安科瑞 劉邁

　　摘要：電能在人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)、生活中發(fā)揮著重要作用，為了預(yù)防并減少電氣火災(zāi)事故的發(fā)生，設(shè)計(jì)了電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)多種信號(hào)采集和處理方式能夠檢測(cè)出配電線路中的漏電風(fēng)險(xiǎn)并報(bào)警，提醒工作人員及時(shí)維修配電線路，從而避免火災(zāi)隱患，減少人員及財(cái)產(chǎn)損失。

　　關(guān)鍵詞：電氣火災(zāi)監(jiān)控：剩余電流；電流傳感器

　　0、引言

　　電氣火災(zāi)產(chǎn)生的主要原因有過(guò)載、短路、雷電、漏電、諧波電流、誤操作、接觸不良、電氣線路設(shè)計(jì)負(fù)荷與使用負(fù)荷不匹配以及設(shè)備自身因素等，其中由漏電引起的電氣火災(zāi)占據(jù)了很大部分。為了監(jiān)測(cè)漏電流，需要設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到漏電流達(dá)到預(yù)警值時(shí)立即報(bào)警，避免漏電流引起電氣火災(zāi)。

　　1、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的組成概述

　　電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主要由3個(gè)部分組成，即電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)、電氣火災(zāi)監(jiān)控器以及電氣火災(zāi)傳感器。電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)負(fù)責(zé)接收、記錄電氣火災(zāi)監(jiān)控器上傳的報(bào)警信號(hào)，同時(shí)發(fā)布報(bào)警信息，提醒值班人員進(jìn)行檢查。電氣火災(zāi)監(jiān)控器負(fù)責(zé)接收電氣火災(zāi)探測(cè)器的信號(hào)并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警，同時(shí)將采集到的信號(hào)及報(bào)警信息上傳至電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)。電氣火災(zāi)傳感器負(fù)責(zé)采集所監(jiān)控回路的剩余電流、溫度、故障電弧及過(guò)電流信號(hào)，并通過(guò)系統(tǒng)總線將信號(hào)上傳至電氣火災(zāi)監(jiān)控器。

　　電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主要通過(guò)電氣火災(zāi)傳感器對(duì)所監(jiān)控回路進(jìn)行信號(hào)采集，按照采集信號(hào)類型的不同可分為剩余電流式電氣火災(zāi)傳感器、測(cè)溫式電氣火災(zāi)傳感器、故障電弧探測(cè)器以及電流傳感器。利用基爾霍夫電流定律，通過(guò)剩余電流式電氣火災(zāi)傳感器測(cè)量剩余電流，其工作原理如圖1所示。

　　根據(jù)圖1，A，B，C，N這4根電纜同時(shí)垂直穿過(guò)同一個(gè)剩余電流互感器。正常情況下，A，B，C三相電流的矢量和與N相電流大小相等方向相反，此時(shí)PE線中的電流為0，也就是漏電流為0。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，此時(shí)A，B，C，N各相在剩余電流互感器中的感應(yīng)電流相互抵消，流過(guò)剩余電流互感器的電流為0。當(dāng)配電線路中某些原因?qū)е翧，B，C某相或中性線中有電流泄露到大地時(shí)，則A，B，C三相電流的矢量和與N相電流大小不相等，此時(shí)流過(guò)剩余電流互感器中的電流矢量和不為0，也就是剩余電流不為0。根據(jù)此原理，可通過(guò)剩余電流互感器中電流的大小來(lái)間接分析配電線路中的漏電情況。我國(guó)低壓配電系統(tǒng)中存在著不同的接地系統(tǒng)，受檢測(cè)原理的限制，剩余電流式電氣火災(zāi)傳感器并不適用于所有的情況。在設(shè)置剩余電流式電氣火災(zāi)探測(cè)器時(shí)，應(yīng)根據(jù)配電系統(tǒng)的不同進(jìn)行區(qū)別對(duì)待。剩余電流式電氣火災(zāi)傳感器所適用的接地系統(tǒng)如圖2所示。

圖1 剩余電流式電氣火災(zāi)傳感器測(cè)量原理

圖2 剩余電流式電氣火災(zāi)傳感器適用的接地系統(tǒng)

　　由于回路中的漏電流會(huì)引起溫度升高，溫度達(dá)到一定程度時(shí)會(huì)引起火災(zāi)，因此可以通過(guò)監(jiān)測(cè)回路中的溫度來(lái)預(yù)防電氣火災(zāi)的發(fā)生。測(cè)溫式電氣火災(zāi)傳感器可以通過(guò)其內(nèi)部的熱敏元件來(lái)測(cè)量回路溫度，并將信號(hào)上傳至電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。測(cè)溫式電氣火災(zāi)傳感器監(jiān)測(cè)的主要部位為設(shè)備外殼、電纜、配電柜（箱）體等，溫度監(jiān)測(cè)采用直接接觸方式，覆蓋A，B，C，N四相。

　　故障電弧主要由電氣設(shè)備的老化、線路連接松動(dòng)、線路絕緣層破損等因素引起，通常伴隨著大量熱量的產(chǎn)生，易引起火災(zāi)。故障電弧探測(cè)器通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)回路中電壓、電流波形的變化來(lái)監(jiān)測(cè)故障電弧的發(fā)生。實(shí)際應(yīng)用中，配電線路中或多或少都會(huì)存在固有漏電。由于固有漏電的存在會(huì)直接影響報(bào)警的準(zhǔn)確性，在固有漏電大到一定程度時(shí)甚至?xí)鹣到y(tǒng)的誤報(bào)警，因此可以盡量將測(cè)量點(diǎn)設(shè)置在末端或是根據(jù)計(jì)算調(diào)整漏電流的報(bào)警閥值，從而避免固有漏電的影響。

　　2、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案與實(shí)現(xiàn)

　　2.1電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)組成方式設(shè)計(jì)

　　在實(shí)際應(yīng)用中，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主要有以下幾種組成方式。

　　（1）電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)+電氣火災(zāi)監(jiān)控器+剩余電流式電氣火災(zāi)探測(cè)器+測(cè)溫式電氣火災(zāi)探測(cè)器，此方式可以同時(shí)完成對(duì)回路中剩余電流與溫度的監(jiān)測(cè)。

　?。?）電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)+電氣火災(zāi)監(jiān)控器+測(cè)溫式電氣火災(zāi)探測(cè)器+電弧故障探測(cè)器，此方式可以監(jiān)測(cè)回路中的溫度和故障電弧。

　　（3）在所需要監(jiān)控的點(diǎn)數(shù)不超過(guò)8個(gè)時(shí)，可不設(shè)置集中的主機(jī)，采用獨(dú)立式監(jiān)控器獨(dú)自成系統(tǒng)或接入火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中。

　?。?）同一項(xiàng)目可根據(jù)負(fù)荷類型的不同采用合適的電氣火災(zāi)探測(cè)器組合，例如照明負(fù)荷可采用電弧故障探測(cè)器+測(cè)溫式探測(cè)器，動(dòng)力負(fù)荷可采用剩余電流式探測(cè)器+測(cè)溫式探測(cè)器。

　　2.2電氣火災(zāi)探測(cè)器位置設(shè)計(jì)

　　電氣火災(zāi)探測(cè)器可以設(shè)置在低壓柜出線、樓層配電箱、末端配電箱等位置，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)有以下方案。

　　（1）只安裝于配電室低壓柜出線位置，成本低但是在有漏電流產(chǎn)生時(shí)，此方案只能確定是某主回路漏電，無(wú)法定位發(fā)生漏電故障或高溫隱患的大概位置。

　?。?）只安裝于樓層配電箱位置，能夠定位樓層中的漏電故障、高溫隱患。該方案比上一種方案準(zhǔn)確度高，但是無(wú)法確定具體是哪一支路漏電，無(wú)法檢測(cè)配電室到豎井間的漏電。

　?。?）只安裝于末端配電箱，可以定位支路中的漏電故障、高溫隱患。該方案精度高于前兩種方案，但是無(wú)法檢測(cè)配電室到豎井間、豎井到支路間的漏電。

　?。?）在配電室低壓柜出線、樓層配電箱、末端配電箱均設(shè)置電氣火災(zāi)探測(cè)器，形成分級(jí)保護(hù)。此方案覆蓋全，能夠定位火災(zāi)隱患位置，但是成本過(guò)高。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，一般會(huì)靈活選用前3種方案進(jìn)行組合，從而達(dá)到成本與測(cè)量精度的平衡。

　　2.3電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)位置設(shè)計(jì)

　　由于電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)也是火警系統(tǒng)的一部分，因此電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)可以安裝在消防控制室內(nèi)。電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)將報(bào)警信息和故障信息上傳至消防控制室的圖形顯示裝置或火災(zāi)報(bào)警控制器，消防控制室內(nèi)24h均有人值班，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)報(bào)警信息并及時(shí)處理故障。

　　除此之外，由于電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主要監(jiān)測(cè)的是配電線路中的漏電情況，而且電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的探測(cè)器和傳感器一般由開關(guān)柜廠家成套提供，因此電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)還可以安裝在變電所內(nèi)，由變電所內(nèi)的值班人員進(jìn)行管理。

　　2.4電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)警閥值設(shè)計(jì)

　　根據(jù)國(guó)家規(guī)范，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的報(bào)警值需連續(xù)可調(diào)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，剩余電流的動(dòng)作報(bào)警閥值一般設(shè)置在300mA，溫度報(bào)警值一般按照電纜耐溫的70%～80%進(jìn)行設(shè)定。

　　2.5電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

　　電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)集中管理和可視化監(jiān)控，對(duì)分散在建筑物內(nèi)的監(jiān)控器與探測(cè)器進(jìn)行遙控、遙測(cè)等操作。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)配電線路中的被探測(cè)參數(shù)超過(guò)報(bào)警閾值時(shí)，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)和控制信號(hào)，并且在主機(jī)報(bào)警界面上指示報(bào)警部位。與此同時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)保存報(bào)警信息，以便后續(xù)分析總結(jié)。

　　3、系統(tǒng)架構(gòu)

4、系統(tǒng)功能

　?。?）監(jiān)控設(shè)備能接收多臺(tái)探測(cè)器的剩余電流、溫度信息，報(bào)警時(shí)發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào)，同時(shí)設(shè)備上紅色“報(bào)警"指示燈亮，顯示屏指示報(bào)警部位及報(bào)警類型，記錄報(bào)警時(shí)間，聲光報(bào)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(duì)探測(cè)器實(shí)現(xiàn)復(fù)位。對(duì)于聲音報(bào)警信號(hào)也可以使用觸摸屏“消聲"按鍵手動(dòng)消除。

　?。?）當(dāng)被監(jiān)測(cè)回路報(bào)警時(shí)，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(bào)警消除后，控制輸出繼電器釋放。

　　（3）通訊故障報(bào)警：當(dāng)監(jiān)控設(shè)備與所接的任一臺(tái)探測(cè)器之間發(fā)生通訊故障或探測(cè)器本身發(fā)生故障時(shí)，監(jiān)控畫面中相應(yīng)的探測(cè)器顯示故障提示，同時(shí)設(shè)備上的黃色“故障"指示燈亮，并發(fā)出故障報(bào)警聲音。電源故障報(bào)警：當(dāng)主電源或備用電源發(fā)生故障時(shí)，監(jiān)控設(shè)備也發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)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(bào)警聲響。

　?。?）當(dāng)發(fā)生剩余電流、超溫報(bào)警或通訊、電源故障時(shí)，將報(bào)警部位、故障信息、報(bào)警時(shí)間等信息存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，當(dāng)報(bào)警解除、排除故障時(shí)，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。

5、配置方案

　　6、結(jié)束語(yǔ)

　　電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)多種探測(cè)器實(shí)現(xiàn)對(duì)配電線路的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，提前發(fā)現(xiàn)電氣方面的火災(zāi)隱患，從而避免電氣火災(zāi)的發(fā)生，保護(hù)人們的人身財(cái)產(chǎn)安全。隨著科技的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也越來(lái)越多地應(yīng)用于電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)中，促使電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)變得越來(lái)越智能化。

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