ARCM系列電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器設(shè)計(jì)

摘??? 要：本文對(duì)電氣火災(zāi)的產(chǎn)生原因進(jìn)行了分析，列出了電氣火災(zāi)監(jiān)控防范的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。簡(jiǎn)述了ARCM200剩余電流式電氣火災(zāi)探測(cè)器的設(shè)計(jì)原理以及該產(chǎn)品在2010年廣州亞運(yùn)會(huì)海心沙項(xiàng)目系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用。并分析了電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用中應(yīng)注意的問題。
關(guān)鍵字：剩余電流；電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器；亞運(yùn)會(huì)

　　近年來，我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)，各行業(yè)用電量的大幅度增加，同時(shí)伴隨著電氣火災(zāi)也呈現(xiàn)逐年上升的趨勢(shì)，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生命財(cái)產(chǎn)造成巨大損失。而接地故障火災(zāi)是最常見的多發(fā)電氣火災(zāi)。為避免接地故障引發(fā)的火災(zāi)，在建筑電氣中已開始廣泛使用電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)能準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)電氣線路的故障和異常狀態(tài)，能發(fā)現(xiàn)電氣火災(zāi)的火災(zāi)隱患，及時(shí)報(bào)警提醒工作人員去消除這些隱患。 國(guó)家也頒布了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，例如《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50016-2006，《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50045-2005，《電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)》GB 14287等。本文介紹了ARCM系列電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器的設(shè)計(jì)原理，及在廣州亞運(yùn)會(huì)海心沙場(chǎng)館中實(shí)際應(yīng)用。

一、電氣火災(zāi)分析
　　電氣火災(zāi)的發(fā)生有以下原因：電火花與電??；電氣設(shè)備或電氣線路上產(chǎn)生高溫導(dǎo)致；由于線路端子導(dǎo)線與端子接觸不良產(chǎn)生的危險(xiǎn)高溫。
　　數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)電氣火災(zāi)的引發(fā)有一半是由于接地故障造成的。接地故障的發(fā)生主要是由于電氣線路的絕緣層老化，導(dǎo)致絕緣性能降低，從而在帶電導(dǎo)線和大地、電氣設(shè)備金屬外殼間產(chǎn)生剩余電流（又稱泄露電流或漏電流），由于接地故障回路阻抗大，往往會(huì)產(chǎn)生微小的電弧型放電，電弧放電產(chǎn)生熱量加劇線路絕緣老化。絕緣老化、剩余電流、微小放電三者之間產(chǎn)生惡性循環(huán)，放電電弧達(dá)到一定程度時(shí)（幾百毫安的剩余電流電弧產(chǎn)生的局部高溫可達(dá)2000℃以上），高溫引燃周圍的可燃物而引起火災(zāi)。而配電系統(tǒng)中的電流保護(hù)器在微弱的放電打火過程中無法動(dòng)作，而發(fā)生動(dòng)作切斷電源時(shí)火災(zāi)已經(jīng)發(fā)生，未能在火災(zāi)發(fā)生前及時(shí)切斷。
　　這類電氣火災(zāi)的引發(fā)是由于非正常的剩余電流所引發(fā)的。故需要有專門檢測(cè)線路中剩余電流的裝置，來實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)配電系統(tǒng)的絕緣情況，繼而實(shí)現(xiàn)該類電氣火災(zāi)的提前預(yù)警，達(dá)到消除火災(zāi)隱患的目的。

二、原理描述
　　電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)中主要的元件為剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器。探測(cè)器通過剩余電流互感器實(shí)現(xiàn)對(duì)剩余電流信號(hào)的檢測(cè)，如圖1 所示。根據(jù)基爾霍夫電流定律 (KCL) 可知從電源端流出的電流會(huì)等于流回的電流，其相量形式如下：

　　
　　在圖1 中，將三相導(dǎo)線及N線全部穿過剩余電流互感器，檢測(cè)的電流為??，而剩余電流為?，即：
　　由于二次電流大小與一次電流呈一定的比例關(guān)系，就可以通過測(cè)量剩余電流互感器二次側(cè)的電流來測(cè)量一次側(cè)的剩余電流。根據(jù)檢測(cè)到的剩余電流大小,探測(cè)器可通過預(yù)先設(shè)定的程序發(fā)出各種指令,或切斷電源,或發(fā)出報(bào)警信號(hào)等。

圖１　剩余電流檢測(cè)

　　上海安科瑞股份有限公司生產(chǎn)的ARCM200/300剩余電流式電氣火災(zāi)探測(cè)器產(chǎn)品采用32位MCU實(shí)現(xiàn)，功能主要包括多路剩余電流和溫度測(cè)量、報(bào)警、顯示、存儲(chǔ)、人機(jī)交互和通訊等?；?a target="_blank">工作原理如下：

圖2　硬件設(shè)計(jì)原理框圖

　　剩余電流互感器將感應(yīng)出來的信號(hào)傳輸?shù)绞Ｓ嚯娏鞑杉K，經(jīng)過信號(hào)的轉(zhuǎn)換濾波后MCU利用片內(nèi)AD模塊對(duì)各個(gè)通道的信號(hào)量進(jìn)行AD采樣，并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算，完成信號(hào)的精確測(cè)量，再按設(shè)置的保護(hù)參數(shù)，進(jìn)行報(bào)警保護(hù)處理。同時(shí)MCU根據(jù)探測(cè)器的狀態(tài)，來控制LED數(shù)碼管顯示、數(shù)據(jù)計(jì)算存儲(chǔ)、外部通訊、鍵盤菜單操作、繼電器開關(guān)動(dòng)作、蜂鳴器報(bào)警等工作。