智能型剩余電流式電氣火災監控探測器的設計

1 引言

　　近年來(lái)， 全國火災事故呈上升趨勢， 而在火災事故中， 電氣火災的比例居高不下， 占火災年均發(fā)生次數的27%，損失占火災損失的52%，每年火災造成的人員傷亡和財產(chǎn)損失巨大，預防和有效遏制電氣火災的任務(wù)已經(jīng)迫在眉睫。國家有關(guān)部門(mén)相繼制訂或修改了有關(guān)標準規范，要求在建筑中設置電氣火災監控報警系統。本文根據電氣火災監控系統的新標準（GB14827-2005），設計了一智能型剩余電流式電氣火災監控探測器，它既可以單獨使用，也可以通過(guò)RS485 總線(xiàn)與電氣火災監控設備聯(lián)網(wǎng)， 構成一套完整的電氣火災監控系統。

　　2 電氣火災監控探測器的設計依據

　　2.1 探測器相關(guān)標準

　　設計的裝置應符合《電氣火災監控系統》（GB 14287-2005）、《剩余電流式電氣火災監控警裝置》（GB14287.2-2005）、《設計建筑防火規范》（GB 50096-2006）、《高層民用建筑設計防火規范》（GB 50045-2005）、《建筑電氣火災預防要求和檢測方法》和《剩余電流動(dòng)作保護裝置的安裝和運行》（GB13955-2005）等標準。

　　2.2 電氣火災監控系統的簡(jiǎn)介

　　電氣火災監控系統是由電氣火災監控設備和電氣火災監控探測器組成，系統應當滿(mǎn)足《電氣火災監控系統》（GB 14287-2005）的要求。當被保護的線(xiàn)路中的被探測參數超過(guò)報警設定值時(shí)，電氣火災監控系統能發(fā)出報警信號、控制信號并能指示報警部位。

　　電氣火災監控設備能接受來(lái)自電氣火災監控探測器的報警信號， 發(fā)出聲、光報警信號和控制信號， 指示報警部位， 記錄并保存報警信息。

　　剩余電流式電氣火災監控探測器可以探測被保護線(xiàn)路中的剩余電流、溫度等電氣火災危險參數的變化，按工作方式可以分兩類(lèi)：一是獨立式探測器（具有監控報警功能的探測器），二是非獨立式探測器。本文設計了一智能型獨立式探測器。

　　2.3 剩余電流產(chǎn)生的原因

　　正常情況下，電路中沒(méi)有發(fā)生設備漏電或接地故障時(shí)，如圖1 所示，根據電路原理可知， 三相四線(xiàn)電源的電流相量和等于零，即Ia+Ib+Ic+In=0 ，在電流互感器中產(chǎn)生磁通的矢量和等于零。此時(shí)，二次線(xiàn)圈中感應電流IL=0，因此線(xiàn)路正常供電。當電路中發(fā)生設備漏電或故障接地時(shí)， 例如出現故障漏電電流Z I ， 則三相四線(xiàn)電源的電流相量和將不等于零，即Ia+Ib+Ic+In≠0 ，在電流互感器中產(chǎn)生磁通的矢量和也不等于零， 此時(shí)，二次線(xiàn)圈中有感應電流，即剩余電流IL≠0 。

　　圖1 剩余電流互感器工作原理。

　　2.4 設置電氣火災探測器的必要性

　　電氣接地故障中電弧性對地短路是引發(fā)電氣火災的重要原因。電弧性對地短路具有很大的阻抗和電壓降， 它限制了故障電流， 使過(guò)電流保護器不能動(dòng)作或不能及時(shí)動(dòng)作來(lái)切斷電源，而幾百毫安的漏電弧產(chǎn)生的局部高溫可達2000℃以上，足以引燃周?chē)目扇嘉锒鸹馂?。況且， 用電設備分布在建筑物的各個(gè)角落， 危害范圍廣， 如不對系統的漏電進(jìn)行監測和防控， 就會(huì )對人身和財產(chǎn)安全構成威脅，存在很大的火災隱患。剩余電流式電氣火災監控探測器能準確監控電氣線(xiàn)路的故障和異常狀態(tài)，能有效預防常見(jiàn)的因漏電導致接地電弧所引起的建筑物電氣火災事故。為了保證人民生命財產(chǎn)安全，在建筑物的電源進(jìn)線(xiàn)處及干線(xiàn)上安裝剩余電流式電氣火災監控探測器十分必要。

　　3 探測器的設計

　　3.1 系統基本功能

　　智能型剩余電流式電氣火災監控探測器集剩余電流、短路、過(guò)載、過(guò)壓和欠壓（缺相）等電氣故障的監測、分析、報警及控制于一體。主要具有以下功能：

　?。?） 具有漏電電流、過(guò)電流長(cháng)延時(shí)、過(guò)電流短延時(shí)和短路瞬時(shí)保護功能，組成所需的保護特性。智能設定漏電電流、過(guò)電流長(cháng)延時(shí)、過(guò)電流短延時(shí)和過(guò)電流瞬時(shí)的整定值及預警值。另外還具有過(guò)欠壓報警功能、缺相報警功能。

　?。?） 顯示并儲存故障發(fā)生點(diǎn)的線(xiàn)路地址、故障類(lèi)型、故障發(fā)生時(shí)間和漏電電流、三相電流值?？捎涗浂噙_1000 條歷史故障，長(cháng)期保存，直到用指令刪除。

　?。?） 采用 RS485 總線(xiàn)通訊技術(shù)，可以利用總線(xiàn)與主機構成主從式監控系統， 實(shí)現用戶(hù)連網(wǎng)， 在一臺電腦上可對1～250 臺智能探測器在線(xiàn)遠程監控，隨時(shí)檢查各用戶(hù)安全用電情況， 隨時(shí)接通或分斷各用戶(hù)供電線(xiàn)路。

　?。?） 有預報警功能，當接近動(dòng)作參數時(shí)提前報警、超標報警脫扣的人性化智能控制策略，以超前主動(dòng)防護模式， 采用智能化控制結構， 對電力運行線(xiàn)路安全狀況進(jìn)行數據記錄和控制，并能夠遠程實(shí)現指定節點(diǎn)的斷路器脫扣。

　?。?） 可與感溫探頭、感煙探頭、可燃氣體探測器等連接， 與火災自動(dòng)報警系統中心聯(lián)動(dòng)， 實(shí)現遠程切斷負載電源，并有DC12V 信號反饋給報警中心觸發(fā)報警。

　　3.2 整體硬件設計

　　剩余電流式電氣火災監控探測器主要由電源、單片機PIC24FJ96、三相交流電電壓電流檢測電路、剩余電流檢測電路、RS485 通信模塊、報警器及按鍵和顯示等幾部分構成的， 如圖2 所示。