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監控系統的特點、組成、設計依據、監控原理和實施方案，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控系統；設計應用
0引言
近年隨著各種先進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《中國火災統計年鑒》統計，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控系統及其在高層建筑中的應用進行探討。
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。
1.2漏電火災的成因
⑴由漏電電流引起的火災。因供電線路通常會有接觸不實的情況，似接而非接而形成漏電故障點，并導致接觸電阻較大，使過負荷保護裝置難以動作，而且會在漏電故障點處產生電弧。據實測，即使只有0.5A的電流產生的電弧溫度也可達2000℃以上，足以引燃漏電故障點附近可燃物造成火災。
⑵由零線或地線在接線端子處連接不實引起的火災。這會導致電阻過大，然而被供電設備依然會正常工作不受影響，故漏電故障點不易被發現。一旦漏電發生，由于故障點接頭松動或被腐蝕等原因導致出現高阻，連接端子處會引起高溫或電弧，從而引燃漏電故障點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（接地線）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生，從而引燃附近可燃物造成火災。
⑷由零線或地線的線徑選擇過小引起的火災。因零線或地線的線徑選擇過小，當通過較大的漏電電流時，會引起導線的溫度不斷升高，甚至引起導線的絕緣體發生燃燒，從而引燃導線附近可燃物火災。
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
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且相互獨立，其關系和區別見表1。可見，在高層建筑中采用的剩余電流式電氣火災監控系統，其特點在于漏電監控方面屬于早期預報警系統，與火災自動報警系統不同的是，電氣火災監控系統可以在火災發生前報警，從而避免損失，而火災自動報警系統只能在確認火災發生后減少損失。
系統 | 火災自動報警系統 | 剩余電流式電氣火災監控系統 |
作用 | 火災發生后 | 火災發生前 |
任務 | 發生火災時自動報警、確認和聯動消防設備滅火自救。 | 預防和消除整個工程中配電系統的電氣火災。 |
目的 | 控制早期火情，減少火災損失。 | 預防和控制電氣火災的發生。 |
方法 | 探測保護區域內異常的煙火和環境溫度、可燃氣體等濃度值，當達到設定限值時自動報警，在確認火災后聯動相關消防設備進行火災初期自救。 | 連續監視用電設備泄露電流以及線纜溫度的變化，當達到設定限值時自動報警，在漏電火災發生前排除隱患，必要時切斷故障供電線路。 |
關系 | 智能化集成系統中一個*重要的第一級子系統 | 從屬于火災自動報警系統的獨立子系統 |
結論 | 能對火災及時報警，減少火災損失。 | 有效預防電氣火災，保障用戶生命財產安全。 |
表1火災自動報警系統和剩余電流式電氣火災監控系統的關系和區別
2.2設計依據
近年來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第13.12篇規定了防火剩余電流動作報警系統設計應滿足的要求。
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*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路上的剩余電流互感器檢測線路上的漏電流來實現。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控探測器即發出漏電報警，并同時輸出脫扣跳閘信號切斷相應故障線路電源。漏電檢測如圖1。
2.5實施方案
通過在被監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與電氣火災監控主機間的信息通訊來實現對電氣火災的監控，如圖2。
根據工程設計的實際需要，監控系統可在整個電力系統的任何一條配電線路上安裝，并承擔對安裝節點以下的相關電氣線路和設備的漏電監控報警，起到脫扣跳閘保護的作用。同時也能根據電力設計的需要而組成二級或多級監控實施保護，并實現在相應線路漏電故障報警時有選擇性地脫扣跳閘保護。
3工程設置與實例
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作報警器且點數較少時，可自行組成系統亦可采用編碼模塊接入火災自動報警系統，報警點位號在火災報警器上顯示應區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報警系統的一個子系統對電力配電系統因漏電可能引發的火災實施監控報警。
系統設置主要要求如下：①具有預警功能，能在被監控參數發生異常但未達到監控報警值前發出預報警信號；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路電纜實時溫度監控；③系統監控點主要設置在第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控報警時輸出脫扣信號跳閘，此外對過載和溫度的監控只作用于報警，不聯動主開關跳閘；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系統監控節點少于16點的小規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控探測器，通過火災自動報警系統的編碼模塊將各監控節點信號接入火災自動報警系統。
3.2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GB50116-98《火災自動報警系統設計規范》第1點的規定，本工程應設置防火剩余電流動作報警系統。因此在下列電力線路或設備處進行了監控點配置：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照明干線配電箱的進線總開關；③應急照明區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控系統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控節點。而在同一配電箱柜內多路配電干線首端的監控節點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共用的監控器上實現對多個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RS485通信接口與火災自動報警系統主機實現連接，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剩余電流報警動作值的設置
因監控節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，是監控系統能否起到真正預防電氣火災發生的關鍵。關于剩余電流報警動作值的設置問題，目前在業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電氣火災監控系統解決方案
Acre1-6000電氣火災監控系統，是根據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，保證了該系列產品在低壓配電系統中的安全正常運行，現均已批量生產并在全國得到廣泛地應用。該系統通過對剩余電流、過電流、過電壓、溫度和故障電弧等信號的采集與監視，實現對電氣火災的早期預防和報警，當必要時還能聯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;并根據用戶的需求，還可以滿足與AcreIEMS企業微電網管理云平臺或火災自動報警系統等進行數據交換和共享。
（1）應用場合
適用于智能樓宇、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業、國家重點消防單位以及石油化工、文教衛生、金融、電信等領域。
（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，報警時發出聲、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
當被監測回路報警時，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。
通訊故障報警：當監控設備與所接的任一臺探測器之間發生通訊故障或探測器本身發生故障時，監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，并發出故障報警聲音。電源故障報警：當主電源或備用電源發生故障時，監控設備也發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
當發生剩余電流、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據庫中，當報警解除、排除故障時，同樣予以記錄。歷史數據提供多種便捷、快速的查詢方法。
（4）配置方案
應用場合 | 型號 | 產品照片 | 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，壁掛式監控主機數量較多且需集中查看的場所，主要監測壁掛主機信息。 | |
一、二級 低壓配電 | ARCM200L-Z2 |
| 三相(I、U、kW、Kvar、kWh、Kvarh、Hz、cos中)，視在電能、四象限電能計量，單回路剩余電流監測，4路溫度監測，2路繼電器輸出，4路開關量輸入，事件記錄，內置時鐘，點陣式LCD顯示，2路獨立RS485/Modbus通訊 |
ARCM200L-J8 | 8路剩余電流監測，2路繼電器輸出，4路開關量輸入，事件記錄，內置時鐘，點陣式LCD顯示，1路RS485/Modbus通訊 | ||
ARCM300-J1 |
| 1路剩余電流監測，4路溫度監測，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，導軌式安裝。 | |
ASCP200-□ |
| 短路限流保護、過載保護、內部超溫限流保護、過欠壓保護、漏電監測、線纜溫度監測，1路RS485通訊，1路GPRS或NB無線通訊，額定電流為0-40A可設。 | |
| 短路限流保護、過載保護、內部超溫限流保護、過欠壓保護、漏電監測、線纜溫度監測，1路RS485通訊，1路NB或4G無線通訊，額定電流為0-63A可設。 | ||
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結語
隨著技術的不斷進步，剩余電流式電氣火災監控系統的功能更加完備，已經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點，且已被廣泛地應用于智能小區、大型商場、醫院及公共高層建筑等場合進行漏電火災監控。同時為了能使剩余電流式電氣火災監控系統穩定運行，在設計和應用時應考慮電力配電系統的特性，選用性能可靠和技術監控系統，這樣就能大幅降低相關應用場合的漏電火災發生率。
【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剩余電流動作保護裝置安裝和運行［S］
[5]GB50116-98火災自動報警系統設計規范［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]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.05版．
作者簡介
韓歡慶，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為電氣火災系統的設計與應用
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