淺談電氣火災監控系統的設計與應用

王曉昭

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201800

摘要:電能在人們日常生產(chǎn)、生活中發(fā)揮著(zhù)重要作用,為了預防并減少電氣火災事故的發(fā)生,設計了一種有效的電氣火災監控系統。電氣火災監控系統通過(guò)多種信號采集和處理方式能夠有效檢測出配電線(xiàn)路中的漏電風(fēng)險并報警,提醒工作人員及時(shí)維修配電線(xiàn)路.從而消除火災隱惠,減少人員及財產(chǎn)損失。

關(guān)鍵詞:電氣火災監控:剩余電流;電流傳感器

0引言

電氣火災產(chǎn)生的主要原因有過(guò)載、短路、雷電、漏電、諧波電流、誤操作、接觸不良、電氣線(xiàn)路設計負荷與使用負荷不匹配以及設備自身因素等,其中由漏電引起的電氣火災占據了很大部分。為了有效監測漏電流,需要設置電氣火災監控系統，當系統監測到漏電流達到預警值時(shí)立即報警,避免漏電流引起電氣火災。

1 電氣火災監控系統的組成概述

《電氣火災監控系統設計、施工及驗收規范》(DBJ 202012)中對電氣火災監控系統的定義是:當被保護線(xiàn)路中的被探測參數超過(guò)報警設定值時(shí),能發(fā)出報警信號、控制信號并能指示報警部位的系統。電氣火災監控系統主要由 3 個(gè)部分組成即電氣火災監控系統主機、電氣火災監控器以及電氣火災傳感器。電氣火災監控系統主機負責接收、記錄電氣火災監控器上傳的報警信號，同時(shí)發(fā)布報警信息,提醒值班人員進(jìn)行檢查 2。電氣火災監控器負責接收電氣火災探測器的信號并進(jìn)行現場(chǎng)報警,同時(shí)將采集到的信號及報警信息上傳至電氣火災監控系統主機3。電氣火災傳感器負責采集所監控回路的剩余電流、溫度、故障電弧及過(guò)電流信號，并通過(guò)系統總線(xiàn)將信號上傳至電氣火災監控器電氣火災監控系統主要通過(guò)電氣火災傳感器對所監控回路進(jìn)行信號采集,按照采集信號類(lèi)型的不同可分為剩余電流式電氣火災傳感器、測溫式電氣火災傳感器、故障電弧探測器以及電流傳感器利用基爾霍夫電流定律,通過(guò)剩余電流式電氣火災傳感器測量剩余電流，其工作原理如圖 1所示。

根據圖1，A，B，C，N這4根電纜同時(shí)垂直穿過(guò)同一個(gè)剩余電流互感器。正常情況下，A，B，C三相電流的矢量和與 N 相電流大小相等方向相反，此時(shí) PE 線(xiàn)中的電流為 0,也就是漏電流為 0根據電磁感應定律,此時(shí) A，B，C，N各相在剩余電流互感器中的感應電流相互抵消,流過(guò)剩余電流互感器的電流為 0。當配電線(xiàn)路中某些原因導致 A，B,C某相或中性線(xiàn)中有電流泄露到大地時(shí),則 A,BC 三相電流的矢量和與 N 相電流大小不相等，此時(shí)流過(guò)剩余電流互感器中的電流矢量和不為 0,也就是剩余電流不為 0。根據此原理,可通過(guò)剩余電流互感器中電流的大小來(lái)間接分析配電線(xiàn)路中的漏電情況“。我國低壓配電系統中存在著(zhù)不同的接地系統,受檢測原理的限制,剩余電流式電氣火災傳感器并不適用于所有的情況5。在設置剩余電流式電氣火災探測器時(shí),應根據配電系統的不同進(jìn)行區別對待。剩余電流式電氣火災傳感器所適用的接地系統如圖 2 所示。

由于回路中的漏電流會(huì )引起溫度升高，溫度達到一定程度時(shí)會(huì )引起火災,因此可以通過(guò)監測回路中的溫度來(lái)預防電氣火災的發(fā)生。測溫式電氣火災傳感器可以通過(guò)其內部的熱敏元件來(lái)測量回路溫度，并將信號上傳至電氣火災監控系統。測溫式電氣火災傳感器監測的主要部位為設備外殼、電纜配電柜(箱)體等,溫度監測采用直接接觸方式,覆蓋A，B，C，N四相

故障電弧主要由電氣設備的老化、線(xiàn)路連接松動(dòng)、線(xiàn)路絕緣層破損等因素引起,通常伴隨著(zhù)大量熱量的產(chǎn)生,容易引起火災。故障電弧探測器通過(guò)實(shí)時(shí)監測回路中電壓、電流波形的變化來(lái)監測故障電弧的發(fā)生間。實(shí)際應用中,配電線(xiàn)路中或多或少都會(huì )存在固有漏電。由于固有漏電的存在會(huì )直接影響報警的準確性,在固有漏電大到一定程度時(shí)甚至會(huì )引起系統的誤報警，因此可以盡量將測量點(diǎn)設置在末端或是根據計算調整漏電流的報警閥值，從而消除固有漏電的影響。

2 電氣火災監控系統設計方案與實(shí)現

2.1電氣火災監控系統組成方式設計

在實(shí)際應用中，電氣火災監控系統主要有以下幾種組成方式。

(1)電氣火災監控系統主機 + 電氣火災監控器 +剩余電流式電氣火災探測器 + 測溫式電氣火災探測器.此方式可以同時(shí)完成對回路中剩余電流與溫度的監測。

(2)電氣火災監控系統主機 + 電氣火災監控器 + 測溫式電氣火災探測器 + 電弧故障探測器，此方式可以監測回路中的溫度和故障電弧。

(3)在所需要監控的點(diǎn)數不超過(guò) 8 個(gè)時(shí)，可不設置集中的主機,采用獨立式監控器獨自成系統或接入火災自動(dòng)報警系統中。

(4)同一項目可根據負荷類(lèi)型的不同采用合適的電氣火災探測器組合,例如照明負荷可采用電弧故障探測器 + 測溫式探測器,動(dòng)力負荷可采用剩余電流式探測器 + 溫式探測器。

2.2電氣火災探測器位置設計

電氣火災探測器可以設置在低壓柜出線(xiàn)、樓層配電箱、末端配電箱等位置,實(shí)際設計時(shí)有以下方案(1)只安裝于配電室低壓柜出線(xiàn)位置，成本*低但是在有漏電流產(chǎn)生時(shí)，此方案只能確定是某主回路漏電，無(wú)法定位發(fā)生漏電故障或高溫隱患的大體位置(2)只安裝于樓層配電箱位置,能夠定位樓層中的漏電故障、高溫隱患。該方案比第一種方案準確度高,但是無(wú)法確定具體是哪一支路漏電，無(wú)法檢測配電室到豎井間的漏電。3)只安裝于末端配電箱，可以定位支路中的漏電故障、高溫隱患。該方案精度高于前兩種方案,但是無(wú)法檢測配電室到豎井間、豎井到支路間的漏電。(4)在配電室低壓柜出線(xiàn)、樓層配電箱、末端配電箱均設置電氣火災探測器,形成分級保護。此方案覆蓋全面,能夠定位火災隱患位置,但是成本過(guò)高。在實(shí)際設計過(guò)程中,一般會(huì )靈活選用前 3 種方案進(jìn)行組合,從而達到成本與測量精度的*佳平衡。

2.3電氣火災監控系統主機位置設計

由于電氣火災監控系統也是火警系統的一部分，因此電氣火災監控系統主機可以安裝在消防控制室內7。電氣火災監控系統主機將報警信息和故障信息上傳至消防控制室的圖形顯示裝置或火災報警控制器,消防控制室內 24 h 均有人值班,便于第一時(shí)間發(fā)現報警信息并及時(shí)處理故障。

除此之外,由于電氣火災監控系統主要監測的是配電線(xiàn)路中的漏電情況,而且電氣火災監控系統的探測器和傳感器一般由開(kāi)關(guān)柜廠(chǎng)家成套提供，因此電氣火災監控系統主機還可以安裝在變電所內，由變電所內的值班人員進(jìn)行管理。2.4電氣火災監控系統報警閥值設計

根據國家規范,電氣火災監控系統的報警值需連續可調。在實(shí)際設計中,剩余電流的動(dòng)作報警閥值一般設置在 300 mA,溫度報警值一般按照電纜*高耐溫的 70% ~ 80%進(jìn)行設定。

2.4 電氣火災監控系統報警閥值設計

根據國家規范,電氣火災監控系統的報警值需連續可調。在實(shí)際設計中,剩余電流的動(dòng)作報警閥值一般設置在 300 mA，溫度報警值一般按照電纜*高耐溫的 70% ~ 80% 進(jìn)行設定。

2.5電氣火災監控系統的實(shí)現

電氣火災監控系統能夠實(shí)現集中管理和可視化監控,對分散在建筑物內的監控器與探測器進(jìn)行遙控、遙測等操作19-13。當現場(chǎng)配電線(xiàn)路中的被探測參數超過(guò)報警閩值時(shí),電氣火災監控系統會(huì )發(fā)出報警信號和控制信號，并且在主機報警界面上指示報警部位，如圖 3 所示。與此同時(shí),系統會(huì )自動(dòng)保存報警信息，以便后續分析總結。

3安科瑞電氣火災監控系統

（1）概述

Acre1-6000電氣火災監控系統，是根據國家現行規范標準由安科瑞電氣股份有限公司研發(fā)的全數字化獨立運行的系統，已通過(guò)國家消防電子產(chǎn)品質(zhì)量監督檢驗中心的消防電子產(chǎn)品試驗認證，并且均通過(guò)嚴格的EMC電磁兼容試驗，保證了該系列產(chǎn)品在低壓配電系統中的安全正常運行，現均已批量生產(chǎn)并在全國得到廣泛地應用。該系統通過(guò)對剩余電流、過(guò)電流、過(guò)電壓、溫度和故障電弧等信號的采集與監視，實(shí)現對電氣火災的早期預防和報警，當必要時(shí)還能聯(lián)動(dòng)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;并根據用戶(hù)的需求，還可以滿(mǎn)足與AcreIEMS企業(yè)微電網(wǎng)管理云平臺或火災自動(dòng)報警系統等進(jìn)行數據交換和共享。

（2） 應用場(chǎng)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(diǎn)消防單位以及石油化工、文教衛生、金融、電信等領(lǐng)域。

（3 ）系統結構

（4 ）系統功能

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

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

通訊故障報警：當監控設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(shí)，監控畫(huà)面中相應的探測器顯示故障提示，同時(shí)設備上的黃色“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(shí)，監控設備也發(fā)出聲光報警信號并顯示故障信息，可進(jìn)入相應的界面查看詳細信息并可解除報警聲響。

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

（5） 配置方案

4結語(yǔ)

電氣火災監控系統通過(guò)多種探測器實(shí)現對配電線(xiàn)路的實(shí)時(shí)監測,提前發(fā)現電氣方面的火災隱患從而有效避免電氣火災的發(fā)生,保護人們的人身財產(chǎn)安全。隨著(zhù)科技的發(fā)展,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也越來(lái)越多地應用于電氣火災監控系統中,促使電氣火災監控系統變得越來(lái)越智能化。

參考文獻

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【2】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.5版.

【3】張振國.窄帶物聯(lián)網(wǎng)在"智慧消防”模式構建中的應用研究[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2020 39(12):1739-1742.

【4】郭江什.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在"智慧消防”建設中的運用.智能城市，2020(6):25-26

作者簡(jiǎn)介：王曉昭，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，工程師， 技術(shù)交流：021-69156559

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