減少剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)誤報(bào)警研究

張應(yīng)騰, 常立強(qiáng)

(1.珠海派諾科技股份有限公司, 廣東 珠海 519085;2.中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司, 北京 100089)

0 引 言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,人們的生活水平逐步提高,各行各業(yè)的用電量呈現(xiàn)出穩(wěn)步上升趨勢(shì),與之而來(lái)的電氣火災(zāi)問(wèn)題也愈發(fā)嚴(yán)重,根據(jù)《火災(zāi)統(tǒng)計(jì)年鑒》,近年電氣火災(zāi)在各類火災(zāi)事件中占比高達(dá)34%,位于所有火災(zāi)原因之首。

各行各業(yè)都開(kāi)始關(guān)注電氣火災(zāi)的監(jiān)控和預(yù)防,電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)逐步成為了消防中必不可少的監(jiān)控系統(tǒng)。特別是目前,國(guó)家剛剛對(duì)電氣火災(zāi)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)規(guī)范都進(jìn)行了更新,加強(qiáng)了對(duì)產(chǎn)品的技術(shù)要求及設(shè)計(jì)的規(guī)范性,顯示出電氣火災(zāi)監(jiān)控愈發(fā)重要。電氣火災(zāi)監(jiān)控主要分為剩余電流式、測(cè)溫式及故障電弧式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。目前廣泛使用的剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主要依靠對(duì)回路中剩余電流進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣,計(jì)算有效值,然后與預(yù)先設(shè)置的報(bào)警閾值進(jìn)行比較,若實(shí)時(shí)值大于閾值,則進(jìn)行報(bào)警處理,反之回路處于正常狀態(tài)。這種形式的報(bào)警系統(tǒng)在前期得到了廣泛的應(yīng)用和實(shí)施,但根據(jù)長(zhǎng)期現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用反饋來(lái)看,此種方式實(shí)際運(yùn)用存在較多測(cè)量不準(zhǔn)及誤報(bào)警情況。

1 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)目前的問(wèn)題分析

根據(jù)對(duì)各類現(xiàn)場(chǎng)的研究發(fā)現(xiàn),引起剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)誤報(bào)警的原因主要有三大類。

(1) 現(xiàn)場(chǎng)用電設(shè)備本身具有一定的泄漏電流,當(dāng)回路中用電設(shè)備眾多時(shí),不同設(shè)備工作引起固有泄漏電流不同,造成對(duì)剩余電流測(cè)量不準(zhǔn)確,測(cè)量值中包含部分泄漏電流。

(2) 當(dāng)回路中有諧波源存在時(shí),如變頻器等設(shè)施,高次諧波會(huì)對(duì)剩余電流測(cè)量造成影響,導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果波動(dòng)。

(3) 目前國(guó)內(nèi)部分施工現(xiàn)場(chǎng)人員參差不齊,施工不規(guī)范,PE線和N線混用,導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確。

這三類原因可以總結(jié)為兩大因素,固有泄漏電流Ig(測(cè)量結(jié)果中不隨時(shí)間變化或者隨時(shí)間變化緩慢的部分)和波動(dòng)泄漏電流Id(在測(cè)量結(jié)果中不斷波動(dòng)變化部分)。

當(dāng)前的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)均采用固定閾值模式,即在設(shè)備出廠或者系統(tǒng)初始運(yùn)行時(shí),設(shè)定固定的報(bào)警閾值,在系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中,理論情況下,剩余電流超過(guò)此閾值時(shí),對(duì)外發(fā)出報(bào)警信號(hào)。理論情況下剩余電流如圖1所示。

實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)由于設(shè)備本身泄漏電流、諧波源及接線因素等的影響,造成在沒(méi)有漏電發(fā)生的情況下,測(cè)量結(jié)果也可能不會(huì)為零,而是如圖1前半部分,將剩余電流基值抬高至某一水平。而隨負(fù)載設(shè)備的投入、切斷、運(yùn)行等狀態(tài)的變化,測(cè)量結(jié)果除了在固有泄漏電流,還包含部分變化部分,見(jiàn)圖1中波動(dòng)變化部分,所以對(duì)測(cè)量結(jié)果不做任何處理,并采用固定報(bào)警閾值。固定報(bào)警閾值時(shí)剩余電流如圖2所示。

圖2(a)中,閾值設(shè)置過(guò)小,由于負(fù)載固有泄漏電流值已經(jīng)接近報(bào)警閾值,在負(fù)載設(shè)備啟動(dòng)或運(yùn)行的過(guò)程中,波動(dòng)的泄漏電流相疊加,即可造成測(cè)量值超過(guò)設(shè)定閾值,從而造成系統(tǒng)誤報(bào)警,而此時(shí)回路中可能并沒(méi)有真正的漏電情況發(fā)生。

圖2(b)中,閾值設(shè)置過(guò)大,在系統(tǒng)中有漏電發(fā)生時(shí),會(huì)因?yàn)槁╇娭挡患霸O(shè)定閾值,而導(dǎo)致系統(tǒng)漏報(bào)警。

由于現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜性,要人為地去調(diào)整報(bào)警閾值,變得不具操作性,所以要排除誤報(bào)及漏報(bào),需要從混亂的測(cè)量結(jié)果中提取出真正的剩余電流信號(hào)[1-2]。

2 具備調(diào)節(jié)功能的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

為了使電氣火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警更加精確,對(duì)電氣火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的閾值設(shè)定方法進(jìn)行了改良,采用動(dòng)態(tài)閾值的形式,系統(tǒng)報(bào)警閾值不再是固定不變的設(shè)定值,而是根據(jù)實(shí)時(shí)的泄漏電流測(cè)量結(jié)果不斷進(jìn)行修正。首先,報(bào)警閾值中剔除固有泄漏電流的影響,即報(bào)警閾值是在固有泄漏電流的基礎(chǔ)上加安全閾值得到;其次,波動(dòng)泄漏電流增大時(shí),報(bào)警閾值自動(dòng)提高,泄漏電流變小時(shí),報(bào)警閾值自動(dòng)調(diào)低,對(duì)實(shí)時(shí)測(cè)量結(jié)果動(dòng)態(tài)跟蹤,排除固有泄漏電流及其波動(dòng)對(duì)報(bào)警的影響。在此基礎(chǔ)上自動(dòng)修正而來(lái)的閾值,僅對(duì)系統(tǒng)中真正的剩余電流產(chǎn)生反應(yīng)。采用動(dòng)態(tài)閾值時(shí)的剩余電流如圖3所示。報(bào)警閾值隨測(cè)量結(jié)果實(shí)時(shí)更新,只在真正漏電發(fā)生時(shí),才觸發(fā)報(bào)警閾值,系統(tǒng)發(fā)出漏電報(bào)警[3-4]。

對(duì)圖3動(dòng)態(tài)閾值設(shè)置的形式稍作變通,即將固有泄漏電流及其波動(dòng)實(shí)時(shí)從測(cè)量結(jié)果中剔除,即可得到還原真正的剩余電流。這樣做的好處是,可以繼續(xù)采用固定方式設(shè)置閾值。動(dòng)態(tài)閾值設(shè)置的形式稍作變通后的剩余電流如圖4所示。

3 結(jié) 語(yǔ)

減少剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)誤報(bào)警及漏報(bào)警的根本要點(diǎn)在于,排除負(fù)載固有泄漏電流及其變動(dòng)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,可以通過(guò)報(bào)警閾值動(dòng)態(tài)跟蹤固有泄漏電流的方式,也可以通過(guò)從測(cè)量結(jié)果中剔除其影響的方式實(shí)現(xiàn)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,改進(jìn)的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)可以大量減少誤報(bào)及漏報(bào)情況。

通過(guò)監(jiān)測(cè)線路中剩余電流的變化情況,作為預(yù)防電氣火災(zāi)手段在國(guó)民生活中發(fā)揮了重要作用,但其僅能作為一種早期預(yù)防系統(tǒng)。測(cè)溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)測(cè)量線纜及箱體的溫度變化情況來(lái)預(yù)警電氣火災(zāi),相比而言,其預(yù)警更加準(zhǔn)確。最近逐漸發(fā)展起來(lái)的故障電弧測(cè)量及熱解粒子技術(shù),通過(guò)分析線路中是否有電弧現(xiàn)象,以及通過(guò)分析空氣中熱解粒子的變化情況,可以更加精確地預(yù)警電氣火災(zāi)。