淺析電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計及注意事項

崔玉軍¹  徐玉山²  裴善勇³

（1.中國中輕工程有限公司  北京100026）

（2.機(jī)械工業(yè)部*設(shè)計研究院 安徽 233017）

（3.上海安科瑞電氣股份有限公司  上海 201801）

摘要： 近年來電氣火災(zāi)居高不下，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)逐漸成為建筑消防電氣設(shè)計中考慮的重要部分。本文概述了電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的組成及原理，并結(jié)合工程設(shè)計實例給出相關(guān)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案。zui后針對剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器在項目應(yīng)用中應(yīng)注意的問題進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵字：電氣火災(zāi)；監(jiān)控系統(tǒng)；監(jiān)控探測器；ARCM；設(shè)計

1 引言

隨著我們國家愛國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的日益提高，我國在工業(yè)用電以及家庭用電方面逐年增加，以2010年為例我國全社會用電量達(dá)到41923億kWh，同比增長14.56%。各種電氣設(shè)備不斷增加并已應(yīng)用普及到社會的各個領(lǐng)域，在給人們的生活生產(chǎn)帶來大便利的同時也留下了更多的安全隱患。據(jù)2008-2010年度《中國消防年鑒》統(tǒng)計，2007-2009年我國共發(fā)生火災(zāi)429738起，其中電氣火災(zāi)125947起占火災(zāi)總數(shù)的29.3%，為引發(fā)火災(zāi)的zui主要原因。多年來一直占據(jù)*，居高不下，造成了巨大的財產(chǎn)損失。為遏制電氣火災(zāi)發(fā)生，有關(guān)部門相繼制定、修改了相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，強(qiáng)調(diào)了電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)在防止因接地故障而引起的電氣火災(zāi)的防護(hù)作用。例如《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GB50045-2005）第9.5.1條，《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GB50016-2006）第11.2.7條中都規(guī)定了宜設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的場所。在《電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)》（GB 14287-2005）中規(guī)定了電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的組成及設(shè)計要求。

2 電氣火災(zāi)原因淺析

電氣火災(zāi)發(fā)生的原因很多，短路、絕緣老化、過流、接地故障、接觸不良、家電或電熱設(shè)備引燃可燃物等等。從本質(zhì)上講，在所有電氣火災(zāi)起因中zui終都是引起短路造成的，而短路火災(zāi)中90%是由于漸變型故障引起的短路。漸變型故障是有發(fā)展過程的，在這個過程中所表現(xiàn)出的能力釋放，直接地表現(xiàn)為溫度或電弧，實質(zhì)上是漏電流增大。過流負(fù)荷、接觸不良、家電或電熱設(shè)備等這些故障的發(fā)展過程中，同樣也伴隨著漏電電流的增加。因為漏電電流比較小，常不足以使過流保護(hù)設(shè)備（斷路器、熔斷器）動作，幾百毫安的漏電電弧產(chǎn)生的局部高溫達(dá)2000℃以上，足以引燃周圍的可燃物發(fā)生火災(zāi)，其隱蔽性常常zui終導(dǎo)致火災(zāi)的發(fā)生。

這類電氣火災(zāi)的引發(fā)是由于非正常的的漏電流（即使是很小的值）所引發(fā)的，為隱蔽性故障，如果不利用一定的技術(shù)探測手段是無法知曉的，故障的持續(xù)發(fā)生zui終可能會導(dǎo)致電氣火災(zāi)事故。故需要有專門檢測線路中剩余電流（又稱泄露電流或漏電流）的裝置，用來測量在無施加電壓的情況下，電氣中帶相互絕緣的金屬零件之間,或帶電零件與接地零件之間,通過其周圍介質(zhì)或絕緣表面所形成的電流，從而實現(xiàn)該類電氣火災(zāi)的提前預(yù)警，達(dá)到火災(zāi)隱患的目的。

3 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)是指當(dāng)被保護(hù)線路中的被探測參數(shù)超過報警設(shè)定值時，能發(fā)出報警信號、控制信號并能指示報警部位的系統(tǒng)。電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)是一種電氣火災(zāi)預(yù)防的手段，是作用于電氣火災(zāi)發(fā)生前的一種實時監(jiān)控系統(tǒng)，與作用于火災(zāi)發(fā)生后的“火災(zāi)自動報警系統(tǒng)”在承擔(dān)任務(wù)、功能和采取的技術(shù)手段等方面均是不同的，兩者不能混淆和取代。

 “ARCM”電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)是由上海安科瑞電氣股份有限公司自主研發(fā)和生產(chǎn)的，包括Acrel-6000電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)軟件及ARCM系列電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器組成。它是一種應(yīng)用于民用建筑和工業(yè)建筑雙重領(lǐng)域的新一代電氣火災(zāi)監(jiān)控產(chǎn)品，具有超早期、高智能、小型化、多功能、高可靠性、簡單實用等特點。該裝置是結(jié)合多年來該公司在外工業(yè)領(lǐng)域及民用建筑領(lǐng)域得系統(tǒng)集成項目中所積累下的大量寶貴經(jīng)驗研制而成的。該監(jiān)控設(shè)備采用工業(yè)計算機(jī)進(jìn)行設(shè)計研制，具有良好的可靠性，同時優(yōu)化了人機(jī)交互功能，使整個系統(tǒng)易于安裝、調(diào)試及維護(hù)，主機(jī)采用總線制數(shù)據(jù)傳輸方式，配接剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器，組成大容量電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，適用于高層建筑和各種工業(yè)場所的早期電氣火災(zāi)實時監(jiān)控及預(yù)防。

3．1監(jiān)控系統(tǒng)基本原理

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)是集監(jiān)測、報警、控制、集中管理于一體，總線上一般接監(jiān)控探測器或監(jiān)控單元，與主機(jī)進(jìn)行通訊，傳送全部數(shù)據(jù)采集信息。主機(jī)采集接收的數(shù)據(jù)，監(jiān)測被探測電氣線路三相電流、剩余電流、溫度、電壓等參數(shù)的變化，以及反饋當(dāng)前回路狀態(tài)等信息。當(dāng)被測線路發(fā)生異常時，電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器通過互感器、溫度傳感器等工具采集信號并處理，當(dāng)監(jiān)測值超過設(shè)定閾值并且達(dá)到觸發(fā)時間時發(fā)出報警信號，同時將報警信號上傳至監(jiān)控設(shè)備中，經(jīng)進(jìn)一步識別判定，監(jiān)控主機(jī)發(fā)出火災(zāi)報警信號，報警指示燈亮，報警聲音帶卡，并在顯示屏上提示報警信息，報警位置，值班人員迅速進(jìn)行檢查處理，將報警信息發(fā)送至集中控制臺，同時也可由值班人員通過監(jiān)控設(shè)備控制切斷故障回路電源，聯(lián)動其他消防設(shè)備，從而達(dá)到預(yù)防電氣火災(zāi)的發(fā)生。

3．2監(jiān)控系統(tǒng)基本組成

《電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)》（GB14287）中給出了電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)的定義及基本組成。電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)是當(dāng)被保護(hù)線路中的被探測參數(shù)超過報警設(shè)定值時，能發(fā)出報警信號、控制信號并能指示報警部位的系統(tǒng)，它由電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備、電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器組成。

上海安科瑞電氣股份有限公司生產(chǎn)研發(fā)的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主要包括：Acrel6000電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備和ARCM系列電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器兩大部分組成。根據(jù)工程項目的大小不同，給出了適用于各類不同的系統(tǒng)解決方案，以達(dá)到更優(yōu)、更好的目標(biāo)。一般我們分為：小型單體建筑；大型單體建筑；大型群體建筑。圖1中給出了各類型項目的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖 1 基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

以上海市軌道交通11號線某站地塊電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)為例，該項目共5個區(qū)，分布了196只ARCM200剩余電流式電氣火災(zāi)探測器，通過RS485總線與2臺監(jiān)控設(shè)備通訊（1個4口、1個16口），結(jié)合監(jiān)控中心值班室組成火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)（圖2），采用了Acrel-6000系統(tǒng)組態(tài)軟件，具有集中調(diào)度、控制、保護(hù)、監(jiān)視、顯示等功能，集用電安全管理、分析、記錄于一體智能化優(yōu)點，可大大降低應(yīng)用場合的電氣火災(zāi)發(fā)生率。

圖2 系統(tǒng)拓?fù)鋱D

3．3基本功能及特點

Acrel-6000電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)是用于接收剩余電流式電氣火災(zāi)探測器等現(xiàn)場設(shè)備信號，以實現(xiàn)對被保護(hù)電氣線路的報警、監(jiān)視、控制、管理的運行于計算機(jī)的工業(yè)級硬件/軟件系統(tǒng)。它主要包括以下六個功能：監(jiān)控報警；故障報警；控制輸出；自檢；報警記錄；操作分級。監(jiān)控報警功能主要包括：被監(jiān)控回路開關(guān)的實時狀態(tài)；故障信號指示；聯(lián)動輸入；≤30s的監(jiān)控報警響應(yīng)時間；監(jiān)控報警聲信號指示及操作。故障報警功能包括：監(jiān)控設(shè)備與探測器之間的連接線斷路、短路故障監(jiān)測；監(jiān)控設(shè)備主電源欠壓（≤80%主電源電壓）或過壓（≥110%主電源電壓）監(jiān)測?？刂戚敵龉δ馨ǎ簩€別或全部被監(jiān)控單元的分閘、合閘進(jìn)行遙控操作；報警控制輸出；脫扣控制輸出。自檢功能包括：通信線路的斷路、短路檢查；手動檢查或系統(tǒng)自檢。報警記錄功能包括：報警、故障事件類型、發(fā)生時間記錄；根據(jù)記錄日期、故障類型等條件查詢；報警記錄查詢及打印功能。操作分級包括：日常值班人員，可進(jìn)入軟件界面查看實時監(jiān)測情況、報警聲音和查詢報警記錄；監(jiān)控操作人員，可操作除針對系統(tǒng)本身的信息維護(hù)外的其他操作；系統(tǒng)管理人員，可操作系統(tǒng)的任何一個功能模塊。

此外，與電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備相配套的ARCM系列電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器負(fù)責(zé)被監(jiān)測線路的參數(shù)上傳。監(jiān)控探測器主要將電壓信號、電流信號和剩余電流信號經(jīng)過互感器隔離調(diào)理之后，進(jìn)入電參量采集模塊，將采樣計算好的數(shù)據(jù)上傳到MCU處理單元，MCU處理單元對接收到的數(shù)據(jù)作進(jìn)一步處理，并采集溫度檢測模塊的溫度信號，數(shù)據(jù)處理完之后與之前設(shè)定的保護(hù)參數(shù)進(jìn)行比較，判斷是否出現(xiàn)故障，并將數(shù)據(jù)實時顯示在LCD或LED顯示屏上。如果發(fā)生故障將會根據(jù)之前的設(shè)定故障處理方式進(jìn)行處理，保護(hù)供電安全，并觸發(fā)聲光報警通知工作人員，并將故障類型、時間和參數(shù)存入的存儲芯片內(nèi)。另外，MCU處理單元也接收聯(lián)動輸入模塊傳來的消防聯(lián)動和煙霧聯(lián)動的信號，與消防系統(tǒng)配合，遠(yuǎn)程切斷電源，防止火災(zāi)的發(fā)生。MCU處理單元通過雙通信模塊可以與兩個上位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，方便上位機(jī)對裝置的監(jiān)控，并保證兩個系統(tǒng)互不影響，同時可減少系統(tǒng)投資成本，方便后期維護(hù)，方便電氣火災(zāi)系統(tǒng)的普及。

4 注意事項

4．1適用電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)配電系統(tǒng)的保護(hù)接地形式

1） 配電系統(tǒng)的接地形式

TN系統(tǒng)的定義：電力系統(tǒng)有一點接地，電氣裝置的外露可接導(dǎo)體通過保護(hù)線與該地點相連接。

TN系統(tǒng)可分為：TN-S系統(tǒng)，整個系統(tǒng)的中性線（N線）和保護(hù)線（PE線）是分開的；TN-C系統(tǒng)，整個系統(tǒng)的中性線和保護(hù)線是合一的；TN-C-S系統(tǒng)，系統(tǒng)中有一部分的中性線和保護(hù)線是合一的。

TT系統(tǒng)的定義：電力系統(tǒng)中有一點直接接地，電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分通過保護(hù)接地線與電力系統(tǒng)接地點無關(guān)。

2） 不同的接地系統(tǒng)應(yīng)注意的問題

剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器安裝時，嚴(yán)格區(qū)分N線和PE線，三四線式或四四線式的N線應(yīng)接入剩余電流互感器。通過互感器的N線，不得作為PE線，不得重復(fù)接地或接設(shè)備外露可接近導(dǎo)體。

在TN系統(tǒng)中，將TN-C系統(tǒng)改造為TN-C-S,T N-S系統(tǒng)或局部TT系統(tǒng)后，才可安裝使用剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器。在TN-C-S系統(tǒng)中，監(jiān)控探測器只允許使用在N線與PE線分開部分。

4．2 剩余電流互感器的安裝

1）剩余電流互感器穿線

    剩余電流互感器在穿線前應(yīng)分清電網(wǎng)中的相線，N線以及PE線。相線和N線一同穿過剩余電流互感器，PE線不能穿過互感器。在系統(tǒng)中，如果N線未與相線一起穿過互感器，一旦三相負(fù)載不平衡，N線將有電流流過，探測器檢測到電流信號，即發(fā)生誤動作。不同回路間的N線不得多點相連或重復(fù)接地，否則會造成誤動作，在系統(tǒng)試運行時出現(xiàn)漏電流值過大而出現(xiàn)報警，很大一部分均是由此類情況造成。如果PE線同N線及相線一起穿過互感器，也會造成監(jiān)控探測器的拒動作或誤動作。

    也并非所有的剩余電流監(jiān)測都需要將相線穿入互感器內(nèi)，TN-S系統(tǒng)的總剩余電流監(jiān)測方法就可排除在外，它可只穿一根電纜線通過剩余電流互感器。這個方法的優(yōu)勢在于：可以選用小型的剩余電流互感器提高測量精度；后期如果互感器出現(xiàn)故障時，維護(hù)方便。具體接線示意圖如圖3。

圖3 TN-S系統(tǒng)總剩余電流接線方法

2）剩余電流互感器的安裝位置

    剩余電流互感器應(yīng)該安裝在便于檢修的地方，盡量遠(yuǎn)離強(qiáng)磁場?；ジ衅鞯陌惭b沒有方向問題，互感器可以直接掛在線纜上，也可以固定在配電箱中。

    剩余電流互感器安裝與開關(guān)斷路器的上端或下端并不會影響被保護(hù)線路的監(jiān)控。但為了以后檢修方便，安裝于開關(guān)的下端口處較好，在斷電檢修時不必將上級開關(guān)斷電，只需本級開關(guān)斷開即可檢修。

4．3 電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器的參數(shù)設(shè)置

動作電流值的確定，往往要根據(jù)現(xiàn)場回路后負(fù)載的正常漏電流的值來確定。實際情況電力系統(tǒng)中，不同回路的正常漏電流是不同的，額定剩余電流不動作值應(yīng)不小于被保護(hù)電氣線路和設(shè)備正常運行時泄露電流zui大值的2倍。被保護(hù)電氣線路正常運行時的漏電流值應(yīng)控制在小于500mA，若泄露電流大于500mA，則應(yīng)將監(jiān)控探測器設(shè)置在下一級供電回路中，或者對線路或設(shè)備進(jìn)行檢查或更換。

對于被保護(hù)線路為動力線路，為避免大型設(shè)備啟動瞬時對地泄漏電流太大引起裝置報警動作, 應(yīng)將監(jiān)控探測器的動作時間延長避過設(shè)備啟動時的不正常漏電，防止誤動作。

分級保護(hù)應(yīng)用原則。系統(tǒng)應(yīng)用中常有分級保護(hù)，常見2～3級，上下級的選擇性原則：動作電流方面，上級設(shè)備的設(shè)置zui少是下級設(shè)備的兩倍；脫扣時間方面，上級設(shè)備的延遲時間應(yīng)大于下一級剩余電流保護(hù)裝置的動作時間，且動作時間差不得小于0.2 s。

剩余電流電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器一般并非單獨使用，而是與電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備相配套使用，當(dāng)有漏電故障發(fā)生時，并不會馬上發(fā)生火災(zāi)。如果監(jiān)控探測器保護(hù)時自動切斷保護(hù)對象的供電電源，可能造成其他不可預(yù)知的危害。故剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器宜用于報警，不宜自動切斷電源。有電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備時，將故障信息上報主機(jī)設(shè)備，由值班人員確認(rèn)該故障信息并根據(jù)實際情況執(zhí)行下一步操作。

4．4 漏電故障檢查

剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器一般安裝于電力系統(tǒng)配電柜的出線端（變配電所）或樓層配電箱進(jìn)線處。當(dāng)被保護(hù)線路或設(shè)備發(fā)生漏電故障時，并不能斷定具體故障的點或位置，需逐一查看安裝點后各個線路及設(shè)備，這也是一項比較繁瑣的工作。

首先，區(qū)分漏電故障的原因，是由于接線不規(guī)范或接線錯誤引起的，還是設(shè)備或線路故障或者新增負(fù)荷引起的。在新運行項目中，很多情況都是由于接線不規(guī)范或接線錯誤導(dǎo)致，此時需要對保護(hù)線路的接線一一改正過來。將被保護(hù)線路中設(shè)備都正常運作之后如果剩余電流值在預(yù)計范圍內(nèi)，基本可以確定線路已正常。接線錯誤引起的剩余電流往往比較大。

其次，采用儀表檢測法、分別斷電法（逐一排除法）、停電測量法等方法檢測漏電的具體部位。其中zui及方便的方法就是分別斷電法，這種方法可以逐一縮小故障地點，zui終發(fā)現(xiàn)故障原因。在不允許停電的情況下，我們一般采用觀察法及儀表測量法進(jìn)行。觀察法主要是觀察線路中有無明顯的接線錯誤或者拉弧現(xiàn)象；儀表檢測法中我們需要有專門的手持漏電檢測裝置，來檢測各個回路中漏電的大小，根據(jù)大小來定位。

5 結(jié)束語

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，電氣安全越來越受到大家的關(guān)注，人們也逐漸認(rèn)識到電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)在早期預(yù)防電氣火災(zāi)的發(fā)生具有非常重要的作用。早期國家出臺相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計和施工，導(dǎo)致目前這一行業(yè)比較混亂，系統(tǒng)的效果也并未達(dá)到預(yù)期的目的。目前該類產(chǎn)品被證實列入批實施強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證的消防產(chǎn)品，將于2013年1月1日起納入國家CCC認(rèn)證產(chǎn)品，由此可見國家相關(guān)部門規(guī)范此類產(chǎn)品質(zhì)量和市場的信心。

文章來源于：《智能建筑電氣技術(shù)》2012年4期。

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