電氣防火保護器在高校學生宿舍的應用研究

丁樹歧副研究員 王 晨助理研究員 賈水庫研究員

(1.北京物資學院，北京 101149；2.北京科技大學，北京 100083)

0 引言

《建筑設計防火規(guī)范》(GB 51348-2019)中，第13章中13.2.2明確規(guī)定[1]：“建筑面積大于3 000m2的旅館建筑、商場和超市，應設置電氣火災監(jiān)控設備”。

高校大學生宿舍一般都建于2019年以前，且建筑面積絕大多數都大于3 000m2，由于2015年及以前“建筑設計防火規(guī)范”中并沒有要求設置電氣火災監(jiān)控設備，因此高校建設學生宿舍時都沒有考慮安裝電氣火災監(jiān)控設備。但高校學生宿舍人員密集、電器種類多、可燃物多、火災載荷大，電氣線路容量不斷增加，而宿舍配電設備老化，學生違規(guī)用電、超負荷用電等時有發(fā)生，這些現象極易引起火災事故，且可能造成大量學生傷亡和重大財產損失。

例如，2003年11月24日，俄羅斯人民友誼大學的學生宿舍發(fā)生重大火災事故，過火面積超過1 000m2，共造成大學生死亡41人、受傷171人，包括中國留學生死亡11人、受傷38人，失火原因是學生大功率電器造成宿舍電線短路故障引起；2008年11月14日，我國上海商學院學生宿舍602房間發(fā)生較大火災，共造成4名女學生高墜死亡，火災原因是學生在宿舍使用“熱得快”大功率電器，線路短路引燃周圍可燃物； 2017年5月15日，我國天津中醫(yī)藥大學的學生宿舍發(fā)生較大火災事故，造成整個學生宿舍化為灰燼，火災原因是宿舍電線線路老化，學生在正常使用中宿舍樓頂線路短路引發(fā)火災。因此，高校學生宿舍電氣火災監(jiān)控設備安裝十分必要和重要，可以有效降低高校學生宿舍的火災風險。

1 高校學生宿舍用電分析及火災風險

1.1 高校學生宿舍用電特點

(1)配電系統(tǒng)。高校大學生宿舍配電系統(tǒng)一般分為集中配電方式和分布式配電方式2種。集中配電方式是指由宿舍管理員可對學生每間宿舍直接進行供電控制，學生違規(guī)用電時可直接進行斷電操作；分布式配電方式是指在學生宿舍樓每層均設置配電柜，且每個宿舍房間外墻(或宿舍內)安裝內有總斷路器和分斷路器的入戶箱，可以分別對不同供電回路進行控制。

(2)用電情況。高校學生宿舍用電以照明、墻插、空調和衛(wèi)生間用電為主，但其用電時間有所不同。

照明用電。一般為一只25～40W的白熾燈或LED燈具，現在國內大多普及使用LED燈，一天用電15h以上。

墻插座用電。一般一間宿舍住宿人數為4-6人，內部墻上最少安裝4-6個插座，一般會多于6個插座，且多為10A三孔3C插座，每天使用時間超過16h，有的甚至24h使用。

空調用電。一般每間宿舍均配有1匹或1.5匹的熱分體空調，其使用的插座多為16A獨立三孔墻上插座。使用時間多集中在夏季和入冬前，夏季使用時間每天不超過16h，冬季有時達24h。

衛(wèi)生間用電。一般包括照明和加熱取暖用的“浴霸”，“浴霸”功率較大，一般為300～500W或1 500W，個別高校還安裝有電加熱淋浴器，功率可達3 000W。

(3)用電負載電器種類。宿舍內用電電器主要有充電類、計算機類、電熱類、照明類和小電機類，其產生火災風險的幾率與線路及產品質量有較大關系。

充電類。多為手機充電器、充電寶等，工作電流不大，即使6個充電器同時工作也不會超過2A，有的宿舍24h都有充電器、充電寶等處于充電狀態(tài)。

計算機類。臺式、筆記本、ipad等。一臺計算機功率在350W左右，電流在1.6A左右，個別宿舍此類用電設備24h處于開機狀態(tài)。

電熱類。熱得快、電熱水壺、電褥子、電暖氣、電吹風等，一般“熱得快”功率2 200～3 000W，工作電流可達10A；電吹風常見于女生宿舍，一般功率為600～1 300W。

照明類。LED臺燈、可調式臺燈等電器功率雖小，但產品的質量不合格率較高。

小電動機類。主要是20～50W小功率風扇，夏季學生宿舍普遍存在，雖工作電流在0.25A以內，但經常使用，此類產品質量不合格率突出。

1.2 高校學生宿舍電氣火災風險

全國絕大多數高校學生宿舍內都安裝了限電器或限電電表，當學生使用電器工作電流達到或超過某安全規(guī)定數值時，電路就會自動切斷電源，以此來實現對高校學生宿舍用電安全的管理。學生宿舍每年的年電檢，無法實現全檢，也只是進行抽檢，不能有效保障全年學生宿舍的安全。學生宿舍可燃物多，導致火災載荷大；人員密集，使電氣線路容量不斷增加，而配備設備老化不能滿足容量要求；學生違規(guī)用電、超負荷用電時有發(fā)生等，極易引起火災事故，易造成學生宿舍大量人員傷亡和重大財產損失。再之，許多高校學生宿舍為高層建筑，消防設施不完善，火災發(fā)生后，學生疏散也存在較大困難。高校學生宿舍已成為高校安全重點中的重點。通過調查、梳理和分析，高校學生宿舍各種電氣安全風險主要來源以下5個方面：

(1)線路短路。當宿舍內用電線路發(fā)生破損或用電負載發(fā)生故障時會導致線路短路，瞬間產生巨大電流，造成線路快速升溫碳化，形成火災隱患，可能會發(fā)展成為電氣火災。

(2)線路過載。當宿舍內使用大功率電器或多個電器同時使用超過線路額定電流值時，造成線路快速升溫碳化，形成火災隱患。過載一般由用電器引起，當用電器有故障或使用不當時，會產生過載現象，例如：當充電器給電池充電時，如果電池內部存在故障，會引起充電電流增大，超出額定電流，如果電流續(xù)增大，會出現短路故障，最終發(fā)展成電氣火災。

(3)故障電弧。當用電線路內插排和用電設備內部由于導線絕緣老化、接觸不良、線束內部斷裂等原因發(fā)生的短時打火現象被稱為故障電弧，尤其是使用劣質插座時經常產生故障電弧。故障電弧產生時伴有局部千度左右的高溫，極易點燃周圍的可燃物，形成電氣火災。

(4)電器故障。電器類故障一般為局部短路或斷路，斷路使設備不能工作；但是局部短路則可能使短路部分電路過熱，容易引燃周圍的易燃物品，形成電氣火災。

(5)非常規(guī)用電。學生在宿舍或多或少都存在違規(guī)使用電器具現象。全國絕大多數高校學生宿舍中采用了限電措施，當宿舍用電量超過一定的數值后自動斷電。但隨著科學技術的發(fā)展，個別企業(yè)生產出“反限電器”設備，使得學生宿舍內能夠使用大功率電器，不會被限電器發(fā)現。這樣導致，學生宿舍可以使用大功率電器，從而造成用電器過熱、線路過熱、超載、短路等，引燃周圍可燃物，形成電氣火災。

2 高校學生宿舍電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)

中國建筑科學研究院防火所聯合北京海博等專業(yè)研發(fā)團隊以預防電氣火災為己任，研究探索“剩余電流隨動技術”“熱解粒子探測技術”。這項技術通過傳感技術，有效地解決了建筑中配電設備和電器過熱、線路過熱、線路超載、線路短路時提前預警等問題，獲得公安部消防局科技一等獎，并在國內率先展開相關科學研究，發(fā)明溫感、熱解粒子等傳感器設備，并將這些產品規(guī)范納入國家標準，為國內電氣防火事業(yè)做出巨大貢獻。北京海博公司聯合北京高校保衛(wèi)學會學術部設立課題，將“剩余電流隨動技術”“熱解粒子探測技術”等科研成果運用到學生宿舍中，開發(fā)創(chuàng)新出學生宿舍電氣防火保護器，以此產品為主構建形成學生宿舍電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)。

監(jiān)控系統(tǒng)可以對高校各種類型的電氣火災進行預判、預警，可以在未發(fā)生實際電氣火災前預判出電氣火災的風險，提前報警給系統(tǒng)管理人員，對提高大學生宿舍的安全有重大的作用。

2.1 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)架構

(1)系統(tǒng)構成。由電氣火災保護器和監(jiān)控主機等組成的電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)，如圖1。

圖1 電氣火災保護器和監(jiān)控主機等組成的電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控分機可以輸出1-6條總線，每條總線可以驅動60個電氣火災保護器，一棟宿舍樓少于360個房間，可以直接使用這個系統(tǒng)；多于360個房間，對分機進行擴展后即可使用這個系統(tǒng)。上位機安裝在消防中控室，上位機與各個監(jiān)控分機的通信可以利用校園局域網、光纖或無線方式。上位機可以連接32臺監(jiān)控分機，如果需要連接更多的監(jiān)控分機，可以對上位機進行擴展，組成更大的系統(tǒng)。

(2)系統(tǒng)性能。監(jiān)控分機安裝在學生宿舍管理員處(值班室)，管理員可以隨時監(jiān)控樓內各個宿舍用電情況，在監(jiān)控分機上可以觀察到樓內宿舍的用電情況，包括正常用電、違規(guī)用電、斷電、溫度報警、故障電弧報警、過電壓、欠電壓等多種情況，并在分機的屏幕上可直接顯示每一個房間的用電情況。

(3)技術指標。系統(tǒng)的主要技術指標如下：

溫度報警設定范圍：40～150℃，通常設定為80℃報警(電線溫度達到320℃時才會燃燒起火)。

電弧持續(xù)時間：20ms～10s可調，根據實際情況設定。

過電壓：240V。

欠電壓：187V。

過電流：1～10A可調，通常設定在6A以上。

短路：1～32A可調，通常設定不超過10A。

2.2 系統(tǒng)的信息推送功能

當系統(tǒng)在分機上報警或報故障后，將立即進行處理，根據故障或報警的分類，將會推送信息給相關人員，以便不同故障或報警得到及時處理，使供電系統(tǒng)快速恢復正常工作。

(1)推送給電路維修人員。當發(fā)生過電壓、欠電壓、短路、過載、溫度過高、故障電弧等，會及時發(fā)送給電路維修人員，使電路維修人員準確掌握發(fā)生問題的樓號和房間號，及時進行故障維修。

(2)推送給宿管人員。當發(fā)生違規(guī)用電報警時，會及時推送信息給宿管人員，由宿管人員進行查證，并采取適當措施，消除隱患，排除違規(guī)用電，使供電正常。

(3)推送給安全保衛(wèi)部門。宿管人員處理的違規(guī)用電情況、電路維修人員處理電路故障的信息及處理結果將及時推送給安全保衛(wèi)部門。

2.3 系統(tǒng)報警的處置

(1)電氣故障的處理。當電氣故障信息推送到電路維修人員時，由維修人員及時進行維修，使供電恢復正常，保證宿舍的正常用電。同時把維修好的信息上傳給宿管人員和上級主管。

(2)違規(guī)用電的處理。當發(fā)現有違規(guī)用電時，宿管人員應及時進行查證，按照宿舍管理有關規(guī)定進行處理，記錄違規(guī)用電房間號和個人，將處理情況報學生管理部門及上級主管。

(3)電氣火災隱患處理后反饋信息和記錄。為便于檢查和糾正用電中發(fā)生的問題，需要對電路故障、報警和違規(guī)用電等情況進行記錄，同時定期進行總結，發(fā)現規(guī)律性問題及時改正，以便今后更好地實現學生宿舍的安全用電管理。

3 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)在高校的應用

電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)已經在北京科技大學、北京交通大學、國際關系學院、北京體育大學、北京建筑大學等學校開展安裝試運行半年多時間，設備及系統(tǒng)運行穩(wěn)定，很少出現誤報和漏報現象，同時對于學生違規(guī)使用大功率電器問題得到了有效抑制，現階段已取得良好效果，獲得高校高度認可，有效提升了高校對學生宿舍電氣火災“可防可控”的信心。

4 結論

電氣防火保護器是一種值得大力推廣的消防用保護設備。使用電氣防火保護器的學生宿舍電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)，同時還可以接入高?！爸腔巯老到y(tǒng)”中，并將學生宿舍電氣火災預防的大量信息引入高校智慧消防系統(tǒng)，可以更大地提高大學校園的消防智能化水平，為大學生宿舍安全提供更強大的保證。