電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)及其相關問題探討

1、電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)及其相關問題探討摘要 本文主要描述了電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)及其組成、電氣火災的成因分析、相關國家標準規(guī)范及其疑問、與常規(guī)火災報警系統(tǒng)的關系和區(qū)別、電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的配置原則和相關問題探討。關鍵詞 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)、短路接地故障、剩余電流、選擇性l 前言（電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀）目前電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)對一些設計院、開關柜廠家、電氣安裝公司仍然很陌生。專業(yè)廠家甚至相關專家對電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)理解、實施及其相關產(chǎn)品存在分歧和差異。本文就電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)售前技術支持遇到的相關問題與大家共同探討。l 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)及其組成GB14287-2005 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng) 3個術語和定義：電氣火災監(jiān)控系

2、統(tǒng)（alarm and control system for electric fire prevention）當被保護線路中的被探測參數(shù)超過報警設定值時，能發(fā)出報警信號、控制信號并能指示報警部位的系統(tǒng)，它由電氣火災監(jiān)控設備、電氣火災監(jiān)控探測器組成。電氣火災監(jiān)控設備(alarm and control units for electric fire prevention) 能接收來自電氣火災監(jiān)控探測器的報警信號，發(fā)出聲、光報警信號和控制信號，指示報警部位，記錄并保存報警信息的裝置。電氣火災監(jiān)控探測器(以T簡稱探測器，detectors for electric fire prevention)

3、 探測被保護線路中的剩余電流、溫度等電氣火災危險參數(shù)變化的探測器。l 為什么需要電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)？近年來，隨著我國電器使用量和用電量的逐年增加，潛伏的電氣火災隱患（電氣設計和不規(guī)范施工導致）呈上升趨勢，直接威脅著人民生命財產(chǎn)的安全。從我國90年代以來的統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，無論是發(fā)生起數(shù)，還是直接經(jīng)濟損失，電氣火災都占據(jù)了各類火災之首。2008年全國火災統(tǒng)計情況：全年共發(fā)生火災13.3萬起，相關分布如下圖。（2009年是12.7萬起）l 絕大部分電氣火災是可預防的。由于電氣火災具有突發(fā)性、隱蔽性，加之有些電氣工程未按照國家規(guī)范的規(guī)定和設計要求進行施工和安裝 , 線路敷設混亂，更易造成

4、電氣接地故障 , 極易引發(fā)火災。裝設剩余電流式電氣火災探測器和測溫式電氣火災探測器是防范電氣火災最為有效的方法。電氣火災成因簡析 火災的釀成必須具備起火源、可燃物和氧氣三個條件。如果電氣裝置在設計、施工、監(jiān)理、竣工驗收、運行監(jiān)督任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)不當、失控，就有可能在建筑物內(nèi)因電氣的原因而引發(fā)火災。電氣火災通常以異常高溫、電弧（電火花）的形式出現(xiàn)，其原因一般可歸納為短路起火、連接不良起火和電氣裝置布置不當起火。短路起火占電氣火災的多半，短路起火又分為金屬性短路起火、電弧性短路起火。電弧性短路起火主要有帶電導體間的電弧性短路起火、接地故障電弧性短路起火和爬電起火三種。金屬

5、性短路一般依靠相關電流保護器來切除。而在電氣線路電弧性短路起火事故中，接地故障電弧性短路引發(fā)的火災概率遠高于帶電導體間的電弧性短路引發(fā)的火災概率，其原因有二：一是帶電導體對地的絕緣水平低于帶電導體之間的絕緣水平，二是電氣線路施工時，穿鋼管拉電線、電纜時帶電導體絕緣外皮與鋼管間的摩擦易使絕緣受損，但電線、電纜的帶電導體絕緣外皮之間幾乎無相對運動，絕緣不會受損。安裝電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)可預防絕大多數(shù)電氣火災根據(jù)國外消防資料和我國一些電氣短路起火案例的分析，短路起火絕大部分為電弧性接地故障起火。實驗室試驗結果表明 500mA （達到2000以上高溫）的電弧能量才能引燃附近的可燃物。5

6、00mA的設定值，對于剩余電流式電氣火災探測器的靈敏度完全可以滿足要求，既簡單實用又安全有效，其是防范接地故障短路起火最有效的方法。連接不良起火和電氣裝置布置不當起火，起火之前均會產(chǎn)生高溫，采用測溫式電氣火災探測器是簡單有效的。l 相關國家標準、規(guī)范相關描述及其疑問設計院在設計電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)（更多稱呼為漏電火災報警系統(tǒng)）經(jīng)常引用的相關國家標準、規(guī)范：GB50016-2006建筑設計防火規(guī)范（簡稱建規(guī)）、GB50045-94（2005版）高層民用建筑設計防火規(guī)范（簡稱高規(guī)）、GB14287-2005電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)等。更有設計院直接將相關設計工作直接交專業(yè)廠家（細化）設計的，沒有提出具體原則和

7、技術要求。實際與電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)設計更相關的的標準規(guī)范應該是電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的設計方法（暫行）、廣東省地方標準DBJ/T15-77-2010電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)設計、施工及驗收規(guī)范。建規(guī)相關描述如下： 下列場所宜設置剩余電流動作電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)：1 按一級負荷供電且建筑高度大于50.0m 的乙、丙類廠房和丙類倉庫；2 按二級負荷供電且室外消防用水量大于30L/s 的廠房（倉庫）；3 按二級負荷供電的劇院、電影院、商店、展覽館、廣播電視樓、電信樓、財貿(mào)金融樓和室外消防用水量大于25L/s 的其他公共建筑；4 國家級文物保護單位的重點磚木或木結構的古建筑；5 按一、二級負荷供電的消防用電設備。高規(guī)相關

8、描述如下：9.5 漏電火災報警系統(tǒng) 高層建筑內(nèi)火災危險性大、人員密集等場所宜設置漏電火災報警系統(tǒng)。 漏電火災報警系統(tǒng)通常應具有下列功能：.1 探測漏電電流、過電流等信號，發(fā)出聲光信號報警，準確報出故障線路地址，監(jiān)視故障點的變化。.2 儲存各種故障和操作試驗信號，信號存儲時間應不少于12 個月。.3 切斷漏電線路上的電源，并顯示其狀態(tài)。.4 顯示系統(tǒng)電源狀態(tài)。僅依據(jù)以上2個規(guī)范的2小段文字確實很難開展電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的設計工作，2006年7月相關部門發(fā)布了電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的設計方法（暫行）。GB14287-2005電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)主要描述電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的組成和相關設備的技術要求，規(guī)范、規(guī)定了專

9、業(yè)廠家。筆者認為：整體來說，電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)以剩余電流監(jiān)控為主、測溫監(jiān)控為輔。需要指出的是：高規(guī)、建規(guī)都沒有談及溫度探測。事實上，正如上文的電氣火災成因簡析描述，電氣火災的另2個原因是連接不良起火和電氣裝置布置不當起火。建筑物內(nèi)高壓系統(tǒng)的變壓器柜、電容補償柜、整流柜等部位，電纜接頭、開關觸點等位置，都有可能由于種種原因產(chǎn)生高溫而導致火災。變壓器冷卻系統(tǒng)發(fā)生故障或嚴重過載，補償系統(tǒng)過補償或自動調(diào)節(jié)器失靈、電容器老化，都是十分常見的；至于接頭、觸頭日久接觸不良則更普遍。在這些情況下，很容易因過熱而著火甚至發(fā)生爆炸。因此，測溫式電氣火災監(jiān)控探測器還是有必要的。當然，相關重要用電設備一般已經(jīng)配置了專門

10、的溫度探測設備，如變壓器的溫度控制儀等，因此不必再額外安裝測溫式電氣火災探測器。測溫式探測器的安裝位置一般在低壓開關柜、樓層配電箱。l 與常規(guī)火災報警系統(tǒng)的關系和區(qū)別。在消防設施系統(tǒng)中的定位（與常規(guī)火災報警系統(tǒng)的關系）：火災報警系統(tǒng)是立足撲救的、針對已經(jīng)發(fā)生火情的后期報警滅火系統(tǒng)。電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)從本質(zhì)上是立足預防的、專門針對電氣線路故障等的前期預警系統(tǒng)。前者的聯(lián)動或控制對象是廣播噴淋排煙等逃生滅火器件，第一處理責任人是消防保安。后者的聯(lián)動或控制對象是電氣故障預警（不推薦操作相關電氣回路），第一處理責任人是持證電工或電氣負責人更合適。二者明顯區(qū)分，易于對應處理。兩種系統(tǒng)不能混為一談，更不能互相

11、替代，原則上應該互相獨立。在充分的硬件和軟件條件下，兩種系統(tǒng)并非絕對不可以兼容或合并。常規(guī)火災報警系統(tǒng)與電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)同屬消防系統(tǒng)范疇，為方便消防統(tǒng)一監(jiān)管，推薦采用相對獨立的子系統(tǒng)設計原則，是較為合理和適用的。l 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的配置原則電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的設計方法（暫行）相關描述比較具體，下文列出電氣火災探測器的推薦設置部位，進一步明確。剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器設置部位系統(tǒng)保護對象分級剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器設置部位正常照明正常動力應急照明特級一級十九層及十九層以上的居住建筑一類建筑建筑高度不超過24m的公共建筑及建筑高度超過24m的單層公共建筑工業(yè)建筑地下公共建筑二級十層至十八層

12、的居住建筑每棟（或單元）居住建筑的總電源進線處二類建筑建筑高度不超過24m的公共建筑工業(yè)建筑地下公共建筑三級十層以下的居住建筑每棟（或單元）居住建筑的總電源進線處注：表示應設置； 表示宜設置測溫式電氣火災監(jiān)控探測器設置部位系統(tǒng)保護對象分級測溫式電氣火災監(jiān)控探測器設置部位樹干式配電回路出線端放射式配電回路出線端或進線端有可能產(chǎn)生過熱型故障的配電設備電纜接頭、分支頭及接線處特級一級十九層及十九層以上的居住建筑一類建筑建筑高度不超過24m的公共建筑及建筑高度超過24m的單層公共建筑工業(yè)建筑地下公共建筑二級十層至十八層的居住建筑每棟（或單元）居住建筑的總電源進線處二類建筑建筑高度不超過24m的公共建筑

13、工業(yè)建筑地下公共建筑注：表示應設置； 表示宜設置l 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的相關問題。l 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)是否和電力監(jiān)控系統(tǒng)是否分開？原則上應該相對獨立，分開。電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)應該放置在消防系統(tǒng)控制室。（電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)已被劃為火災報警監(jiān)控系統(tǒng)的子系統(tǒng)。）有的用戶為節(jié)省成本，將2個系統(tǒng)合并在一起，在管理上來說，也行。監(jiān)控中心設置在電氣值班室，該值班室應該24小時值班！發(fā)生漏電或溫度報警，基本都屬于“供配電”問題。出現(xiàn)了問題，也是電氣人員處理。建議電氣部門內(nèi)部消化。此處再次強調(diào)：在充分的硬件和軟件條件下。l 在電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)和電力監(jiān)控系統(tǒng)不分開前提下，低壓開關柜按柜為單元，一次全部是單相CT配置又要

14、求帶剩余電流式電氣火災報警功能，建議配置：1個低壓開關柜（以8個回路計），配1臺PMC-59IV（或者8臺PMC-51I）1臺PMC-53M-12-12R；對1個低壓開關柜，一次既有單相CT、又有三相CT，單相CT回路少的情況，則建議干脆全配PMC-53M，從生產(chǎn)、調(diào)試、維護等均方便，價格也相差不大。l 剩余電流互感器所帶導線不能太長（PMC-MIR的二次線長度2或4m），且剩余電流互感器所帶二次負載不能太大，同時考慮避免強電干擾，因此1臺PMC-53M-12-12R（可最多采集12路剩余電流）一般也僅限于1個低壓開關柜、1個強電井內(nèi)部使用。反對跨柜、跨樓層，配置1臺多回路探測器和多只探測器。

15、l 建筑物電氣火災的剩余電流報警監(jiān)控方案可采用全范圍多級監(jiān)控、全范圍一級監(jiān)控及局部范圍一級監(jiān)控三種不同的方案。1）對于火災自動報警系統(tǒng)保護對象分級為特級的建筑物，可采用全范圍多級監(jiān)控方案。即以末端監(jiān)測為基礎，在正常照明、應急照明、正常電力、消防電力四類配電系統(tǒng)中一、二或三級配電箱柜均設置保護監(jiān)測點，級數(shù)不宜超過三級，一般為二級。2）對于火災自動報警系統(tǒng)保護對象分級為一級的建筑物，可采用全范圍一級監(jiān)控方案，即在四類配電系統(tǒng)中的二或三級配電箱只設置一級保護監(jiān)測點。l 剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器與漏電開關的關系：基于電氣火災監(jiān)控探測器的定義，剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器的任務僅在于防范電氣火災，與

16、GB16917-2003所規(guī)范的RCBO（剩余電流動作斷路器，即“漏電開關”）在防護功能、技術參數(shù)、結構要求等方面有很大區(qū)別。RCBO更側重于人身安全的防護。兩者應當配合使用，但不能相互替代。l 對電流、電壓及其他電力參數(shù)的計量監(jiān)控和故障防護，現(xiàn)有的電工器件已十分成熟。在電氣火災監(jiān)控探測器上添加這些功能（GB50045-94（2005版高規(guī)）的“過電流探測”），只是擴展性的，并非必要。當然，如果在某些場合用戶確實需要同時具備過電流、異常電壓報警，則又另當別論。l 幾個相關的概念 “剩余電流”：交流供電線路相線（La、Lb、Lc）與中性線N的電流的矢量和。當沒有發(fā)生單相接地故障時，無論三相負載平

17、衡與否，此矢量和的理論值為零（實際上還存在著線路與設備的正常泄漏電流）；當發(fā)生接地故障時，剩余電流為接地故障電流和正常泄漏電流的矢量和。 “零序電流”：交流供電線路相線（La、Lb、Lc）的電流的矢量和。當沒有發(fā)生接地故障時，此矢量和的理論值等于中性線N電流的值。當發(fā)生接地故障時，零序電流為相線（La、Lb、Lc）的電流、接地故障電流和正常泄漏電流三者的矢量和；這時，它與中性線N電流是不相等的。 “正常泄漏電流”：在無絕緣故障的情況下，從設備的帶電部件流入大地的電流。這種電流往往是由非純阻性的阻抗引起的，是某些設備固有的工作特性決定的、在一定范圍內(nèi)允許。 “接地故障電流”：由于絕緣故障或通過非

18、預期負載而流入大地的電流。俗稱“漏電電流”。這種電流是相線對地發(fā)生電弧性短路而產(chǎn)生的。一般認為，在非可燃物質(zhì)環(huán)境下，100mA以下尚不構成火災危險?！笆Ｓ嚯娏骰ジ衅鳌保禾綔y供電線路剩余電流的互感器，它的一次回路是相線（La、Lb、Lc）和中性線N。即相線和中性線同時、同向穿過窗口。剩余電流互感器的主要要求是mA級的高精度、40A以上的抗過載能力。 “零序電流互感器”：探測供電線路零序電流的互感器，它的一次回路是相線（La、Lb、Lc）。即所有相線同時、同向穿過窗口。 l 設置探測器參數(shù)剩余電流式探測器的基本參數(shù)是報警電流值和報警延時。報警電流值報警電流設定值不宜小于被保護電氣線路和設備正常運行

19、時的泄漏電流最大值的2倍，但不應大于1O00mA，盡可能控制在500mA以下。被保護電氣線路和設備正常運行時的泄漏電流值，在供電系統(tǒng)設計時就應根據(jù)該線路和設備的產(chǎn)品國標基本確定下來，并以此為依據(jù)，設計報警電流值。例如，某區(qū)域設計有100個照明點，全部使用國家推廣的節(jié)能照明燈具，每個合格電子鎮(zhèn)流節(jié)能燈的標準泄漏電流極值是0.5mA。加上其他用電器，估算該區(qū)域正常運行時的泄漏電流將有50mA左右，那么該區(qū)域配電柜的剩余電流式探測器的報警電流值應設計為100mA左右。雖然報警電流值還需要在現(xiàn)場具體設定，但如果發(fā)現(xiàn)實際的泄漏電流比設計估算的正常泄漏電流大很多，就要注意是否有不合格設備或錯誤施工（如線路

20、絕緣不良、共零、TN-C系統(tǒng)、N線重復接地等）。報警電流的設計值有助于防止將故障泄漏電流當成正常泄漏電流，從而埋下隱患。據(jù)相關文獻報告，在電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場調(diào)試過程中，排查異常泄漏電流原因所花時間最多！兩級或多級探測監(jiān)控的報警電流值應考慮選擇特性，即上游探測器的報警電流設計值至少是下游探測器中最大的報警電流設計值的1.5倍，但最好小于500mA。推薦3級剩余電流報警設置值為100mA、300mA、500mA。報警延時電氣火災監(jiān)控是前期預警系統(tǒng)，出現(xiàn)漏電報警后只要能及時處理，不致于立刻發(fā)生火災。一般情況下，探測器只用于報警，尤其是用于消防電源線路。如要求發(fā)生接地故障時必須自動切斷保護對象的供電

21、，則應注意上下級的動作時間配合，以免造成大范圍的停電。各終端用戶配電箱均裝有剩余動作電流30mA、動作時間0.1秒的RCBO。為避免一戶發(fā)生嚴重漏電導致整層斷電，樓層配電柜的探測器的脫扣信號輸出延遲時間應設計為2秒左右。時間階梯推薦設置值2s左右。（相關標準對電氣火災監(jiān)控探測器的延時要求是3040s，而做為人身安全保護的漏電開關延時設置值很小、階梯0.2s。）l 探測器供電方式探測器安裝在各自的開關柜、配電箱內(nèi)，從對應斷路器的進線端就近取得交流電源即可。它的優(yōu)點是無需專用整流器和專用電源線，系統(tǒng)網(wǎng)絡只有通訊線，布線較方便，投資較節(jié)省。如果通訊可靠，甚至可以采用無線通訊或載波通訊。因為沒電便不會

22、發(fā)生電氣火災，即使此地的電氣火災探測器暫時停止工作也沒有關系。l 電氣火災探測器剩余電流的接線基于現(xiàn)場的反饋，初裝剩余電流互感器及其探測器時，現(xiàn)場多處因施工、接線問題，剩余電流誤報警頻繁而排查很花時間。特列出以下附圖，提醒注意。裝有探測器的配電箱中一次回路接法l 對漏電流保護功能、剩余電流式探測器配置說明如下：樓層配電箱的相關饋出，（空開）配置漏電流保護跳閘，為保護人身、設備安全，設置值30mA，0.1s。樓層配電箱的進線，配置剩余電流式電氣火災探測器，一般做電氣火災報警，設置值100300mA左右（要大于配電系統(tǒng)的固有泄漏電流），延時2s左右報警。與下一級（樓層配電箱的饋出）有一個配合關系，但功能有差異。低壓開關柜的饋出，配置剩余電流（保護）探測，可作為電力監(jiān)控的一個輔助功能，一般納入電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)。畢竟電氣（火災）相關問題，是1個預警，由電氣人員處理更專業(yè)、更合適。其設置值300500mA左右，延時約5s左右報警。與下一級（樓層配電箱的進線）也有一個配合關系，還有后備的作用。對于低壓開關柜的進線、分段、電容器等回路，不需要配置剩余電流探測（保護）功能。l 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的安裝因不規(guī)范的電氣安裝導致了不少的電氣火災問題。在相關工作中與相關方接觸發(fā)現(xiàn)，大家都不清楚電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的