淺談電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)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?nèi)粘Ｉa(chǎn)、生活中發(fā)揮著重要作用,為了預(yù)防并減少電氣火災(zāi)事故的發(fā)生,設(shè)計(jì)了一種有效的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)通過多種信號(hào)采集和處理方式能夠有效檢測(cè)出配電線路中的漏電風(fēng)險(xiǎn)并報(bào)警,提醒工作人員及時(shí)維修配電線路.從而消除火災(zāi)隱惠,減少人員及財(cái)產(chǎn)損失。

關(guān)鍵詞:電氣火災(zāi)監(jiān)控:剩余電流;電流傳感器

0引言

電氣火災(zāi)產(chǎn)生的主要原因有過載、短路、雷電、漏電、諧波電流、誤操作、接觸不良、電氣線路設(shè)計(jì)負(fù)荷與使用負(fù)荷不匹配以及設(shè)備自身因素等,其中由漏電引起的電氣火災(zāi)占據(jù)了很大部分。為了有效監(jiān)測(cè)漏電流,需要設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到漏電流達(dá)到預(yù)警值時(shí)立即報(bào)警,避免漏電流引起電氣火災(zāi)。

1 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的組成概述

《電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收規(guī)范》(DBJ 202012)中對(duì)電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的定義是:當(dāng)被保護(hù)線路中的被探測(cè)參數(shù)超過報(bào)警設(shè)定值時(shí),能發(fā)出報(bào)警信號(hào)、控制信號(hào)并能指示報(bào)警部位的系統(tǒng)。電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主要由 3 個(gè)部分組成即電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)、電氣火災(zāi)監(jiān)控器以及電氣火災(zāi)傳感器。電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)負(fù)責(zé)接收、記錄電氣火災(zāi)監(jiān)控器上傳的報(bào)警信號(hào)，同時(shí)發(fā)布報(bào)警信息,提醒值班人員進(jìn)行檢查 2。電氣火災(zāi)監(jiān)控器負(fù)責(zé)接收電氣火災(zāi)探測(cè)器的信號(hào)并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警,同時(shí)將采集到的信號(hào)及報(bào)警信息上傳至電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)3。電氣火災(zāi)傳感器負(fù)責(zé)采集所監(jiān)控回路的剩余電流、溫度、故障電弧及過電流信號(hào)，并通過系統(tǒng)總線將信號(hào)上傳至電氣火災(zāi)監(jiān)控器電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主要通過電氣火災(zāi)傳感器對(duì)所監(jiān)控回路進(jìn)行信號(hào)采集,按照采集信號(hào)類型的不同可分為剩余電流式電氣火災(zāi)傳感器、測(cè)溫式電氣火災(zāi)傳感器、故障電弧探測(cè)器以及電流傳感器利用基爾霍夫電流定律,通過剩余電流式電氣火災(zāi)傳感器測(cè)量剩余電流，其工作原理如圖 1所示。

根據(jù)圖1，A，B，C，N這4根電纜同時(shí)垂直穿過同一個(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 線中的電流為 0,也就是漏電流為 0根據(jù)電磁感應(yīng)定律,此時(shí) A，B，C，N各相在剩余電流互感器中的感應(yīng)電流相互抵消,流過剩余電流互感器的電流為 0。當(dāng)配電線路中某些原因?qū)е?A，B,C某相或中性線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(jù)此原理,可通過剩余電流互感器中電流的大小來(lái)間接分析配電線路中的漏電情況“。我國(guó)低壓配電系統(tǒng)中存在著不同的接地系統(tǒng),受檢測(cè)原理的限制,剩余電流式電氣火災(zāi)傳感器并不適用于所有的情況5。在設(shè)置剩余電流式電氣火災(zāi)探測(cè)器時(shí),應(yīng)根據(jù)配電系統(tǒng)的不同進(jìn)行區(qū)別對(duì)待。剩余電流式電氣火災(zāi)傳感器所適用的接地系統(tǒng)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(dá)到一定程度時(shí)會(huì)引起火災(zāi),因此可以通過監(jiān)測(cè)回路中的溫度來(lái)預(yù)防電氣火災(zāi)的發(fā)生。測(cè)溫式電氣火災(zāi)傳感器可以通過其內(nèi)部的熱敏元件來(lái)測(cè)量回路溫度，并將信號(hào)上傳至電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。測(cè)溫式電氣火災(zāi)傳感器監(jiān)測(cè)的主要部位為設(shè)備外殼、電纜配電柜(箱)體等,溫度監(jiān)測(cè)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(shè)備的老化、線路連接松動(dòng)、線路絕緣層破損等因素引起,通常伴隨著大量熱量的產(chǎn)生,容易引起火災(zāi)。故障電弧探測(cè)器通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)回路中電壓、電流波形的變化來(lái)監(jiān)測(cè)故障電弧的發(fā)生間。實(shí)際應(yīng)用中,配電線路中或多或少都會(huì)存在固有漏電。由于固有漏電的存在會(huì)直接影響報(bào)警的準(zhǔn)確性,在固有漏電大到一定程度時(shí)甚至?xí)鹣到y(tǒng)的誤報(bào)警，因此可以盡量將測(cè)量點(diǎn)設(shè)置在末端或是根據(jù)計(jì)算調(diào)整漏電流的報(bào)警閥值，從而消除固有漏電的影響。

2 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案與實(shí)現(xiàn)

2.1電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)組成方式設(shè)計(jì)

在實(shí)際應(yīng)用中，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主要有以下幾種組成方式。

(1)電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī) + 電氣火災(zāi)監(jiān)控器 +剩余電流式電氣火災(zāi)探測(cè)器 + 測(cè)溫式電氣火災(zāi)探測(cè)器.此方式可以同時(shí)完成對(duì)回路中剩余電流與溫度的監(jiān)測(cè)。

(2)電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī) + 電氣火災(zāi)監(jiān)控器 + 測(cè)溫式電氣火災(zāi)探測(cè)器 + 電弧故障探測(cè)器，此方式可以監(jiān)測(cè)回路中的溫度和故障電弧。

(3)在所需要監(jiān)控的點(diǎn)數(shù)不超過 8 個(gè)時(shí)，可不設(shè)置集中的主機(jī),采用獨(dú)立式監(jiān)控器獨(dú)自成系統(tǒng)或接入火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中。

(4)同一項(xiàng)目可根據(jù)負(fù)荷類型的不同采用合適的電氣火災(zāi)探測(cè)器組合,例如照明負(fù)荷可采用電弧故障探測(cè)器 + 測(cè)溫式探測(cè)器,動(dòng)力負(fù)荷可采用剩余電流式探測(cè)器 + 溫式探測(cè)器。

2.2電氣火災(zāi)探測(cè)器位置設(shè)計(jì)

電氣火災(zāi)探測(cè)器可以設(shè)置在低壓柜出線、樓層配電箱、末端配電箱等位置,實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)有以下方案(1)只安裝于配電室低壓柜出線位置，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(zhǔn)確度高,但是無(wú)法確定具體是哪一支路漏電，無(wú)法檢測(cè)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(cè)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、樓層配電箱、末端配電箱均設(shè)置電氣火災(zāi)探測(cè)器,形成分級(jí)保護(hù)。此方案覆蓋全面,能夠定位火災(zāi)隱患位置,但是成本過高。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中,一般會(huì)靈活選用前 3 種方案進(jìn)行組合,從而達(dá)到成本與測(cè)量精度的*佳平衡。

2.3電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)位置設(shè)計(jì)

由于電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)也是火警系統(tǒng)的一部分，因此電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)可以安裝在消防控制室內(nèi)7。電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)將報(bào)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(zāi)報(bào)警控制器,消防控制室內(nèi) 24 h 均有人值班,便于第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)報(bào)警信息并及時(shí)處理故障。

除此之外,由于電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主要監(jiān)測(cè)的是配電線路中的漏電情況,而且電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的探測(cè)器和傳感器一般由開關(guān)柜廠家成套提供，因此電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)還可以安裝在變電所內(nèi)，由變電所內(nèi)的值班人員進(jìn)行管理。2.4電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)警閥值設(shè)計(jì)

根據(jù)國(guó)家規(guī)范,電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的報(bào)警值需連續(xù)可調(diào)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中,剩余電流的動(dòng)作報(bào)警閥值一般設(shè)置在 300 mA,溫度報(bào)警值一般按照電纜*高耐溫的 70% ~ 80%進(jìn)行設(shè)定。

2.4 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)警閥值設(shè)計(jì)

根據(jù)國(guó)家規(guī)范,電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的報(bào)警值需連續(xù)可調(diào)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中,剩余電流的動(dòng)作報(bào)警閥值一般設(shè)置在 300 mA，溫度報(bào)警值一般按照電纜*高耐溫的 70% ~ 80% 進(jìn)行設(shè)定。

2.5電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)集中管理和可視化監(jiān)控,對(duì)分散在建筑物內(nèi)的監(jiān)控器與探測(cè)器進(jìn)行遙控、遙測(cè)等操作19-13。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)配電線路中的被探測(cè)參數(shù)超過報(bào)警閩值時(shí),電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)和控制信號(hào)，并且在主機(jī)報(bào)警界面上指示報(bào)警部位，如圖 3 所示。與此同時(shí),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)保存報(bào)警信息，以便后續(xù)分析總結(jié)。

3安科瑞電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

（1）概述

Acre1-6000電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，是根據(jù)國(guó)家現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)由安科瑞電氣股份有限公司研發(fā)的全數(shù)字化獨(dú)立運(yùn)行的系統(tǒng)，已通過國(guó)家消防電子產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的消防電子產(chǎn)品試驗(yàn)認(rèn)證，并且均通過嚴(yán)格的EMC電磁兼容試驗(yàn)，保證了該系列產(chǎn)品在低壓配電系統(tǒng)中的安全正常運(yùn)行，現(xiàn)均已批量生產(chǎn)并在全國(guó)得到廣泛地應(yīng)用。該系統(tǒng)通過對(duì)剩余電流、過電流、過電壓、溫度和故障電弧等信號(hào)的采集與監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣火災(zāi)的早期預(yù)防和報(bào)警，當(dāng)必要時(shí)還能聯(lián)動(dòng)切除被檢測(cè)到剩余電流、溫度和故障電弧等超標(biāo)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(tái)或火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)等進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和共享。

（2） 應(yīng)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(guó)家重點(diǎn)消防單位以及石油化工、文教衛(wèi)生、金融、電信等領(lǐng)域。

（3 ）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（4 ）系統(tǒng)功能

監(jiān)控設(shè)備能接收多臺(tái)探測(cè)器的剩余電流、溫度信息，報(bào)警時(shí)發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào)，同時(shí)設(shè)備上紅色“報(bào)警”指示燈亮，顯示屏指示報(bào)警部位及報(bào)警類型，記錄報(bào)警時(shí)間，聲光報(bào)警一直保持，直至按設(shè)備的“復(fù)位”按鈕或觸摸屏的“復(fù)位”按鍵遠(yuǎn)程對(duì)探測(cè)器實(shí)現(xiàn)復(fù)位。對(duì)于聲音報(bào)警信號(hào)也可以使用觸摸屏“消聲”按鍵手動(dòng)消除。

當(dāng)被監(jiān)測(cè)回路報(bào)警時(shí)，控制輸出繼電器閉合，用于控制被保護(hù)電路或其他設(shè)備，當(dāng)報(bào)警消除后，控制輸出繼電器釋放。

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

當(dāng)發(fā)生剩余電流、超溫報(bào)警或通訊、電源故障時(shí)，將報(bào)警部位、故障信息、報(bào)警時(shí)間等信息存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，當(dāng)報(bào)警解除、排除故障時(shí)，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。

（5） 配置方案

4結(jié)語(yǔ)

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)通過多種探測(cè)器實(shí)現(xiàn)對(duì)配電線路的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),提前發(fā)現(xiàn)電氣方面的火災(zāi)隱患從而有效避免電氣火災(zāi)的發(fā)生,保護(hù)人們的人身財(cái)產(chǎn)安全。隨著科技的發(fā)展,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也越來(lái)越多地應(yīng)用于電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)中,促使電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)變得越來(lái)越智能化。

參考文獻(xiàn)

【1】吳穹，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[電視技術(shù)，2022，46（6）:181-183.

【2】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.5版.

【3】張振國(guó).窄帶物聯(lián)網(wǎng)在"智慧消防”模式構(gòu)建中的應(yīng)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(shè)中的運(yùn)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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