劉細鳳

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定

摘要：建筑電氣火災在建筑物火災中占較大的比例，起火原因也很多，包括短路、過熱、漏電、雷擊和電氣等故障，火災危害也較大。因此，各種原因引起的火災都應得到有效控制。目前，短路、過熱、雷擊等保護措施日漸成熟，而由于正常泄露電流的普遍存在，漏電往往沒有引起足夠的重視，從而導致火災的發(fā)生。顯而易見，采用漏電電流檢測，給出火災的預警報警系統(tǒng)是十分必要的。本文通過介紹安科瑞Acrel-6000/B電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)在S濰坊濱海經(jīng)濟開發(fā)區(qū)綜合商務項目中的應用，簡析相關家標準和設計規(guī)范，概述電氣火災監(jiān)測系統(tǒng)在電氣火災預防方面的具體架構以及其越性。

關鍵詞： 公共建筑；電氣火災；安科瑞；漏電火災；

0 前言

    隨著我人民生活水平的不斷提高，用電量不斷增加，但電氣火災也隨之劇增，從而也給家經(jīng)濟和人民生命財產(chǎn)造成巨大的損失。據(jù)《中火災統(tǒng)計年鑒》統(tǒng)計近年的火災事故中，電氣火災居*，且所占比例在30%，且逐年呈上升趨勢，造成的損失十分慘重。事實上，電氣火災已成為消防的主要致災因素，不僅次數(shù)多、損失大，而且多年來直居高不下。

    公共建筑電氣火災產(chǎn)生的原因主要有以下幾個方面：

0.1 建筑物內(nèi)導線使用年久失修，其絕緣層老化破損。

0.2 建筑物內(nèi)導線安裝施工不規(guī)范，如導線不穿管路保護，直接埋于墻內(nèi)或置于構件上。

0.3 游玩場所等公共活動場所在二次裝修時，亂鋪設電線，致使火災隱患。

0.4 導線施工質(zhì)量粗糙，偷工減料，使用鋼管穿線是鋼管內(nèi)壁亂掛傷導線絕緣層。

0.5 線路受自然條件影響，如空氣潮濕導致導線絕緣水平下降等。

     針對以上幾個方面，安科瑞電氣股份有限公司以其研發(fā)的ARCM系列電氣火災監(jiān)控探測器為基礎，通過對RS485總線技術、終端微機軟件顯示技術的集成，研發(fā)了安科瑞Acrel-6000/B電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)后臺在顯示各個探測點位數(shù)據(jù)的同時，還提供越限聲光報警、人性化的界面等功能。本系統(tǒng)實現(xiàn)了配電系統(tǒng)的24小時無人實時監(jiān)控，減少了人力成本，提高了電氣火災隱患的排除效率。

     本文就電氣火災系統(tǒng)在濰坊濱海經(jīng)濟開發(fā)區(qū)綜合商務項目中的應用，簡單介紹安科瑞Acrel-6000/B電氣火災系統(tǒng)的實際應用和其實際意義。  

1 項目概況

    濰坊濱海經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)成立于1995年8月，2010年4月被務院批準為家等級經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)。開發(fā)區(qū)陸域面積677平方公里，常住人口9.66萬(第六次人口普查數(shù)據(jù))，是濰坊北部沿海開發(fā)的核心區(qū)域，先后被確定為家科技興貿(mào)創(chuàng)新基地、全科技興海示范區(qū)、家生態(tài)工業(yè)示范園區(qū)、山東省科學發(fā)展園區(qū)和循環(huán)經(jīng)濟示范區(qū)。為實現(xiàn)在黃河三角洲開發(fā)建設中崛起，我們進步提升發(fā)展理念，按照“三三四”的功能定位，全力推行“五大五新”產(chǎn)業(yè)，提升濱海新城開發(fā)建設水平。本項目為濰坊濱海經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)內(nèi)未來大廈，鑒于以上項目情況，為了監(jiān)控整個配電系統(tǒng)是否存在電氣火災隱患，現(xiàn)須根據(jù)本項目的情況設計套電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)。

    針對本項目的特性，為預防接地故障引起的電氣火災，結合本工程的重要性，本工程所有照明、動力配電系統(tǒng)均配置漏電火災報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)主機、現(xiàn)場監(jiān)控器以及數(shù)據(jù)集中控制器。漏電火災報警主機設置在消防控制室。系統(tǒng)在各個樓層豎井配電箱的進線設置漏電，對該處的漏電電流進行監(jiān)控，當探測到配電回路漏電電流大于300mA、工作電流超過時限設定的報警值時，即發(fā)出聲光報警信號，準確報出故障點地址，監(jiān)視故障點變化，顯示其狀態(tài)，對設備用電回路僅給出報警信號，不切斷其電源。

2 參照標準

    鑒于公共建筑發(fā)生火災容易造成人員生命財產(chǎn)損失。為了加大電氣火災監(jiān)控防范的力度，近年來，家相繼制訂或修改了批相關標準規(guī)范。相關的標準規(guī)范已經(jīng)對電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)提出了具體的要求，本項目中選用的安科瑞Acrel-6000/B電氣火災系統(tǒng)的設計參照的標準主要有：

    2.1 GB50045-95(2005版)《高層民用建筑設計防火規(guī)范》，其中在條文9.5.1里規(guī)定:高層建筑內(nèi)火災危險性大、人員密集等場所宜設置漏電火災報警系統(tǒng)。

    2.2 家標準《建筑電氣火災預防要求和檢測方法》有關條文也明確要求“應在電源進線端設置自動切斷電源或報警的剩余電流動作保護器。

    2.3 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的產(chǎn)品應滿足:GB14287.1-2014《電氣火災監(jiān)控設備》、 GB14287.2-2014《剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器》、GB14287.3-2014《測溫式電氣火災監(jiān)控探測器》

    2.4 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的安裝和運行應滿足GB13955-2005《剩余電流動作保護裝置安裝和運行》

    2.5 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的供電應滿足GB50052《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》的要求

    2.6 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的設計應滿足《電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的設計方法》的要求(暫行規(guī)定)

3.系統(tǒng)架構及設計

電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)拓撲圖

3.1 站控管理層

    站控管理層針對電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的管理人員，是人機交互的直接窗口，也是系統(tǒng)的zui上層部分。安科瑞電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)主機充分考慮到用戶的操作習慣，和持續(xù)穩(wěn)定運行，參照的相應的家標準和規(guī)范。主機主要由監(jiān)控軟件、觸摸屏、UPS電源、打印機等設備組成。將現(xiàn)場的各類數(shù)據(jù)信息進行計算、分析、處理，并以圖形、數(shù)顯、聲音、指示燈等方式反應給終端管理人員。使管理人員能夠?qū)崟r掌握系統(tǒng)動態(tài)，且實現(xiàn)故障信息可追循，信息可導出等功能。

鑒于本項目中儀表點位以及數(shù)據(jù)量的規(guī)模，現(xiàn)為項目配置安科瑞Acrel-6000/B主機，本主機的具體參數(shù)見下文介紹。
3.2 網(wǎng)絡通訊層

    本項目中的所有儀表須嚴格按照手拉手的形式連接，且所有的通訊總線須沿著弱電橋架鋪設。本項目的儀表分布在樓層強電間配電柜。

    本項目的數(shù)據(jù)總線設計為兩根總線，獨立的總線便于后期系統(tǒng)的維護，發(fā)生漏電流報警時也可以根據(jù)后期我方提供的點檢表快速定位故障回路，快速排除故障。

    現(xiàn)場電氣通過雙絞線（ZR-RVSP2*1.0）以手拉手方式進行通訊連接，每根總線的儀表數(shù)量在30只以內(nèi)。

3.3 現(xiàn)場設備層

    本項目中主要是針對樓層配電箱的進線回路安裝安科瑞嵌入式電氣ARCM200BL-J1、ARCM200L-J8，通過面板式電氣實時監(jiān)控配電回路的漏電流大小來顯示整個配電系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

    ARCM系列剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器，是針對 0.4kV 以下的TT、TN 系統(tǒng)設計的，通過對配電回路的剩余電流、導線溫度等火災危險參數(shù)實施監(jiān)控和管理，從而預防電氣火災的發(fā)生，并實現(xiàn)了對多種電力參數(shù)的實時監(jiān)測,為能耗管理提供的數(shù)據(jù)。產(chǎn)品采用先進的微控制器技術，集成度高，體積小巧，安裝方便，集智能化，數(shù)字化，網(wǎng)絡化于身，是建筑電氣火災預防監(jiān)控、系統(tǒng)絕緣老化預估等的理想選擇。產(chǎn)品符合 GB14287.2-2014《電氣火災監(jiān)控系統(tǒng) 第2部分：剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器》的標準要求。

4系統(tǒng)特點和工作原理

    鑒于本項目的規(guī)模，項目電氣火災檢測點位的實際情況。無論在終端剩余電流探測器還是后臺主機都是根據(jù)本項目的實際情況來進行設計的。

4.1 本項目的系統(tǒng)特點可總結為下3點：

    4.1.1 終端探測器選用面板式電氣，方便安裝、節(jié)省成本、便于后期維護。

    4.1.2 RS485總線連接方便，可操作性強?？偩€布線時走的是弱電橋架，不會受到強電的影響，確保的整個系統(tǒng)的通訊穩(wěn)定。

    4.1.3 考慮到本項目中儀表數(shù)據(jù)量，客戶要求。本項目的主機選用壁掛式。壁掛式主機界面簡潔，系統(tǒng)操作方便，適合本項目中的配電間環(huán)境和客戶的相關操作要求。

4.2 電氣火災系統(tǒng)工作原理

    4.2.1 剩余電流測量是根據(jù)基爾霍夫電流定律：在同時刻，電路中流入和流出個節(jié)點的電流矢量和為。以TN-S系統(tǒng)為例，將A/B/C/N同時穿過剩余電流互感器，當系統(tǒng)未發(fā)生漏電時，流入和流出剩余電流互感器的電流矢量和為，此時，剩余電流互感器感應出的二次電流也為0;當某相對大地發(fā)生漏電，此時流入和流出剩余電流互感器的電流矢量和不再為，其大小等于從大地流走的電流即漏電流。此漏電信號通過剩余電流互感器的二次接線傳輸至電氣，經(jīng)運算放大、A/D轉換后送入CPU，經(jīng)過系列算法后，對變化的幅值進行分析、判斷，并與報警設定值進行比較，若超出定值則發(fā)出聲光報警信號并上送至后臺電氣火災監(jiān)控設備。

    4.2.2 終端探測器負責監(jiān)測各個回路的剩余電流值，將剩余電流值的數(shù)據(jù)傳輸至系統(tǒng)主機。終端探測器還負責其監(jiān)測回路剩余電流值的實時顯示，同時能夠設置限值，當剩余電流值越*能夠發(fā)出聲光報警，提醒管理人員及時維護、整改。

    4.2.3 儀表通過RS485總線將數(shù)據(jù)傳輸至系統(tǒng)主機，系統(tǒng)主機將上傳數(shù)據(jù)通過圖形、報表、事件記錄等形式反映整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)。  

5 系統(tǒng)設計注意事項和方法

5.1 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)主要監(jiān)測剩余電流和溫度兩類對象，在設計時應注意的基本要點

5.1.1 關于剩余電流

    由于剩余電流監(jiān)測的原理采用了基爾霍夫電流定律，所以，對所應用的低壓配電系統(tǒng)形式有定要求。目前，可以應用剩余電流互感器的低壓配電系統(tǒng)有：TT系統(tǒng)，IT系統(tǒng)，TN-S系統(tǒng)，不能使用在TN-C系統(tǒng)中。對將要設計安裝電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的用戶，不管是新工程或舊工程改造項目，先要調(diào)查核實該用戶低壓配電系統(tǒng)的系統(tǒng)接地形式是什么，否則，設計安裝剩余電流互感器的點位進行檢測是根本無法施行的。

    關于AC220V單相供電系統(tǒng)，剩余電流互感器只要套住L/N兩根電源線即可，但要求中性線N此后不容許再接地。對于AC380V三相供電系統(tǒng)，由于有三相三線制、三相四線制、三相五線制等使用狀況，則根據(jù)具體情況將剩余電流互感器同時套住A/B/C三相電源線，或同時套住A/B/C/N線。同理，要求中性線N此后不許再接地，保護線PE不得穿過互感器。

    在系統(tǒng)接地的形式為TN-C型時工業(yè)自動化網(wǎng)，必須將其改造為TN-S型、TN-C-S型或局部TT型系統(tǒng)后，才可以安裝剩余電流檢測裝置。

    5.1.2 關于溫度

     溫度測量與系統(tǒng)接地的形式無關，主要考慮包括線纜在內(nèi)的低壓配電裝置中關鍵部位的溫度，般在二級保護的線路中應用。溫度探頭Pt100可采用接觸式布置法，當被檢測對象為絕緣體時，宜將探測器的溫度傳感器直接設置在被探測對象的表面。當被檢測對象為配電柜內(nèi)部溫度變化時，可采用非接觸式布置，靠近發(fā)熱部件。

5.2 系統(tǒng)設計中的點位分配

     根據(jù)家標準GB13955-2005《剩余電流動作保護裝置安裝和運行》4.4條中關于分級保護的規(guī)定，安裝剩余電流火災監(jiān)控裝置時，點位分配原則的步驟是：

    5.2.1 研究分析被控低壓AC380V配電線路的相關圖紙，將建筑電氣的分布情況調(diào)查核實，確定配電設備(如配電柜、箱、盤、電纜等重要設備)的位置，把每個監(jiān)控探測器分配到相應的配電設備上，以此來確定探測器的數(shù)量，避免重設浪費。

    5.2.2 確定分級保護。為了縮小發(fā)生人身電擊事故和接地故障切斷電源時引起的停電范圍，通常在供電線路的不同地點安裝三級(或兩級)不同容量的剩余電流保護裝置，以形成分級保護。根據(jù)用電負載及線路情況，般分兩級或三級保護，適用于城鎮(zhèn)和農(nóng)村*級和第二級保護。其中，重要線路應包括安防、消防、應急電源、通道照明線路及不容許停電的重要場所。

    5.2.3 二級保護中，所有開關處都要設置安裝剩余電流火災監(jiān)控探測器，即在線路的電源端(*級保護)和分支端(第二級也稱為末端保護)都要安裝剩余電流探測器，并接入電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)，只作火災監(jiān)控報警使用。

    5.2.4 溫度檢測是以配電設備異常時發(fā)熱為基本原則而進行的。

1)變壓器低壓側出線端子、變壓器體溫(風溫、油溫、水溫)測試點、負荷開關觸頭。

2)各配電柜(箱)的進出母線接點、自動開關(斷路器、刀開關)觸頭、大電流導線集中部位、線纜駁接點。

3)母聯(lián)柜主接點、刀開關觸頭。

4)補償電容器接線端子、轉換開關觸頭。

    5.2.5 根據(jù)點位安裝總數(shù)，再選擇相應的壁掛。

6 系統(tǒng)參數(shù)的配置

    6.1 報警值設置范圍

本項目中現(xiàn)場儀表的剩余電流報警值設置在600mA，關于剩余電流值的設置在相關的家標準都有詳細的規(guī)定。

依據(jù)家標準GB14287.2-2014中的規(guī)定，剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器的報警值設置范圍在20~1000mA之間。按此要求，般把電源總進線處的剩余電流動作值定為400~800mA，電源分支線路上的剩余電流動作值定為100~400mA.般在實際現(xiàn)場，設置剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器的報警值，具體地說應不小于被保護電氣線路和設備的正常運行時泄漏電流zui大值的2倍，且不大于1000mA。電氣的報警設定值應考慮配電系統(tǒng)及用電設備的正常泄漏電流。

    6.2 關于電纜溫升報警設定參考，根據(jù)《電力電纜設計規(guī)范》對電纜有關溫度的規(guī)定

    6.2.1 60℃以上高溫場所應按經(jīng)受高溫及其持續(xù)時間和絕緣類型要求，選用耐熱聚氯乙烯、交聯(lián)聚乙烯或乙丙橡皮絕緣等耐熱型電纜100℃以上高溫環(huán)境宜選用礦物絕緣電纜。高溫場所不宜選用普通聚氯乙烯絕緣電纜。

    6.2.2 電纜持續(xù)允許載流量的環(huán)境溫度應按使用地區(qū)的氣象溫度多年平均值確定，并應符合規(guī)定。在戶內(nèi)電纜溝敷設時，環(huán)境溫度為場所zui熱月的日zui高溫度平均值另加5℃.

　  6.2.3 電纜所承受溫升與敷設及散熱條件有關。

7 主要設備參數(shù)

濰坊濱海經(jīng)濟開發(fā)區(qū)綜合商務由電氣火災監(jiān)控裝置Acrel-6000/B、漏電ARCM200BL-J1、ARCM200L-J8漏電流互感器AKH-0.66L組成。關于儀表和互感器在此就不多做介紹。

7.1主要技術參數(shù)

7.1.1電源：

① 額定工作電壓AC220V（-15% ～ +10%）

② 備用電源：主電源欠壓或停電時，維持監(jiān)控設備工作時間 ≥4小時

7.1.2工作制：

24小時工作制

7.1.3通訊方式：

RS485總線通訊，Modbus-RTU通信協(xié)議，傳輸距離1.2km，可通過中繼器延長通訊傳輸距離

7.1.4監(jiān)控容量：

① 監(jiān)控設備zui高可監(jiān)控1024（須定制）個監(jiān)控單元（探測器）

② 可配接ARCM系列監(jiān)控探測器

7.1.5監(jiān)控報警項目：

① 剩余電流故障（漏電）：故障單元屬性（部位、類型）

② 溫度報警（超溫）： 故障單元屬性（部位、類型）

③ 電流故障（過流）： 故障單元屬性（部位、類型）

監(jiān)控報警響應時間： ≤30s

監(jiān)控報警聲壓級（A計權）：≥70dB／1m

監(jiān)控報警光顯示：紅色LED指示燈，紅色光報警信號應保持，直至手動復位

監(jiān)控報警聲信號：可手動，當再次有報警信號輸入時，能再次啟動

7.1.6故障報警項目：

① 監(jiān)控設備與探測器之間的通訊連接線發(fā)生斷路或短路

② 監(jiān)控設備主電源欠壓或斷電

③ 給電池充電的充電器與電池之間的連接線發(fā)生斷路或短路

故障報警響應時間：≤100s

監(jiān)控報警聲壓級（A計權）：≥70dB／1m

監(jiān)控報警光顯示：黃色LED指示燈，黃色光報警信號應保持至故障排除

故障報警聲信號：可手動，當再次有報警信號輸入時，能再次啟動

故障期間，非故障回路的正常工作不受影響

7.1.7控制輸出：

報警控制輸出：1組常開無源觸點，容量：AC250V 3A或DC30V 3A

7.1.8自檢項目：

① 指示燈檢查：報警、故障、運行、主電源、備用電源指示燈

② 顯示屏檢查

③ 音響器件檢查

自檢耗時 ≤60s

7.1.9事件記錄：

① 記錄內(nèi)容：記錄類型、發(fā)生時間、探測器編號、區(qū)域、故障描述，可存儲記錄不少于2萬條

② 記錄查詢：根據(jù)記錄的日期、類型等條件查詢

7.1.10操作分級：

① 日常值班級：實時狀態(tài)監(jiān)視、事件記錄查詢

② 監(jiān)控操作級：實時狀態(tài)監(jiān)視、事件記錄查詢、探測器遠程復位、設備自檢

③ 系統(tǒng)管理級：實時狀態(tài)監(jiān)視、事件記錄查詢、探測器遠程復位、設備自檢，監(jiān)控設備系統(tǒng)參數(shù)查詢、監(jiān)控設備各模塊單獨檢測、操作員添加與刪除

7.1.11使用環(huán)境條件：

① 工作場所：消防控制室內(nèi)、有人值班的變配電所（配電室）、有人值班的房間內(nèi)墻壁上

② 工作環(huán)境溫度：0℃～40℃

③ 工作環(huán)境相對濕度：5%～95%RH

④ 海拔高度：≤2500m

7.2基本功能

7.2.1 監(jiān)控報警功能：

    監(jiān)控設備能接收多臺探測器的漏電、溫度信息，報警時發(fā)出聲光報警信號，同時設備上紅色“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，聲光報警直保持，直至按顯示屏“復位”按鈕遠程對探測器實現(xiàn)復位。對于聲音報警信號也可以使用顯示屏“消聲”按鈕手動。

7.2.2 故障報警功能

    通訊故障報警：當監(jiān)控設備與所接的任臺探測器之間發(fā)生通訊故障時，監(jiān)控畫面中相應的探測器顯示故障提示，同時設備上的黃色“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，監(jiān)控設備也發(fā)出聲光報警信號并顯示故障信息，可進入相應的界面查看詳細信息并可解除報警聲響。

7.2.3 自檢功能

    檢查設備中所有狀態(tài)指示燈、顯示屏、喇叭是否正常。

7.2.4 報警記錄存儲查詢功能

    當發(fā)生漏電、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。

7.2.5 電源功能

    當主電源發(fā)生停電、欠壓等故障時，監(jiān)控設備可自動切換到備用電源工作，當主電源恢復正常供電時，自動切回到主電源，切換過程中保證監(jiān)控設備連續(xù)平穩(wěn)運行。

7.2.6 對探測器控制功能

    通過監(jiān)控軟件操作，可對連接到本設備的所有探測器進行遠程復位控制。

7.2.7 權限控制功能

    為確保監(jiān)控系統(tǒng)的運行，監(jiān)控設備軟件操作權限分為三級，不同級別的操作員具有不同的操作權限。

結束語

    綜上所述，漏電火災報警系統(tǒng)能準確檢測電氣線路的故障和異常狀態(tài)，能發(fā)現(xiàn)電氣火災的火災隱患，及時報警提醒人員去這些隱患。從建筑物角度講，建筑物漏電火災報警系統(tǒng)的設計是十分重要的內(nèi)容。從長遠看漏電火災報警系統(tǒng)可作為火災自動報警系統(tǒng)中的個子系統(tǒng)，從而實現(xiàn)真正意義上的強弱電化結合，構成完善的火災自動報警系統(tǒng)。

參考文獻

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作者簡介：劉細鳳，女，本科。任職單位：現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司