摘要：介紹分析剩余電流式電氣火災監控系統的特點(diǎn)、組成、設計依據、監控原理和實(shí)施方案，并結合上海市某大廈工程設計實(shí)例探討該系統在高層建筑中的設置要求和應用方式，供設計人員參考。

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

0引言

近年隨著(zhù)各種先進(jìn)及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(zhì)量得到了極大的改善和提高。但由于各種原因，電力設備及設施在使用中也存在不少問(wèn)題和風(fēng)險，有時(shí)甚至可能是災難性的。根據《中國火災統計年鑒》統計，因電力設備及設施在使用過(guò)程中造成的電氣火災占全國火災總數的近30%，給人們的生活、生產(chǎn)、生命和財產(chǎn)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控進(jìn)行研究具有重要意義。為此本文結合工程設計實(shí)例對電氣火災監控系統及其在高層建筑中的應用進(jìn)行探討。

1漏電火災及其成因

1.1漏電火災

漏電火災是指當漏電發(fā)生時(shí)，供電線(xiàn)路漏泄的電流在流入大地途中，遇電阻較大的部位時(shí)會(huì )產(chǎn)生局部高溫，致使附近的可燃物著(zhù)火，從而引起火災。此外，在漏電故障點(diǎn)產(chǎn)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。

1.2漏電火災的成因

⑴由漏電電流引起的火災。因供電線(xiàn)路通常會(huì )有接觸不實(shí)的情況，似接而非接而形成漏電故障點(diǎn)，并導致接觸電阻較大，使過(guò)負荷保護裝置難以動(dòng)作，而且會(huì )在漏電故障點(diǎn)處產(chǎn)生電弧。據實(shí)測，即使只有0.5A的電流產(chǎn)生的電弧溫度也可達2000℃以上，足以引燃漏電故障點(diǎn)附近可燃物造成火災。

⑵由零線(xiàn)或地線(xiàn)在接線(xiàn)端子處連接不實(shí)引起的火災。這會(huì )導致電阻過(guò)大，然而被供電設備依然會(huì )正常工作不受影響，故漏電故障點(diǎn)不易被發(fā)現。一旦漏電發(fā)生，由于故障點(diǎn)接頭松動(dòng)或被腐蝕等原因導致出現高阻，連接端子處會(huì )引起高溫或電弧，從而引燃漏電故障點(diǎn)附近可燃物造成火災。

（3）由漏電電壓引起的火災。在漏電持續發(fā)生后，由于電流不能流散，導致阻力小的另一回路通地，沿保護接零線(xiàn)（接地線(xiàn)）傳導使所有與之相連的電氣裝置的金屬外殼帶有對地電壓，并向鄰近低電位的供曖管、燃氣管等金屬構件飛弧從而成為起火源，即使僅有20V的維持電壓都可使電弧連續發(fā)生，從而引燃附近可燃物造成火災。

⑷由零線(xiàn)或地線(xiàn)的線(xiàn)徑選擇過(guò)小引起的火災。因零線(xiàn)或地線(xiàn)的線(xiàn)徑選擇過(guò)小，當通過(guò)較大的漏電電流時(shí)，會(huì )引起導線(xiàn)的溫度不斷升高，甚至引起導線(xiàn)的絕緣體發(fā)生燃燒，從而引燃導線(xiàn)附近可燃物火災。

2剩余電流式電氣火災監控系統原理與應用

2.1系統特點(diǎn)

在高層建筑中，保障防火安全的消防電子系統主要由火災自動(dòng)報警系統和剩余電流式電氣火災監控系統組成，它們分別承擔不同的任務(wù)且相互獨立，其關(guān)系和區別見(jiàn)表1?？梢?jiàn)，在高層建筑中采用的剩余電流式電氣火災監控系統，其特點(diǎn)在于漏電監控方面屬于早期預報警系統，與火災自動(dòng)報警系統不同的是，電氣火災監控系統可以在火災發(fā)生前報警，從而避免損失，而火災自動(dòng)報警系統只能在確認火災發(fā)生后減少損失。

 

 

2.2設計依據

近年來(lái)我國為加強電氣火災防范的監控力度，相繼制訂或修改了相關(guān)國家標準規范，為剩余電流式電氣火災監控系統的設計及應用提供了依據，主要包括：①GB50045-95（2005版）《高層民用建筑設計防火規范》第9.5.1條：高層建筑內火災危險性大、人員密集等場(chǎng)所宜設置漏電火災報警系統；②GB50016-2006《建筑設計防火規范》第11.2.7條：各種類(lèi)型的影劇院、館所、倉庫、住宅小區、醫院、商店、學(xué)校等場(chǎng)所宜設置剩余電流動(dòng)作電氣火災監控系統；③《建筑電氣火災預防要求和檢測方法》有關(guān)條文也明確要求“應在電源進(jìn)線(xiàn)端設置自動(dòng)切斷電源或報警的剩余電流動(dòng)作保護器”；④GB14287-2005《電氣火災監控系統》規定了相應產(chǎn)品必須滿(mǎn)足的技術(shù)要求；⑤JGJ16-2008《民用建筑電氣設計規范》第13.12篇規定了防火剩余電流動(dòng)作報警系統設計應滿(mǎn)足的要求。

2.3系統構成

剩余電流式電氣火災監控系統由電氣火災監控裝置、剩余電流式電氣火災監控探測器以及測溫式電氣火災監控探測器等3個(gè)最基本的設備組成。其中火災監控探測器又由監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控探測器由監控探測器和測溫傳感器組成。

2.4監控原理

漏電監控報警主要是利用裝在被監控配電線(xiàn)路上的剩余電流互感器檢測線(xiàn)路上的漏電流來(lái)實(shí)現。剩余電流互感器本質(zhì)上是一個(gè)高靈敏的電流互感器，它能檢測出配電線(xiàn)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剩余電流原理來(lái)確定的。當配電線(xiàn)路中3條相線(xiàn)和1條零線(xiàn)共同穿過(guò)剩余電流互感器的鐵芯線(xiàn)圈時(shí)，在正常情況下它們的電流矢量和為零，則互感器的線(xiàn)圈不會(huì )感應出任何電流；但當任何一條相線(xiàn)或者零線(xiàn)有一部分電流在互感器之后分流到大地（即漏電），此時(shí)在互感器處它們的電流矢量和就不為零了，而互感器的線(xiàn)圈也就感應出相應的漏電電流，故稱(chēng)為剩余電流。把檢測到的剩余電流處理后與監控裝置設定值進(jìn)行比較，一旦達到和超過(guò)設定值，與剩余電流互感器連接的電氣火災監控探測器即發(fā)出漏電報警，并同時(shí)輸出脫扣跳閘信號切斷相應故障線(xiàn)路電源。漏電檢測如圖1。

 

2.5實(shí)施方案

通過(guò)在被監控電力配電線(xiàn)路主開(kāi)關(guān)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(guò)信號總線(xiàn)實(shí)現與電氣火災監控主機間的信息通訊來(lái)實(shí)現對電氣火災的監控，如圖2。

 

根據工程設計的實(shí)際需要，監控系統可在整個(gè)電力系統的任何一條配電線(xiàn)路上安裝，并承擔對安裝節點(diǎn)以下的相關(guān)電氣線(xiàn)路和設備的漏電監控報警，起到脫扣跳閘保護的作用。同時(shí)也能根據電力設計的需要而組成二級或多級監控實(shí)施保護，并實(shí)現在相應線(xiàn)路漏電故障報警時(shí)有選擇性地脫扣跳閘保護。

3工程設置與實(shí)例

3.1設置要求

JGJ16-2008《民用建筑電氣設計規范》第13.12.3條規定：采用獨立型剩余電流動(dòng)作報警器且點(diǎn)數較少時(shí)，可自行組成系統亦可采用編碼模塊接入火災自動(dòng)報警系統，報警點(diǎn)位號在火災報警器上顯示應區別于火災探測器編號?？梢?jiàn)剩余電流動(dòng)作報警器在電氣火災監控系統的應用中應獨立配置，并能自行組成系統或作為火災自動(dòng)報警系統的一個(gè)子系統對電力配電系統因漏電可能引發(fā)的火災實(shí)施監控報警。

系統設置主要要求如下：①具有預警功能，能在被監控參數發(fā)生異常但未達到監控報警值前發(fā)出預報警信號；②系統設計以漏電監控保護為主，而以接觸式測溫作為輔助手段對配電線(xiàn)路電纜實(shí)時(shí)溫度監控；③系統監控點(diǎn)主要設置在第2級配電的進(jìn)線(xiàn)或出線(xiàn)側，當需采用分級保護系統時(shí)，也可在末級配電的進(jìn)線(xiàn)側配置，但不宜配置在末級配電出線(xiàn)和第1級大容量配電出線(xiàn)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(chǎng)所才采用監控報警時(shí)輸出脫扣信號跳閘，此外對過(guò)載和溫度的監控只作用于報警，不聯(lián)動(dòng)主開(kāi)關(guān)跳閘；⑤在低壓配電的2、3級配電系統中，對漏電報警有分級監控要求且要采取自動(dòng)跳閘的保護對象，如網(wǎng)吧、KTV等場(chǎng)所，需以不同的脫扣延時(shí)來(lái)獲取自動(dòng)跳閘的選擇性，而上下級延時(shí)時(shí)階不宜小于0.5s；⑥系統監控節點(diǎn)少于16點(diǎn)的小規模工程可不配置獨立主機和信號總線(xiàn)，應選用獨立型剩余電流監控探測器，通過(guò)火災自動(dòng)報警系統的編碼模塊將各監控節點(diǎn)信號接入火災自動(dòng)報警系統。

3.2工程設計實(shí)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(chē)庫、各種機房、庫房，地上主樓29層，裙樓9層，主要為會(huì )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(lèi)建筑。根據GB50116-98《火災自動(dòng)報警系統設計規范》第3.1.1條的規定，本工程火災自動(dòng)報警系統的保護對象為特級，同時(shí)根據JGJ16-2008《民用建筑電氣設計規范》第13.12.1條第1點(diǎn)的規定，本工程應設置防火剩余電流動(dòng)作報警系統。因此在下列電力線(xiàn)路或設備處進(jìn)行了監控點(diǎn)配置：①變電所低壓配電重要出線(xiàn)回路；②樓層和地下車(chē)庫防火分區照明干線(xiàn)配電箱的進(jìn)線(xiàn)總開(kāi)關(guān)；③應急照明區域配電箱或樓層干線(xiàn)配電箱的總開(kāi)關(guān)；④消防水泵、消防風(fēng)機、消防電梯等重要消防負荷的電源配電箱總開(kāi)關(guān)；⑤客梯、空調、風(fēng)機等一般電力干線(xiàn)配電箱的總開(kāi)關(guān)；⑥廚房等火災危險性大的場(chǎng)所配電箱的總開(kāi)關(guān)。

本工程剩余電流式電氣火災監控系統對在火災時(shí)仍需保持供電的消防設備、應急照明及其它不允許停電的專(zhuān)用供電線(xiàn)路只設置作用于報警不輸出脫扣信號的監控節點(diǎn)。而在同一配電箱柜內多路配電干線(xiàn)首端的監控節點(diǎn)采用了具有多回路監控功能的設備。本系統的多回路監控能在一個(gè)共用的監控器上實(shí)現對多個(gè)配電回路的監控參數顯示、操作、設定和報警等功能。本監控系統主機設置于首層的消防控制室，以獨立子系統形式通過(guò)RS485通信接口與火災自動(dòng)報警系統主機實(shí)現連接，其消防控制室平面布置及監控系統分別如圖3~4所示。另外，本工程電力系統接地保護采用TN-S系統，為保證其與火災監控系統準確配合，采用了圖5的連接方式。

 

 

 

3.3剩余電流報警動(dòng)作值的設置

因監控節點(diǎn)剩余電流報警動(dòng)作值能否正確選擇關(guān)系到電力線(xiàn)路的可靠運行，是監控系統能否起到真正預防電氣火災發(fā)生的關(guān)鍵。關(guān)于剩余電流報警動(dòng)作值的設置問(wèn)題，目前在業(yè)界的各種學(xué)術(shù)討論會(huì )和相關(guān)技術(shù)文章中有不同提法，普遍認為應是配電線(xiàn)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范》第13.12.6條采用了現行IEC標準的規定，確定了防火剩余電流動(dòng)作值宜為500mA，但剩余電流式電氣火災監控系統是近年的新技術(shù)，可能有不完善之處，需要在實(shí)際應用中積累經(jīng)驗。因此目前剩余電流報警動(dòng)作值可按GB13955-2005《剩余電流動(dòng)作保護裝置安裝和運行》的第5.7.5條：“選用的剩余電流保護裝置的額定剩余不動(dòng)作電流，應不小于被保護電氣線(xiàn)路和設備的正常

運行時(shí)泄漏電流最大值的2倍”以及附錄B的第B.6條：“IΔno定義為額定剩余動(dòng)作電流，額定剩余不動(dòng)作電流的優(yōu)先值為0.5IΔno，如采用其他值時(shí)，應大于0.5IΔno”的相關(guān)條文來(lái)確定設置。一般情況下，剩余電流報警動(dòng)作值宜為500mA，當回路的自然漏電流較大而無(wú)法滿(mǎn)足測量要求時(shí)，宜采用門(mén)檻電平連續可調的剩余電流動(dòng)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(dòng)作值應按不小于正常泄漏電流值的4倍來(lái)整定，且不應大于1000mA，這樣設置既可保證剩余電流報警動(dòng)作的可靠性，又可防止固有剩余電流造成的誤報警。

4 Acre1-6000電氣火災監控系統解決方案

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。

（1）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。

（2）系統結構

 

（3）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

 

 

 

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。

 

 

（4）       配置方案

 

 

 

 

5結語(yǔ)

隨著(zhù)技術(shù)的不斷進(jìn)步，剩余電流式電氣火災監控系統的功能更加完備，已經(jīng)具備了用電安全管理、控制、保護、分析、記錄于一體等智能化優(yōu)點(diǎn)，且已被廣泛地應用于智能小區、大型商場(chǎng)、醫院及公共高層建筑等場(chǎng)合進(jìn)行漏電火災監控。同時(shí)為了能使剩余電流式電氣火災監控系統穩定運行，在設計和應用時(shí)應考慮電力配電系統的特性，選用性能可靠和技術(shù)先進(jìn)的監控系統，這樣就能大幅降低相關(guān)應用場(chǎng)合的漏電火災發(fā)生率。

【參考文獻】

[1]孟建國，陶敏.淺談剩余電流式電氣火災監控探測器及其應用［J］.低壓電器，2009（4）

[2]JGJ16-2008民用建筑電氣設計規范［S］

[3]GB50045-95（2005年版）高層民用建筑設計防火規范［S]

[4]GB13955-2005剩余電流動(dòng)作保護裝置安裝和運行［S］

[5]GB50116-98火災自動(dòng)報警系統設計規范［S］

[6]陳卓.剩余電流式電氣火災監控系統在佛山市聯(lián)達大廈中的應用[J].廣東土木與建筑,2011,8(8):53-56.

[7]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.05版．