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韓歡慶
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要:介紹分析剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)、組成、設(shè)計(jì)依據(jù)、監(jiān)控原理和實(shí)施方案,并結(jié)合上海市某大廈工程設(shè)計(jì)實(shí)例探討該系統(tǒng)在高層建筑中的設(shè)置要求和應(yīng)用方式,供設(shè)計(jì)人員參考。
關(guān)鍵詞:高層建筑;漏電火災(zāi);剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng);設(shè)計(jì)應(yīng)用
0引言
近年隨著各種先進(jìn)及復(fù)雜的電力設(shè)備及設(shè)施在高層建筑中的廣泛應(yīng)用,使人們的工作效率及生活質(zhì)量得到了很大的改善和提高。但由于各種原因,電力設(shè)備及設(shè)施在使用中也存在不少問題和風(fēng)險,有時甚至可能是災(zāi)難性的。根據(jù)《中國火災(zāi)統(tǒng)計(jì)年鑒》統(tǒng)計(jì),因電力設(shè)備及設(shè)施在使用過程中造成的電氣火災(zāi)占全國火災(zāi)總數(shù)的近30%,火災(zāi)給人們的生活、生產(chǎn)、生命和財產(chǎn)造成了相當(dāng)大的損失,而漏電引起的火災(zāi)又是電氣火災(zāi)的主要原因,因此對漏電火災(zāi)的起因及監(jiān)控進(jìn)行研究具有重要意義。為此本文結(jié)合工程設(shè)計(jì)實(shí)例對電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)及其在高層建筑中的應(yīng)用進(jìn)行探討。
1漏電火災(zāi)及其成因
1.1漏電火災(zāi)
漏電火災(zāi)是指當(dāng)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(chǎn)生局部高溫,致使附近的可燃物著火,從而引起火災(zāi)。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(zāi)。
1.2漏電火災(zāi)的成因
⑴由漏電電流引起的火災(zāi)。因供電線路通常會有接觸不實(shí)的情況,似接而非接而形成漏電故障點(diǎn),并導(dǎo)致接觸電阻較大,使過負(fù)荷保護(hù)裝置難以動作,而且會在漏電故障點(diǎn)處產(chǎn)生電弧。據(jù)實(shí)測,即使只有0.5A的電流產(chǎn)生的電弧溫度也可達(dá)2000℃以上,足以引燃漏電故障點(diǎn)附近可燃物造成火災(zāi)。
⑵由零線或地線在接線端子處連接不實(shí)引起的火災(zāi)。這會導(dǎo)致電阻過大,然而被供電設(shè)備依然會正常工作不受影響,故漏電故障點(diǎn)不易被發(fā)現(xiàn)。一旦漏電發(fā)生,由于故障點(diǎn)接頭松動或被腐蝕等原因?qū)е鲁霈F(xiàn)高阻,連接端子處會引起高溫或電弧,從而引燃漏電故障點(diǎn)附近可燃物造成火災(zāi)。
(3)由漏電電壓引起的火災(zāi)。在漏電持續(xù)發(fā)生后,由于電流不能流散,導(dǎo)致阻力小的另一回路通地,沿保護(hù)接零線(接地線)傳導(dǎo)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?xì)夤艿冉饘贅?gòu)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(xù)發(fā)生,從而引燃附近可燃物造成火災(zāi)。
⑷由零線或地線的線徑選擇過小引起的火災(zāi)。因零線或地線的線徑選擇過小,當(dāng)通過較大的漏電電流時,會引起導(dǎo)線的溫度不斷升高,甚至引起導(dǎo)線的絕緣體發(fā)生燃燒,從而引燃導(dǎo)線附近可燃物火災(zāi)。
2剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)原理與應(yīng)用
2.1系統(tǒng)特點(diǎn)
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(zāi)自動報警系統(tǒng)和剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)組成,它們分別承擔(dān)不同的任務(wù)且相互獨(dú)立,其關(guān)系和區(qū)別見表1??梢?,在高層建筑中采用的剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng),其特點(diǎn)在于漏電監(jiān)控方面屬于早期預(yù)報警系統(tǒng),與火災(zāi)自動報警系統(tǒng)不同的是,電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)可以在火災(zāi)發(fā)生前報警,從而避免損失,而火災(zāi)自動報警系統(tǒng)只能在確認(rèn)火災(zāi)發(fā)生后減少損失。
系統(tǒng) | 火災(zāi)自動報警系統(tǒng) | 剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng) |
作用 | 火災(zāi)發(fā)生后 | 火災(zāi)發(fā)生前 |
任務(wù) | 發(fā)生火災(zāi)時自動報警、確認(rèn)和聯(lián)動消防設(shè)備滅火自救。 | 預(yù)防和消除整個工程中配電系統(tǒng)的電氣火災(zāi)。 |
目的 | 控制早期火情,減少火災(zāi)損失。 | 預(yù)防和控制電氣火災(zāi)的發(fā)生。 |
方法 | 探測保護(hù)區(qū)域內(nèi)異常的煙火和環(huán)境溫度、可燃?xì)怏w等濃度值,當(dāng)達(dá)到設(shè)定限值時自動報警,在確認(rèn)火災(zāi)后聯(lián)動相關(guān)消防設(shè)備進(jìn)行火災(zāi)初期自救。 | 連續(xù)監(jiān)視用電設(shè)備泄露電流以及線纜溫度的變化,當(dāng)達(dá)到設(shè)定限值時自動報警,在漏電火災(zāi)發(fā)生前排除隱患,必要時切斷故障供電線路。 |
關(guān)系 | 智能化集成系統(tǒng)中一個*重要的第一級子系統(tǒng) | 從屬于火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的獨(dú)立子系統(tǒng) |
結(jié)論 | 能對火災(zāi)及時報警,減少火災(zāi)損失。 | 有效預(yù)防電氣火災(zāi),保障用戶生命財產(chǎn)安全。 |
表1火災(zāi)自動報警系統(tǒng)和剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)系和區(qū)別
2.2設(shè)計(jì)依據(jù)
近年來我國為加強(qiáng)電氣火災(zāi)防范的監(jiān)控力度,相繼制訂或修改了相關(guān)第13.12篇規(guī)定了防火剩余電流動作報警系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的要求。
2.3系統(tǒng)構(gòu)成
剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)由電氣火災(zāi)監(jiān)控裝置、剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器以及測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器等3個*基本的設(shè)備組成。其中火災(zāi)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(zāi)監(jiān)控探測器由監(jiān)控探測器和測溫傳感器組成。
2.4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(shí)現(xiàn)。剩余電流互感器本質(zhì)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(dāng)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(yīng)出任何電流;但當(dāng)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(yīng)出相應(yīng)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(shè)定值進(jìn)行比較,一旦達(dá)到和超過設(shè)定值,與剩余電流互感器連接的電氣火災(zāi)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(yīng)故障線路電源。漏電檢測如圖1。
2.5實(shí)施方案
通過在被監(jiān)控電力配電線路主開關(guān)下方安裝剩余電流式電氣火災(zāi)探測器和剩余電流互感器,并通過信號總線實(shí)現(xiàn)與電氣火災(zāi)監(jiān)控主機(jī)間的信息通訊來實(shí)現(xiàn)對電氣火災(zāi)的監(jiān)控,如圖2。
根據(jù)工程設(shè)計(jì)的實(shí)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(dān)對安裝節(jié)點(diǎn)以下的相關(guān)電氣線路和設(shè)備的漏電監(jiān)控報警,起到脫扣跳閘保護(hù)的作用。同時也能根據(jù)電力設(shè)計(jì)的需要而組成二級或多級監(jiān)控實(shí)施保護(hù),并實(shí)現(xiàn)在相應(yīng)線路漏電故障報警時有選擇性地脫扣跳閘保護(hù)。
3工程設(shè)置與實(shí)例
3.1設(shè)置要求
JGJ16-2008《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》第13.12.3條規(guī)定:采用獨(dú)立型剩余電流動作報警器且點(diǎn)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(zāi)自動報警系統(tǒng),報警點(diǎn)位號在火災(zāi)報警器上顯示應(yīng)區(qū)別于火災(zāi)探測器編號。可見剩余電流動作報警器在電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用中應(yīng)獨(dú)立配置,并能自行組成系統(tǒng)或作為火災(zāi)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(zāi)實(shí)施監(jiān)控報警。
系統(tǒng)設(shè)置主要要求如下:①具有預(yù)警功能,能在被監(jiān)控參數(shù)發(fā)生異常但未達(dá)到監(jiān)控報警值前發(fā)出預(yù)報警信號;②系統(tǒng)設(shè)計(jì)以漏電監(jiān)控保護(hù)為主,而以接觸式測溫作為輔助手段對配電線路電纜實(shí)時溫度監(jiān)控;③系統(tǒng)監(jiān)控點(diǎn)主要設(shè)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(guān)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(hù)對象,如網(wǎng)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(diǎn)少于16點(diǎn)的小規(guī)模工程可不配置獨(dú)立主機(jī)和信號總線,應(yīng)選用獨(dú)立型剩余電流監(jiān)控探測器,通過火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的編碼模塊將各監(jiān)控節(jié)點(diǎn)信號接入火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。
3.2工程設(shè)計(jì)實(shí)例
筆者負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)的上海市某大廈項(xiàng)目,總建筑面積46456m2,地下2層,主要為車庫、各種機(jī)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(jié)構(gòu)形式為混凝土框架,屬于一類建筑。根據(jù)GB50116-98《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》第1點(diǎn)的規(guī)定,本工程應(yīng)設(shè)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(shè)備處進(jìn)行了監(jiān)控點(diǎn)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(jìn)線總開關(guān);③應(yīng)急照明區(qū)域配電箱或樓層干線配電箱的總開關(guān);④消防水泵、消防風(fēng)機(jī)、消防電梯等重要消防負(fù)荷的電源配電箱總開關(guān);⑤客梯、空調(diào)、風(fēng)機(jī)等一般電力干線配電箱的總開關(guān);⑥廚房等火災(zāi)危險性大的場所配電箱的總開關(guān)。
本工程剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)對在火災(zāi)時仍需保持供電的消防設(shè)備、應(yīng)急照明及其它不允許停電的供電線路只設(shè)置作用于報警不輸出脫扣信號的監(jiān)控節(jié)點(diǎn)。而在同一配電箱柜內(nèi)多路配電干線首端的監(jiān)控節(jié)點(diǎn)采用了具有多回路監(jiān)控功能的設(shè)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(shí)現(xiàn)對多個配電回路的監(jiān)控參數(shù)顯示、操作、設(shè)定和報警等功能。本監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)設(shè)置于首層的消防控制室,以獨(dú)立子系統(tǒng)形式通過RS485通信接口與火災(zāi)自動報警系統(tǒng)主機(jī)實(shí)現(xiàn)連接,其消防控制室平面布置及監(jiān)控系統(tǒng)分別如圖3~4所示。另外,本工程電力系統(tǒng)接地保護(hù)采用TN-S系統(tǒng),為保證其與火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)準(zhǔn)確配合,采用了圖5的連接方式。
3.3剩余電流報警動作值的設(shè)置
因監(jiān)控節(jié)點(diǎn)剩余電流報警動作值能否正確選擇關(guān)系到電力線路的可靠運(yùn)行,是監(jiān)控系統(tǒng)能否起到真正預(yù)防電氣火災(zāi)發(fā)生的關(guān)鍵。關(guān)于剩余電流報警動作值的設(shè)置問題,目前在業(yè)界的各種學(xué)術(shù)討論會和相關(guān)技術(shù)文章中有不同提法,普遍認(rèn)為應(yīng)是配電線路和用電設(shè)備正常泄漏電流的2~4倍。JGJ16-2008《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.7.5條:“選用的剩余電流保護(hù)裝置的額定剩余不動作電流,應(yīng)不小于被保護(hù)電氣線路和設(shè)備的正常
運(yùn)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(yīng)大于0.5IΔno"的相關(guān)條文來確定設(shè)置。一般情況下,剩余電流報警動作值宜為500mA,當(dāng)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(diào)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(yīng)按不小于正常泄漏電流值的4倍來整定,且不應(yīng)大于1000mA,這樣設(shè)置既可保證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。
4 Acre1-6000電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)解決方案
Acre1-6000電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng),是根據(jù)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)并在全國得到廣泛地應(yīng)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(shí)現(xiàn)對電氣火災(zāi)的早期預(yù)防和報警,當(dāng)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(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)管理云平臺或火災(zāi)自動報警系統(tǒng)等進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和共享。
(1)應(yīng)用場合
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(wèi)生、金融、電信等領(lǐng)域。
(2)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
(3)系統(tǒng)功能
監(jiān)控設(shè)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(shè)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(shè)備的“復(fù)位"按鈕或觸摸屏的“復(fù)位"按鍵遠(yuǎn)程對探測器實(shí)現(xiàn)復(fù)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
當(dāng)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(hù)電路或其他設(shè)備,當(dāng)報警消除后,控制輸出繼電器釋放。
通訊故障報警:當(dāng)監(jiān)控設(shè)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(yīng)的探測器顯示故障提示,同時設(shè)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(dāng)主電源或備用電源發(fā)生故障時,監(jiān)控設(shè)備也發(fā)出聲光報警信號并顯示故障信息,可進(jìn)入相應(yīng)的界面查看詳細(xì)信息并可解除報警聲
當(dāng)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(dāng)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。
(4)配置方案
應(yīng)用場合 | 型號 | 產(chǎn)品照片 | 功能 |
消防控制室 | Acrel-6000/B | 適用于1~4條通信總線*多可連接256個探測器,可適用于壁掛安裝的場所。 | |
Acrel-6000/Q | 適用于大型組網(wǎng),壁掛式監(jiān)控主機(jī)數(shù)量較多且需集中查看的場所,主要監(jiān)測壁掛主機(jī)信息。 | ||
一、二級 低壓配電 | ARCM200L-Z2 | 三相(I、U、kW、Kvar、kWh、Kvarh、Hz、cos中),視在電能、四象限電能計(jì)量,單回路剩余電流監(jiān)測,4路溫度監(jiān)測,2路繼電器輸出,4路開關(guān)量輸入,事件記錄,內(nèi)置時鐘,點(diǎn)陣式LCD顯示,2路獨(dú)立RS485/Modbus通訊 | |
ARCM200L-J8 | 8路剩余電流監(jiān)測,2路繼電器輸出,4路開關(guān)量輸入,事件記錄,內(nèi)置時鐘,點(diǎn)陣式LCD顯示,1路RS485/Modbus通訊 | ||
ARCM300-J1 | 1路剩余電流監(jiān)測,4路溫度監(jiān)測,1路繼電器輸出,事件記錄,LCD顯示,1路RS485/Modbus通訊 | ||
AAFD-□ | 檢測末端線路的故障電弧,485通訊,導(dǎo)軌式安裝。 | ||
ASCP200-□ | 短路限流保護(hù)、過載保護(hù)、內(nèi)部超溫限流保護(hù)、過欠壓保護(hù)、漏電監(jiān)測、線纜溫度監(jiān)測,1路RS485通訊,1路GPRS或NB無線通訊,額定電流為0-40A可設(shè)。 | ||
短路限流保護(hù)、過載保護(hù)、內(nèi)部超溫限流保護(hù)、過欠壓保護(hù)、漏電監(jiān)測、線纜溫度監(jiān)測,1路RS485通訊,1路NB或4G無線通訊,額定電流為0-63A可設(shè)。 | |||
配套附件 | AKH-0.66 | 測量型互感器,采集交流電流信號 | |
AKH-0.66/L | 剩余電流互感器,采集剩余電流信號 | ||
ARCM-NTC | 溫度傳感器,采集線纜或配電箱體溫度 |
5結(jié)語
隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的功能更加完備,已經(jīng)具備了用電安全管理、控制、保護(hù)、分析、記錄于一體等智能化優(yōu)點(diǎn),且已被廣泛地應(yīng)用于智能小區(qū)、大型商場、醫(yī)院及公共高層建筑等場合進(jìn)行漏電火災(zāi)監(jiān)控。同時為了能使剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行,在設(shè)計(jì)和應(yīng)用時應(yīng)考慮電力配電系統(tǒng)的特性,選用性能可靠和技術(shù)監(jiān)控系統(tǒng),這樣就能大幅降低相關(guān)應(yīng)用場合的漏電火災(zāi)發(fā)生率。
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作者簡介
韓歡慶,女,安科瑞電氣股份有限公司,主要研究方向?yàn)殡姎饣馂?zāi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用