo)準和設(shè)計規(guī)范，概述電氣火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)在電氣火災(zāi)預(yù)防方面的具體架構(gòu)以及其優(yōu)越性。

    0. 前言

    公安部消防局《中國火災(zāi)統(tǒng)計年鑒》顯示：近十年的火災(zāi)事故中，電氣火災(zāi)居首位，且所占比例在30%，且逐年呈上升趨勢，造成的損失十分慘重。事實上，電氣火災(zāi)已成為消防安全的主要致災(zāi)因素，不僅次數(shù)多、損失大，而且多年來一直居高不下。

    公共建筑電氣火災(zāi)預(yù)防主要難點有以下幾個方面：

     0.1 配電系統(tǒng)的電纜一般都在橋架內(nèi)，當(dāng)線纜老化并發(fā)生漏電時，若沒有系統(tǒng)的預(yù)警，現(xiàn)場管理人員無從查找故障點。

    0.2 電氣火災(zāi)隱患產(chǎn)生非常隱蔽，無論在時間上還是在空間上都無跡可尋。

    0.3 本建筑性質(zhì)為公共建筑，對配電系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性、配電系統(tǒng)安全性要求都很高，電氣火災(zāi)隱患的預(yù)防就顯得十分重要。

    針對以上幾個方面，安科瑞電氣股份有限公司以其自主研發(fā)的ARCM系列電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器為基礎(chǔ)，通過對RS485總線技術(shù)、終端微機軟件顯示技術(shù)的集成，研發(fā)了安科瑞Acrel-6000/B電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)后臺在顯示各個探測點位數(shù)據(jù)的同時，還提供越限聲光報警、人性化的界面等功能。本系統(tǒng)實現(xiàn)了配電系統(tǒng)的24小時無人實時監(jiān)控，減少了人力成本，提高了電氣火災(zāi)隱患的排除效率。

    本文就電氣火災(zāi)系統(tǒng)在內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)工科實驗樓項目中的應(yīng)用，簡單介紹安科瑞Acrel-6000/B電氣火災(zāi)系統(tǒng)的實際應(yīng)用和其實際意義。

    1. 項目概況

    內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)是內(nèi)蒙古自治區(qū)重點大學(xué)，教育部西部重點建設(shè)十四所高校之一，國家林業(yè)局和自治區(qū)人民政府合作共建高校，國家西部大開發(fā)“一省一�！敝攸c支持建設(shè)的大學(xué)，國家“中西部高�；�礎(chǔ)能力建設(shè)工程”高校，國家"特色重點學(xué)科項目"建設(shè)高校，“卓越農(nóng)林人才教育培養(yǎng)計劃”試點高校。校園位于內(nèi)蒙古自治區(qū)歷史文化名城--呼和浩特市，被譽為塞外“花園式高等學(xué)府”。內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)成立于1952年，是內(nèi)蒙古自治區(qū)成立最早的本科高等學(xué)校，是國家大學(xué)生文化素質(zhì)教育基地院校之一，國家級大學(xué)生校外實踐教育基地院校，是國家草業(yè)學(xué)會會長單位之一，截至2014年5月，學(xué)�？傉嫉孛娣e1.5萬畝，其中教學(xué)科研用地1萬畝，教學(xué)行政用房面積45.7萬平方米，標(biāo)準田徑場（館）4個，圖書館建筑面積3萬平方米，此次需要做電氣火災(zāi)監(jiān)控的工科實驗樓共計地下一層，地上八層，總面積達40000平方米，樓內(nèi)有3個強電豎井，共有69個配電回路需要做漏電流監(jiān)控。作為公共建筑，其人員密集度高、對其安用電安全性要求較高，且在電力配電系統(tǒng)穩(wěn)定運行的要求也是非常嚴格的。

    鑒于以上項目情況，為了監(jiān)控整個配電系統(tǒng)是否存在電氣火災(zāi)隱患，現(xiàn)須根據(jù)本項目的情況設(shè)計一套電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。

    針對本項目的特性，為預(yù)防接地故障引起的電氣火災(zāi)，結(jié)合本工程的重要性，本工程所有照明、動力配電系統(tǒng)均配置漏電火災(zāi)報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)主機、現(xiàn)場監(jiān)控器以及數(shù)據(jù)集中控制器。漏電火災(zāi)報警主機設(shè)置在消防控制室。系統(tǒng)在各個樓層豎井配電箱的進線設(shè)置漏電火災(zāi)探測器，對該處的漏電電流進行監(jiān)控，當(dāng)探測到配電回路漏電電流大于300mA、工作電流超過時限設(shè)定的報警值時，即發(fā)出聲光報警信號，準確報出故障點地址，監(jiān)視故障點變化，顯示其狀態(tài)，對設(shè)備用電回路僅給出報警信號，不切斷其電源。

    2. 參照標(biāo)準

    鑒于公共建筑發(fā)生火災(zāi)容易造成人員生命財產(chǎn)損失。為了加大電氣火災(zāi)監(jiān)控防范的力度，近年來，國家相繼制訂或修改了一批相關(guān)標(biāo)準規(guī)范。相關(guān)的標(biāo)準規(guī)范已經(jīng)對電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)提出了具體的要求，本項目中選用的安科瑞Acrel-6000/B電氣火災(zāi)系統(tǒng)的設(shè)計參照的標(biāo)準主要有：

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

    2.2 國家標(biāo)準《建筑電氣火災(zāi)預(yù)防要求和檢測方法》有關(guān)條文也明確要求“應(yīng)在電源進線端設(shè)置自動切斷電源或報警的剩余電流動作保護器。

    2.3 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的產(chǎn)品應(yīng)滿足:GB14287.1-2005《電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備》、 GB14287.2-2005《剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器》、GB14287.3-2005《測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器》

    2.4 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的安裝和運行應(yīng)滿足GB13955-2005《剩余電流動作保護裝置安裝和運行》

    2.5 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的供電應(yīng)滿足GB50052《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》的要求

    2.6 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)滿足《電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計方法》的要求(暫行規(guī)定)

    3. 系統(tǒng)架構(gòu)及設(shè)計

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)拓撲圖

    3.1 站控管理層

    站控管理層針對電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的管理人員，是人機交互的直接窗口，也是系統(tǒng)的最上層部分。安科瑞電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主機充分考慮到用戶的操作習(xí)慣，和持續(xù)穩(wěn)定運行，參照的相應(yīng)的國家標(biāo)準和規(guī)范。主機主要由監(jiān)控軟件、觸摸屏、UPS電源、打印機等設(shè)備組成。將現(xiàn)場的各類數(shù)據(jù)信息進行計算、分析、處理，并以圖形、數(shù)顯、聲音、指示燈等方式反應(yīng)給終端管理人員。使管理人員能夠?qū)崟r掌握系統(tǒng)動態(tài)，且實現(xiàn)故障信息可追循，信息可導(dǎo)出等功能。

    鑒于本項目中儀表點位以及數(shù)據(jù)量的規(guī)模，現(xiàn)為項目配置安科瑞Acrel-6000/B主機，本主機的具體參數(shù)見下文介紹。

    3.2 網(wǎng)絡(luò)通訊層

    本項目中的所有儀表須嚴格按照手拉手的形式連接，且所有的通訊總線須沿著弱電橋架鋪設(shè)。本項目的儀表分布在樓層強電間配電柜。

    本項目的數(shù)據(jù)總線設(shè)計為兩根總線，獨立的總線便于后期系統(tǒng)的維護，發(fā)生漏電流報警時也可以根據(jù)后期我方提供的點檢表快速定位故障回路，快速排除故障。

    現(xiàn)場電氣火災(zāi)探測器通過雙絞線（ZR-RVSP2*1.0）以手拉手方式進行通訊連接，每根總線的儀表數(shù)量在50只以內(nèi)。

    3.3 現(xiàn)場設(shè)備層

    本項目中主要是針對樓層配電箱的進線回路安裝安科瑞導(dǎo)軌式電氣火災(zāi)探測器ARCM300-J1，通過導(dǎo)軌式電氣火災(zāi)探測器實時監(jiān)控配電回路的漏電流大小來顯示整個配電系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

    ARCM系列剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器，是針對 0.4kV 以下的TT、TN 系統(tǒng)設(shè)計的，通過對配電回路的剩余電流、導(dǎo)線溫度等火災(zāi)危險參數(shù)實施監(jiān)控和管理，從而預(yù)防電氣火災(zāi)的發(fā)生，并實現(xiàn)了對多種電力參數(shù)的實時監(jiān)測,為能耗管理提供精確的數(shù)據(jù)。產(chǎn)品采用先進的微控制器技術(shù)，集成度高，體積小巧，安裝方便，集智能化，數(shù)字化，網(wǎng)絡(luò)化于一身，是建筑電氣火災(zāi)預(yù)防監(jiān)控、系統(tǒng)絕緣老化預(yù)估等的理想選擇。產(chǎn)品符合 GB14287.2-2005《電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng) 第2部分：剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器》的標(biāo)準要求。

    4. 系統(tǒng)特點和工作原理

    鑒于本項目的規(guī)模，項目電氣火災(zāi)檢測點位的實際情況。無論在終端剩余電流探測器還是后臺主機都是根據(jù)本項目的實際情況來進行設(shè)計的。

    4.1 本項目的系統(tǒng)特點可總結(jié)為一下3點：

    4.1.1 終端探測器選用導(dǎo)軌式電氣火災(zāi)探測器，方便安裝、節(jié)省成本、便于后期維護。

    4.1.2 RS485總線連接方便，可操作性強。總線布線時走的是弱電橋架，不會受到強電的影響，確保的整個系統(tǒng)的通訊穩(wěn)定。

    4.1.3 考慮到本項目中儀表數(shù)據(jù)量，客戶要求。本項目的主機選用壁掛式。壁掛式主機界面簡潔，系統(tǒng)操作方便，適合本項目中的配電間環(huán)境和客戶的相關(guān)操作要求。

    4.2 電氣火災(zāi)系統(tǒng)工作原理

    4.2.1 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(dāng)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(yīng)出的二次電流也為0;當(dāng)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(zāi)探測器，經(jīng)運算放大、A/D轉(zhuǎn)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(shè)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(zāi)監(jiān)控設(shè)備。

    4.2.2 終端探測器負責(zé)監(jiān)測各個回路的剩余電流值，將剩余電流值的數(shù)據(jù)傳輸至系統(tǒng)主機。終端探測器還負責(zé)其監(jiān)測回路剩余電流值的實時顯示，同時能夠設(shè)置限值，當(dāng)剩余電流值越限時能夠發(fā)出聲光報警，提醒管理人員及時維護、整改。

    4.2.3 儀表通過RS485總線將數(shù)據(jù)傳輸至系統(tǒng)主機，系統(tǒng)主機將上傳數(shù)據(jù)通過圖形、報表、事件記錄等形式反映整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)。

    5. 系統(tǒng)設(shè)計注意事項和方法

    5.1 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主要監(jiān)測剩余電流和溫度兩類對象，在設(shè)計時應(yīng)注意的基本要點

    5.1.1 關(guān)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(yīng)用的低壓配電系統(tǒng)形式有一定要求。目前，可以應(yīng)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(shè)計安裝電氣火災(zāi)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(diào)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(shè)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(guān)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。

    5.1.2 關(guān)于溫度

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

    5.2 系統(tǒng)設(shè)計中的點位分配

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

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

    5.2.2 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(yīng)包括安防、消防、應(yīng)急電源、通道照明線路及不容許停電的重要場所。

    5.2.3 二級保護中，所有開關(guān)處都要設(shè)置安裝剩余電流火災(zāi)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(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，只作火災(zāi)監(jiān)控報警用。