電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

吳 穹

（中國航空規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院有限公司，北京 100120）

0 引言

電氣火災(zāi)產(chǎn)生的主要原因有過載、短路、雷電、漏電、諧波電流、誤操作、接觸不良、電氣線路設(shè)計(jì)負(fù)荷與使用負(fù)荷不匹配以及設(shè)備自身因素等，其中由漏電引起的電氣火災(zāi)占據(jù)了很大部分[1]。為了有效監(jiān)測(cè)漏電流，需要設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到漏電流達(dá)到預(yù)警值時(shí)立即報(bào)警，避免漏電流引起電氣火災(zāi)。

1 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的組成概述

《電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收規(guī)范》（DBJ 20—2012）中對(duì)電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的定義是：當(dāng)被保護(hù)線路中的被探測(cè)參數(shù)超過報(bào)警設(shè)定值時(shí)，能發(fā)出報(bào)警信號(hào)、控制信號(hào)并能指示報(bào)警部位的系統(tǒng)。電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主要由3 個(gè)部分組成，即電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)、電氣火災(zāi)監(jiān)控器以及電氣火災(zāi)傳感器。電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)負(fù)責(zé)接收、記錄電氣火災(zāi)監(jiān)控器上傳的報(bào)警信號(hào)，同時(shí)發(fā)布報(bào)警信息，提醒值班人員進(jìn)行檢查[2]。電氣火災(zāi)監(jiān)控器負(fù)責(zé)接收電氣火災(zāi)探測(cè)器的信號(hào)并進(jìn)行現(xiàn)場報(bào)警，同時(shí)將采集到的信號(hào)及報(bào)警信息上傳至電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)[3]。電氣火災(zāi)傳感器負(fù)責(zé)采集所監(jiān)控回路的剩余電流、溫度、故障電弧及過電流信號(hào)，并通過系統(tǒng)總線將信號(hào)上傳至電氣火災(zāi)監(jiān)控器。

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主要通過電氣火災(zāi)傳感器對(duì)所監(jiān)控回路進(jìn)行信號(hào)采集，按照采集信號(hào)類型的不同可分為剩余電流式電氣火災(zāi)傳感器、測(cè)溫式電氣火災(zāi)傳感器、故障電弧探測(cè)器以及電流傳感器。利用基爾霍夫電流定律，通過剩余電流式電氣火災(zāi)傳感器測(cè)量剩余電流，其工作原理如圖1 所示。

根據(jù)圖1，A，B，C，N 這4 根電纜同時(shí)垂直穿過同一個(gè)剩余電流互感器。正常情況下，A，B，C 三相電流的矢量和與N 相電流大小相等方向相反，此時(shí)PE 線中的電流為0，也就是漏電流為0。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，此時(shí)A，B，C，N 各相在剩余電流互感器中的感應(yīng)電流相互抵消，流過剩余電流互感器的電流為0。當(dāng)配電線路中某些原因?qū)е翧，B，C某相或中性線中有電流泄露到大地時(shí)，則A，B，C 三相電流的矢量和與N 相電流大小不相等，此時(shí)流過剩余電流互感器中的電流矢量和不為0，也就是剩余電流不為0。根據(jù)此原理，可通過剩余電流互感器中電流的大小來間接分析配電線路中的漏電情況[4]。我國低壓配電系統(tǒng)中存在著不同的接地系統(tǒng)，受檢測(cè)原理的限制，剩余電流式電氣火災(zāi)傳感器并不適用于所有的情況[5]。在設(shè)置剩余電流式電氣火災(zāi)探測(cè)器時(shí)，應(yīng)根據(jù)配電系統(tǒng)的不同進(jìn)行區(qū)別對(duì)待。剩余電流式電氣火災(zāi)傳感器所適用的接地系統(tǒng)如圖2 所示。

圖1 剩余電流式電氣火災(zāi)傳感器測(cè)量原理

圖2 剩余電流式電氣火災(zāi)傳感器適用的接地系統(tǒng)

由于回路中的漏電流會(huì)引起溫度升高，溫度達(dá)到一定程度時(shí)會(huì)引起火災(zāi)，因此可以通過監(jiān)測(cè)回路中的溫度來預(yù)防電氣火災(zāi)的發(fā)生。測(cè)溫式電氣火災(zāi)傳感器可以通過其內(nèi)部的熱敏元件來測(cè)量回路溫度，并將信號(hào)上傳至電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。測(cè)溫式電氣火災(zāi)傳感器監(jiān)測(cè)的主要部位為設(shè)備外殼、電纜、配電柜（箱）體等，溫度監(jiān)測(cè)采用直接接觸方式，覆蓋A，B，C，N 四相。

故障電弧主要由電氣設(shè)備的老化、線路連接松動(dòng)、線路絕緣層破損等因素引起，通常伴隨著大量熱量的產(chǎn)生，極易引起火災(zāi)。故障電弧探測(cè)器通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)回路中電壓、電流波形的變化來監(jiān)測(cè)故障電弧的發(fā)生[6]。實(shí)際應(yīng)用中，配電線路中或多或少都會(huì)存在固有漏電。由于固有漏電的存在會(huì)直接影響報(bào)警的準(zhǔn)確性，在固有漏電大到一定程度時(shí)甚至?xí)鹣到y(tǒng)的誤報(bào)警，因此可以盡量將測(cè)量點(diǎn)設(shè)置在末端或是根據(jù)計(jì)算調(diào)整漏電流的報(bào)警閥值，從而消除固有漏電的影響。

2 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案與實(shí)現(xiàn)

2.1 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)組成方式設(shè)計(jì)

在實(shí)際應(yīng)用中，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主要有以下幾種組成方式。

（1）電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)+電氣火災(zāi)監(jiān)控器+剩余電流式電氣火災(zāi)探測(cè)器+測(cè)溫式電氣火災(zāi)探測(cè)器，此方式可以同時(shí)完成對(duì)回路中剩余電流與溫度的監(jiān)測(cè)。

（2）電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)+電氣火災(zāi)監(jiān)控器+測(cè)溫式電氣火災(zāi)探測(cè)器+電弧故障探測(cè)器，此方式可以監(jiān)測(cè)回路中的溫度和故障電弧。

（3）在所需要監(jiān)控的點(diǎn)數(shù)不超過8 個(gè)時(shí)，可不設(shè)置集中的主機(jī)，采用獨(dú)立式監(jiān)控器獨(dú)自成系統(tǒng)或接入火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中。

（4）同一項(xiàng)目可根據(jù)負(fù)荷類型的不同采用合適的電氣火災(zāi)探測(cè)器組合，例如照明負(fù)荷可采用電弧故障探測(cè)器+測(cè)溫式探測(cè)器，動(dòng)力負(fù)荷可采用剩余電流式探測(cè)器+測(cè)溫式探測(cè)器。

2.2 電氣火災(zāi)探測(cè)器位置設(shè)計(jì)

電氣火災(zāi)探測(cè)器可以設(shè)置在低壓柜出線、樓層配電箱、末端配電箱等位置，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)有以下方案。

（1）只安裝于配電室低壓柜出線位置，成本最低。但是在有漏電流產(chǎn)生時(shí)，此方案只能確定是某主回路漏電，無法定位發(fā)生漏電故障或高溫隱患的大體位置。

（2）只安裝于樓層配電箱位置，能夠定位樓層中的漏電故障、高溫隱患。該方案比第一種方案準(zhǔn)確度高，但是無法確定具體是哪一支路漏電，無法檢測(cè)配電室到豎井間的漏電。

（3）只安裝于末端配電箱，可以定位支路中的漏電故障、高溫隱患。該方案精度高于前兩種方案，但是無法檢測(cè)配電室到豎井間、豎井到支路間的漏電。

（4）在配電室低壓柜出線、樓層配電箱、末端配電箱均設(shè)置電氣火災(zāi)探測(cè)器，形成分級(jí)保護(hù)。此方案覆蓋全面，能夠精準(zhǔn)定位火災(zāi)隱患位置，但是成本過高。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，一般會(huì)靈活選用前3 種方案進(jìn)行組合，從而達(dá)到成本與測(cè)量精度的最佳平衡。

2.3 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)位置設(shè)計(jì)

由于電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)也是火警系統(tǒng)的一部分，因此電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)可以安裝在消防控制室內(nèi)[7]。電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)將報(bào)警信息和故障信息上傳至消防控制室的圖形顯示裝置或火災(zāi)報(bào)警控制器，消防控制室內(nèi)24 h 均有人值班，便于第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)報(bào)警信息并及時(shí)處理故障。

除此之外，由于電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主要監(jiān)測(cè)的是配電線路中的漏電情況，而且電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的探測(cè)器和傳感器一般由開關(guān)柜廠家成套提供，因此電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)還可以安裝在變電所內(nèi)，由變電所內(nèi)的值班人員進(jìn)行管理。

2.4 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)警閥值設(shè)計(jì)

根據(jù)國家規(guī)范，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的報(bào)警值需連續(xù)可調(diào)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，剩余電流的動(dòng)作報(bào)警閥值一般設(shè)置在300 mA，溫度報(bào)警值一般按照電纜最高耐溫的70%～80%進(jìn)行設(shè)定[8]。

2.5 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)集中管理和可視化監(jiān)控，對(duì)分散在建筑物內(nèi)的監(jiān)控器與探測(cè)器進(jìn)行遙控、遙測(cè)等操作[9-13]。當(dāng)現(xiàn)場配電線路中的被探測(cè)參數(shù)超過報(bào)警閾值時(shí)，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)和控制信號(hào)，并且在主機(jī)報(bào)警界面上指示報(bào)警部位，如圖3 所示。與此同時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)保存報(bào)警信息，以便后續(xù)分析總結(jié)。

圖3 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)界面

3 結(jié)語

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)通過多種探測(cè)器實(shí)現(xiàn)對(duì)配電線路的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，提前發(fā)現(xiàn)電氣方面的火災(zāi)隱患，從而有效避免電氣火災(zāi)的發(fā)生，保護(hù)人們的人身財(cái)產(chǎn)安全。隨著科技的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也越來越多地應(yīng)用于電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)中，促使電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)變得越來越智能化。