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

安科瑞任心怡

技術(shù)支持：安科瑞彭峰

咨詢：Acrel-RXY

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(bào)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)

0 引言

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(cái)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(huì)的穩(wěn)定。近年來，隨著社會(huì)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(bào)，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(shí)和社會(huì)意義。

1.煤礦公寓電氣線路火災(zāi)的主要形式

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(shí)在短路點(diǎn)產(chǎn)生強(qiáng)烈的火花和電弧，同時(shí)由于系統(tǒng)阻抗突然減小、電流突然變大，在極短的時(shí)間內(nèi)會(huì)產(chǎn)生很大的熱量，大大超過了線路正常工作時(shí)的發(fā)熱量，這個(gè)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(dòng)時(shí)，會(huì)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(shí)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(huì)使導(dǎo)線絕緣層加速老化，甚至損壞；當(dāng)嚴(yán)重過載時(shí)，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?yàn)槟撤N原因造成帶電導(dǎo)體的絕緣損壞，絕緣電阻顯著下降時(shí)，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(huì)給人們造成嚴(yán)重的或致命的觸電危害；同時(shí)當(dāng)漏電發(fā)生時(shí)，漏泄的電流如遇電阻較大的部位時(shí)，會(huì)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(diǎn)產(chǎn)生的漏電火花，電弧、過熱高溫等同樣也會(huì)引起火災(zāi)。

1.4.接觸不良火災(zāi)

導(dǎo)體相互連接時(shí)，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(diǎn)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(shí)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(huì)發(fā)熱，這是正常現(xiàn)象。如果接頭做得好，接觸電阻不大，連接點(diǎn)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(huì)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(huì)強(qiáng)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(jì)算機(jī)、鎮(zhèn)流器、UPS電源等的投入運(yùn)行，其電壓電流波形已不是完全的正弦波波形，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(shí)，中性線中沒有電流；當(dāng)三相負(fù)荷不均衡時(shí)，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(diǎn)，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(shí)，諧波電流將在中性線上疊加，而非相互抵消，嚴(yán)重時(shí)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(shí)，中性線過載會(huì)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(diǎn)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.電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)介紹

2.1.系統(tǒng)特點(diǎn)

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)是一種新型的以預(yù)防為特點(diǎn)的實(shí)時(shí)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(dòng)報(bào)警系統(tǒng)不同的是，傳統(tǒng)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)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(bào)警是為了避免損失，所以其特點(diǎn)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(shí)發(fā)出報(bào)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(jī)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(jì)方法》，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主要由報(bào)警監(jiān)控主機(jī)、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(bào)警監(jiān)控主機(jī)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(yùn)行于計(jì)算機(jī)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(xiǎn)參數(shù)實(shí)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?；蛲蛔儠r(shí)，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(bào)警設(shè)定值進(jìn)行比較，一旦超出設(shè)定值則發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)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(shí)別、判定，當(dāng)確認(rèn)可能會(huì)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，監(jiān)控主機(jī)發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號(hào)，點(diǎn)亮報(bào)警指示燈，發(fā)出報(bào)警音響，同時(shí)在顯示屏上顯示火災(zāi)報(bào)警地址等信息。當(dāng)必要時(shí)還能聯(lián)動(dòng)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(shí)也可以與火災(zāi)自動(dòng)報(bào)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(dòng)作保護(hù)裝置主回路電流瞬時(shí)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(shí)，互感器的二次側(cè)產(chǎn)生電流信號(hào)，對該電流信號(hào)進(jìn)行采集處理后就可得到該回路中的實(shí)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(shí)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(bào)警設(shè)定值時(shí)才報(bào)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(shí)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.電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦公寓應(yīng)用中的注意事項(xiàng)

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(bào)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(bǔ)充。末端保護(hù)通常采用無延時(shí)漏電斷路器，不納人電氣火災(zāi)監(jiān)控報(bào)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(bào)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(bào)警系統(tǒng)實(shí)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(jì)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(hào)、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(shí)，確定配電設(shè)備的位置，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要把每一個(gè)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(shí)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(shí)，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(shí)，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(shí)，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(bào)警值

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的報(bào)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(shí)遵照剩余電流報(bào)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(shí)的自然泄漏電流值，能夠根據(jù)經(jīng)驗(yàn)計(jì)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(jì)報(bào)警電流值。最后確定實(shí)際的報(bào)警設(shè)定值，還需要具體安裝調(diào)試時(shí)在現(xiàn)場進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)測檢驗(yàn)。如果發(fā)現(xiàn)實(shí)測泄漏電流比設(shè)計(jì)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(cuò)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(bào)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(bào)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(dòng)作值設(shè)定為400--800mA，分支電源饋出線路上的剩余電流動(dòng)作值設(shè)定為100--400mA。電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器的報(bào)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(bào)警電流設(shè)定值應(yīng)設(shè)計(jì)為具有選擇性，即上級探測器的報(bào)警電流設(shè)定值至少是下級探測器中最大的報(bào)警電流設(shè)定值的1．5倍，但不應(yīng)大于1000mA。

4.安科瑞電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

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(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。

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(diǎn)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(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。

2）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。

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。

4）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。

5.結(jié)束語

隨著社會(huì)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(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的預(yù)報(bào)警體系及有效的補(bǔ)充，可使電氣火災(zāi)防患于未然，保障職工的人身及財(cái)產(chǎn)安全，同時(shí)帶來較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

審核編輯黃宇