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电气火灾监控设备与电气火灾监控系统设计探讨

发布时间:2015-7-20 10:17:22  作者:

  电气火灾监控设备与电气火灾监控系统设计探讨

  摘要:电气火灾监控系统属于漏电监控方面的先期预报警系统,与传统火灾自动报警系统不同的是,电气火灾监控系统早期报警是为了避免损失,而传统火灾自动报警系统是为了减少损失,本文简要介绍了电气火灾设备与电气火灾监控系统的设计应用及基本组成与工作原理。

  关键词:电气火灾监控系统 监控设备 监控系统 电气火灾监控

  1、系统的特点

  电气火灾监控系统属于先期预报警系统,与传统火灾自动报警系统不同的是,电气火灾监控系统早期报警是为了避免损失,而传统火灾自动报警系统是为了减少损失。所以,这就是说为什么不管是新建或是改建工程项目,尤其是已经安装了火灾自动报警系统的单位,仍需要安装电气火灾监控系统的根本原因。

  2、系统设计应用的依据

  ⑴电气火灾监控系统的设计与应用,主要依据是根据国家标准中的相关条文:

  其一,是GB50045-95《高层民用建筑设计防火规范》,其中在条文9.5.1里规定:高层建筑内火灾危险性大、人员密集等场所宜设置漏电火灾报警系统。

  其二,是GB50016《建筑设计防火规范》,在条文11.2.7里规定:下列场所宜设置剩余电流动作电气火灾监控系统。这些场所包括各种类型的:影剧院、馆所、仓库、住宅小区、医院、商店、学校等等。

  其三,国家标准《建筑电气火灾预防要求和检测方法》有关条文也明确要求“应在电源进线端设置自动切断电源或报警的剩余电流动作保护器”。

  其四,电气火灾监控系统的产品应满足:GB14287.1《电气火灾监控设备》GB14287.2《剩余电流式电气火灾监控探测器》GB14287.3《测温式电气火灾监控探测器》。

  其五,电气火灾监控系统的安装和运行应满足GB13955《剩余电流动作保护装置安装和运行》。

  其六,电气火灾监控系统的供电应满足GB50052《供配电系统设计规范》的要求。

  其七,电气火灾监控系统的设计应满足《电气火灾监控系统的设计方法》的要求(暂行规定)。

  ⑵对“宜”字的理解

  国家标准《建筑电气火灾预防要求和检测方法》有关条文中明确要求“应在电源进线端设置自动切断电源或报警的剩余电流动作保护器”。在《剩余电流动作保护装置安装和运行》有关条文中也同样明确要求“必须安装剩余电流保护装置的设备和场所”。其中就末端保护和线路保护做出了具体规则,另外,在4.6条款里,同样明确在某些场所“应安装报警式剩余电流保护装置”的具体规定。这些都是强制性的规定。

  在国家标准《高层民用建筑设计防火规范》和《建筑设计防火规范》里,对是否安装电气火灾监控系统是以“宜”安装来表示的。所谓“宜”安装,按着规范里用词说明指出:表示允许也稍有选择。也就是说可以安装,也可以不安装。

  怎样理解“宜”字的含意,把握好“宜”安装电气火灾监控系统的设计和应用呢?笔者认为,随着祖国现代化建设的快速发展和人民生活水平的不断提高,用电量大为增加,相应地电气火灾事故的发生则居高而不下,造成的损失也是不可估量的,综合考察我国发生火灾的趋势,故安装电气火灾监控系统是非常迫切的、必要的。

  再说,若是我们把低压配电系统中的尚未造成火灾发生的隐患,事先有效地通过对漏电、温度的异常变化以及它们可能引起的火灾进行预报、监控,大大地降低火灾事故的发生,避免损失不是比减少损失的效果更好吗?笔者相信,强制性地必须安装电气火灾监控系统的全国性的普及措施,已经为期不远了。

  3、系统的基本组成及工作原理

  ⑴基本组成

  根据国家标准GB14287-2005《电气火灾监控系统》以及相关规范《电气火灾监控系统的设计方法》(暂行规定),则电气火灾监控系统的基本组成应包括:电气火灾监控设备、剩余电流式电气火灾监控探测器以及测温式电气火灾监控探测器等三个最基本产品种类所组成。其中,剩余电流式电气火灾监控探测器又由监控探测器和剩余电流互感器(分对插式、闭合式两种)所组成。测温式电气火灾监控探测器由监控探测器和测温传感器所组成。

  目前,国内设计、开发、生产电气火灾监控系统产品的厂家,知道的已有十来家,但从获得的实际信息资料来看,该系统最基本产品种类的配置齐全的只有几家。

  ⑵工作原理

  其基本原理是,当电气设备中的电流、温度等参数发生异常或突变时,终端探测头(如剩余电流互感器、温度传感器等)利用电磁场感应原理、温度效应的变化对该信息进行采集,并输送到监控探测器里,经放大、A/D转换、CPU对变化的幅值进行分析、判断,并与报警设定值进行比较,一旦超出设定值则发出报警信号,同时也输送到监控设备中,再经监控设备进一步识别、判定,当确认可能会发生火灾时,监控主机发出火灾报警信号,点亮报警指示灯,发出报警音响,同时在液晶显示屏上显示火灾报警等信息。值班人员则根据以上显示的信息,迅速到事故现场进行检查处理,并将报警信息发送到集中控制台。

  4、系统产品的选型

  观察国内电气火灾监控系统的产品市场,其监控探测器的结构形式主要有三种类型,即多功能漏电开关型、分离配置型、分离配置整合型。如何为用户设计安装电气火灾监控系统,在实际中又能稳定可靠地得到应用,则选择该系统的产品是重要环节,也是值得探讨的一个问题。

  ⑴多功能漏电开关型

  其特点是:监控探测器除了自身应有的剩余电流探测(或温度探测)、报警功能外,又扩展多项功能,例如:过电流、过电压、延时送电、防雷、欠压、组网实现远程集中监控以及其它等等功能,汇集在一起。这种类型从外部目测结构为盒装,从内部观看,则是将含有电源变换电路、信号处理电路、报警电路、显示电路、通信、联动接口等的监控探测器与电流互感器、剩余电流互感器、主回路分断开关(100A以下多用磁保持继电器、100A以上用接触器或空开——塑壳断路器)统统地集聚于一体,组成一种多功能式的漏电开关产品。该类型产品的优点是:保护功能多,内置电流互感器、剩余电流互感器(包括温度传感器),接线少,整体度高。而由此产生的缺点是:结构复杂、成本加大、故障率偏高,特别是信号的监控、探测、分析、处理、报警、通信、联动接口等电路与ABC三相主电(或单相)回路的间隔距离太近,易遭受强电磁场的干扰,降低产品性能的稳定可靠性。

  再说,其内部包含的电源控制开关(断路器),是低压配电系统中的关键配电产品,它必须通过电气开关类的电气产品的3C认证。在安装使用上也不太方便,如新建工程则需要和配电箱(柜)厂家沟通协商合理组装,但对改造工程中已经成形并使用中的配电箱(柜)则更不适用。

  ⑵分离配置型

  此种类型是:电气火灾监控设备与电气火灾监控探测器(包括终端探测头剩余电流互感器、温度传感器)分离配置。即通过监控探测器(终端探测头)采样配电柜 (箱)内导电母线中的电流和漏电流信号,经内置单片机系统分析处理后,应用二总线通信约定,上报消防控制室或值班室里的电气火灾监控设备,且进一步分析处理后,进行所需要联动控制,从而完成该系统应有的功能。一般只有剩余电流和温度探测功能。这种系统分工明确、结构简单、成本少、故障率偏低,不含电源控制开关,不串入配电系统,只通过剩余电流互感器(或测温探头)取样信号,性能稳定可靠。不足之处是:监控设备与监控探测器、监控探测器与终端探测头之间需要敷设信号线及2芯脱扣控制线。此种类型产品无论是在新工程还是改造工程上使用,都比较方便。可以预见,这种与低压配电系统相对独立的此种产品结构形式,将是今后电气火灾监控系统产品的主要发展方向。

  ⑶分离配置整合型

  分离配置整合型是电气火灾监控设备与电气火灾监控探测器(包括终端探测头)分离配置型的一种特殊类型。它与分离配置型不同的是:其总线直接使用普通火灾报警系统的二总线,省去集中控制器和上位机,由火灾报警控制器整合电气火灾监控探测器(包括终端探测头)探测报警功能后一并控制。可喜的是,节减了电气火灾监控系统集中控制器和上位机以及组网布线,成本下降,消防中心一体化监控,界面统一,管理方便。麻烦的是,这样一来原先的火灾报警控制系统,还需要重新通过电气火灾监控系统的双重检测认证,不值得。再说这种组合,相对复杂的火灾报警系统故障率偏高,则直接影响着电气火灾监控系统,使得系统的稳定可靠性降低,甚至于造成瘫痪。所以,最好还是设置独立的电气火灾监控系统,与传统的火灾自动报警系统分开为宜。

  5、系统设计中的点位分配

  根据国家标准GB13955《剩余电流动作保护装置安装和运行》4.4条中关于分级保护的规定,安装剩余电流火灾监控装置时,点位分配原则的步骤是:

  ⑴研究分析被控低压AC380V/220V配电线路的相关图纸,将建筑电气的分布情况调查核实,确定配电设备(如配电柜、箱、盘、电缆等重要设备)的位置,把每一个监控探测器分配到相应的配电设备上,以此来确定探测器的数量,避免重设浪费。

  ⑵确定分级保护。为了缩小发生人身电击事故和接地故障切断电源时引起的停电范围,通常在供电线路的不同地点安装三级(或两级)不同容量的剩余电流保护装置,以形成分级保护。根据用电负载及线路情况,一般分两级或三级保护。适用于城镇和农村第一级和第二级保护。

  注:重要线路,应包括安防、消防、应急电源、通道照明线路及不容许停电的重要场所。

  ⑶二级保护中,所有开关处都要设置安装剩余电流火灾监控探测器,即在线路的电源端(第一级保护)和分支首端(第二级也称为末端保护)都要安装剩余电流探测器,并接入电气火灾监控系统,只作火灾监控报??)开关处应设置剩余电流探测器及动作保护装置,但不接入电气火灾监控系统,为的是防止人身触电。

  ⑸温度检测是以配电设备异常时发热为基本原则而进行的,具体检测点参考如下:

  ⊙变压器低压侧出线端子、变压器体温(风温、油温、水温)测试点、负荷开关触头。

  ⊙各配电柜(箱)的进出母线接点、自动开关(断路器、刀开关)触头、大电流导线集中部位、线缆驳接点。

  ⊙母联柜主接点、刀开关触头。

  ⊙补偿电容器接线端子、转换开关触头。

  ⑹根据点位安装总数,再选择相应的壁挂、立式或琴台。

  6、系统设计的检测方法

  电气火灾监控系统的终端信息检测,有漏电电流和温度两种检测方法。

  ⑴系统接地

  对将要设计安装电气火灾监控系统的用户,不管是新工程或旧工程改造项目,首先要调查核实该用户低压配电系统的系统接地的形式是什么,否则设计安装剩余电流互感器的点位进行检测,是根本无法施行的。低压配电系统的系统接地形式有IT型、TT型、TN-S型、TN-C型、TN-C-S型。

  ⑵低压配电系统总漏电电流的检测

  如果是检测该用户用电系统的总体绝缘状态,则前提有二:其一,必需有独立的变电系统;其二,低压配电系统的系统接地形式必须是TT或TN-S型。

  ⑶分支线路漏电电流的检测AC380V/220V

  对于AC220V单相供电系统,剩余电流互感器只要套住两根电源线即可,但要求中性线N(即零线)此后不容许再接地。

  对于AC380V三相供电系统,由于有三相三线制、三相四线制、三相五线制等使用状况,则根据具体情况将剩余电流互感器同时套住LA、LB、LC三相电源线,或同时套住LA、LB、LC+N线。同理,要求中性线N此后不许再接地,保护线PE不得穿过互感器。

  在系统接地的形式为TN-C型时,必须将其改造为TN-S型、TN-C-S型或局部TT型系统后,才可以安装剩余电流检测装置。

  ⑷温度检测,一般在二级保护的线路中应用,也就是说当需要对重要场所的导体连接部位监测温度时,宜设置测温式电气火灾探测器。它与系统接地的形式无关,主要考虑包括线缆在内的低压配电装置中关键部位的温度,可采用接触式布置法。当被检测对象为绝缘体时,宜将探测器的温度传感器直接设置在被探测对象的表面。当被检测对象为配电柜内部温度变化时,可宜靠近发热部件,采用非接触式布置。

  7、协调配合分级设置报警值

  ⑴报警值设置范围

  剩余电流式电气火灾监控探测器的报警值设置范围,依据国家标准GB14287.2中,4.2.2的规定,不应小于20mA,不应大于1000mA,且报警值应在设定值的80%-100之间。

  所以按着此项要求,一般来说把电源总进线处的剩余电流动作值定为400-800mA,电源分支线路上的剩余电流动作值定为100-400mA。

  设置范围有了,但在实际现场,设置剩余电流式电气火灾监控探测器的报警值,具体地说应不小于被保护电气线路和设备的正常运行时泄漏电流最大值的2倍,且不大于1000mA。

  ⑵固有泄漏电流估算

  电气火灾探测器的报警设定值应考虑配电系统及用电设备的正常泄漏电流(剩余电流报警设定值必须大于被测电路的泄漏电流值)。

  8、独立式电气火灾监控探测器的使用

  独立式探测器,在大型场所可直接接入电气火灾监控系统中去使用,而在无消防控制室且电气火灾监控探测器设置数量不超过4个时,则可以采用独立式电气火灾监控探测器来使用。

  在设置有火灾自动报警系统的建筑中,独立式电气火灾监控探测器的报警信息,若是接入火灾自动报警控制器或消防控制室图形显示装置显示,则其报警信息显示应与火灾报警信息显示有明显区别。严格地说按照《电气火灾监控系统的设计方法》的要求(暂行规定),当并入火灾自动报警系统时,应采用独立显示器。

  在未设置火灾自动报警系统的建筑中,独立式电气火灾监控探测器应配接火灾声光警报器来使用,在探测器发出报警信号时,应自动启动火灾声光警报器。

  在非重要供电场所,独立式电气火灾监控探测器发出报警信号后,可以在经过一段延时后,切断供电电源。

  9、监控设备的设置安装及布线设计

  电气火灾监控设备以及系统的报警信号,应设在消防控制室或有人值班的场所。主机电源应取自控制中心的消防供电(AC220V)。

  10、监控探测器的设置安装及布线设计

  各监控探测器采用现场供电,电源接入点应在该级断路器的上端。

  ⑴配电柜(箱)内部形式的安装设计

  一般新工程在楼层设有专门楼层配电柜(箱),可将探测控制器放在配电柜(箱)内,且离导电母线尽量远的导轨上安装,再将剩余电流互感器安套在电源母线上,固定牢靠,探测控制器与互感器之间的连线,应采用屏蔽导线。

  ⑵配电柜(箱)外部形式的安装设计

  在配电柜(箱)外安装探测控制器,则无论是对新工程还是改造工程,都是适用的。若有专门安装探测控制器的防火监控箱,装入探测控制器后可放在配电柜 (箱)附近。同理,剩余电流互感器安套在电源母线上,固定牢靠,探测控制器与互感器之间的连线,应采用设置范围屏蔽导线。对于改造工程,因互感器为闭合型的,所以在安装时,不仅要注意施工安全还应尽量避免断电时间过长,影响用户的用电。

  ⑶配电柜(箱)成套形式的安装设计

  若是在配电柜(箱)面板上嵌入探测控制器,剩余电流互感器依然固定牢靠在其内,不增加防火监控箱,也不想改动配电柜(箱)内部结构,既美观而方便,则应在设计中明确提出要求,由有关各方在施工图纸会审确认批准后,可由配电柜(箱)成套厂家,充分考虑预留面板上嵌入探测控制器孔的问题。

  ⑷安装布线设计及注意事项

  ⊙产品在安装布线时应采取三防措施。

  ⊙产品应按消防用电的规定执行。各个安装接线端,接线时不得反接,数量不得超过2根。

  ⊙安装布线时,必须严格区分N线和PE线,穿过剩余电流互感器的N线,不得作为PE线,不得重复接地或接设备外露可接近导体。PE线不得穿过剩余电流互感器。

  ⊙二总线安装走线时,注意强弱电线分开走线,不允许交叉和搭线。严禁与动力线、照明线、视频线、广播线、电话线等穿入同一金属管内。配线应整齐,导线应绑扎成束,穿线可用阻燃PVC管、金属管及金属线槽。在穿管、线槽后,应将管口、槽口封堵。

  ⊙监控设备与探测器之间的通讯线应采用双绞线,建议线径不得小于1.5mm2,当系统应用在强干扰场所时,通讯线应采用屏蔽双绞线,屏蔽双绞线的屏蔽层应良好接大地。


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