ARCM系列電氣火災監控探測器的設計和應用

　　摘要：本文對電氣火災的產(chǎn)生原因進(jìn)行了分析，列出了電氣火災監控防范的相關(guān)標準。簡(jiǎn)述了ARCM200剩余電流式電氣火災探測器的設計原理以及該產(chǎn)品在2010年廣州亞運會(huì )海心沙項目系統中的實(shí)際應用。并分析了電氣火災監控系統應用中應注意的問(wèn)題。

　　近年來(lái)，我國國民經(jīng)濟的高速增長(cháng)，各行業(yè)用電量的大幅度增加，同時(shí)伴隨著(zhù)電氣火災也呈現逐年上升的趨勢，給國民經(jīng)濟和人民生命財產(chǎn)造成巨大損失。而接地故障火災是最常見(jiàn)的多發(fā)電氣火災。為避免接地故障引發(fā)的火災，在建筑電氣中已開(kāi)始廣泛使用電氣火災監控系統。電氣火災監控系統能準確監測電氣線(xiàn)路的故障和異常狀態(tài)，能發(fā)現電氣火災的火災隱患，及時(shí)報警提醒工作人員去消除這些隱患。國家也頒布了相應的標準來(lái)規范電氣火災監控系統，例如《建筑設計防火規范》GB50016-2006，《高層民用建筑設計防火規范》GB50045-2005，《電氣火災監控系統》GB 14287等。本文介紹了ARCM系列電氣火災監控探測器的設計原理，及在廣州亞運會(huì )海心沙場(chǎng)館中實(shí)際應用。

一、電氣火災分析

　　在圖1 中，將三相導線(xiàn)及N線(xiàn)全部穿過(guò)剩余電流互感器，檢測的電流為，而剩余電流為 ，即：

　　由于二次電流大小與一次電流()呈一定的比例關(guān)系，就可以通過(guò)測量剩余電流互感器二次側的電流來(lái)測量一次側的剩余電流。根據檢測到的剩余電流大小,探測器可通過(guò)預先設定的程序發(fā)出各種指令,或切斷電源,或發(fā)出報警信號等。

　　上海安科瑞股份有限公司生產(chǎn)的ARCM200/300剩余電流式電氣火災探測器產(chǎn)品采用32位MCU實(shí)現，功能主要包括多路剩余電流和溫度測量、報警、顯示、存儲、人機交互和通訊等?；竟ぷ髟砣缦拢?/DIV>

圖2 硬件設計原理框圖

　　剩余電流互感器將感應出來(lái)的信號傳輸到剩余電流采集模塊，經(jīng)過(guò)信號的轉換濾波后MCU利用片內AD模塊對各個(gè)通道的信號量進(jìn)行AD采樣，并進(jìn)行相應的數學(xué)運算，完成信號的精確測量，再按設置的保護參數，進(jìn)行報警保護處理。同時(shí)MCU根據探測器的狀態(tài)，來(lái)控制LED數碼管顯示、數據計算存儲、外部通訊、鍵盤(pán)菜單操作、繼電器開(kāi)關(guān)動(dòng)作、蜂鳴器報警等工作。

三、算法描述

　　傳統的剩余電流檢測方法為：電流互感器為傳感器件，由它提取的剩余電流信號，經(jīng)放大、AC/DC變換、A/D變換、CPU處理后，送往報警器、顯示器、信號輸出。該方法中，實(shí)現對剩余電流的測量需要經(jīng)過(guò)放大器，AC/DC變換，最后才到A/D采樣測量，轉換復雜，增加了故障節點(diǎn)，同時(shí)也增加了成本。

　　ARCM200/300探測器，采用交流采樣技術(shù)，直接對互感器過(guò)來(lái)的剩余電流信號采樣，保持信號的真實(shí)性。通過(guò)MCU對數據進(jìn)行計算處理，從而達到精確測量剩余電流信號的目的，并通過(guò)特定程序算法，保證了探測器及時(shí)、準確和可靠進(jìn)行報警保護。其運用的主要技術(shù)手段如下：

　　1頻率濾波

　　現代用電設備中變頻器及非線(xiàn)性負載越來(lái)越多，電網(wǎng)諧波含量急劇增加，在供電電纜中造成了高頻泄漏電流，這些泄漏電流可以達到幾十到幾百毫安。IEC60479標準中說(shuō)明了在50/60HZ時(shí)的保護最為關(guān)鍵。故有必要將泄漏電流的高頻成分濾除，從而減少了諧波電流和瞬時(shí)電流引起的誤動(dòng)。

ARCM200/300中利用數字信號處理技術(shù)中的數字濾波技術(shù)，將采樣得到的一系列數據進(jìn)行濾波計算處理，達到濾除信號中高頻部分的目的。

　　2測量真有效值（方均根值）。

　　在考慮頻率濾波的情況下，可準確測量剩余電流信號的RMS真有效值，使動(dòng)作的判據更加準確，減少不正常的拒報警。

四、實(shí)現功能及性能：

　　ARCM200/300實(shí)現了以下功能：

　　1剩余電流/溫度測量?？梢詫?shí)現同時(shí)監控1～4路剩余電流，其中J1型可以監測3路溫度。剩余電流正常測量范圍在10mA～3000mA，精度可達到1級，溫度測量范圍可從-10℃ 到 120℃之間，精度±1℃。

　　2可編程報警設置。動(dòng)作電流和動(dòng)作延時(shí)可靈活調整，可根據現場(chǎng)環(huán)境的實(shí)際情況進(jìn)行參數設定。并能夠非常容易的適用于分級保護的場(chǎng)合。報警功能的一些說(shuō)明：額定動(dòng)作電流值I△n設定范圍：20～1000mA,也可設為OFF，以關(guān)閉剩余電流保護；預警電流為＞0.8I△n，報警動(dòng)作電流為＞0.95I△n；溫度報警設定范圍：50℃～120℃，也可設為OFF，以關(guān)閉溫度通道保護；動(dòng)作時(shí)間可設定范圍：0.1S～60.0S 。

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