非貯壓式全氟己酮自動滅火裝置在配電柜內(nèi)的應(yīng)用研究

摘要：在我國用電量日益攀升的情況下，為了保證用電安全，本文介紹了一種能夠在小型配電柜內(nèi)進行自動探測與滅火的新型滅火裝置——非貯壓式全氟己酮滅火裝置。該滅火裝置結(jié)構(gòu)簡單、體積小巧，能對初期火情精準(zhǔn)探測并滅火。內(nèi)置全氟己酮滅火劑，滅火后具有安全、環(huán)保、無污染、無殘留以及對人體無傷害的特點，同時也是一種良好的絕緣材料。非貯壓式全氟己酮滅火裝置的出現(xiàn)，成功解決了在小型配電柜內(nèi)高效自動探測與滅火的問題。

關(guān)鍵詞：非貯壓；配電柜；全氟己酮；自動探測；高效滅火

引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步，人類對于電能的需求量越來越大。伴隨著電力設(shè)施數(shù)量的增加，加之電力場所消防事故頻頻發(fā)生，消防安全問題日益嚴(yán)峻。配電柜是一種高集成度的設(shè)備，配電柜內(nèi)發(fā)生火災(zāi)的后果非常嚴(yán)重。配電柜內(nèi)部包括各種電氣元件和線路。線路的接頭部分基本集中在配電柜內(nèi)，短路電弧和火花、線路過載、接觸不良等都是配電柜起火的重要原因。一旦這些設(shè)備發(fā)生火災(zāi)，不僅會直接燒毀設(shè)備本身，還會導(dǎo)致整個電力系統(tǒng)癱瘓，給生產(chǎn)和生活帶來極大不便。電氣火災(zāi)因其隱蔽性、隨機性、突發(fā)性、易蔓延性等特點，一旦發(fā)生，極易造成人員傷亡。配電柜內(nèi)的滅火對滅火劑提出了新的要求。要在保證滅火效果的同時，避免對配電柜內(nèi)其他正常工作的元器件造成二次污染和損害。因此，配電柜內(nèi)使用的滅火劑需要具有高效的滅火能力和絕緣性，滅火后不產(chǎn)生污染、殘留和腐蝕。本文介紹了一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、體積小、性能穩(wěn)定可靠的線性感溫火災(zāi)探測器式非貯壓滅火裝置。全氟己酮作為滅火劑，能迅速滅火，對配電柜內(nèi)的元器件無損害，非常適合于小型配電柜柜內(nèi)的消防安全防護。

一、非貯壓式全氟己酮滅火裝置的結(jié)構(gòu)組成

非貯壓式全氟己酮滅火裝置的結(jié)構(gòu)組成有很多種類型，結(jié)構(gòu)原理上基本相似，主要包括：線型感溫探測器、多孔噴頭、彎頭、筒體（產(chǎn)氣裝置、推動活塞、藥劑）、控制模塊。

（一）線型感溫火災(zāi)探測器

線型感溫火災(zāi)探測器是一種能夠探測線路周圍火災(zāi)參數(shù)的探測器。這種探測器在世界范圍內(nèi)應(yīng)用廣泛。從觸發(fā)條件來分類，可分為定溫型、差溫型、差定溫型探測器；從工作方式來分類，可分為不可恢復(fù)式、可恢復(fù)式感溫探測器。在非貯壓式全氟己酮滅火裝置中一般配置有鎧裝感溫電纜。這種感溫電纜一般是定溫型，有多種探測溫度類型可以選擇，常用的溫度種類有85℃、105℃、138℃等，可以根據(jù)防護對象的實際工作溫度進行選擇。這種鎧裝感溫電纜外表皮包裹金屬編織層，具有高強度的耐磨性，同時金屬包裹編織層也能有效減少外界的電磁干擾，具有較強的抗干擾性。此外，該感溫電纜具有較強的韌性、方便安裝、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性強等諸多優(yōu)點。

（二）筒體

筒體是非貯壓全氟己酮自動滅火裝置的重要組成結(jié)構(gòu)，材質(zhì)通常為鋁合金或不銹鋼，筒體頂端可以根據(jù)要求連接不同型號的噴頭。外部通常為圓柱體或長方體，筒體裝置內(nèi)部有活塞、滅火藥劑、產(chǎn)氣裝置等。在裝置觸發(fā)時，產(chǎn)氣裝置能夠產(chǎn)生氣體推動活塞，活塞在產(chǎn)氣裝置的推動下將滅火藥劑推出筒體，滅火藥劑通過噴頭霧化成水霧狀噴出。該筒體裝置沒有復(fù)雜的組成結(jié)構(gòu)，通常為長方體或圓柱狀，尺寸能夠做到和正常成年人的小臂大小，藥劑容量可以做到200毫升甚至更小，非常適合在小型化配電柜內(nèi)進行滅火，可以粘貼安裝或抱箍固定安裝，非常方便運輸攜帶。

（三）控制模塊

非貯壓式全氟己酮滅火裝置的控制模塊相當(dāng)于信號收發(fā)裝置，將探測器反饋的探測信號轉(zhuǎn)換為氣體發(fā)生裝置的觸發(fā)信號?？刂颇K內(nèi)部通常有內(nèi)置電源或直接連接電源。電池型：定期1年—2年更換電源；直接連接電源型：終身免維護，維護成本極低?？刂颇K有內(nèi)置和外置的區(qū)別，內(nèi)置控制模塊通常和筒體為一體式；外置控制模塊和筒體分開，在功能和原理上大同小異。外置控制模塊外表來看是一個長方體的金屬盒子，金屬盒子內(nèi)部主要是電源、線路板等裝置，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高。

二、非貯壓式全氟己酮滅火裝置的工作原理

（一）線型感溫探測器的工作原理

線型感溫探測器主要分為開關(guān)量式和模擬量式兩種。在火災(zāi)探測方面，通常采用的是開關(guān)量式探測器。開關(guān)量式線型感溫探測器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)通常為2根或3根用熱敏材料絕緣包裹的導(dǎo)體，熱敏絕緣材料遇火受熱后不能將導(dǎo)體完全包裹，導(dǎo)體之間相連，導(dǎo)線之間瞬間導(dǎo)通，電阻瞬間降為零。滅火裝置配備的線性感溫火災(zāi)探測器在配電柜內(nèi)通常是以“S”形分布在各組電氣模塊單元之間，如圖3所示。如果設(shè)備運行異常，溫度出現(xiàn)明顯變化或者出現(xiàn)火情，配電柜內(nèi)溫度達(dá)到探測器的探測溫度時，包裹導(dǎo)體的熱敏絕緣材料遇高溫發(fā)生形變，不能將導(dǎo)體完全包裹，導(dǎo)致導(dǎo)體短接，輸出開關(guān)量信號給控制模塊，觸發(fā)裝置。這樣就能對溫度變化實現(xiàn)精準(zhǔn)探測，在火災(zāi)發(fā)展初期實現(xiàn)滅火，防止火勢蔓延。

（二）非貯壓式筒體的工作原理及全氟己酮的滅火原理

非貯壓式全氟己酮滅火裝置的筒體主要由產(chǎn)氣裝置、活塞、滅火藥劑、噴頭等組成，如圖4所示。當(dāng)筒體底部的產(chǎn)氣裝置接收到來自控制模塊的觸發(fā)信號時，底部的產(chǎn)氣裝置就會瞬間產(chǎn)生高壓氣體向上推動活塞，活塞向上推動筒體內(nèi)部的全氟己酮滅火藥劑，通過噴頭進行釋放。

當(dāng)筒體內(nèi)部的全氟己酮被釋放出來時，全氟己酮通過噴頭的霧化作用被霧化成小液滴。全氟己酮沸點為49℃左右，遇熱后迅速氣化成全氟己酮氣體，在密閉的配電柜空間內(nèi)部迅速彌散，吸收大量熱量。全氟己酮氣體能夠在空氣中迅速下沉，隔絕空氣中的氧氣，通過物理窒息進行滅火。在滅火時，全氟己酮還會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，破壞火源中燃燒物的化學(xué)鍵，奪取了燃燒可用的自由基，從而阻斷了燃燒所發(fā)生的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，達(dá)到滅火效果^[1]。

三、配電柜滅火裝置全氟己酮劑量計算

（一）全氟己酮滅火濃度的計算

全氟己酮進行滅火，需要達(dá)到一定的滅火濃度，通常為4%—6%，因此非貯壓式全氟己酮滅火裝置在進行滅火時需要根據(jù)防護空間的體積和密閉程度進行藥劑量計算。相對封閉的配電柜內(nèi)全氟己酮設(shè)計濃度通常為10%以下，在非貯壓式全氟己酮滅火裝置設(shè)計和選型時，其滅火劑設(shè)計用量按式（1）（2）（3）^[2]計算：

M=VS×C1100-C1 （1）

M=ρV（2）

S=00664+0000274×T（3）

M代表滅火劑設(shè)計用量（Kg）；C代表滅火設(shè)計濃度（%）；V代表防護區(qū)的凈容積（m3）；ρ代表常溫狀態(tài)下（20℃）全氟己酮的密度為16g/cm3。T防護區(qū)的環(huán)境溫度，通常情況Ｔ＝20；S代表滅火劑在101KPa和防護區(qū)最低環(huán)境溫度下的比容（m/Kg），通常情況T=20，S=007188。

（二）在小型配電柜柜中的應(yīng)用計算

非貯壓式滅火裝置在觸發(fā)時瞬間噴發(fā)，在極短的時間內(nèi)作用于活塞，活塞向上將藥劑全部推出。非貯壓式全氟己酮滅火裝置的主要功能是在小空間內(nèi)進行滅火。一般用于小型設(shè)備中，目前常見的非貯壓式全氟己酮滅火裝置主要有容量為200ml和500ml兩種。假設(shè)配電柜的密封狀態(tài)為完全密封，根據(jù)公式（1）（2）（3）進行計算^[3]：

M200=ρV =16×200=320g=032kg

V200最大防護理想狀態(tài)=M×S×100%-C1C1

=032×007188×100%-4%4%≈055m3

假設(shè)配電柜的密封狀態(tài)為相對密閉，根據(jù)公式（1）（2）（3）進行計算：

V200通常防護=M×S×100%-C1C1

=032×00718×100%-6%6%≈036m3

V200最小防護=M×S×100%-C1C1

=032×007188×100%-10%10%≈021m3

根據(jù)公式計算完全密封狀態(tài)下200ml容量的非貯壓式全氟己酮滅火裝置的最大防護容積為055m3。然而，這種狀態(tài)是不存在的。200ml非貯壓式全氟己酮滅火裝置通常用于防護容積為055m3＞V≥021m3之間的配電柜。通過與200ml容量的滅火裝置相同的計算過程，可以計算500ml容量滅火裝置的參數(shù)。

M500=16×500=800g=08kg

V500最大防護理想狀態(tài)≈138m3

V500通常防護≈09m3

V500最小防護≈052m3

根據(jù)公式計算完全密封狀態(tài)下500ml容量的非貯壓式全氟己酮滅火裝置的最大防護容積為138m3。500ml非貯壓式全氟己酮滅火裝置通常用于防護容積為138m3＞V≥052m3之間的配電柜。

四、總結(jié)與展望

（一）總結(jié)

通過對非貯壓式全氟己酮滅火裝置的結(jié)構(gòu)組成和滅火原理的介紹，非貯壓式全氟己酮滅火裝置作為一種可以用于小型配電柜的新型滅火裝置，具有諸多優(yōu)點。簡單的結(jié)構(gòu)組成和小巧的體積，使其能夠在小型配電柜內(nèi)部空間進行安裝固定，發(fā)揮柜內(nèi)自動探測和滅火功能。通過線型感溫探測器對早期火情進行感溫探測，能夠?qū)⒒鹎榧皶r撲滅，盡可能減少火災(zāi)對電力系統(tǒng)造成的影響。與此同時，滅火裝置中的全氟己酮滅火藥劑具有良好的絕緣性、穩(wěn)定性和無色、無味、無污染的特點，在空氣低流通的空間內(nèi)發(fā)揮出良好的滅火效果，特別適合在配電柜等密閉性比較好的場所進行滅火。全氟己酮滅火劑既能保證其滅火效果，又能發(fā)揮無殘留和無污染的特性，避免類似七氟丙烷等氫氟烴類滅火劑滅火后長時間不降解問題^[4]。更重要的是，全氟己酮正常滅火濃度下不會對人體造成傷害，是一種名副其實的綠色滅火劑。

（二）展望

非貯壓式全氟己酮滅火裝置作為一種先進的滅火設(shè)備，在火災(zāi)防控領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。目前電力系統(tǒng)的消防安全防護主要是通過對電力房進行整體防護。這種滅火方式只有在火情發(fā)展到一定程度時才能被探測到。即使火情能被撲滅，已經(jīng)對電力系統(tǒng)產(chǎn)生了不小影響。非貯壓式全氟己酮滅火裝置的線性感溫火災(zāi)探測器通過對單體電力柜甚至單個用電設(shè)備的情況進行探測，特別適用于電力柜等空間狹小的設(shè)備火災(zāi)。通過合理計算、選型、安裝，非貯壓式全氟己酮滅火裝置對于提升電力柜內(nèi)自動探測和滅火能力有重要作用，具有廣泛的工程推廣和實際應(yīng)用價值。

參考文獻

[1]《一種非貯壓式全氟己酮滅火裝置》專利CN112915442A.

[2]《預(yù)制式全氟己酮滅火裝置》團體標(biāo)準(zhǔn)T/CECS 10171-2022.

[3]《全氟己酮滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》團體標(biāo)準(zhǔn)T/XXXX—2022.

[4]《1230全氟己酮滅火劑-任重道遠(yuǎn)，未來可期！》.消防資源網(wǎng)，2023.

作者簡介：申宇（1970— ），男，漢族，吉林四平人，本科，研究方向：瓦斯發(fā)電、光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、消防安全。