淺談剩余電流火災監(jiān)測系統(tǒng)在上海某工廠的實際應用案例分享

 摘要：電氣火災是現(xiàn)代社會中常見且危害嚴重的火災類型之一。隨著電氣設備的普及，電氣火災的發(fā)生頻率逐年上升，給人們的生命財產安全帶來了巨大威脅。因此，深入探討電氣火災的成因以及有效的應對方案具有重要意義。本論文將詳細分析電氣火災的主要成因，并提出相應的預防和應對措施，以期減少火災事故的發(fā)生率，提高電氣系統(tǒng)的安全性。介紹分析剩余電流式電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的特點、組成、設計依據(jù)、監(jiān)控原理和實施方案，并結合上海市某大廈工程設計實例探討該系統(tǒng)在高層建筑中的設置要求和應用方式，供設計人員參考。

關鍵詞：高層建筑；漏電火災；剩余電流式電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)；設計應用

1.引言

近年隨著各種復雜的電力設備及設施在高層建筑中的廣泛應用，使人們的工作效率及生活質量得到了很大的改善和提高。但由于各種原因，電力設備及設施在使用中也存在不少問題和風險，有時甚至可能是災難性的。根據(jù)《中國火災統(tǒng)計年鑒》統(tǒng)計，因電力設備及設施在使用過程中造成的電氣火災占全國火災總數(shù)的近30%，火災給人們的生活、生產、生命和財產造成了相當大的損失，而漏電引起的火災又是電氣火災的主要原因，因此對漏電火災的起因及監(jiān)控進行研究具有重要意義。為此本文結合工程設計實例對電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)及其在高層建筑中的應用進行探討。

2.漏電火災及其成因

2.1漏電火災

漏電火災是指當漏電發(fā)生時，供電線路漏泄的電流在流入大地途中，遇電阻較大的部位時會產生局部高溫，致使附近的可燃物著火，從而引起火災。此外，在漏電故障點產生的漏電火花或電弧，也同樣可以引燃附近的可燃物造成火災。

2.2漏電火災的成因

（1）電纜和電線的絕緣材料在使用過程中會發(fā)生老化，導致其絕緣性能下降。當絕緣材料失去應有的保護作用時，漏電現(xiàn)象便可能發(fā)生。特別是在高溫、潮濕或化學腐蝕環(huán)境中，絕緣材料的老化速度會加快，增加漏電風險。

（2）電氣設備的內部故障，如絕緣層破裂、接觸不良等，可能導致漏電。這種設備故障可能由制造缺陷、使用不當或維修不當造成。設備故障通常在長時間運行或頻繁開關中逐漸顯現(xiàn)，增加了漏電火災的風險。

（3）環(huán)境濕度和溫度對電氣設備的影響顯著。在潮濕環(huán)境中，電氣設備的絕緣性能會下降，容易導致漏電。此外，環(huán)境中存在的灰塵、化學物質等也可能對電氣設備產生腐蝕，進而導致漏電。

（4）人為因素如不當操作、電氣設備的非法改裝或維修不當?shù)龋矔е侣╇姮F(xiàn)象。例如，用戶在沒有專業(yè)知識的情況下自行更換電氣設備或線路，可能會造成接線不規(guī)范或絕緣層損壞，增加漏電火災的風險。

3.剩余電流式電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)原理與應用

3.1系統(tǒng)特點

在高層建筑中，保障防火安全的消防電子系統(tǒng)主要由火災自動報警系統(tǒng)和剩余電流式電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)組成，它們分別承擔不同的任務且相互獨立，其關系和區(qū)別見表1。

剩余電流式電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)由電氣火災監(jiān)控裝置、剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器以及測溫式電氣火災監(jiān)控探測器等3個*基本的設備組成。其中火災監(jiān)控探測器又由監(jiān)控探測器和剩余電流互感器（分對插式、閉合式兩種）組成，而測溫式電氣火災監(jiān)控探測器由監(jiān)控探測器和測溫傳感器組成。

可見，在高層建筑中采用的剩余電流式電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)，其特點在于漏電監(jiān)控方面屬于早期預報警系統(tǒng)，與火災自動報警系統(tǒng)不同的是，電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)可以在火災發(fā)生前報警，從而避免損失，而火災自動報警系統(tǒng)只能在確認火災發(fā)生后減少損失。

3.2設計依據(jù)

近年來我國為加強電氣火災防范的監(jiān)控力度，相繼制訂或修改了相關第13.12篇規(guī)定了防火剩余電流動作報警系統(tǒng)設計應滿足的要求。

3.3系統(tǒng)構成

剩余電流式電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)由電氣火災監(jiān)控裝置、剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器以及測溫式電氣火災監(jiān)控探測器等3個基本的設備組成。其中火災監(jiān)控探測器又由監(jiān)控探測器和剩余電流互感器（分對插式、閉合式兩種）組成，而測溫式電氣火災監(jiān)控探測器由監(jiān)控探測器和測溫傳感器組成。

3.4監(jiān)控原理

漏電監(jiān)控報警主要是利用裝在被監(jiān)控配電線路上的剩余電流互感器檢測線路上的漏電流來實現(xiàn)。剩余電流互感器本質上是一個高靈敏的電流互感器，它能檢測出配電線路上小到幾毫安或十幾毫安的微小漏電流，而漏電流檢測則是依據(jù)剩余電流原理來確定的。當配電線路中3條相線和1條零線共同穿過剩余電流互感器的鐵芯線圈時，在正常情況下它們的電流矢量和為零，則互感器的線圈不會感應出任何電流；但當任何一條相線或者零線有一部分電流在互感器之后分流到大地（即漏電），此時在互感器處它們的電流矢量和就不為零了，而互感器的線圈也就感應出相應的漏電電流，故稱為剩余電流。把檢測到的剩余電流處理后與監(jiān)控裝置設定值進行比較，一旦達到和超過設定值，與剩余電流互感器連接的電氣火災監(jiān)控探測器即發(fā)出漏電報警，并同時輸出脫扣跳閘信號切斷相應故障線路電源。

3.5實施方案

通過在被監(jiān)控電力配電線路主開關下方安裝剩余電流式電氣火災探測器和剩余電流互感器，并通過信號總線實現(xiàn)與電氣火災監(jiān)控主機間的信息通訊來實現(xiàn)對電氣火災的監(jiān)控，如圖2。

根據(jù)工程設計的實際需要，監(jiān)控系統(tǒng)可在整個電力系統(tǒng)的任何一條配電線路上安裝，并承擔對安裝節(jié)點以下的相關電氣線路和設備的漏電監(jiān)控報警，起到脫扣跳閘保護的作用。同時也能根據(jù)電力設計的需要而組成二級或多級監(jiān)控實施保護，并實現(xiàn)在相應線路漏電故障報警時有選擇性地脫扣跳閘保護。

4工程設置與實例

4.1設置要求

JGJ16-2008《民用建筑電氣設計規(guī)范》第13.12.3條規(guī)定：采用獨立型剩余電流動作報警器且點數(shù)較少時，可自行組成系統(tǒng)亦可采用編碼模塊接入火災自動報警系統(tǒng)，報警點位號在火災報警器上顯示應區(qū)別于火災探測器編號。可見剩余電流動作報警器在電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的應用中應獨立配置，并能自行組成系統(tǒng)或作為火災自動報警系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)對電力配電系統(tǒng)因漏電可能引發(fā)的火災實施監(jiān)控報警。

系統(tǒng)設置主要要求如下：

①具有預警功能，能在被監(jiān)控參數(shù)發(fā)生異常但未達到監(jiān)控報警值前發(fā)出預報警信號；

②系統(tǒng)設計以漏電監(jiān)控保護為主，而以接觸式測溫作為輔助手段對配電線路電纜實時溫度監(jiān)控；

③系統(tǒng)監(jiān)控點主要設置在第1級大容量配電出線回路上；

④一般采用報警不脫扣跳閘，只有在需立即切斷電源以保障安全的場所才采用監(jiān)控報警時輸出脫扣信號跳閘，此外對過載和溫度的監(jiān)控只作用于報警，不聯(lián)動主開關跳閘；

⑤在低壓配電的2、3級配電系統(tǒng)中，對漏電報警有分級監(jiān)控要求且要采取自動跳閘的保護對象，如網吧、KTV等場所，需以不同的脫扣延時來獲取自動跳閘的選擇性，而上下級延時時階不宜小于0.5s；

⑥系統(tǒng)監(jiān)控節(jié)點少于16點的小規(guī)模工程可不配置獨立主機和信號總線，應選用獨立型剩余電流監(jiān)控探測器，通過火災自動報警系統(tǒng)的編碼模塊將各監(jiān)控節(jié)點信號接入火災自動報警系統(tǒng)。

4.2工程設計實例

筆者負責設計的上海市某大廈項目，總建筑面積46456m2，地下2層，主要為車庫、各種機房、庫房，地上主樓29層，裙樓9層，主要為會議室、餐廳、辦公用房等。建筑主體高度116.3m，結構形式為混凝土框架，屬于一類建筑。根據(jù)GB50116-98《火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》第1點的規(guī)定，本工程應設置防火剩余電流動作報警系統(tǒng)。因此在下列電力線路或設備處進行了監(jiān)控點配置：

①變電所低壓配電重要出線回路；

②樓層和地下車庫防火分區(qū)照明干線配電箱的進線總開關；

③應急照明區(qū)域配電箱或樓層干線配電箱的總開關；

④消防水泵、消防風機、消防電梯等重要消防負荷的電源配電箱總開關；

⑤客梯、空調、風機等一般電力干線配電箱的總開關；

⑥廚房等火災危險性大的場所配電箱的總開關。

本工程剩余電流式電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)對在火災時仍需保持供電的消防設備、應急照明及其它不允許停電的供電線路只設置作用于報警不輸出脫扣信號的監(jiān)控節(jié)點。而在同一配電箱柜內多路配電干線首端的監(jiān)控節(jié)點采用了具有多回路監(jiān)控功能的設備。本系統(tǒng)的多回路監(jiān)控能在一個共用的監(jiān)控器上實現(xiàn)對多個配電回路的監(jiān)控參數(shù)顯示、操作、設定和報警等功能。本監(jiān)控系統(tǒng)主機設置于首層的消防控制室，以獨立子系統(tǒng)形式通過RS485通信接口與火災自動報警系統(tǒng)主機實現(xiàn)連接。

4.3剩余電流報警動作值的設置

因監(jiān)控節(jié)點剩余電流報警動作值能否正確選擇關系到電力線路的可靠運行，是監(jiān)控系統(tǒng)能否起到真正預防電氣火災發(fā)生的關鍵。關于剩余電流報警動作值的設置問題，目前在業(yè)界的各種學術討論會和相關技術文章中有不同提法，普遍認為應是配電線路和用電設備正常泄漏電流的2~4倍。JGJ16-2008《民用建筑電氣設計規(guī)范》第5.7.5條：“選用的剩余電流保護裝置的額定剩余不動作電流，應不小于被保護電氣線路和設備的正常

運行時泄漏電流*大值的2倍”以及附錄B的第B.6條：“IΔno定義為額定剩余動作電流，額定剩余不動作電流的優(yōu)先值為0.5IΔno，如采用其他值時，應大于0.5IΔno”的相關條文來確定設置。一般情況下，剩余電流報警動作值宜為500mA，當回路的自然漏電流較大而無法滿足測量要求時，宜采用門檻電平連續(xù)可調的剩余電流動作報警器或分段報警方式抵消自然泄漏電流的影響。因此，筆者建議剩余電流報警動作值應按不小于正常泄漏電流值的4倍來整定，且不應大于1000mA，這樣設置既可確保剩余電流報警動作的可靠性，又可防止固有剩余電流造成的誤報警。

5.科瑞電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)

5.1. 概述

Acre1-6000電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)，是根據(jù)國家現(xiàn)行規(guī)范標準由安科瑞電氣股份有限公司研發(fā)的全數(shù)字化獨立運行的系統(tǒng)，已通過國家消防電子產品質量監(jiān)督檢驗中心的消防電子產品試驗認證，并且均通過嚴格的EMC電磁兼容試驗，確保了該系列產品在低壓配電系統(tǒng)中的安全正常運行，現(xiàn)均已批量生產并在全國得到廣泛地應用。該系統(tǒng)通過對剩余電流、過電流、過電壓、溫度和故障電弧等信號的采集與監(jiān)視，實現(xiàn)對電氣火災的早期預防和報警，當必要時還能聯(lián)動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(jù)用戶的需求，憑借其高靈敏度、智能化和綜合性特點，為電氣火災防控提供了可靠的解決方案。通過實時監(jiān)測和預警，系統(tǒng)有效提高了電氣設備的安全性，減少了火災風險。還可以滿足與AcreIEMS企業(yè)微電網管理云平臺或火災自動報警系統(tǒng)等進行數(shù)據(jù)交換和共享。

5.2. 應用場合

（1）商業(yè)建筑

在大型商業(yè)建筑中，如購物中心、寫字樓等，安科瑞系統(tǒng)能夠有效監(jiān)控電氣設備的運行狀態(tài)，防范電氣火災風險，確保人員和財產安全

（2）工業(yè)設施

在工業(yè)生產場所，尤其是涉及高溫高壓電氣設備的場所，安科瑞系統(tǒng)提供的漏電和溫度監(jiān)測功能能夠及時發(fā)現(xiàn)設備故障，防止因電氣問題引發(fā)的火災。

（3）數(shù)據(jù)中心

數(shù)據(jù)中心對電氣安全要求極高，安科瑞電氣火災監(jiān)測系統(tǒng)能夠提供監(jiān)控和預警，確保數(shù)據(jù)中心的持續(xù)穩(wěn)定運行。

（4）公共建筑

在公共設施如醫(yī)院、學校、交通樞紐等場所，安科瑞系統(tǒng)能夠為電氣設備提供24小時的監(jiān)測和保護，減少火災風險，提升公共安全。

5.3. 系統(tǒng)結構

5.4. 系統(tǒng)功能

1）監(jiān)控設備能接收多臺探測器的剩余電流、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現(xiàn)復位。對于聲音報警信號也可以使用觸摸屏“消聲”按鍵手動消除。

2）當被監(jiān)測回路報警時，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。

3）通訊故障報警：當監(jiān)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，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。

  4）當發(fā)生剩余電流、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。

6.配置方案

結語

當前階段，我國在住宅建筑電氣火災事故調查中還存在一些不足，需要各個部門共同努力。本文著重分析了當下住宅建筑電氣火災調查存在的問題，并提出了一些火災預防建議，希望火調人員不斷提升自己的業(yè)務水平和專業(yè)能力，加強責任意識，促進火災的預防工作發(fā)展。