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淺談電氣火災監控系統在煤礦高層公寓中的應用

發布時間： 2023-02-06　　點擊次數： 986次

王晶晶

安科瑞電氣股份有限公司

0 引言

煤礦公寓是人員高度密集的場所，是職工休息、學習、生活的重要地方。公寓火災安全管理事關職工人身和財產安全，其安全狀況關系到煤礦正常的生產和生活秩序；關系到煤礦和社會的穩定。近年來，隨著社會的不斷發展、科學技術的快速進步、人們生活水平的逐步改善，煤礦公寓的用電狀況發生了巨大變化，公寓內使用的電器種類繁多，用電負荷劇增，造成電氣火災事故隱患增多，而公寓一旦發生電氣火災事故，其嚴重性和危害性遠高于其它場所。因此通過高科技手段對公寓電氣火災做到早期預警、預報，使電氣火災的預防達到有的放矢，做到防患于未然，具有重大的現實和社會意義。

1 煤礦公寓電氣線路火災的主要形式

1.1.短路火災

電氣線路中的裸導體或絕緣導線的絕緣保護層破損后由于各種原因造成相線與相線、相線與零線、相線與保護線的連接，在回路中引起電流瞬間驟然變大的現象叫短路。短路時在短路點產生強烈的火花和電弧，同時由于系統阻抗突然減小、電流突然變大，在極短的時間內會產生很大的熱量，大大超過了線路正常工作時的發熱量，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、可燃物質燃燒，從而造成火災。

1.2.過載火災

電流通過導線流動時，會使導線發熱，溫度升高。在電氣線路中，允許連續通過而不至于使導線過熱的電流量稱為安全載流量，當導線中出現流過的電流超過安全載流量的現象時就叫過載。一般導線允許工作溫度為65度，如果導線流過的電流超過了安全載流量，容易引起導線的溫度不斷升高，會使導線絕緣層加速老化，甚至損壞；當嚴重過載時，甚至會引起導線的絕緣層發生燃燒，并能引燃導線附近的可燃物，甚至進一步引發短路，從而造成火災事故。

1.3.漏電火災

在電力系統中因為某種原因造成帶電導體的絕緣損壞，絕緣電阻顯著下降時，發生在不同電位導體之間，如導線之間，導線與大地之間有非正常電流流過的現象叫漏電。漏電可使導體局部帶電，會給人們造成嚴重的或致命的觸電危害；同時當漏電發生時，漏泄的電流如遇電阻較大的部位時，會產生局部高溫，致使附近的可燃物著火，從而引起火災；此外，在漏電點產生的漏電火花，電弧、過熱高溫等同樣也會引起火災。

1.4.接觸不良火災

導體相互連接時，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，金屬導體間的實際接觸面減小，接觸面附近有效的導電截面大大縮小，因而導致接觸電阻的變大，另一方面金屬導體接觸面在空氣中可能形成一層導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，電流通過導線、接頭和設備就會發熱，這是正常現象。如果接頭做得好，接觸電阻不大，連接點的發熱量就小，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熱，使溫度急劇升高使金屬導體變色甚至熔化或引起導線絕緣層的燃燒，以致造成附近的可燃物質燃燒引起火災。

1.5.諧波火災

在理想的電力系統中，電流和電壓都是純粹的正弦波。所謂諧波，即在交流電網中，由于大量非線性電氣設備如節能燈、熒光燈、計算機、鎮流器、UPS電源等的投入運行，其電壓電流波形已不是正弦波波形，而是不同程度發生了畸變。在三相負荷平衡的低壓配電系統中，當每相所載電流相等時，中性線中沒有電流；當三相負荷不均衡時，經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，中性線導線截面一般比相線減少一半或與相線相同，以利節約材料。當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，當負載不平衡時，中性線過載會更嚴重。這種狀態下就有可能造成導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備進而引發火災。

2 電氣火災監控系統介紹

2.1.系統特點

電氣火災監控系統是一種新型的以預防為特點的實時監控系統。電氣火災監控系統與傳統火災自動報警系統不同的是，傳統火災自動報警系統是在火災發生后為了減少損失，而電氣火災監控系統早期報警是為了避免損失，所以其特點是作用于電氣火災發生前，探測配電系統的漏電電流、異常溫度等相關異常參數，當達到設定限值時發出報警，在電氣火災形成前排除隱患或切斷故障電路，可以顯著降低發生電氣火災的機率。

2.2.基本組成

根據國家標準GBl4287—2005《電氣火災監控系統》以及相關規范《電氣火災監控系統的設計方法》，電氣火災監控系統主要由報警監控主機、剩余電流式電氣火災監控探測器、溫度探測器、傳感器組成。其中，報警監控主機放置在消防監控中心或值班室內，剩余電流式電氣火災監控探測器和傳感器安裝在現場配電柜、箱內。其中，剩余電流式電氣火災監控探測器又由監控探測器和剩余電流互感器所組成。測溫式電氣火災監控探測器由監控探測器和測溫傳感器所組成。

2.3.工作原理

電氣火災監控系統是基于監控探測器、運行于計算機的軟件／硬件系統，通過對配電回路的漏電電流、過電流、溫升等火災危險參數實施監控和管理，從而達到預防發生電氣火災的目的。其基本原理是，當電氣設備中的電流、溫度等參數發生異常或突變時，終端探測器利用電磁感應原理、溫度效應的變化對該信息進行采集輸送到監控探測器，并與報警設定值進行比較，一旦超出設定值則發出報警信號，同時也輸送到監控設備中，再經監控設備進一步識別、判定，當確認可能會發生火災時，監控主機發出火災報警信號，點亮報警指示燈，發出報警音響，同時在顯示屏上顯示火災報警地址等信息。當必要時還能聯動切除被檢測到剩余電流超標或溫度異常的配電回路、同時也可以與火災自動報警系統或配電監控系統等進行數據交換和共享。值班人員則根據以上顯示的信息，通知專業人員迅速到事故現場進行檢查處理。

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監控探測器的基本模塊，當回路中的電流矢量和不為零時，互感器的二次側產生電流信號，對該電流信號進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，只有當檢測的剩余電流達到報警設定值時才報警。

2.3.2 測溫式電氣火災監控探測器工作原理

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域，可以對現場的溫度進行連續測量，能夠有效的防止電線、電纜發熱導致的電氣火災。

3 電氣火災監控系統在煤礦公寓應用中的注意事項

3.1.確定煤礦公寓低壓配電系統的接地型式及電氣火災監控系統的保護分級

低壓配電系統的接地形式有TN—S型、TN—C型、TN—C—S型、TT型、IT型。按照相關規范要求，電氣火災監控探測器適合安裝在TN—S系統或局部TN—C—S系統及，TT系統的場所。

根據煤礦公寓低壓配電系統的設置和具體設備的配電情況，電氣火災監控報警系統可采用叁級或兩級保護，叁級保護分為末端保護、中端保護和首端保護；兩級保護分為末端保護和首端保護。

末端保護：末端保護的主要目的是防止人身觸電事故，是對火災防護的補充。末端保護通常采用無延時漏電斷路器，不納人電氣火災監控報警系統的集中監視和控制。

中端保護：中端保護主要是對低壓配電系統中末端線路和末端線路上的設備進行保護。通常采用電氣火災報警系統檢測漏電電流及異常溫度。

首端保護：首端保護是對低壓配電系統中進戶線路、主配電饋出線路及設備進行保護。本級保護同樣由電氣火災監控報警系統實現。

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

3.2.分析配電系統圖確定監控探測器的安裝位置

電氣火災監控系統的監控對象是供配電系統，供配電系統圖是電氣火災監控系統的設計基礎。研究分析煤礦公寓低壓配電系統的相關圖紙，可以了解煤礦公寓供配電系統的具體供配電方式、回路數、各區域的用電性質和功率、各配電柜內主要斷路器的規格型號、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備的分布情況進行調查核實，確定配電設備的位置，根據系統設計需要把每一個監控探測器分配到相應的配電設備上，并以此來確定需要安裝的探測器數量。

3.3.電氣火災監控系統的信息檢測與傳感器安裝原則

電氣火災監控系統的信息檢測，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，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，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PE線不得穿過剩余電流互感器。

溫度檢測是對配電設備有異常發熱現象為基本原則進行檢測的，當需要對重要場所的配電箱、柜內部及導體連接部位監測溫度時，宜設置測溫式電氣火災探測器。當被檢測對象為絕緣體時，宜采用接觸式布置，將探測器直接設置在被探測對象的表面。當需要對配電柜內部溫度變化進行監測時，可靠近發熱部件，采用非接觸式布置。

3.4.固有自然泄漏電流估算及協調配合分級設置報警值

電氣火災監控系統的報警設定值應綜合考慮配電系統及用電設備的自然泄漏電流，同時遵照剩余電流報警設定值要大于被測回路自然泄漏電流值的原則。被保護電氣線路和設備正常工作時的自然泄漏電流值，能夠根據經驗計算公式并參照線路和設備常用自然泄漏電流值基本確定下來，并以此數值為依據，初步設計報警電流值。最后確定實際的報警設定值，還需要具體安裝調試時在現場進行數據實測檢驗。如果發現實測泄漏電流比設計估算的正常自然泄漏電流大很多，需要注意是否有不規范錯誤施工或設備質量不合格等情況發生。

剩余電流式電氣火災監控系統的報警值設置范圍，按照國家標準的規定，應在20mA--1000mA之間，報警值應在設定值的80％一100％之間。因此按照要求，一般將總進戶電源處的剩余電流動作值設定為400--800mA，分支電源饋出線路上的剩余電流動作值設定為100--400mA。電氣火災監控探測器的報警設定值，應不小于被保護電氣線路和設備的自然泄漏電流最大值的2倍，且不大于1000mA。在兩級或多級監控探測系統中，報警電流設定值應設計為具有選擇性，即上級探測器的報警電流設定值至少是下級探測器中最大的報警電流設定值的1．5倍，但不應大于1000mA。

4 安科瑞電氣火災監控系統

4.1.概述

Acre1-6000電氣火災監控系統，是根據國家現行規范標準由安科瑞電氣股份有限公司研發的全數字化獨立運行的系統，已通過國家消防電子產品質量監督檢驗中心的消防電子產品試驗認證，并且均通過嚴格的EMC電磁兼容試驗，保證了該系列產品在低壓配電系統中的安全正常運行，現均已批量生產并在全國得到廣泛地應用。該系統通過對剩余電流、過電流、過電壓、溫度和故障電弧等信號的采集與監視，實現對電氣火災的早期預防和報警，當必要時還能聯動切除被檢測到剩余電流、溫度和故障電弧等超標的配電回路;并根據用戶的需求，還可以滿足與AcreIEMS企業微電網管理云平臺或火災自動報警系統等進行數據交換和共享。

4.2.應用場合

適用于智能樓宇、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業、國家重點消防單位以及石油化工、文教衛生、金融、電信等領域。

4.3.系統結構

4.4.系統功能

1）監控設備能接收多臺探測器的剩余電流、溫度信息，報警時發出聲、光報警信號，同時設備上紅色“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，直至按設備的“復位"按鈕或觸摸屏的“復位"按鍵遠程對探測器實現復位。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）當被監測回路報警時，控制輸出繼電器閉合，用于控制被保護電路或其他設備，當報警消除后，控制輸出繼電器釋放。

3）通訊故障報警：當監控設備與所接的任一臺探測器之間發生通訊故障或探測器本身發生故障時，監控畫面中相應的探測器顯示故障提示，同時設備上的黃色“故障"指示燈亮，并發出故障報警聲音。電源故障報警：當主電源或備用電源發生故障時，監控設備也發出聲光報警信號并顯示故障信息，可進入相應的界面查看詳細信息并可解除報警聲響。