任運(yùn)業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：介紹分析剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)、組成、設(shè)計(jì)依據(jù)、監(jiān)控原理和實(shí)施方案，并結(jié)合上海市某大廈工程設(shè)計(jì)實(shí)例探討該系統(tǒng)在高層建筑中的設(shè)置要求和應(yīng)用方式，供設(shè)計(jì)人員參考。

關(guān)鍵詞：高層建筑；漏電火災(zāi)；剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)；設(shè)計(jì)應(yīng)用

0引言

近年隨著各種先進(jìn)及復(fù)雜的電力設(shè)備及設(shè)施在高層建筑中的廣泛應(yīng)用，使人們的工作效率及生活質(zhì)量得到了很大的改善和提高。但由于各種原因，電力設(shè)備及設(shè)施在使用中也存在不少問題和風(fēng)險(xiǎn)，有時(shí)甚至可能是災(zāi)難性的。根據(jù)《中國火災(zāi)統(tǒng)計(jì)年鑒》統(tǒng)計(jì)，因電力設(shè)備及設(shè)施在使用過程中造成的電氣火災(zāi)占全國火災(zāi)總數(shù)的近30%，火災(zāi)給人們的生活、生產(chǎn)、生命和財(cái)產(chǎn)造成了相當(dāng)大的損失，而漏電引起的火災(zāi)又是電氣火災(zāi)的主要原因，因此對漏電火災(zāi)的起因及監(jiān)控進(jìn)行研究具有重要意義。為此本文結(jié)合工程設(shè)計(jì)實(shí)例對電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)及其在高層建筑中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

1漏電火災(zāi)及其成因

1.1漏電火災(zāi)

漏電火災(zāi)是指當(dāng)漏電發(fā)生時(shí)，供電線路漏泄的電流在流入大地途中，遇電阻較大的部位時(shí)會(huì)產(chǎn)生局部高溫，致使附近的可燃物著火，從而引起火災(zāi)。此外，在漏電故障點(diǎn)產(chǎn)生的漏電火花或電弧，也同樣可以引燃附近的可燃物造成火災(zāi)。

1.2漏電火災(zāi)的成因

⑴由漏電電流引起的火災(zāi)。因供電線路通常會(huì)有接觸不實(shí)的情況，似接而非接而形成漏電故障點(diǎn)，并導(dǎo)致接觸電阻較大，使過負(fù)荷保護(hù)裝置難以動(dòng)作，而且會(huì)在漏電故障點(diǎn)處產(chǎn)生電弧。據(jù)實(shí)測，即使只有0.5A的電流產(chǎn)生的電弧溫度也可達(dá)2000℃以上，足以引燃漏電故障點(diǎn)附近可燃物造成火災(zāi)。

⑵由零線或地線在接線端子處連接不實(shí)引起的火災(zāi)。這會(huì)導(dǎo)致電阻過大，然而被供電設(shè)備依然會(huì)正常工作不受影響，故漏電故障點(diǎn)不易被發(fā)現(xiàn)。一旦漏電發(fā)生，由于故障點(diǎn)接頭松動(dòng)或被腐蝕等原因?qū)е鲁霈F(xiàn)高阻，連接端子處會(huì)引起高溫或電弧，從而引燃漏電故障點(diǎn)附近可燃物造成火災(zāi)。

（3）由漏電電壓引起的火災(zāi)。在漏電持續(xù)發(fā)生后，由于電流不能流散，導(dǎo)致阻力小的另一回路通地，沿保護(hù)接零線（接地線）傳導(dǎo)使所有與之相連的電氣裝置的金屬外殼帶有對地電壓，并向鄰近低電位的供曖管、燃?xì)夤艿冉饘贅?gòu)件飛弧從而成為起火源，即使僅有20V的維持電壓都可使電弧連續(xù)發(fā)生，從而引燃附近可燃物造成火災(zāi)。

⑷由零線或地線的線徑選擇過小引起的火災(zāi)。因零線或地線的線徑選擇過小，當(dāng)通過較大的漏電電流時(shí)，會(huì)引起導(dǎo)線的溫度不斷升高，甚至引起導(dǎo)線的絕緣體發(fā)生燃燒，從而引燃導(dǎo)線附近可燃物火災(zāi)。

2剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)原理與應(yīng)用

2.1系統(tǒng)特點(diǎn)

在高層建筑中，保障防火安全的消防電子系統(tǒng)主要由火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)和剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)組成，它們分別承擔(dān)不同的任務(wù)且相互獨(dú)立，其關(guān)系和區(qū)別見表1。可見，在高層建筑中采用的剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，其特點(diǎn)在于漏電監(jiān)控方面屬于早期預(yù)報(bào)警系統(tǒng)，與火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)不同的是，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)可以在火災(zāi)發(fā)生前報(bào)警，從而避免損失，而火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)只能在確認(rèn)火災(zāi)發(fā)生后減少損失。

表1火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)和剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)系和區(qū)別

2.2設(shè)計(jì)依據(jù)

近年來我國為加強(qiáng)電氣火災(zāi)防范的監(jiān)控力度，相繼制訂或修改了相關(guān)第13.12篇規(guī)定了防火剩余電流動(dòng)作報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的要求。

2.3系統(tǒng)構(gòu)成

剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)由電氣火災(zāi)監(jiān)控裝置、剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器以及測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器等3個(gè)*基本的設(shè)備組成。其中火災(zāi)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）組成，而測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器由監(jiān)控探測器和測溫傳感器組成。

2.4監(jiān)控原理

漏電監(jiān)控報(bào)警主要是利用裝在被監(jiān)控配電線路上的剩余電流互感器檢測線路上的漏電流來實(shí)現(xiàn)。剩余電流互感器本質(zhì)上是一個(gè)高靈敏的電流互感器，它能檢測出配電線路上小到幾毫安或十幾毫安的微小漏電流，而漏電流檢測則是依據(jù)剩余電流原理來確定的。當(dāng)配電線路中3條相線和1條零線共同穿過剩余電流互感器的鐵芯線圈時(shí)，在正常情況下它們的電流矢量和為零，則互感器的線圈不會(huì)感應(yīng)出任何電流；但當(dāng)任何一條相線或者零線有一部分電流在互感器之后分流到大地（即漏電），此時(shí)在互感器處它們的電流矢量和就不為零了，而互感器的線圈也就感應(yīng)出相應(yīng)的漏電電流，故稱為剩余電流。把檢測到的剩余電流處理后與監(jiān)控裝置設(shè)定值進(jìn)行比較，一旦達(dá)到和超過設(shè)定值，與剩余電流互感器連接的電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器即發(fā)出漏電報(bào)警，并同時(shí)輸出脫扣跳閘信號(hào)切斷相應(yīng)故障線路電源。漏電檢測如圖1。

2.5實(shí)施方案

通過在被監(jiān)控電力配電線路主開關(guān)下方安裝剩余電流式電氣火災(zāi)探測器和剩余電流互感器，并通過信號(hào)總線實(shí)現(xiàn)與電氣火災(zāi)監(jiān)控主機(jī)間的信息通訊來實(shí)現(xiàn)對電氣火災(zāi)的監(jiān)控，如圖2。

根據(jù)工程設(shè)計(jì)的實(shí)際需要，監(jiān)控系統(tǒng)可在整個(gè)電力系統(tǒng)的任何一條配電線路上安裝，并承擔(dān)對安裝節(jié)點(diǎn)以下的相關(guān)電氣線路和設(shè)備的漏電監(jiān)控報(bào)警，起到脫扣跳閘保護(hù)的作用。同時(shí)也能根據(jù)電力設(shè)計(jì)的需要而組成二級或多級監(jiān)控實(shí)施保護(hù)，并實(shí)現(xiàn)在相應(yīng)線路漏電故障報(bào)警時(shí)有選擇性地脫扣跳閘保護(hù)。

3工程設(shè)置與實(shí)例

3.1設(shè)置要求

JGJ16-2008《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》第13.12.3條規(guī)定：采用獨(dú)立型剩余電流動(dòng)作報(bào)警器且點(diǎn)數(shù)較少時(shí)，可自行組成系統(tǒng)亦可采用編碼模塊接入火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，報(bào)警點(diǎn)位號(hào)在火災(zāi)報(bào)警器上顯示應(yīng)區(qū)別于火災(zāi)探測器編號(hào)。可見剩余電流動(dòng)作報(bào)警器在電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用中應(yīng)獨(dú)立配置，并能自行組成系統(tǒng)或作為火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)對電力配電系統(tǒng)因漏電可能引發(fā)的火災(zāi)實(shí)施監(jiān)控報(bào)警。

系統(tǒng)設(shè)置主要要求如下：①具有預(yù)警功能，能在被監(jiān)控參數(shù)發(fā)生異常但未達(dá)到監(jiān)控報(bào)警值前發(fā)出預(yù)報(bào)警信號(hào)；②系統(tǒng)設(shè)計(jì)以漏電監(jiān)控保護(hù)為主，而以接觸式測溫作為輔助手段對配電線路電纜實(shí)時(shí)溫度監(jiān)控；③系統(tǒng)監(jiān)控點(diǎn)主要設(shè)置在第1級大容量配電出線回路上；④一般采用報(bào)警不脫扣跳閘，只有在需立即切斷電源以保障安全的場所才采用監(jiān)控報(bào)警時(shí)輸出脫扣信號(hào)跳閘，此外對過載和溫度的監(jiān)控只作用于報(bào)警，不聯(lián)動(dòng)主開關(guān)跳閘；⑤在低壓配電的2、3級配電系統(tǒng)中，對漏電報(bào)警有分級監(jiān)控要求且要采取自動(dòng)跳閘的保護(hù)對象，如網(wǎng)吧、KTV等場所，需以不同的脫扣延時(shí)來獲取自動(dòng)跳閘的選擇性，而上下級延時(shí)時(shí)階不宜小于0.5s；⑥系統(tǒng)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)少于16點(diǎn)的小規(guī)模工程可不配置獨(dú)立主機(jī)和信號(hào)總線，應(yīng)選用獨(dú)立型剩余電流監(jiān)控探測器，通過火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的編碼模塊將各監(jiān)控節(jié)點(diǎn)信號(hào)接入火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。

3.2工程設(shè)計(jì)實(shí)例

筆者負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)的上海市某大廈項(xiàng)目，總建筑面積46456m2，地下2層，主要為車庫、各種機(jī)房、庫房，地上主樓29層，裙樓9層，主要為會(huì)議室、餐廳、辦公用房等。建筑主體高度116.3m，結(jié)構(gòu)形式為混凝土框架，屬于一類建筑。根據(jù)GB50116-98《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》第1點(diǎn)的規(guī)定，本工程應(yīng)設(shè)置防火剩余電流動(dòng)作報(bào)警系統(tǒng)。因此在下列電力線路或設(shè)備處進(jìn)行了監(jiān)控點(diǎn)配置：①變電所低壓配電重要出線回路；②樓層和地下車庫防火分區(qū)照明干線配電箱的進(jìn)線總開關(guān)；③應(yīng)急照明區(qū)域配電箱或樓層干線配電箱的總開關(guān)；④消防水泵、消防風(fēng)機(jī)、消防電梯等重要消防負(fù)荷的電源配電箱總開關(guān)；⑤客梯、空調(diào)、風(fēng)機(jī)等一般電力干線配電箱的總開關(guān)；⑥廚房等火災(zāi)危險(xiǎn)性大的場所配電箱的總開關(guān)。

本工程剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)對在火災(zāi)時(shí)仍需保持供電的消防設(shè)備、應(yīng)急照明及其它不允許停電的供電線路只設(shè)置作用于報(bào)警不輸出脫扣信號(hào)的監(jiān)控節(jié)點(diǎn)。而在同一配電箱柜內(nèi)多路配電干線首端的監(jiān)控節(jié)點(diǎn)采用了具有多回路監(jiān)控功能的設(shè)備。本系統(tǒng)的多回路監(jiān)控能在一個(gè)共用的監(jiān)控器上實(shí)現(xiàn)對多個(gè)配電回路的監(jiān)控參數(shù)顯示、操作、設(shè)定和報(bào)警等功能。本監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)設(shè)置于首層的消防控制室，以獨(dú)立子系統(tǒng)形式通過RS485通信接口與火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)主機(jī)實(shí)現(xiàn)連接，其消防控制室平面布置及監(jiān)控系統(tǒng)分別如圖3~4所示。另外，本工程電力系統(tǒng)接地保護(hù)采用TN-S系統(tǒng)，為保證其與火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)準(zhǔn)確配合，采用了圖5的連接方式。

3.3剩余電流報(bào)警動(dòng)作值的設(shè)置

因監(jiān)控節(jié)點(diǎn)剩余電流報(bào)警動(dòng)作值能否正確選擇關(guān)系到電力線路的可靠運(yùn)行，是監(jiān)控系統(tǒng)能否起到真正預(yù)防電氣火災(zāi)發(fā)生的關(guān)鍵。關(guān)于剩余電流報(bào)警動(dòng)作值的設(shè)置問題，目前在業(yè)界的各種學(xué)術(shù)討論會(huì)和相關(guān)技術(shù)文章中有不同提法，普遍認(rèn)為應(yīng)是配電線路和用電設(shè)備正常泄漏電流的2~4倍。JGJ16-2008《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.7.5條：“選用的剩余電流保護(hù)裝置的額定剩余不動(dòng)作電流，應(yīng)不小于被保護(hù)電氣線路和設(shè)備的正常

運(yùn)行時(shí)泄漏電流*大值的2倍"以及附錄B的第B.6條：“IΔno定義為額定剩余動(dòng)作電流，額定剩余不動(dòng)作電流的優(yōu)先值為0.5IΔno，如采用其他值時(shí)，應(yīng)大于0.5IΔno"的相關(guān)條文來確定設(shè)置。一般情況下，剩余電流報(bào)警動(dòng)作值宜為500mA，當(dāng)回路的自然漏電流較大而無法滿足測量要求時(shí)，宜采用門檻電平連續(xù)可調(diào)的剩余電流動(dòng)作報(bào)警器或分段報(bào)警方式抵消自然泄漏電流的影響。因此，筆者建議剩余電流報(bào)警動(dòng)作值應(yīng)按不小于正常泄漏電流值的4倍來整定，且不應(yīng)大于1000mA，這樣設(shè)置既可保證剩余電流報(bào)警動(dòng)作的可靠性，又可防止固有剩余電流造成的誤報(bào)警。

4 Acre1-6000電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

Acre1-6000電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，是根據(jù)中心的消防電子產(chǎn)品試驗(yàn)認(rèn)證，并且均通過嚴(yán)格的EMC電磁兼容試驗(yàn)，保證了該系列產(chǎn)品在低壓配電系統(tǒng)中的安全正常運(yùn)行，現(xiàn)均已批量生產(chǎn)并在全國得到廣泛地應(yīng)用。該系統(tǒng)通過對剩余電流、過電流、過電壓、溫度和故障電弧等信號(hào)的采集與監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)對電氣火災(zāi)的早期預(yù)防和報(bào)警，當(dāng)必要時(shí)還能聯(lián)動(dòng)切除被檢測到剩余電流、溫度和故障電弧等超標(biāo)的配電回路;并根據(jù)用戶的需求，還可以滿足與AcreIEMS企業(yè)微電網(wǎng)管理云平臺(tái)或火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)等進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和共享。

（1）應(yīng)用場合

適用于智能樓宇、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業(yè)、國家重點(diǎn)消防單位以及石油化工、文教衛(wèi)生、金融、電信等領(lǐng)域。

（2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（3）系統(tǒng)功能

監(jiān)控設(shè)備能接收多臺(tái)探測器的剩余電流、溫度信息，報(bào)警時(shí)發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào)，同時(shí)設(shè)備上紅色“報(bào)警"指示燈亮，顯示屏指示報(bào)警部位及報(bào)警類型，記錄報(bào)警時(shí)間，聲光報(bào)警一直保持，直至按設(shè)備的“復(fù)位"按鈕或觸摸屏的“復(fù)位"按鍵遠(yuǎn)程對探測器實(shí)現(xiàn)復(fù)位。對于聲音報(bào)警信號(hào)也可以使用觸摸屏“消聲"按鍵手動(dòng)消除

當(dāng)被監(jiān)測回路報(bào)警時(shí)，控制輸出繼電器閉合，用于控制被保護(hù)電路或其他設(shè)備，當(dāng)報(bào)警消除后，控制輸出繼電器釋放。

通訊故障報(bào)警：當(dāng)監(jiān)控設(shè)備與所接的任一臺(tái)探測器之間發(fā)生通訊故障或探測器本身發(fā)生故障時(shí)，監(jiān)控畫面中相應(yīng)的探測器顯示故障提示，同時(shí)設(shè)備上的黃色“故障"指示燈亮，并發(fā)出故障報(bào)警聲音。電源故障報(bào)警：當(dāng)主電源或備用電源發(fā)生故障時(shí)，監(jiān)控設(shè)備也發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)并顯示故障信息，可進(jìn)入相應(yīng)的界面查看詳細(xì)信息并可解除報(bào)警聲

當(dāng)發(fā)生剩余電流、超溫報(bào)警或通訊、電源故障時(shí)，將報(bào)警部位、故障信息、報(bào)警時(shí)間等信息存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)報(bào)警解除、排除故障時(shí)，同樣予以記錄。歷史數(shù)據(jù)提供多種便捷、快速的查詢方法。

（4）配置方案

5結(jié)語

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的功能更加完備，已經(jīng)具備了用電安全管理、控制、保護(hù)、分析、記錄于一體等智能化優(yōu)點(diǎn)，且已被廣泛地應(yīng)用于智能小區(qū)、大型商場、醫(yī)院及公共高層建筑等場合進(jìn)行漏電火災(zāi)監(jiān)控。同時(shí)為了能使剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，在設(shè)計(jì)和應(yīng)用時(shí)應(yīng)考慮電力配電系統(tǒng)的特性，選用性能可靠和技術(shù)監(jiān)控系統(tǒng)，這樣就能大幅降低相關(guān)應(yīng)用場合的漏電火災(zāi)發(fā)生率。

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作者簡介

任運(yùn)業(yè)，男，安科瑞電氣股份有限公司。