智能電氣火災(zāi)監(jiān)控在建筑防火中的應(yīng)用及產(chǎn)品選型

摘要：在開展建筑防火工作時(shí)，為充分發(fā)揮電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)勢與作用，應(yīng)靈活運(yùn)用相關(guān)探測器技術(shù)，如剩余電流式、測溫式、故障電弧等。為實(shí)現(xiàn)電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的預(yù)期目標(biāo)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，可突出以下設(shè)計(jì)要點(diǎn)，如組成方式設(shè)計(jì)、探測器位置設(shè)計(jì)、主機(jī)位置設(shè)計(jì)、報(bào)警閾值設(shè)計(jì)、監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行等。

關(guān)鍵詞：電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)；實(shí)際應(yīng)用；關(guān)鍵技術(shù)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0 引言

為筑牢建筑工程運(yùn)行安全基石，有效規(guī)避電氣火災(zāi)事故，要高度重視建筑防火工作。在開展建筑消防預(yù)警工作時(shí)，應(yīng)當(dāng)積極推動(dòng)電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)建構(gòu)，契合建筑防火工作要求，選擇相適宜的探測器技術(shù)，打造安全可靠的建筑電氣火災(zāi)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，對電氣火災(zāi)險(xiǎn)情與隱患進(jìn)行主動(dòng)識(shí)別，及時(shí)發(fā)出相關(guān)預(yù)警，*一時(shí)間對其進(jìn)行有效處置。

1 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)

1.1 剩余電流式探測器技術(shù)

剩余電流主要是指低壓配電線路中電流的矢量和不為零的電流。在電氣設(shè)備出現(xiàn)了電氣事故的瞬間，電流將從帶電體或人體傳導(dǎo)至大地，此時(shí)配電線路進(jìn)出電流會(huì)出現(xiàn)差值，而瞬間電流的矢量和，即漏電電流。一般情況下，建筑電氣系統(tǒng)中出現(xiàn)剩余電流，主要有以下幾種原因：建筑工程電氣施工作業(yè)時(shí)，主體預(yù)埋電管沒有對內(nèi)壁毛刺進(jìn)行有效清除，從而導(dǎo)致管內(nèi)穿線刮傷了線纜外皮，增加了漏電風(fēng)險(xiǎn)；管線使用時(shí)間太久，在管線老化后，出現(xiàn)漏電情況；用戶隨意增加負(fù)荷，從而導(dǎo)致線纜長期負(fù)荷過熱，加速了線纜老化，在線纜失效后出現(xiàn)漏電情況。

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，可基于剩余電流互感器，對配電線路中的剩余電流進(jìn)行監(jiān)測，從而判斷配電設(shè)備的電氣事故。圖1為剩余電流式探測器的技術(shù)運(yùn)行原理。

在電氣系統(tǒng)配電回路主開關(guān)閉合時(shí)，配電回路中的A、B、C三相線路中對應(yīng)的Ia、Ｉb、Ｉc電流以及中性N的In電流，將穿過剩余電流互感器的鐵芯線圈。當(dāng)電氣線路處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，Ia、Ｉb、Ｉc矢量和為0，此時(shí)毫安電流表無法檢測出電流Ｉd。

圖1 剩余電流式探測器的監(jiān)測原理

若配電回路中出現(xiàn)電氣故障，出現(xiàn)了漏電情況，此時(shí)交流毫安表檢測出的電流矢量和將不再是0，而剩余電流互感器也會(huì)感應(yīng)到相應(yīng)的漏電電流。通過對檢測值與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，工作人員可以判讀出電氣設(shè)備的運(yùn)行情況。若兩者出現(xiàn)一定偏差，剩余電流式探測器會(huì)發(fā)出相應(yīng)的預(yù)警信號(hào)，并快速切斷故障線路，避免對電氣設(shè)備造成更為嚴(yán)重的影響，等待檢修人員排除電氣設(shè)備的運(yùn)行安全隱患。

為充分發(fā)揮剩余電流式探測器技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，技術(shù)人員在設(shè)計(jì)探測器的布點(diǎn)與安裝方案時(shí)，應(yīng)當(dāng)基于《剩余電流動(dòng)作保護(hù)裝置安裝和運(yùn)行》中的相關(guān)規(guī)定，以保證施工設(shè)計(jì)方案的嚴(yán)謹(jǐn)性與可行性。為保證剩余電流保護(hù)裝置能夠發(fā)揮出*大應(yīng)用優(yōu)勢與作用，設(shè)計(jì)人員要須預(yù)先設(shè)定保護(hù)動(dòng)作值、響應(yīng)時(shí)間、作用區(qū)域等，從而有效控制停電影響范圍，避免影響到更多用戶的正常用電。為保證探測器布點(diǎn)的科學(xué)性與合理性，要深入了解建筑工程系統(tǒng)圖、平面圖、電氣分布情況、配電箱與配電柜的排布情況，從而對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行合理優(yōu)化和完善。

1.2 測溫式探測器技術(shù)

電氣設(shè)備過熱是電氣火災(zāi)事故發(fā)生的一大原因。為此，在建筑防火時(shí)，應(yīng)當(dāng)合理運(yùn)用測溫式探測器技術(shù)，對電氣設(shè)備過熱故障進(jìn)行主動(dòng)預(yù)防。通過對常用測溫式探測器技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行分析可知，主要有點(diǎn)式測溫、線式測溫、面式測溫等。

在實(shí)際應(yīng)用測溫式探測器時(shí)，*點(diǎn)要對以下相關(guān)電氣設(shè)備，如配電柜、配電箱、配電線路等開展過熱監(jiān)測。一旦相關(guān)電氣設(shè)備的溫度超出設(shè)定閾值，系統(tǒng)則會(huì)發(fā)出預(yù)警，從而實(shí)現(xiàn)對電氣火災(zāi)事故的有效防范。鑒于該技術(shù)應(yīng)用的特殊性，探測器運(yùn)行時(shí)，只能針對特定區(qū)域電氣設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測。

工作人員在應(yīng)用點(diǎn)式測溫探測器技術(shù)時(shí)，為充分發(fā)揮該技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，可在*級(jí)或二級(jí)配電柜、配電箱內(nèi)部的配電設(shè)備處進(jìn)行安裝，從而對相關(guān)電氣設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測。部分設(shè)計(jì)人員將其設(shè)置于配電箱或配電柜的頂端，對整體的溫度變化進(jìn)行監(jiān)測；若部分電氣線路容易出現(xiàn)過熱故障，可針對電氣線路配置探測器，以保證溫度式探測器監(jiān)測工作開展的有效性。

在應(yīng)用線式測溫探測器時(shí)，鑒于該類探測器運(yùn)行的特性，工作人員應(yīng)主要將其設(shè)置在地下電纜、豎井、橋架等位置，從而實(shí)現(xiàn)對敷設(shè)線纜的運(yùn)行溫度進(jìn)行監(jiān)測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)線纜過熱故障，并采取有效的解決措施。

工作人員若選擇面式溫度探測器，則主要是基于紅外測溫技術(shù)支持，從而了解目標(biāo)物體對外產(chǎn)生的輻射紅外能量，*準(zhǔn)可靠測定物體溫度。紅外熱像儀實(shí)際運(yùn)行時(shí)，其主要是由多個(gè)紅外探測傳感器組成，該類探測器的性能相對較高，但成本也比較高。在建筑防火安全等級(jí)較高場所，可運(yùn)用該種溫度探測器技術(shù)。

1.3 故障電弧式探測器技術(shù)

圖2為故障電弧式探測器。在建筑電氣設(shè)備運(yùn)行過程中，設(shè)備的接觸不良、短路等問題會(huì)誘發(fā)電氣火災(zāi)事故。多數(shù)短路故障可借助配電系統(tǒng)的繼電保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行解決，但部分短路故障會(huì)產(chǎn)生故障電弧，從而增加電氣火災(zāi)發(fā)生率。

圖2 故障電弧探測器

在實(shí)際安裝建筑電氣設(shè)備時(shí)，由于出現(xiàn)短路故障電弧的線路阻抗，對短路電流產(chǎn)生一定限制，使斷路器不能達(dá)到預(yù)定的動(dòng)作條件，影響繼電保護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。通過對該種故障進(jìn)行分析可知，其故障危害性相對較大，因?yàn)樵诠收想娀〉挠绊懴拢赡苁古潆娋€路的絕緣物質(zhì)發(fā)生碳化、起火情況，并在局部快速燃燒，引發(fā)嚴(yán)重的電氣火災(zāi)事故。

通過科學(xué)合理配置故障電弧探測器，可以對短路故障電弧進(jìn)行有效監(jiān)測預(yù)警。工作人員可將故障電弧探測器接入電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，從而對電壓、電流、故障電弧等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析，一旦監(jiān)測值超出設(shè)定閾值，會(huì)發(fā)出預(yù)警信息，由專業(yè)工作人員排除隱患，保證電氣設(shè)備線路運(yùn)行的安全性與可靠性。由此可見，在監(jiān)控建筑電氣火災(zāi)時(shí)，靈活運(yùn)用故障電弧探測器技術(shù)，可彌補(bǔ)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行不足，提升電氣火災(zāi)預(yù)警工作的整體效能 。

2 建筑電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

2.1 組成方式設(shè)計(jì)

（1）可根據(jù)不同項(xiàng)目的負(fù)荷特點(diǎn)，對多種電氣火災(zāi)探測器進(jìn)行組合。當(dāng)照明負(fù)荷系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，為完成相應(yīng)的電氣火災(zāi)監(jiān)控，可以采取測溫式探測器與故障探測器相結(jié)合的方式，而當(dāng)動(dòng)力負(fù)荷系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，則可以采取測溫式探測器與剩余電流探測器進(jìn)行結(jié)合的方式。

（2）若電氣火災(zāi)監(jiān)控點(diǎn)數(shù)不超過八個(gè)小時(shí)，可不用設(shè)計(jì)相應(yīng)的主機(jī)。技術(shù)人員可采取獨(dú)立式監(jiān)控器，將其接入到監(jiān)控系統(tǒng)，從而完成對目標(biāo)電氣設(shè)備的監(jiān)控。

（3）在對回路中的溫度與故障電弧進(jìn)行監(jiān)測時(shí)，可將故障電弧探測器、測溫式探測器、監(jiān)控器、系統(tǒng)主機(jī)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。

（4）在對建筑電氣系統(tǒng)回路中的剩余電流與溫度開展監(jiān)測時(shí)，可將測溫式探測器、剩余電流式探測器、監(jiān)控器、 系統(tǒng)主機(jī)等進(jìn)行集成。

2.2 探測器位置設(shè)計(jì)

為使相關(guān)探測器發(fā)揮出一定的應(yīng)用優(yōu)勢與價(jià)值，應(yīng)對探測器的位置進(jìn)行合理控制。在設(shè)計(jì)探測器位置時(shí)，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行綜合考慮，以保證火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)可發(fā)揮出應(yīng)有的作用。如將探測器安裝在配電室的低壓柜出線相關(guān)位置，確保成本*低。但是該種監(jiān)控方式只能對漏電故障

進(jìn)行監(jiān)測，并無法預(yù)測出高溫故障，不能實(shí)現(xiàn)對電氣火災(zāi)隱患的*面監(jiān)控。

若將相關(guān)探測器安裝在樓層的配電箱位置，可以*準(zhǔn)定位出具體樓層的漏洞故障與高溫隱患，但該種技術(shù)方案無法檢測出具體支路故障，不能明確配電室到豎井間哪個(gè)區(qū)域出現(xiàn)了漏電故障。

若將探測器安裝在配電箱，能夠*準(zhǔn)診斷出回路中的漏電故障，并對高溫隱患進(jìn)行預(yù)警，但是該種方式仍舊無法判斷出配電室到豎井間哪個(gè)區(qū)域出現(xiàn)了漏電故障。

若在末端配電箱、配電室低壓柜出線、樓層配電箱等不同位置均安裝探測器，則可以形成分級(jí)保護(hù)效果，但是電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的整體建設(shè)運(yùn)行成本相對較高。為兼顧可靠性與經(jīng)濟(jì)性，在實(shí)際設(shè)計(jì)建筑電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的探測器位置時(shí)，設(shè)計(jì)人員可根據(jù)建筑電氣設(shè)備運(yùn)行實(shí)際情況，對不同的安裝方案進(jìn)行組合，從而達(dá)到預(yù)期的火災(zāi)監(jiān)控效果。

2.3 主機(jī)位置設(shè)計(jì)

建筑電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)屬于火警系統(tǒng)的重要組成部分之一。為此，在設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)位置時(shí)，可以將其安裝在消防控制室內(nèi)。因?yàn)橄揽刂剖叶男r(shí)有人值班，可*一時(shí)間發(fā)現(xiàn)報(bào)警信息，并采取對應(yīng)解決措施，避免出現(xiàn)嚴(yán)重的電氣火災(zāi)事故。與此同時(shí)，技術(shù)人員在設(shè)計(jì)主機(jī)位置時(shí)，應(yīng)當(dāng)選擇合適的合作廠家，采購配套的電氣監(jiān)控系統(tǒng)組成設(shè)備，如傳感器、探測器等，保證相關(guān)設(shè)備按照相同的技術(shù)規(guī)程運(yùn)行，為后續(xù)電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行提供有力支持。

2.4 報(bào)警閾值設(shè)計(jì)

為使建筑電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)揮出一定的運(yùn)行成效，要科學(xué)合理設(shè)計(jì)系統(tǒng)報(bào)警閾值。一般情況下，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)回路中的剩余電流動(dòng)作報(bào)警閾值時(shí)，可設(shè)置為300毫安，而設(shè)計(jì)溫度報(bào)警閾值時(shí)，可根據(jù)電纜的*高耐溫性能，設(shè)定為*高溫度的70％—80％之間。

2.5 監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行

建筑電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)，可完成可視化監(jiān)控管理與集中管理。通過對建筑物內(nèi)部的監(jiān)控器、探測器數(shù)據(jù)進(jìn)行采集分析，從而實(shí)現(xiàn)遙控、遙測操作，保證電氣設(shè)備運(yùn)行的安全性與可靠性。一旦建筑物現(xiàn)場配電線路的相關(guān)指標(biāo)達(dá)到預(yù)警閾值，系統(tǒng)則會(huì)發(fā)出相關(guān)預(yù)警信號(hào)，并在主機(jī)報(bào)警界面顯示出具體的報(bào)警位置，便于工作人員采取有效的解決措施，排除電氣火災(zāi)隱患，提升建筑物運(yùn)行的整體安全系數(shù)。

3 安科瑞電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

3.1 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(dú)立運(yùn)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(yàn)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(hào)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(bào)警，當(dāng)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(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(tái)或火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)等進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和共享。

3.2 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*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。

3.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.4 系統(tǒng)功能

監(jiān)控設(shè)備能接收多臺(tái)探測器的剩余電流、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)程對探測器實(shí)現(xiàn)復(fù)位。對于聲音報(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。

通訊故障報(bào)警：當(dāng)監(jiān)控設(shè)備與所接的任一臺(tái)探測器之間發(fā)生通訊故障或探測器本身發(fā)生故障時(shí)，監(jiān)控畫面中相應(yīng)的探測器顯示故障提示，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。

3.5 配置方案

應(yīng)用

場合

型號(hào)

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(gè)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(jí)

低壓配電

ARCM200L-Z2

三相(I、U、kW、Kvar、kWh、Kvar h、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(shí)鐘，點(diǎn)陣式LCD顯示，2路獨(dú)立RS 485/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(shí)鐘，點(diǎn)陣式LCD顯示，1路RS 485/Modbus通訊

ARCM 300-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RS 485/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RS 485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(hào)

AKH-0.66/L

剩余電流互感器，采集剩余電流信號(hào)

ARCM-NTC

溫度傳感器，采集線纜或配電箱體溫度

4 結(jié)束語

綜上所述，以建筑防火工作為例，*點(diǎn)闡述了建筑電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)包含的核心技術(shù)以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要步驟，旨在說明建筑電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)建構(gòu)的迫切性與必要性。在現(xiàn)代建筑物運(yùn)行過程中，由于電氣設(shè)備紛繁復(fù)雜、種類多樣，使電氣火災(zāi)隱患增加。為保證建筑物的整體安全，要充分發(fā)揮電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行價(jià)值，實(shí)現(xiàn)科學(xué)預(yù)警，從而主動(dòng)排除并解決電氣設(shè)備運(yùn)行的安全隱患。

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[6]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊2022.5版.