淺談電氣火災(zāi)監(jiān)控在防火監(jiān)督中的作用

劉崇

（南京市消防救援支隊(duì)雨花臺(tái)區(qū)消防救援大隊(duì)，江蘇 南京 210000）

如今許多領(lǐng)域都開展應(yīng)用電氣設(shè)備，而這類設(shè)備運(yùn)行的安全也得到關(guān)注，電氣系統(tǒng)要預(yù)防發(fā)生火災(zāi)事故，否則會(huì)造成無法彌補(bǔ)的損失，這需要強(qiáng)化防火監(jiān)督工作，本文主要介紹了防火監(jiān)督中電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的作用。

1 防火監(jiān)督的概念及意義

防火監(jiān)督是指在火災(zāi)發(fā)生前對(duì)隱患實(shí)施事前監(jiān)管的重要工作，其也是許多領(lǐng)域消防工作的開展基礎(chǔ)，需經(jīng)常性開展，一些容易發(fā)生火災(zāi)的建筑還會(huì)定期全面實(shí)施監(jiān)督，比如，生產(chǎn)電子產(chǎn)品的廠房以及居民區(qū)域，要在防火監(jiān)督中加強(qiáng)隱患排除檢查，降低火災(zāi)事故發(fā)生的可能性，從源頭強(qiáng)化控制。防火監(jiān)督可以提高火災(zāi)預(yù)防的安全水平，相關(guān)監(jiān)督人員會(huì)認(rèn)真、細(xì)致挖掘隱藏隱患，再全面規(guī)范整改，將火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)降到最低標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)社會(huì)發(fā)展有著維護(hù)穩(wěn)定的意義。同時(shí)，防火監(jiān)督開展也能使大眾消防意識(shí)增強(qiáng)，因與自身安全和利益有關(guān)，大眾也會(huì)積極參與監(jiān)督工作。

2 電氣火災(zāi)監(jiān)控在防火監(jiān)督中的重要作用

2.1 對(duì)電氣設(shè)備與線路安全狀態(tài)有效監(jiān)測(cè)

電氣火災(zāi)監(jiān)控的對(duì)應(yīng)機(jī)制中會(huì)安裝各種實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備，其可以針對(duì)電氣設(shè)備與對(duì)應(yīng)線路有效監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，判斷是否處于安全狀態(tài)，比如，對(duì)于電流過載或走電的安全問題，電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備會(huì)第一時(shí)間報(bào)警，其自動(dòng)檢測(cè)線路或連接電源產(chǎn)生的電流異常變化，一般為增加電流，進(jìn)而通過火災(zāi)探測(cè)報(bào)警器發(fā)出提醒信號(hào)，這種監(jiān)測(cè)和報(bào)警的原理是充分利用電壓變壓器，在通電后，相關(guān)線路與電氣設(shè)備連接點(diǎn)位置產(chǎn)生的復(fù)電流量相關(guān)零點(diǎn)與對(duì)數(shù)間差值若超出閾值標(biāo)準(zhǔn)，則表示電流過大、電壓異常，很容易出現(xiàn)引發(fā)火災(zāi)的隱患，故而報(bào)警提示專業(yè)人員注意處理。在電氣設(shè)備或連接線路出現(xiàn)溫度升高時(shí)，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)也能監(jiān)測(cè)得知，其在重要節(jié)點(diǎn)安裝了溫度傳感器采集溫度信息，一旦發(fā)現(xiàn)溫度超出承受設(shè)定的極限值，探測(cè)器就會(huì)被激活報(bào)警信號(hào)，進(jìn)而向控制端人員提示，以免溫度較高引起火災(zāi)事故，增強(qiáng)了防火監(jiān)督的可靠性與有效性。此外，電氣火災(zāi)監(jiān)控也具有探測(cè)并記錄電氣設(shè)備與線路日常運(yùn)行情況的功能，其可以發(fā)現(xiàn)許多常見故障，為電氣設(shè)備的維修提供幫助，以免因診斷不當(dāng)造成故障嚴(yán)重，像是線路直接短路后容易引發(fā)火災(zāi)。還可以遠(yuǎn)程借助多種類型探測(cè)器監(jiān)管控制線路和設(shè)備，防范其出現(xiàn)不良運(yùn)行狀況。

2.2 提高火災(zāi)安全防范性能并減少事故

一方面，在火災(zāi)隱患出現(xiàn)后，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)可以自動(dòng)輸出信號(hào)，控制電氣電源的切斷，避免隱患從線路蔓延，同時(shí)會(huì)提醒工作人員及時(shí)介入處理，采用合理的消防手段排除隱患，促進(jìn)火災(zāi)安全性能的提高，強(qiáng)化防火監(jiān)督效應(yīng)。另一方面，電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備在日常即可實(shí)時(shí)獲取電壓數(shù)據(jù)、電流數(shù)據(jù)等重要參數(shù)，在進(jìn)行深入分析，第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)過負(fù)荷、短路、積聚電流以及漏電等情況，再針對(duì)性排除隱患，以此來減少火災(zāi)事故的發(fā)生，這也能滿足防火監(jiān)督工作的重要要求。除此之外，電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備的普及式運(yùn)用，還能讓社會(huì)大眾更加深刻認(rèn)識(shí)到消防安全的重要性，對(duì)于推動(dòng)消防工作開展有著促進(jìn)影響。

3 建筑防火監(jiān)督中電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 關(guān)鍵技術(shù)

3.1.1 剩余電流探測(cè)監(jiān)控技術(shù)

針對(duì)建筑防火監(jiān)督工作的要求，其低壓配電過程中的電氣設(shè)備與線路會(huì)存在剩余電流，主要指不為零及矢量電流部分。若電氣設(shè)備出現(xiàn)故障問題，在一瞬間電流會(huì)產(chǎn)生異常變化，借助人體、帶電體等直接傳入到大地內(nèi)，而配電線路中電流進(jìn)和出之間差值變大，產(chǎn)生瞬間的矢量電流，這也就是常說的漏電，容易間接引發(fā)火災(zāi)事故。對(duì)于建筑工程而言，其電氣系統(tǒng)產(chǎn)生剩余電流受到幾項(xiàng)原因的影響：第一，實(shí)施建筑電氣施工作業(yè)時(shí)有部分預(yù)埋的電線或電管安裝不當(dāng)，譬如，其附近墻壁存在毛刺，長時(shí)間使用后容易導(dǎo)致線纜外側(cè)絕緣片被刮傷，因此會(huì)出現(xiàn)漏電問題；第二，電氣設(shè)備線路長期使用后自然老化，可能會(huì)存在漏電風(fēng)險(xiǎn)；第三，用戶不規(guī)范使用電氣設(shè)備，致使建筑總負(fù)荷大幅增加，線纜承受電流過大，引發(fā)溫度升高或漏電問題。為了防范漏電引起的火災(zāi)事故，在建筑電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)中要設(shè)置剩余電流探測(cè)監(jiān)控技術(shù)，其主要安裝剩余電流的相互感器，及時(shí)獲取配電線路中的電流數(shù)據(jù)信息，再判斷是否有事故隱患，相關(guān)配電的回路由三相線路組成，每相內(nèi)都會(huì)穿過電流，當(dāng)開關(guān)處于閉合狀態(tài)時(shí)，互感器內(nèi)部鐵芯線圈會(huì)通過剩余電流，若線路正常運(yùn)轉(zhuǎn)，則無法測(cè)得其中電流矢量，而一旦遇到電氣設(shè)備或線路故障問題引發(fā)漏電，對(duì)應(yīng)電流表就能測(cè)得矢量值，即剩余電流不再為0，將檢測(cè)到的電流數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比分析，就能判斷電氣設(shè)備是否為正常運(yùn)行狀態(tài)，存在的偏差過大時(shí)，探測(cè)剩余電流的裝置也會(huì)發(fā)出信號(hào)，提醒系統(tǒng)將故障電路及時(shí)切斷處理，以預(yù)防電氣設(shè)備的火災(zāi)事故，在第一時(shí)間安排專業(yè)人員實(shí)施檢修。此外，為了發(fā)揮出剩余電流探測(cè)監(jiān)控技術(shù)的作用，還要合理選擇探測(cè)裝置在電路中的布點(diǎn)，還要依據(jù)有關(guān)規(guī)定進(jìn)行安裝，確保其響應(yīng)時(shí)間、保護(hù)動(dòng)作值以及直接作用區(qū)域都能按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定。

3.1.2 故障電弧探測(cè)監(jiān)控技術(shù)

建筑防火監(jiān)督機(jī)制的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)中，對(duì)于故障電弧探測(cè)監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用也較多，其也是借助專用探測(cè)器發(fā)揮作用。在電氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)可能會(huì)遇到短路、接觸不良等常見故障，這類故障都可能成為火災(zāi)事故的誘發(fā)因素，發(fā)生故障后電弧會(huì)有所變化，可以被探測(cè)器監(jiān)控到，之后則采用系統(tǒng)的繼電保護(hù)器來處理，以降低火災(zāi)發(fā)生的概率。為了保證故障電弧探測(cè)監(jiān)控技術(shù)發(fā)揮出應(yīng)有價(jià)值，在建筑電氣設(shè)備安裝時(shí)就要考慮后續(xù)運(yùn)行的短路問題，若短路導(dǎo)致電弧在線路中傳送出現(xiàn)阻抗，則電流會(huì)在某個(gè)節(jié)點(diǎn)積聚，產(chǎn)生限制作用，而斷路器也可能無法按照預(yù)定做出保護(hù)動(dòng)作，使整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行都受到負(fù)面影響，其故障造成的危害較大，譬如故障電弧可能直接使線路外部絕緣片碳化并高溫起火，在局部點(diǎn)燃后迅速蔓延，燒毀電路，甚至引發(fā)更加嚴(yán)重的火災(zāi)，故而要及時(shí)預(yù)防。在易發(fā)生短路的位置科學(xué)配置探測(cè)器，實(shí)時(shí)監(jiān)控故障電弧的產(chǎn)生，探測(cè)器會(huì)采集故障后電弧進(jìn)入電氣系統(tǒng)的電流值、電壓值等數(shù)據(jù)，再進(jìn)一步整理、分析，若監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)參數(shù)超出閾值，就可判斷電弧異常，進(jìn)而將預(yù)警信號(hào)發(fā)出，人員再根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行隱患排除。另外，電弧探測(cè)的裝置也能靈活運(yùn)用，幫助改進(jìn)電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的不足之處，使其運(yùn)行的安全水平提升，預(yù)警更為及時(shí)、高效，加強(qiáng)對(duì)火災(zāi)的防范。

3.1.3 異常溫度探測(cè)監(jiān)控技術(shù)

許多關(guān)于電氣系統(tǒng)的火災(zāi)事故發(fā)生，都是電氣設(shè)備或電路過熱引起，對(duì)此，開展建筑防火監(jiān)督時(shí)，也要在電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)用異常溫度探測(cè)監(jiān)控技術(shù)，主動(dòng)干預(yù)過熱問題，確保電氣系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。相關(guān)技術(shù)常用的測(cè)溫設(shè)備布置結(jié)構(gòu)主要有三種類型，即線式測(cè)溫、點(diǎn)式測(cè)溫以及面式測(cè)溫。探測(cè)電氣系統(tǒng)溫度需針對(duì)重點(diǎn)電氣設(shè)備，包括配電箱、配電柜以及核心配電線路等，都要避免其溫度過高，可以在監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)設(shè)定一個(gè)閾值，當(dāng)溫度超出標(biāo)準(zhǔn)后，探測(cè)器就會(huì)報(bào)警，進(jìn)而防范過熱引起的火災(zāi)。異常溫度探測(cè)監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景較特殊，其一般只針對(duì)特定電氣區(qū)域，相關(guān)設(shè)備經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)溫度升高情況。在進(jìn)行線式測(cè)溫布置時(shí)，要將探測(cè)監(jiān)控設(shè)備安裝到豎井、地下電纜以及橋架等區(qū)域，其可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)線纜輸電溫度的變化，發(fā)生異常過熱問題時(shí)，會(huì)預(yù)警并及時(shí)處理；在進(jìn)行點(diǎn)式測(cè)溫布置時(shí)，可以將測(cè)溫監(jiān)控設(shè)備安裝到配電箱內(nèi)部、一級(jí)與二級(jí)配電柜位置，有效監(jiān)測(cè)重要電氣設(shè)備的溫度變化情況，還有與電氣設(shè)備連接的關(guān)鍵線路也會(huì)配置測(cè)溫裝置，有效保障線路穩(wěn)定運(yùn)行，以防高溫?zé)龤В辉谶M(jìn)行面式測(cè)溫布置時(shí)，通常會(huì)結(jié)合運(yùn)用紅外裝置，即利用紅外線開展測(cè)溫工作，對(duì)目標(biāo)電氣區(qū)域輻射紅外能量，準(zhǔn)確獲取其物體表面溫度數(shù)據(jù)，紅外探測(cè)的設(shè)備可以由多個(gè)角度傳感器組成，使探測(cè)面更廣、測(cè)溫結(jié)果更加準(zhǔn)確，這種測(cè)溫設(shè)備的性能較強(qiáng)但經(jīng)濟(jì)成本頗高，因而在運(yùn)用時(shí)也要考慮到建筑項(xiàng)目造價(jià)水平和防火等級(jí)要求。

3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.2.1 系統(tǒng)基本構(gòu)成

建筑防火監(jiān)督的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)中融入了先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)分析技術(shù)、電子技術(shù)以及通信技術(shù)等，其作用原理是對(duì)電氣設(shè)備與線路的電流、電壓、溫度等參數(shù)全面采集，再進(jìn)行數(shù)據(jù)信息篩選過濾、放大處理以及對(duì)比分析，最終判斷數(shù)據(jù)與預(yù)定值相比是否異常，進(jìn)而判斷火災(zāi)隱患情況。該系統(tǒng)的基本組成包括四項(xiàng)單元，即數(shù)據(jù)庫服務(wù)器單元、火災(zāi)監(jiān)控總單元、中心監(jiān)控主機(jī)單元以及區(qū)域監(jiān)控主機(jī)單元，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器主要負(fù)責(zé)對(duì)采集的電氣數(shù)據(jù)信息有效存儲(chǔ)；火災(zāi)監(jiān)控總單元是負(fù)責(zé)控制各部分傳感器采集電氣參數(shù)，再利用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)將數(shù)據(jù)信息傳送到監(jiān)控主機(jī)進(jìn)一步分析處理；中心監(jiān)控主機(jī)可以聯(lián)動(dòng)各項(xiàng)功能模塊，還能將報(bào)警信息通知到各模塊中；區(qū)域監(jiān)控主機(jī)則是對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，還能查詢及顯示對(duì)應(yīng)信息。

3.2.2 硬件設(shè)計(jì)

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)從幾點(diǎn)出發(fā)：（1）要優(yōu)化硬件總布置設(shè)計(jì)，明確納入系統(tǒng)的核心硬件架構(gòu)，包括電源電路、存儲(chǔ)U 盤、復(fù)位電路、以太網(wǎng)以及觸摸屏等，將其妥善連接到監(jiān)控裝置的CPU 上；（2）要對(duì)控制芯片加強(qiáng)優(yōu)化，為保證監(jiān)控設(shè)備發(fā)揮出應(yīng)有作用，芯片要采用靈活性較強(qiáng)的單片機(jī)芯片，可以在PIC、AVR以及51 等型號(hào)中選擇，其控制效率都比較高，前兩種型號(hào)芯片的執(zhí)行性能頗強(qiáng)，其中PIC 芯片還能降低功耗且具有較大存儲(chǔ)空間，能夠保證監(jiān)控系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，因此，應(yīng)用較廣泛，在選定了單片機(jī)后還需注意合理分配引腳；（3）基于實(shí)際需求設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)總線電路，保證線路滿足傳輸距離需求，通常電氣火災(zāi)監(jiān)控都要求總線較長，同時(shí)要具備良好的抗干擾特性，確保系統(tǒng)高效運(yùn)轉(zhuǎn)，總線上還應(yīng)設(shè)置自恢復(fù)保險(xiǎn)功能，避免某一階段故障時(shí)影響到整體運(yùn)行，因電氣設(shè)備的控制要求較高，因而還要注意將系統(tǒng)電源與通信模塊隔離；（4）合理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的功能模塊，要注意存儲(chǔ)接口的電路規(guī)劃設(shè)計(jì)，電氣系統(tǒng)的溫度、電流等數(shù)據(jù)都會(huì)有效存儲(chǔ)到該模塊中，為精準(zhǔn)判斷火災(zāi)隱患提供重要依據(jù)，相關(guān)SPI 接口要連接到U 盤，同時(shí)與主機(jī)相連；（5）針對(duì)以太網(wǎng)進(jìn)行完善設(shè)計(jì)，以太網(wǎng)要幫助電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)揮出遠(yuǎn)程監(jiān)控火災(zāi)隱患的功能，其需要配合各類探測(cè)器的運(yùn)行，確保數(shù)據(jù)信息及時(shí)傳送，可適當(dāng)擴(kuò)展設(shè)計(jì)，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包，增設(shè)傳輸數(shù)據(jù)的串口；（6）從人性化角度設(shè)計(jì)系統(tǒng)觸摸屏，其要滿足人機(jī)交互基本需求，人員可通過操作電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)順利查詢數(shù)據(jù)信息，因此會(huì)設(shè)計(jì)出智能控制終端，具備顯示和查詢功能，屏幕和監(jiān)控主機(jī)間的接口主要會(huì)通過5V 直流電流，再借助電源實(shí)施供電即可。

3.2.3 軟件設(shè)計(jì)

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要注意兩方面要求：（1）針對(duì)總體設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，確保系統(tǒng)具有最基本的初始化程序和自動(dòng)檢查程序，前者可以將系統(tǒng)恢復(fù)到出廠設(shè)置，保證探測(cè)器運(yùn)行控制的穩(wěn)定，后者則是可自動(dòng)對(duì)探測(cè)器使用的狀態(tài)進(jìn)行判斷，發(fā)現(xiàn)不足時(shí)，會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，若無法正常報(bào)警則可進(jìn)行初始化處理；（2）注重通信軟件的合理設(shè)計(jì)，為確保監(jiān)控功能得到有效控制，通信軟件的支持必不可少，其設(shè)計(jì)時(shí)可運(yùn)用Modbus 協(xié)議，確保數(shù)據(jù)信息的高效準(zhǔn)確采集，同時(shí)也可結(jié)合RTU 模式優(yōu)化冗余校驗(yàn)，排除數(shù)據(jù)采集中因距離和分散導(dǎo)致的不利影響。此外，發(fā)送程序設(shè)計(jì)也要結(jié)合實(shí)際需求，盡可能縮短報(bào)文響應(yīng)時(shí)間，可進(jìn)行串行通信。

4 結(jié)語

綜上所述，建筑防火監(jiān)督中應(yīng)用電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)可以預(yù)防火災(zāi)事故，及時(shí)排除安全隱患，同時(shí)也能防范電氣故障問題。由本文分析可知，建筑防火監(jiān)督中電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括剩余電流探測(cè)監(jiān)控技術(shù)、故障電弧探測(cè)監(jiān)控技術(shù)、異常溫度探測(cè)監(jiān)控技術(shù)等。