電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

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)通過多種信號采集和處理方式能夠檢測出配電線路中的漏電風(fēng)險并報警，提醒工作人員及時維修配電線路，從而避免火災(zāi)隱患，減少人員及財產(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)計負荷與使用負荷不匹配以及設(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)測到漏電流達到預(yù)警值時立即報警，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個部分組成，即電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主機、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)主機負責(zé)接收、記錄電氣火災(zāi)監(jiān)控器上傳的報警信號，同時發(fā)布報警信息，提醒值班人員進行檢查。電氣火災(zāi)監(jiān)控器負責(zé)接收電氣火災(zāi)探測器的信號并進行現(xiàn)場報警，同時將采集到的信號及報警信息上傳至電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主機。電氣火災(zāi)傳感器負責(zé)采集所監(jiān)控回路的剩余電流、溫度、故障電弧及過電流信號，并通過系統(tǒng)總線將信號上傳至電氣火災(zāi)監(jiān)控器。

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

根據(jù)圖1，A，B，C，N這4根電纜同時垂直穿過同一個剩余電流互感器。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，則A，B，C三相電流的矢量和與N相電流大小不相等，此時流過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，可通過剩余電流互感器中電流的大小來間接分析配電線路中的漏電情況。我國低壓配電系統(tǒng)中存在著不同的接地系統(tǒng)，受檢測原理的限制，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)探測器時，應(yīng)根據(jù)配電系統(tǒng)的不同進行區(qū)別對待。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引起溫度升高，溫度達到一定程度時會引起火災(zāi)，因此可以通過監(jiān)測回路中的溫度來預(yù)防電氣火災(zāi)的發(fā)生。測溫式電氣火災(zāi)傳感器可以通過其內(nèi)部的熱敏元件來測量回路溫度，并將信號上傳至電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。測溫式電氣火災(zāi)傳感器監(jiān)測的主要部位為設(shè)備外殼、電纜、配電柜（箱）體等，溫度監(jiān)測采用直接接觸方式，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、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)。故障電弧探測器通過實時監(jiān)測回路中電壓、電流波形的變化來監(jiān)測故障電弧的發(fā)生。實際應(yīng)用中，配電線路中或多或少都會存在固有漏電。由于固有漏電的存在會直接影響報警的準(zhǔn)確性，在固有漏電大到一定程度時甚至?xí)鹣到y(tǒng)的誤報警，因此可以盡量將測量點設(shè)置在末端或是根據(jù)計算調(diào)整漏電流的報警閥值，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)計方案與實現(xiàn)

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

在實際應(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+電氣火災(zāi)監(jiān)控器+剩余電流式電氣火災(zāi)探測器+測溫式電氣火災(zāi)探測器，此方式可以同時完成對回路中剩余電流與溫度的監(jiān)測。

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

（3）在所需要監(jiān)控的點數(shù)不超過8個時，可不設(shè)置集中的主機，采用獨立式監(jiān)控器獨自成系統(tǒng)或接入火災(zāi)自動報警系統(tǒng)中。

（4）同一項目可根據(jù)負荷類型的不同采用合適的電氣火災(zāi)探測器組合，例如照明負荷可采用電弧故障探測器+測溫式探測器，動力負荷可采用剩余電流式探測器+測溫式探測器。

2.2電氣火災(zāi)探測器位置設(shè)計

電氣火災(zāi)探測器可以設(shè)置在低壓柜出線、樓層配電箱、末端配電箱等位置，實際設(shè)計時有以下方案。

（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，此方案只能確定是某主回路漏電，無法定位發(fā)生漏電故障或高溫隱患的大概位置。

（2）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，但是無法確定具體是哪一支路漏電，無法檢測配電室到豎井間的漏電。

（3）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，但是無法檢測配電室到豎井間、豎井到支路間的漏電。

（4）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)探測器，形成分級保護。此方案覆蓋全，能夠定位火災(zāi)隱患位置，但是成本過高。在實際設(shè)計過程中，一般會靈活選用前3種方案進行組合，從而達到成本與測量精度的平衡。

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

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)主機將報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)報警控制器，消防控制室內(nèi)24h均有人值班，便于及時發(fā)現(xiàn)報警信息并及時處理故障。

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)主機還可以安裝在變電所內(nèi)，由變電所內(nèi)的值班人員進行管理。

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

根據(jù)國家規(guī)范，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的報警值需連續(xù)可調(diào)。在實際設(shè)計中，剩余電流的動作報警閥值一般設(shè)置在300mA，溫度報警值一般按照電纜耐溫的70%～80%進行設(shè)定。

2.5電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的實現(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，對分散在建筑物內(nèi)的監(jiān)控器與探測器進行遙控、遙測等操作。當(dāng)現(xiàn)場配電線路中的被探測參數(shù)超過報警閾值時，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)會發(fā)出報警信號和控制信號，并且在主機報警界面上指示報警部位。與此同時，系統(tǒng)會自動保存報警信息，以便后續(xù)分析總結(jié)。

3、系統(tǒng)架構(gòu)

4、系統(tǒng)功能

（1）監(jiān)控設(shè)備能接收多臺探測器的剩余電流、溫度信息，報警時發(fā)出聲、光報警信號，同時設(shè)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(shè)備的“復(fù)位”按鈕或觸摸屏的“復(fù)位”按鍵遠程對探測器實現(xiàn)復(fù)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(dāng)被監(jiān)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(shè)備，當(dāng)報警消除后，控制輸出繼電器釋放。

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

（4）當(dāng)發(fā)生剩余電流、超溫報警或通訊、電源故障時，將報警部位、故障信息、報警時間等信息存儲在數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)報警解除、排除故障時，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

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)通過多種探測器實現(xiàn)對配電線路的實時監(jiān)測，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，保護人們的人身財產(chǎn)安全。隨著科技的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也越來越多地應(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)變得越來越智能化。