剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)在高層建筑中的應(yīng)用研究

摘要：介紹分析剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的特點、組成、設(shè)計依據(jù)、監(jiān)控原理和實施方案，并結(jié)合上海市某大廈工程設(shè)計實例探討該系統(tǒng)在高層建筑中的設(shè)置要求和應(yīng)用方式，供設(shè)計人員參考。

關(guān)鍵詞：高層建筑；漏電火災(zāi)；剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)；設(shè)計應(yīng)用

0引言

近年隨著各種先進及復雜的電力設(shè)備及設(shè)施在高層建筑中的廣泛應(yīng)用，使人們的工作效率及生活質(zhì)量得到了很大的改善和提高。但由于各種原因，電力設(shè)備及設(shè)施在使用中也存在不少問題和風險，有時甚至可能是災(zāi)難性的。根據(jù)《中國火災(zāi)統(tǒng)計年鑒》統(tǒng)計，因電力設(shè)備及設(shè)施在使用過程中造成的電氣火災(zāi)占全國火災(zāi)總數(shù)的近30%，火災(zāi)給人們的生活、生產(chǎn)、生命和財產(chǎn)造成了相當大的損失，而漏電引起的火災(zāi)又是電氣火災(zāi)的主要原因，因此對漏電火災(zāi)的起因及監(jiān)控進行研究具有重要意義。為此本文結(jié)合工程設(shè)計實例對電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)及其在高層建筑中的應(yīng)用進行探討。

1漏電火災(zāi)及其成因

1.1漏電火災(zāi)

漏電火災(zāi)是指當漏電發(fā)生時，供電線路漏泄的電流在流入大地途中，遇電阻較大的部位時會產(chǎn)生局部高溫，致使附近的可燃物著火，從而引起火災(zāi)。此外，在漏電故障點產(chǎn)生的漏電火花或電弧，也同樣可以引燃附近的可燃物造成火災(zāi)。

1.2漏電火災(zāi)的成因

⑴由漏電電流引起的火災(zāi)。因供電線路通常會有接觸不實的情況，似接而非接而形成漏電故障點，并導致接觸電阻較大，使過負荷保護裝置難以動作，而且會在漏電故障點處產(chǎn)生電弧。據(jù)實測，即使只有0.5A的電流產(chǎn)生的電弧溫度也可達2000℃以上，足以引燃漏電故障點附近可燃物造成火災(zāi)。

⑵由零線或地線在接線端子處連接不實引起的火災(zāi)。這會導致電阻過大，然而被供電設(shè)備依然會正常工作不受影響，故漏電故障點不易被發(fā)現(xiàn)。一旦漏電發(fā)生，由于故障點接頭松動或被腐蝕等原因?qū)е鲁霈F(xiàn)高阻，連接端子處會引起高溫或電弧，從而引燃漏電故障點附近可燃物造成火災(zāi)。

（3）由漏電電壓引起的火災(zāi)。在漏電持續(xù)發(fā)生后，由于電流不能流散，導致阻力小的另一回路通地，沿保護接零線（接地線）傳導使所有與之相連的電氣裝置的金屬外殼帶有對地電壓，并向鄰近低電位的供曖管、燃氣管等金屬構(gòu)件飛弧從而成為起火源，即使僅有20V的維持電壓都可使電弧連續(xù)發(fā)生，從而引燃附近可燃物造成火災(zāi)。

⑷由零線或地線的線徑選擇過小引起的火災(zāi)。因零線或地線的線徑選擇過小，當通過較大的漏電電流時，會引起導線的溫度不斷升高，甚至引起導線的絕緣體發(fā)生燃燒，從而引燃導線附近可燃物火災(zāi)。

2剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)原理與應(yīng)用

2.1系統(tǒng)特點

在高層建筑中，保障防火安全的消防電子系統(tǒng)主要由火災(zāi)自動報警系統(tǒng)和剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)組成，它們分別承擔不同的任務(wù)且相互獨立，其關(guān)系和區(qū)別見表1?？梢?，在高層建筑中采用的剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，其特點在于漏電監(jiān)控方面屬于早期預(yù)報警系統(tǒng)，與火災(zāi)自動報警系統(tǒng)不同的是，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)可以在火災(zāi)發(fā)生前報警，從而避免損失，而火災(zāi)自動報警系統(tǒng)只能在確認火災(zāi)發(fā)生后減少損失。

2.2設(shè)計依據(jù)

近年來我國為加強電氣火災(zāi)防范的監(jiān)控力度，相繼制訂或修改了相關(guān)第13.12篇規(guī)定了防火剩余電流動作報警系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)滿足的要求。

2.3系統(tǒng)構(gòu)成

剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)由電氣火災(zāi)監(jiān)控裝置、剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器以及測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器等3個*基本的設(shè)備組成。其中火災(zāi)監(jiān)控探測器又由監(jiān)控探測器和剩余電流互感器（分對插式、閉合式兩種）組成，而測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器由監(jiān)控探測器和測溫傳感器組成。

2.4監(jiān)控原理

漏電監(jiān)控報警主要是利用裝在被監(jiān)控配電線路上的剩余電流互感器檢測線路上的漏電流來實現(xiàn)。剩余電流互感器本質(zhì)上是一個高靈敏的電流互感器，它能檢測出配電線路上小到幾毫安或十幾毫安的微小漏電流，而漏電流檢測則是依據(jù)剩余電流原理來確定的。當配電線路中3條相線和1條零線共同穿過剩余電流互感器的鐵芯線圈時，在正常情況下它們的電流矢量和為零，則互感器的線圈不會感應(yīng)出任何電流；但當任何一條相線或者零線有一部分電流在互感器之后分流到大地（即漏電），此時在互感器處它們的電流矢量和就不為零了，而互感器的線圈也就感應(yīng)出相應(yīng)的漏電電流，故稱為剩余電流。把檢測到的剩余電流處理后與監(jiān)控裝置設(shè)定值進行比較，一旦達到和超過設(shè)定值，與剩余電流互感器連接的電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器即發(fā)出漏電報警，并同時輸出脫扣跳閘信號切斷相應(yīng)故障線路電源。漏電檢測如圖1。

2.5實施方案

通過在被監(jiān)控電力配電線路主開關(guān)下方安裝剩余電流式電氣火災(zāi)探測器和剩余電流互感器，并通過信號總線實現(xiàn)與電氣火災(zāi)監(jiān)控主機間的信息通訊來實現(xiàn)對電氣火災(zāi)的監(jiān)控，如圖2。

根據(jù)工程設(shè)計的實際需要，監(jiān)控系統(tǒng)可在整個電力系統(tǒng)的任何一條配電線路上安裝，并承擔對安裝節(jié)點以下的相關(guān)電氣線路和設(shè)備的漏電監(jiān)控報警，起到脫扣跳閘保護的作用。同時也能根據(jù)電力設(shè)計的需要而組成二級或多級監(jiān)控實施保護，并實現(xiàn)在相應(yīng)線路漏電故障報警時有選擇性地脫扣跳閘保護。

3工程設(shè)置與實例

3.1設(shè)置要求

JGJ16-2008《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》第13.12.3條規(guī)定：采用獨立型剩余電流動作報警器且點數(shù)較少時，可自行組成系統(tǒng)亦可采用編碼模塊接入火災(zāi)自動報警系統(tǒng)，報警點位號在火災(zāi)報警器上顯示應(yīng)區(qū)別于火災(zāi)探測器編號?？梢娛Ｓ嚯娏鲃幼鲌缶髟陔姎饣馂?zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用中應(yīng)獨立配置，并能自行組成系統(tǒng)或作為火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)對電力配電系統(tǒng)因漏電可能引發(fā)的火災(zāi)實施監(jiān)控報警。

系統(tǒng)設(shè)置主要要求如下：①具有預(yù)警功能，能在被監(jiān)控參數(shù)發(fā)生異常但未達到監(jiān)控報警值前發(fā)出預(yù)報警信號；②系統(tǒng)設(shè)計以漏電監(jiān)控保護為主，而以接觸式測溫作為輔助手段對配電線路電纜實時溫度監(jiān)控；③系統(tǒng)監(jiān)控點主要設(shè)置在第1級大容量配電出線回路上；④一般采用報警不脫扣跳閘，只有在需立即切斷電源以保障安全的場所才采用監(jiān)控報警時輸出脫扣信號跳閘，此外對過載和溫度的監(jiān)控只作用于報警，不聯(lián)動主開關(guān)跳閘；⑤在低壓配電的2、3級配電系統(tǒng)中，對漏電報警有分級監(jiān)控要求且要采取自動跳閘的保護對象，如網(wǎng)吧、KTV等場所，需以不同的脫扣延時來獲取自動跳閘的選擇性，而上下級延時時階不宜小于0.5s；⑥系統(tǒng)監(jiān)控節(jié)點少于16點的小規(guī)模工程可不配置獨立主機和信號總線，應(yīng)選用獨立型剩余電流監(jiān)控探測器，通過火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的編碼模塊將各監(jiān)控節(jié)點信號接入火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。

3.2工程設(shè)計實例

筆者負責設(shè)計的上海市某大廈項目，總建筑面積46456m2，地下2層，主要為車庫、各種機房、庫房，地上主樓29層，裙樓9層，主要為會議室、餐廳、辦公用房等。建筑主體高度116.3m，結(jié)構(gòu)形式為混凝土框架，屬于一類建筑。根據(jù)GB50116-98《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》第1點的規(guī)定，本工程應(yīng)設(shè)置防火剩余電流動作報警系統(tǒng)。因此在下列電力線路或設(shè)備處進行了監(jiān)控點配置：①變電所低壓配電重要出線回路；②樓層和地下車庫防火分區(qū)照明干線配電箱的進線總開關(guān)；③應(yīng)急照明區(qū)域配電箱或樓層干線配電箱的總開關(guān)；④消防水泵、消防風機、消防電梯等重要消防負荷的電源配電箱總開關(guān)；⑤客梯、空調(diào)、風機等一般電力干線配電箱的總開關(guān)；⑥廚房等火災(zāi)危險性大的場所配電箱的總開關(guān)。

本工程剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)對在火災(zāi)時仍需保持供電的消防設(shè)備、應(yīng)急照明及其它不允許停電的供電線路只設(shè)置作用于報警不輸出脫扣信號的監(jiān)控節(jié)點。而在同一配電箱柜內(nèi)多路配電干線首端的監(jiān)控節(jié)點采用了具有多回路監(jiān)控功能的設(shè)備。本系統(tǒng)的多回路監(jiān)控能在一個共用的監(jiān)控器上實現(xiàn)對多個配電回路的監(jiān)控參數(shù)顯示、操作、設(shè)定和報警等功能。本監(jiān)控系統(tǒng)主機設(shè)置于首層的消防控制室，以獨立子系統(tǒng)形式通過RS485通信接口與火災(zāi)自動報警系統(tǒng)主機實現(xiàn)連接，其消防控制室平面布置及監(jiān)控系統(tǒng)分別如圖3~4所示。另外，本工程電力系統(tǒng)接地保護采用TN-S系統(tǒng)，為保證其與火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)準確配合，采用了圖5的連接方式。

3.3剩余電流報警動作值的設(shè)置

因監(jiān)控節(jié)點剩余電流報警動作值能否正確選擇關(guān)系到電力線路的可靠運行，是監(jiān)控系統(tǒng)能否起到真正預(yù)防電氣火災(zāi)發(fā)生的關(guān)鍵。關(guān)于剩余電流報警動作值的設(shè)置問題，目前在業(yè)界的各種學術(shù)討論會和相關(guān)技術(shù)文章中有不同提法，普遍認為應(yīng)是配電線路和用電設(shè)備正常泄漏電流的2~4倍。JGJ16-2008《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》第5.7.5條：“選用的剩余電流保護裝置的額定剩余不動作電流，應(yīng)不小于被保護電氣線路和設(shè)備的正常

運行時泄漏電流*大值的2倍”以及附錄B的第B.6條：“IΔno定義為額定剩余動作電流，額定剩余不動作電流的優(yōu)先值為0.5IΔno，如采用其他值時，應(yīng)大于0.5IΔno”的相關(guān)條文來確定設(shè)置。一般情況下，剩余電流報警動作值宜為500mA，當回路的自然漏電流較大而無法滿足測量要求時，宜采用門檻電平連續(xù)可調(diào)的剩余電流動作報警器或分段報警方式抵消自然泄漏電流的影響。因此，筆者建議剩余電流報警動作值應(yīng)按不小于正常泄漏電流值的4倍來整定，且不應(yīng)大于1000mA，這樣設(shè)置既可保證剩余電流報警動作的可靠性，又可防止固有剩余電流造成的誤報警。

4 Acre1-6000電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

Acre1-6000電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，是根據(jù)中心的消防電子產(chǎn)品試驗認證，并且均通過嚴格的EMC電磁兼容試驗，保證了該系列產(chǎn)品在低壓配電系統(tǒng)中的安全正常運行，現(xiàn)均已批量生產(chǎn)并在全國得到廣泛地應(yīng)用。該系統(tǒng)通過對剩余電流、過電流、過電壓、溫度和故障電弧等信號的采集與監(jiān)視，實現(xiàn)對電氣火災(zāi)的早期預(yù)防和報警，當必要時還能聯(lián)動切除被檢測到剩余電流、溫度和故障電弧等超標的配電回路;并根據(jù)用戶的需求，還可以滿足與AcreIEMS企業(yè)微電網(wǎng)管理云平臺或火災(zāi)自動報警系統(tǒng)等進行數(shù)據(jù)交換和共享。

（1）應(yīng)用場合

適用于智能樓宇、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業(yè)、國家重點消防單位以及石油化工、文教衛(wèi)生、金融、電信等領(lǐng)域。

（2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（3）系統(tǒng)功能

監(jiān)控設(shè)備能接收多臺探測器的剩余電流、溫度信息，報警時發(fā)出聲、光報警信號，同時設(shè)備上紅色“報警”指示燈亮，顯示屏指示報警部位及報警類型，記錄報警時間，聲光報警一直保持，直至按設(shè)備的“復位”按鈕或觸摸屏的“復位”按鍵遠程對探測器實現(xiàn)復位。對于聲音報警信號也可以使用觸摸屏“消聲”按鍵手動消除

當被監(jiān)測回路報警時，控制輸出繼電器閉合，用于控制被保護電路或其他設(shè)備，當報警消除后，控制輸出繼電器釋放。

通訊故障報警：當監(jiān)控設(shè)備與所接的任一臺探測器之間發(fā)生通訊故障或探測器本身發(fā)生故障時，監(jiān)控畫面中相應(yīng)的探測器顯示故障提示，同時設(shè)備上的黃色“故障”指示燈亮，并發(fā)出故障報警聲音。電源故障報警：當主電源或備用電源發(fā)生故障時，監(jiān)控設(shè)備也發(fā)出聲光報警信號并顯示故障信息，可進入相應(yīng)的界面查看詳細信息并可解除報警聲

當發(fā)生剩余電流、超溫報警或通訊、電源故障時，將報警部位、故障信息、報警時間等信息存儲在數(shù)據(jù)庫中，當報警解除、排除故障時，同樣予以記錄。歷史數(shù)據(jù)提供多種便捷、快速的查詢方法。

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隨著技術(shù)的不斷進步，剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的功能更加完備，已經(jīng)具備了用電安全管理、控制、保護、分析、記錄于一體等智能化優(yōu)點，且已被廣泛地應(yīng)用于智能小區(qū)、大型商場、醫(yī)院及公共高層建筑等場合進行漏電火災(zāi)監(jiān)控。同時為了能使剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定運行，在設(shè)計和應(yīng)用時應(yīng)考慮電力配電系統(tǒng)的特性，選用性能可靠和技術(shù)監(jiān)控系統(tǒng)，這樣就能大幅降低相關(guān)應(yīng)用場合的漏電火災(zāi)發(fā)生率。