淺談電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦高層公寓中的應(yīng)用

任運業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定  201801

摘要：煤礦高層公寓做為人員高度密集場所，使用的電器種類繁多，一旦發(fā)生電氣火災(zāi)事故， 其嚴(yán)重性和危害性遠(yuǎn)高于其它場所。文章通過對煤礦公寓電氣線路火災(zāi)主要形式的分析，對電氣火災(zāi)監(jiān) 控系統(tǒng)在煤礦公寓電氣火災(zāi)預(yù)防及報警方面的具體應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)地介紹。

關(guān)鍵詞:煤礦公寓；電氣線路火災(zāi)；電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

煤礦公寓是人員高度密集的場所，是職工休息、學(xué)習(xí)、生活的重要地方。公寓火災(zāi)安全管理事關(guān)職工人身和財產(chǎn)安全，其安全狀況關(guān)系到煤礦正常的生產(chǎn)和生活秩序；關(guān)系到煤礦和社會的穩(wěn)定。近年來，隨著社會的不斷發(fā)展、科學(xué)技術(shù)的快速進(jìn)步、人們生活水平的逐步改善，煤礦公寓的用電狀況發(fā)生了巨大變化，公寓內(nèi)使用的電器種類繁多，用電負(fù)荷劇增，造成電氣火災(zāi)事故隱患增多，而公寓一旦發(fā)生電氣火災(zāi)事故，其嚴(yán)重性和危害性遠(yuǎn)高于其它場所。因此通過高科技手段對公寓電氣火災(zāi)做到早期預(yù)警、預(yù)報，使電氣火災(zāi)的預(yù)防達(dá)到有的放矢，做到防患于未然，具有重大的現(xiàn)實和社會意義。

1.1.短路火災(zāi)

電氣線路中的裸導(dǎo)體或絕緣導(dǎo)線的絕緣保護(hù)層破損后由于各種原因造成相線與相線、相線與零線、相線與保護(hù)線的連接，在回路中引起電流瞬間驟然變大的現(xiàn)象叫短路。短路時在短路點產(chǎn)生強烈的火花和電弧，同時由于系統(tǒng)阻抗突然減小、電流突然變大，在極短的時間內(nèi)會產(chǎn)生很大的熱量，大大超過了線路正常工作時的發(fā)熱量，這個熱量不僅能使絕緣層燃燒，而且能使金屬熔化，引起鄰近的易燃、可燃物質(zhì)燃燒，從而造成火災(zāi)。

1.2.過載火災(zāi)

電流通過導(dǎo)線流動時，會使導(dǎo)線發(fā)熱，溫度升高。在電氣線路中，允許連續(xù)通過而不至于使導(dǎo)線過熱的電流量稱為安全載流量，當(dāng)導(dǎo)線中出現(xiàn)流過的電流超過安全載流量的現(xiàn)象時就叫過載。一般導(dǎo)線允許工作溫度為65度，如果導(dǎo)線流過的電流超過了安全載流量，容易引起導(dǎo)線的溫度不斷升高，會使導(dǎo)線絕緣層加速老化，甚至損壞；當(dāng)嚴(yán)重過載時，甚至?xí)饘?dǎo)線的絕緣層發(fā)生燃燒，并能引燃導(dǎo)線附近的可燃物，甚至進(jìn)一步引發(fā)短路，從而造成火災(zāi)事故。

1.3.漏電火災(zāi)

在電力系統(tǒng)中因為某種原因造成帶電導(dǎo)體的絕緣損壞，絕緣電阻顯著下降時，發(fā)生在不同電位導(dǎo)體之間，如導(dǎo)線之間，導(dǎo)線與大地之間有非正常電流流過的現(xiàn)象叫漏電。漏電可使導(dǎo)體局部帶電，會給人們造成嚴(yán)重的或致命的觸電危害；同時當(dāng)漏電發(fā)生時，漏泄的電流如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，在漏電點產(chǎn)生的漏電火花，電弧、過熱高溫等同樣也會引起火災(zāi)。

1.4.接觸不良火災(zāi)

導(dǎo)體相互連接時，連接的地方都有接頭，在接頭的接觸面上形成的電阻稱為接觸電阻。接頭的接觸形式大體分為點接觸，線接觸和面接觸，一方面由于接觸面的凹凸不平或接觸面接觸壓力不夠，金屬導(dǎo)體間的實際接觸面減小，接觸面附近有效的導(dǎo)電截面大大縮小，因而導(dǎo)致接觸電阻的變大，另一方面金屬導(dǎo)體接觸面在空氣中可能形成一層導(dǎo)電性能很差的氧化膜附著于表面，也可以使接觸電阻變大，線路接通電源之后，電流通過導(dǎo)線、接頭和設(shè)備就會發(fā)熱，這是正?，F(xiàn)象。如果接頭做得好，接觸電阻不大，連接點的發(fā)熱量就小，可以保持正常溫度。如果接頭接得不好，造成接觸部位的接觸電阻變大，在一定電流下，就會在此處產(chǎn)生大量的熱量，形成高溫。因此，接觸電阻較大的連接位置就會強烈發(fā)熱，使溫度急劇升高使金屬導(dǎo)體變色甚至熔化或引起導(dǎo)線絕緣層的燃燒，以致造成附近的可燃物質(zhì)燃燒引起火災(zāi)。

1.5.諧波火災(zāi)

在理想的電力系統(tǒng)中，電流和電壓都是純粹的正弦波。所謂諧波，即在交流電網(wǎng)中，由于大量非線性電氣設(shè)備如節(jié)能燈、熒光燈、計算機、鎮(zhèn)流器、UPS電源等的投入運行，其電壓電流波形已不是純正的正弦波波形，而是不同程度發(fā)生了畸變。在三相負(fù)荷平衡的低壓配電系統(tǒng)中，當(dāng)每相所載電流相等時，中性線中沒有電流；當(dāng)三相負(fù)荷不均衡時，經(jīng)過矢量合成以后的電流才流過中性線，一般都小于相線上電流。利用這一特點，中性線導(dǎo)線截面一般比相線減少一半或與相線相同，以利節(jié)約材料。當(dāng)相線中含有三次諧波時，諧波電流將在中性線上疊加，而非相互抵消，嚴(yán)重時諧波電流甚至超過相線電流，以3倍于相線的電流通過中性線，使中性線電流大大超過其安全電流值，當(dāng)負(fù)載不平衡時，中性線過載會更嚴(yán)重。這種狀態(tài)下就有可能造成導(dǎo)線過熱引起線路周圍可燃物起火或中性線熔斷，形成中性點偏移，造成各相電壓不平衡，燒壞線路中接人的電器設(shè)備進(jìn)而引發(fā)火災(zāi)。

2.1.系統(tǒng)特點

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)是一種新型的以預(yù)防為特點的實時監(jiān)控系統(tǒng)。電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)與傳統(tǒng)火災(zāi)自動報警系統(tǒng)不同的是，傳統(tǒng)火災(zāi)自動報警系統(tǒng)是在火災(zāi)發(fā)生后為了減少損失，而電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)早期報警是為了避免損失，所以其特點是作用于電氣火災(zāi)發(fā)生前，探測配電系統(tǒng)的漏電電流、異常溫度等相關(guān)異常參數(shù)，當(dāng)達(dá)到設(shè)定限值時發(fā)出報警，在電氣火災(zāi)形成前排除隱患或切斷故障電路，可以顯著降低發(fā)生電氣火災(zāi)的機率。

2.2.基本組成

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GBl4287—2005《電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)》以及相關(guān)規(guī)范《電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計方法》，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主要由報警監(jiān)控主機、剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器、溫度探測器、傳感器組成。其中，報警監(jiān)控主機放置在消防監(jiān)控中心或值班室內(nèi)，剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器和傳感器安裝在現(xiàn)場配電柜、箱內(nèi)。其中，剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器又由監(jiān)控探測器和剩余電流互感器所組成。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所組成。

2.3.工作原理

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)是基于監(jiān)控探測器、運行于計算機的軟件／硬件系統(tǒng)，通過對配電回路的漏電電流、過電流、溫升等火災(zāi)危險參數(shù)實施監(jiān)控和管理，從而達(dá)到預(yù)防發(fā)生電氣火災(zāi)的目的。其基本原理是，當(dāng)電氣設(shè)備中的電流、溫度等參數(shù)發(fā)生異常或突變時，終端探測器利用電磁感應(yīng)原理、溫度效應(yīng)的變化對該信息進(jìn)行采集輸送到監(jiān)控探測器，并與報警設(shè)定值進(jìn)行比較，一旦超出設(shè)定值則發(fā)出報警信號，同時也輸送到監(jiān)控設(shè)備中，再經(jīng)監(jiān)控設(shè)備進(jìn)一步識別、判定，當(dāng)確認(rèn)可能會發(fā)生火災(zāi)時，監(jiān)控主機發(fā)出火災(zāi)報警信號，點亮報警指示燈，發(fā)出報警音響，同時在顯示屏上顯示火災(zāi)報警地址等信息。當(dāng)必要時還能聯(lián)動切除被檢測到剩余電流超標(biāo)或溫度異常的配電回路、同時也可以與火災(zāi)自動報警系統(tǒng)或配電監(jiān)控系統(tǒng)等進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和共享。值班人員則根據(jù)以上顯示的信息，通知專業(yè)人員迅速到事故現(xiàn)場進(jìn)行檢查處理。

2.3.1  剩余電流互感器工作原理

剩余電流是指流過剩余電流動作保護(hù)裝置主回路電流瞬時值的矢量和。剩余電流互感器是剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器的基本模塊，當(dāng)回路中的電流矢量和不為零時，互感器的二次側(cè)產(chǎn)生電流信號，對該電流信號進(jìn)行采集處理后就可得到該回路中的實際剩余電流值，考慮電氣線路的不平衡電流，線路和電氣設(shè)備正常的自然泄漏電流，因此實際電氣線路都存在正常的剩余電流，只有當(dāng)檢測的剩余電流達(dá)到報警設(shè)定值時才報警。

2.3.2  測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器工作原理

鉑電阻溫度傳感器是利用金屬鉑在溫度變化時自身電阻值也隨之改變的特性來測量溫度的，適用于各種狹小空間高精度測溫領(lǐng)域，可以對現(xiàn)場的溫度進(jìn)行連續(xù)測量，能夠有效的防止電線、電纜發(fā)熱導(dǎo)致的電氣火災(zāi)。

3.1.確定煤礦公寓低壓配電系統(tǒng)的接地型式及電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的保護(hù)分級

低壓配電系統(tǒng)的接地形式有TN—S型、TN—C型、TN—C—S型、TT型、IT型。按照相關(guān)規(guī)范要求，電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器適合安裝在TN—S系統(tǒng)或局部TN—C—S系統(tǒng)及，TT系統(tǒng)的場所。

根據(jù)煤礦公寓低壓配電系統(tǒng)的設(shè)置和具體設(shè)備的配電情況，電氣火災(zāi)監(jiān)控報警系統(tǒng)可采用叁級或兩級保護(hù)，叁級保護(hù)分為末端保護(hù)、中端保護(hù)和首端保護(hù)；兩級保護(hù)分為末端保護(hù)和首端保護(hù)。

末端保護(hù)：末端保護(hù)的主要目的是防止人身觸電事故，是對火災(zāi)防護(hù)的補充。末端保護(hù)通常采用無延時漏電斷路器，不納人電氣火災(zāi)監(jiān)控報警系統(tǒng)的集中監(jiān)視和控制。

中端保護(hù)：中端保護(hù)主要是對低壓配電系統(tǒng)中末端線路和末端線路上的設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。通常采用電氣火災(zāi)報警系統(tǒng)檢測漏電電流及異常溫度。

首端保護(hù)：首端保護(hù)是對低壓配電系統(tǒng)中進(jìn)戶線路、主配電饋出線路及設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。本級保護(hù)同樣由電氣火災(zāi)監(jiān)控報警系統(tǒng)實現(xiàn)。

通常在煤礦公寓設(shè)置剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器的原則是，在新建高層煤礦公寓中應(yīng)采用叁級保護(hù)，在低壓配電室的各饋出回路配置首端保護(hù)；樓層配電柜、區(qū)域配電柜等處配置中端保護(hù)；在終端配電箱處配置末端保護(hù)。

3.2.分析配電系統(tǒng)圖確定監(jiān)控探測器的安裝位置

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控對象是供配電系統(tǒng)，供配電系統(tǒng)圖是電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計基礎(chǔ)。研究分析煤礦公寓低壓配電系統(tǒng)的相關(guān)圖紙，可以了解煤礦公寓供配電系統(tǒng)的具體供配電方式、回路數(shù)、各區(qū)域的用電性質(zhì)和功率、各配電柜內(nèi)主要斷路器的規(guī)格型號、電纜或銅排的截面尺寸及載流量等信息。通過對煤礦公寓電氣設(shè)備的分布情況進(jìn)行調(diào)查核實，確定配電設(shè)備的位置，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計需要把每一個監(jiān)控探測器分配到相應(yīng)的配電設(shè)備上，并以此來確定需要安裝的探測器數(shù)量。

3.3.電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的信息檢測與傳感器安裝原則

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的信息檢測，主要有漏電電流和溫度兩種檢測方法。

線路漏電電流的檢測對于交流單相供電系統(tǒng)，只要兩根電源線L、N穿過剩余電流互感器即可，對于交流三相供電系統(tǒng)，L1、L2、L3、N線需同時穿過，此后要求中性線不允許再接地，保護(hù)PE線不得穿過剩余電流互感器。

溫度檢測是對配電設(shè)備有異常發(fā)熱現(xiàn)象為基本原則進(jìn)行檢測的，當(dāng)需要對重要場所的配電箱、柜內(nèi)部及導(dǎo)體連接部位監(jiān)測溫度時，宜設(shè)置測溫式電氣火災(zāi)探測器。當(dāng)被檢測對象為絕緣體時，宜采用接觸式布置，將探測器直接設(shè)置在被探測對象的表面。當(dāng)需要對配電柜內(nèi)部溫度變化進(jìn)行監(jiān)測時，可靠近發(fā)熱部件，采用非接觸式布置。

3.4.固有自然泄漏電流估算及協(xié)調(diào)配合分級設(shè)置報警值

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的報警設(shè)定值應(yīng)綜合考慮配電系統(tǒng)及用電設(shè)備的自然泄漏電流，同時遵照剩余電流報警設(shè)定值要大于被測回路自然泄漏電流值的原則。被保護(hù)電氣線路和設(shè)備正常工作時的自然泄漏電流值，能夠根據(jù)經(jīng)驗計算公式并參照線路和設(shè)備常用自然泄漏電流值基本確定下來，并以此數(shù)值為依據(jù)，初步設(shè)計報警電流值。最后確定實際的報警設(shè)定值，還需要具體安裝調(diào)試時在現(xiàn)場進(jìn)行數(shù)據(jù)實測檢驗。如果發(fā)現(xiàn)實測泄漏電流比設(shè)計估算的正常自然泄漏電流大很多，需要注意是否有不規(guī)范錯誤施工或設(shè)備質(zhì)量不合格等情況發(fā)生。

剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的報警值設(shè)置范圍，按照國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，應(yīng)在20mA--1000mA之間，報警值應(yīng)在設(shè)定值的80％一100％之間。因此按照要求，一般將總進(jìn)戶電源處的剩余電流動作值設(shè)定為400--800mA，分支電源饋出線路上的剩余電流動作值設(shè)定為100--400mA。電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器的報警設(shè)定值，應(yīng)不小于被保護(hù)電氣線路和設(shè)備的自然泄漏電流最大值的2倍，且不大于1000mA。在兩級或多級監(jiān)控探測系統(tǒng)中，報警電流設(shè)定值應(yīng)設(shè)計為具有選擇性，即上級探測器的報警電流設(shè)定值至少是下級探測器中最大的報警電流設(shè)定值的1．5倍，但不應(yīng)大于1000mA。

4.1.概述

Acre1-6000電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，是根據(jù)國家現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心的消防電子產(chǎn)品試驗認(rèn)證，并且均通過嚴(yán)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(tǒng)中的安全正常運行，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。

4.2.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)、國家重點消防單位以及石油化工、文教衛(wèi)生、金融、電信等領(lǐng)域。

4.3.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.4.系統(tǒng)功能

1）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。

2）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。

3）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響。

4）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。

4.5.配置方案

應(yīng)用場合

隨著社會的發(fā)展，科技的進(jìn)步，必然有越來越多的用電設(shè)備進(jìn)入煤礦公寓使用，而煤礦公寓做為人員高度聚集場所，設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)是避免電氣火災(zāi)的有效手段，是火災(zāi)主動報警系統(tǒng)的預(yù)報警體系及有效的補充，可使電氣火災(zāi)防患于未然，保障職工的人身及財產(chǎn)安全，同時帶來較好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

[1]GB 50045—95．高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范(2005年版)［S］

[2]JGJ 16—2008．民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范［S］

[3]GB 14287。1—2005．電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)第l部分：電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備［S］

[4]GB 14287．2—2005．電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)第2部分：剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器［S］

[5]GB 14287．3—2005．電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)第3部分：測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器［S］

[6]欒笛.電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦高層公寓中的應(yīng)用［J］.煤礦開采，2013．

[7]安科瑞消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)/防火門監(jiān)控系統(tǒng)/消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)/電

氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)選型手冊. 2022.05版

作者簡介：任運業(yè)，男，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為用電安全管理的研發(fā)與應(yīng)用。