趙娜
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定

摘要：本文簡述了電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的組成原理，分析了電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)在應用中的設計依據(jù)和相關規(guī)范。zui后通過安科瑞剩余電流式電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)在長春英海大廈項目的實例介紹，闡述了電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)功能的實現(xiàn)及其重要意義。

關鍵詞： 電氣火災；監(jiān)控系統(tǒng)；Acrel-6000/B；長春英海大廈

0 言

  電氣火災般是指由于電氣線路、用電設備及供配電設備出現(xiàn)故障性釋放的熱能，如高溫、電弧、電火花以及非故障性釋放的能量;如電熱器具的熾熱表面，在具備燃燒條件下引燃本體或其它可燃物而造成的火災，也包括由雷電和靜電引起的火災。電氣火災主要包括以下四個方面：漏電火災，短路火災，過負荷火災，接觸電阻過大火災。

*部*《中火災統(tǒng)計年鑒》顯示：2010年火災事故中，電氣火災居*，且所占比例呈上升趨勢，造成的損失十分慘重。事實上，電氣火災已成為消防安全的主要致災因素，不僅次數(shù)多、損失大，而且多年來直居高不下。

電氣火災事故所占比例逐年增高，令人堪憂。對于嚴峻的電氣火災形勢，早期預料、預警、預報則成消防工作的重中之重，從源頭上杜絕電氣火災的發(fā)生成了關注的焦點。預防和有效遏制電氣火災的任務已經(jīng)迫在眉睫。家有關部門相繼制訂或修改了有關標準規(guī)范，要求在建筑中設置電氣火災監(jiān)控報警系統(tǒng)。

1 參考標準

   近年來，家為了加大電氣火災監(jiān)控防范的力度，相繼制訂或修改了批相關標準規(guī)范，加強對電氣火災的預防。主要有：

1．是GB50045-95(2005版)《高層民用建筑設計防火規(guī)范》，其中在條文9.5.1里規(guī)定:高層建筑內火災危險性大、人員密集等場所宜設置漏電火災報警系統(tǒng)。

2．是GB50016-2006《建筑設計防火規(guī)范》，在條文11.2.7里規(guī)定:下列場所宜設置剩余電流動作電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)。這些場所包括各種類型的影劇院、館所、倉庫、住宅小區(qū)、醫(yī)院、商店、學校等等。

3．家標準《建筑電氣火災預防要求和檢測方法》有關條文也明確要求“應在電源進線端設置自動切斷電源或報警的剩余電流動作保護器”。

4．電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的產品應滿足:GB14287.1-2005《電氣火災監(jiān)控設備》、 GB14287.2-2005《剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器》、GB14287.3-2005《測溫式電氣火災監(jiān)控探測器》

5．電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的安裝和運行應滿足GB13955-2005《剩余電流動作保護裝置安裝和運行》

6．電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的供電應滿足GB50052《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》的要求

7．電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的設計應滿足《電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的設計方法》的要求(暫行規(guī)定)

2 系統(tǒng)組成

根據(jù)家標準GB14287-2005《電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)》以及相關規(guī)范《電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的設計方法》(暫行規(guī)定)，則電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的基本組成應包括：電氣火災監(jiān)控設備、剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器以及測溫式電氣火災監(jiān)控探測器等三個zui基本產品種類所組成。

1、 剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器又由監(jiān)控探測器和剩余電流互感器(分對插式、閉合式兩種)所組成；測溫式電氣火災監(jiān)控探測器由監(jiān)控探測器和測溫傳感器所組成。

2、 剩余電流式電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結構，由站控管理層、網(wǎng)絡通訊層和現(xiàn)場設備層組成。各電氣火災監(jiān)控探測器通過屏蔽雙絞線RS485接口，采用MODBUS通訊協(xié)議總線型連接接入通訊服務器，然后通過五類線TCP/TP協(xié)議進入工業(yè)交換機，然后通過光纜到達監(jiān)控主機。

a）現(xiàn)場設備層主要是連接網(wǎng)絡中用于電參量采集測量的各類型的儀表和保護裝置等，也是構建該監(jiān)控系統(tǒng)必要的基本組成元素。不僅肩負著采集數(shù)據(jù)的重任，同時也是執(zhí)行后臺控制命令的終端元件。

b）通訊控制層主要是由通訊服務器、接口轉換器件及總線網(wǎng)絡等組成。該層是數(shù)據(jù)信息交換的橋梁，不同的接口轉換器件提供了RS232、RS422、RS485、SPABUS等及以太網(wǎng)等各種接口，組網(wǎng)方式靈活，支持點對點的通訊、現(xiàn)場總線網(wǎng)絡、以太網(wǎng)等類型的組態(tài)網(wǎng)絡。通訊服務器主要用于直接對現(xiàn)場儀器儀表轉達上位機的各種控制命令，并負責對現(xiàn)場儀器儀表回送的數(shù)據(jù)信息進行采集、分類和存儲等工作，如電壓/電流等電參量、輸入開關量狀態(tài)、修改儀表內部參數(shù)或各種控制繼電器斷開/閉合的操作命令等；微機保護裝置主要是為保證上位機的正常工作，避免網(wǎng)絡中不穩(wěn)定信號對其造成的干擾或破壞；接口轉換器件則是由于現(xiàn)場儀表或其它系列的裝置與上位機的通訊接口存在差異，需要進行轉換方可進行數(shù)據(jù)交換。

c）管理測控層是針對監(jiān)控網(wǎng)絡的管理人員，該層直接面向用戶。該層也是系統(tǒng)的zui上層部分，主要是由電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)軟件和必要的硬件設備如計算機、打印機、UPS等。其中軟件部分具有良好的人機交互界面，通過數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議讀取置機采集的現(xiàn)場各類數(shù)據(jù)信息，自動經(jīng)過計算處理，以圖形、數(shù)顯、聲音等方式反映現(xiàn)場的運行狀況，并可接受管理人員的操作命令，實時發(fā)送并檢測操作的執(zhí)行狀況，以保證供用電單位的正常工作。

3系統(tǒng)特點和工作原理

電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的特點在于剩余電流電監(jiān)控方面屬于先期預報警系統(tǒng)。與傳統(tǒng)火災自動報警系統(tǒng)不同，電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)早期報警是為了避免損失，而傳統(tǒng)火災自動報警系統(tǒng)是為了減少損失。所以，這就是說為什么不管是新建或是改建工程項目，尤其是已經(jīng)安裝了火災自動報警系統(tǒng)的單位，仍需要安裝電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的根本原因。

電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)測量剩余電流和溫度兩個物理量。

剩余電流測量是根據(jù)基爾霍夫電流定律：在同時刻，電路中流入和流出個節(jié)點的電流矢量和為。以TN-S系統(tǒng)為例，將A/B/C/N同時穿過剩余電流互感器，當系統(tǒng)未發(fā)生漏電時，流入和流出剩余電流互感器的電流矢量和為，此時，剩余電流互感器感應出的二次電流也為0;當某相對大地發(fā)生漏電，此時流入和流出剩余電流互感器的電流矢量和不再為，其大小等于從大地流走的電流即漏電流。此漏電信號通過剩余電流互感器的二次接線傳輸至電氣火災探測器，經(jīng)運算放大、A/D轉換后送入CPU，經(jīng)過系列算法后，對變化的幅值進行分析、判斷，并與報警設定值進行比較，若超出定值則發(fā)出聲光報警信號并上送至后臺電氣火災監(jiān)控設備。

溫度測量采用溫度傳感器，般采用Pt100傳感器進行測量。該種類型的溫度傳感器測溫穩(wěn)定、量程范圍大，適合在現(xiàn)場監(jiān)測線纜溫度和環(huán)境溫度使用。當溫度發(fā)生變化時，Pt100自身阻值發(fā)生同比例變化，將該電阻信號傳輸?shù)诫姎饣馂奶綔y器，經(jīng)過系列信號轉化和運算后，將zui終結果同溫度報警定值進行比較，若超出定值則發(fā)出聲光報警信號并上送至后臺電氣火災監(jiān)控設備。

4 系統(tǒng)設計注意事項和方法

4.1 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)主要監(jiān)測剩余電流和溫度兩類對象，在設計時應注意的基本要點

(1)關于剩余電流

由于剩余電流監(jiān)測的原理采用了基爾霍夫電流定律，所以，對所應用的低壓配電系統(tǒng)形式有定要求。目，可以應用剩余電流互感器的低壓配電系統(tǒng)有：TT系統(tǒng)，IT系統(tǒng)，TN-S系統(tǒng)，不能使用在TN-C系統(tǒng)中。對將要設計安裝電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的用戶，不管是新工程或舊工程改造項目，先要調查核實該用戶低壓配電系統(tǒng)的系統(tǒng)接地形式是什么，否則，設計安裝剩余電流互感器的點位進行檢測是根本無法施行的。

關于AC220V單相供電系統(tǒng)，剩余電流互感器只要套住L/N兩根電源線即可，但要求中性線N此后不容許再接地。對于AC380V三相供電系統(tǒng)，由于有三相三線制、三相四線制、三相五線制等使用狀況，則根據(jù)具體情況將剩余電流互感器同時套住A/B/C三相電源線，或同時套住A/B/C/N線。同理，要求中性線N此后不許再接地，保護線PE不得穿過互感器。

在系統(tǒng)接地的形式為TN-C型時工業(yè)自動化網(wǎng)，必須將其改造為TN-S型、TN-C-S型或局部TT型系統(tǒng)后，才可以安裝剩余電流檢測裝置。

(2)關于溫度

溫度測量與系統(tǒng)接地的形式無關，主要考慮包括線纜在內的低壓配電裝置中關鍵部位的溫度，般在二級保護的線路中應用。溫度探頭Pt100可采用接觸式布置法，當被檢測對象為絕緣體時，宜將探測器的溫度傳感器直接設置在被探測對象的表面。當被檢測對象為配電柜內部溫度變化時，可采用非接觸式布置，靠近發(fā)熱部件。

4.2 系統(tǒng)設計中的點位分配

根據(jù)家標準GB13955-2005《剩余電流動作保護裝置安裝和運行》4.4條中關于分級保護的規(guī)定，安裝剩余電流火災監(jiān)控裝置時，點位分配原則的步驟是：

(1)研究分析被控低壓AC380V/220V配電線路的相關圖紙，將建筑電氣的分布情況調查核實，確定配電設備(如配電柜、箱、盤、電纜等重要設備)的位置，把每個監(jiān)控探測器分配到相應的配電設備上，以此來確定探測器的數(shù)量，避免重設浪費。

(2)確定分級保護。為了縮小發(fā)生人身電擊事故和接地故障切斷電源時引起的停電范圍，通常在供電線路的不同地點安裝三級(或兩級)不同容量的剩余電流保護裝置，以形成分級保護。根據(jù)用電負載及線路情況，般分兩級或三級保護，適用于城鎮(zhèn)和農村*級和二級保護。

其中，重要線路應包括安防、消防、應急電源、通道照明線路及不容許停電的重要場所。

(3)二級保護中，所有開關處都要設置安裝剩余電流火災監(jiān)控探測器，即在線路的電源端(*級保護)和分支端(二級也稱為末端保護)都要安裝剩余電流探測器，并接入電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)，只作火災監(jiān)控報警。

(4)三級保護中，三級(即末端保護)開關處應設置剩余電流探測器及動作保護裝置，但不接入電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)，為的是防止人身觸電。

(5)溫度檢測是以配電設備異常時發(fā)熱為基本原則而進行的。

1)變壓器低壓側出線端子、變壓器體溫(風溫、油溫、水溫)測試點、負荷開關觸頭。

2)各配電柜(箱)的進出母線接點、自動開關(斷路器、刀開關)觸頭、大電流導線集中部位、線纜駁接點。

3)母聯(lián)柜主接點、刀開關觸頭。

4)補償電容器接線端子、轉換開關觸頭。

(6)根據(jù)點位安裝總數(shù)，再選擇相應的壁掛、立式或琴臺。

5 系統(tǒng)參數(shù)的配置

5.1 報警值設置范圍

依據(jù)家標準GB14287.2-2005中的規(guī)定，剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器的報警值設置范圍在20~1000mA之間。按此要求，般把電源總進線處的剩余電流動作值定為400~800mA，電源分支線路上的剩余電流動作值定為100~400mA.般在實際現(xiàn)場，設置剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器的報警值，具體地說應不小于被保護電氣線路和設備的正常運行時泄漏電流zui大值的2倍，且不大于1000mA。電氣火災探測器的報警設定值應考慮配電系統(tǒng)及用電設備的正常泄漏電流。

5.2 關于電纜溫升報警設定參考，根據(jù)《電力電纜設計規(guī)范》對電纜有關溫度的規(guī)定

(1)60℃以上高溫場所應按經(jīng)受高溫及其持續(xù)時間和絕緣類型要求，選用耐熱聚氯乙烯、交聯(lián)聚乙烯或乙丙橡皮絕緣等耐熱型電纜100℃以上高溫環(huán)境宜選用礦物絕緣電纜。高溫場所不宜選用普通聚氯乙烯絕緣電纜。

(2)電纜持續(xù)允許載流量的環(huán)境溫度應按使用地區(qū)的氣象溫度多年平均值確定，并應符合規(guī)定。在戶內電纜溝敷設時，環(huán)境溫度為場所zui熱月的日zui高溫度平均值另加5℃.

　 (3)電纜所承受溫升與敷設及散熱條件有關。

6 系統(tǒng)設計實例

長春英海大廈占地面積6665平方米，規(guī)劃建設集商務、住宅為體的35層約10萬平方米樓宇。

長春英海大廈電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)由電氣火災監(jiān)控裝置Acrel-6000/B、漏電火災探測器ARCM200L-J8、漏電流互感器AKH-0.66L組成。

        Acrel-6000電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)是本公司自主研發(fā)的用于接收剩余電流式電氣火災探測器等現(xiàn)場設備信號，以實現(xiàn)對被保護電氣線路的報警、監(jiān)視、控制、管理的運行于計算機的工業(yè)級硬件/軟件系統(tǒng)。本系統(tǒng)應用于大型商場、生活小區(qū)、生產基礎、辦公大樓、商場酒店等區(qū)域的消防控制中心，對分散在建筑內的探測器進行遙測、遙調、遙控、遙信，方便實現(xiàn)監(jiān)控與管理。本系統(tǒng)采用標準的Modbus現(xiàn)場總線將具有通信功能的探測器相互連接起來，當現(xiàn)場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，能指示報警部位并保存報警信息。

        長春英海大廈現(xiàn)場共有ARCM200L-J8剩余電流式儀表23只，安裝于大廈低壓配電室配電柜。現(xiàn)場儀表采用總線方式接至消控中心的Acrel-6000/B壁掛式電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)具有安裝運輸方便、性價比高、維護方便等點。

主要技術參數(shù)

電源：

① 額定工作電壓AC220V（-15% ～ +10%）

② 備用電源：主電源欠壓或停電時，維持監(jiān)控設備工作時間 ≥4小時

工作制：

24小時工作制

通訊方式：

RS485總線通訊，Modbus-RTU通信協(xié)議，傳輸距離1km，可通過中繼器延長通訊傳輸距離

監(jiān)控容量：

① 監(jiān)控設備zui高可監(jiān)控200個監(jiān)控單元（探測器）

② 可配接ARCM系列監(jiān)控探測器

監(jiān)控報警項目：

① 剩余電流故障（漏電）：故障單元屬性（部位、類型）

② 溫度報警（超溫）： 故障單元屬性（部位、類型）

③ 電流故障（過流）： 故障單元屬性（部位、類型）

監(jiān)控報警響應時間： ≤30s 

監(jiān)控報警聲壓級（A計權）：≥70dB／1m

監(jiān)控報警光顯示：紅色LED指示燈，紅色光報警信號應保持，直至手動復位 

監(jiān)控報警聲信號：可手動消除，當再次有報警信號輸入時，能再次啟動

故障報警項目：

① 監(jiān)控設備與探測器之間的通訊連接線發(fā)生斷路或短路

② 監(jiān)控設備主電源欠壓或斷電

③ 給電池充電的充電器與電池之間的連接線發(fā)生斷路或短路

故障報警響應時間：≤100s 

監(jiān)控報警聲壓級（A計權）：≥70dB／1m

監(jiān)控報警光顯示：黃色LED指示燈，黃色光報警信號應保持至故障排除

故障報警聲信號：可手動消除，當再次有報警信號輸入時，能再次啟動

故障期間，非故障回路的正常工作不受影響

控制輸出：

報警控制輸出：1組常開無源觸點，容量：AC250V 3A或DC30V 3A

自檢項目：

① 指示燈檢查：報警、故障、運行、主電源、備用電源指示燈 

② 顯示屏檢查

③ 音響器件檢查 

自檢耗時 ≤60s 

事件記錄：

① 記錄內容：記錄類型、發(fā)生時間、探測器編號、區(qū)域、故障描述，可存儲記錄不少于2萬條

② 記錄查詢：根據(jù)記錄的日期、類型等條件查詢

操作分級：

① 日常值班級：實時狀態(tài)監(jiān)視、事件記錄查詢

② 監(jiān)控操作級：實時狀態(tài)監(jiān)視、事件記錄查詢、探測器遠程復位、設備自檢

③ 系統(tǒng)管理級：實時狀態(tài)監(jiān)視、事件記錄查詢、探測器遠程復位、設備自檢，監(jiān)控設備系統(tǒng)參數(shù)查詢、監(jiān)控設備各模塊單獨檢測、操作員添加與刪除

使用環(huán)境條件：

① 工作場所：消防控制室內、有人值班的變配電所（配電室）、有人值班的房間內墻壁上

② 工作環(huán)境溫度：0℃～40℃

③ 工作環(huán)境相對濕度：5%～95%RH

④ 海拔高度：≤2500m

基本功能

1.監(jiān)控報警功能：

監(jiān)控設備能接收多臺探測器的漏電、溫度信息，報警時發(fā)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，聲光報警直保持，直至按顯示屏“復位”按鈕遠程對探測器實現(xiàn)復位。對于聲音報警信號也可以使用顯示屏“消聲”按鈕手動消除。

2.故障報警功能

通訊故障報警：當監(jiān)控設備與所接的任臺探測器之間發(fā)生通訊故障時，監(jiān)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(fā)出故障報警聲音。

電源故障報警：當主電源或備用電源發(fā)生故障時，監(jiān)控設備也發(fā)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。

3.自檢功能

檢查設備中所有狀態(tài)指示燈、顯示屏、喇叭是否正常。

4.報警記錄存儲查詢功能

當發(fā)生漏電、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.電源功能

當主電源發(fā)生停電、欠壓等故障時，監(jiān)控設備可自動切換到備用電源工作，當主電源恢復正常供電時，自動切回到主電源，切換過程中保證監(jiān)控設備連續(xù)平穩(wěn)運行。

6.對探測器控制功能

通過監(jiān)控軟件操作，可對連接到本設備的所有探測器進行遠程復位控制。

7.權限控制功能

為確保監(jiān)控系統(tǒng)的安全運行，監(jiān)控設備軟件操作權限分為三級，不同級別的操作員具有不同的操作權限。

系統(tǒng)組網(wǎng)結構

1）站控管理層

        站控管理層針對電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的管理人員，是人機交互的直接窗口，也是系統(tǒng)的zui上層部分。主要由系統(tǒng)軟件和必要的硬件設備，如觸摸屏、UPS電源等組成。監(jiān)測系統(tǒng)軟件對現(xiàn)場各類數(shù)據(jù)信息計算、分析、處理，并以圖形、數(shù)顯、聲音、指示燈等方式反應現(xiàn)場運情況。

        監(jiān)控主機：用于數(shù)據(jù)采集、處理和數(shù)據(jù)轉發(fā)。為系統(tǒng)內或外部提供數(shù)據(jù)接口，進行系統(tǒng)管理、維護和分析工作。

        UPS：保證計算機監(jiān)測系統(tǒng)的正常供電，在整個系統(tǒng)發(fā)生供電問題時，保證站控管理層設備的正常運行。

后臺監(jiān)控設備設置在大廈消控中心。
2）網(wǎng)絡通訊層

        通訊介質：系統(tǒng)主要采用屏蔽雙絞線，以RS485接口，MODBUS通訊協(xié)議實現(xiàn)現(xiàn)場設備與上位機的實時通訊。

3）現(xiàn)場設備層

        現(xiàn)場設備層是數(shù)據(jù)采集終端，主要為ARCM200L-J8剩余式電氣火災監(jiān)控探測器。ARCM200L 型剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器，是針對 0.4kV 以下的TT、TN 系統(tǒng)設計的，通過對配電回路的剩余電流、導線溫度、過電流、過電壓等火災危險參數(shù)實施監(jiān)控和管理，從而預防電氣火災的發(fā)生，并實現(xiàn)了對多種電力參數(shù)的實時監(jiān)測,為能耗管理提供的數(shù)據(jù)。產品采用先進的微控制器技術，集成度高，體積小巧，安裝方便，集智能化，數(shù)字化，網(wǎng)絡化于身，是建筑電氣火災預防監(jiān)控、系統(tǒng)絕緣老化預估等的理想選擇。產品符合 GB14287.2-2005《電氣火災監(jiān)控系統(tǒng) 2部分：剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器》的標準要求。

     現(xiàn)場總線連接的分布式I/O控制器構成數(shù)據(jù)采集終端，向數(shù)據(jù)中心上傳采集的數(shù)據(jù)。測量儀表擔負著zui基層的數(shù)據(jù)采集任務，其監(jiān)測的數(shù)據(jù)必須完整、準確并實時傳送至監(jiān)控主機。便于運行人員監(jiān)控現(xiàn)場設備運行狀態(tài)，故障報警等情況，有效預防火災事故發(fā)生。

    該系統(tǒng)自投運以來，運行良好，在預防電氣火災方面發(fā)揮了重要作用，獲得了客戶對產品和公司的認可與信賴。

參考文獻

[1].任致程 周中. 電力電測數(shù)字儀表原理與應用指南[M]. 北京. 中電力出版社. 2007. 4

[2].周中.電力儀表在大型公共建筑電能分項計量中的應用[J].現(xiàn)代建筑電氣 2010. 6