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方案设计

剩余电流式电气火灾监控报警系统若干问题的探讨

发布时间:2015-7-28 10:11:01  作者:固德力安

  关于剩余电流式电气火灾监控报警系统若干问题的探讨

  摘 要:对剩余电流式电气火灾报警系统中剩余电流式电气火灾监控装置分级保护,各级额定剩余动作电流、动作时间的取值,切断剩余电流线路上的电源,过电流信号等问题进行了探讨,并提出了一些参考建议。希望能给相关人员提供一些有益的参考。

  关键词:电气火灾;剩余电流电气火灾报警系统;剩余电流火灾监控装置;分级保护;额定剩余动作电流

  概述

  近年来,我国所发生的火灾事故中,电气火灾所占的比例在逐年增加。引发电气火灾的原因有很多,如短路、过负荷、接地故障、接触不良、灯具或电热设备引燃可燃物等。与一般的电气火灾相比,接地故障引起的火灾更具危险性。配电系统一般的短路、过负荷容易被熔断器、低压断路器等迅速切断而不致引起火灾。接地故障电流一般比较小,常不足以使一般的过电流保护及时切断故障。故障点多数以电弧短路的形式出现,由于电弧阻抗较大,它进一步限制了故障电流,使过电流保护更难以动作,但其局部温度却很高,2A的电弧温度可超过2000℃,0.5A的电弧能量已足以引燃可燃物质。

  正是由于以上原因,很多专家学者积极呼吁尽快采取有效的技术防范措施,遏制电气火灾的上升势头,政府相关部门也非常重视,相继制订或修订了有关国家标准和规范,要求在建筑中设置剩余电流电气火灾报警系统。如GB50045—1995《高层民用建筑设计防火规范》(2005年版)(以下简称《高规》)中增加了第9.5条:剩余电气电流火灾报警系统。此外,还有一些涉及剩余电流火灾报警系统的有关规范正在报批中,如《建筑设计防火规范》、《建筑电气火灾预防要求和检测方法》等。可以说,有关剩余电流火灾报警系统的国家标准和规范等已有一些,但由于这一系统目前在我国也只是起步推广阶段,在实际操作中也会遇到许多问题,如剩余电流火灾报警系统的设置场所,剩余电流火灾监控装置分级保护及额定剩余动作电流、动作时间的取值等。

  1 剩余电流电气火灾报警系统的设置场所问题

  由于目前没有制订专门的剩余电流火灾报警系统设计规范来规定剩余电流火灾报警系统的设置场所,《高规》也仅在第9.5.1条要求高、中层建筑内火灾危险性大、人员密集等场所宜设置剩余电流火灾报警系统,条文解释也没有具体界定是指哪些场所。对于火灾危险性大、人员密集的场所,各个地方的规定也不尽相同。根据福建省建设厅闽建设[2004]25号文,“人员密集的公共建筑物”一般是指:

  (1)建筑高度超过计划100m的高层民用建筑(超高层住宅除外)。

  (2)200床及以上的医院病房,每层建筑面积>1000m2的医院门诊楼。

  (3)每层建筑面积>3000m2的商业建筑。

  (4)超过800个座位的会堂、影剧院、礼堂。(5)省、市级及以上的博物馆、展览馆、图书馆。

  (6)超过3000个座位的体育馆。

  (7)学校教学楼、学生宿舍、食堂、图书馆。(8)建筑面积>200m2的公共娱乐场所。(9)地下影剧院和使用面积>1000m2的地下商场、医院、旅馆、展览厅及其他商业或公共活动场所。

  (10)地、市级及以上车站旅客候车室、港口候船室、民航机场候机厅。

  2 剩余电流火灾监控装置的分级保护问题

  2.1 剩余电流电气火灾监控装置的分级保护

  剩余电流火灾报警系统是用剩余电流火灾监控装置、报警器或控制器等构成的进行电器火灾实时监测并实施报警或切断电源的装置。它主要侧重于防止电气火灾事故。剩余电流火灾监控装置的分级保护设置应根据以下原则进行:首先应对建筑物内的防火区域作出合理的报警区域划分设计,确定适当的保护范围;其次应考虑配电系统发生接地故障和人身电击事故切断电源时引起的停电范围,避免大面积停电。一般情况下分为一级、二级保护。

  如果某一路配电线路在电源端设置剩余电流火灾监控装置,此路配电线路的剩余电流也就全部被监控保护了(当然这里有个剩余动作电流设定值大小的问题)。但若是发生接地故障而报警系统作用于切断电源时,则由此引起的停电范围可能会比较大。笔者认为,剩余电流火灾监控装置一般以二级保护为宜,也就是在总配电箱(电源总箱)及层配电箱处设置,对于面积较大的建筑可根据用电负荷和线路具体情况设三级保护。分级保护中,各级保护装置的动作电流值与动作时间应协调配合,符合动作选择性要求。

  2.2 低压配电线路及常用电气设备正常剩余电流的计算任何配电线路和电气设备均存在剩余电流。剩余电流一般为带电导体对地的正常泄漏电流,故又称为泄漏剩余电流。正常情况下,这种泄漏剩余电流很小,不足以引起火灾。但如果配电线路较长或线路上连接电气设备较多时,总的泄漏剩余电流可能达到剩余电流监控装置的报警设定值,而长时间的剩余电流会导致线路的绝缘老化,酿成事故或引发电气火灾。因此,在设计中应充分考虑这种剩余电流。通常配电线路和电气设备的正常剩余电流可按表1~表3进行估算。

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  GB13955—2005《剩余电流动作保护装置安装和运行》第5.7.5条规定,选用的剩余电流保护装置的额定剩余不动作电流,应不小于被保护电气线路和设备的正常运行时剩余电流最大值的2倍。需要指出的是,低压配电线路和电气设备的正常剩余电流是按相量和来计算的。在三相四线制配电系统中,由于存在120°的相位差,三相剩余电流互相抵消,其相量和虽不为零,但远远小于三相剩余电流的代数和。例如,假设某大楼有一专供150台计算机用的线路,若按代数和计算,不考虑线路等的正常剩余电流,仅计算机的剩余电流就有150×3.5mA=525mA。事实上,由于存在120°的相位差,其相量和远小于525mA。

  3 各级额定剩余动作电流及动作时间的取值问题

  剩余电流保护装置主要用于直接接触防护、间接接触防护及电气故障防护等。我国已有不少国家标准及规范等对剩余电流保护装置电流参数的取值作了规定。这里主要讨论作为电气火灾防护时,额定剩余动作电流的取值问题。引燃火灾所需的最低功率为60~100W。IEC60364242482《火灾保护》第482.2.10条规定,在有火灾危险的场所,要防止故障电流引起火灾,必须在线路中装设额定剩余动作电流不超过500mA的剩余电流保护装置或装设绝缘监察装置,并在绝缘故障时发出报警。按此规定采用IΔn≤500mA的剩余电流保护装置,则在配电线路出现引燃火灾所需的能量前,剩余电流保护装置就切断电源或发出报警信号。当然,从减少发热功率防止电气火灾的要求来看,IΔn越小,保护效果越好。但正如前面所述,IΔn的选择应考虑配电线路和电气设备的正常剩余电流等因素。当IΔn小于配电线路的正常剩余电流时,剩余电流保护装置就不能正常工作或产生误动作,就会影响供电的可靠性。由于剩余电流随天气情况和环境条件的变化而不断变化,测量和估算都有点困难。参照国外的有关资料,推荐IΔn按如下规则选取:

  (1)对于三相配电线路,有

  IΔn≥In/1000 式中 IΔn— ——剩余电流保护装置的额定剩余动作电流(mA) In———三相配电线路中的最大工作线电 流(mA)

  (2)对于单相配电线路,有

  IΔn≥In/2000 式中 In———单相配电线路中的最大工作相电流(mA)另外,GB13955—2005《剩余电流动作保护装置安装和运行》第5.7.4条规定,在采用分级保护方式时,上、下级剩余电流保护装置的动作时间差不得小于0.2s。下一级剩余电流保护装置的极限不驱动时间应大于上一级剩余电流保护装置的动作时间,且时间差应尽量小。

  根据以上的分析及相关规定,笔者认为剩余电流电气火灾监控报警系统分级保护中各级额定剩余动作电流及动作时间可参照表4和表5来选取。

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  1)利用上一级剩余电流电气火灾报警装置的断路器带短延时脱扣器使剩余电流火灾监控报警装置延时动作,一般上级剩余电流火灾监控报警装置的动作时间差应大于下级剩余电流火灾报警装置0.2s以上。

  (2)利用上、下级剩余电流保护装置的额定剩余动作电流的整定来实现动作选择性,一般要求上、下级剩余电流火灾报警装置的额定剩余动作电流值之比为2.5~3.0。

  4 切断剩余电流线路上的电源问题

  《高规》第9.5.2.3条规定,剩余电流火灾监控报警系统应能切断剩余电流线路上的电源,并显示其状态。笔者认为,其条文解释应补充说明:对于一旦切断电源,因停电造成重大经济损失及不良社会影响或危及人身安全的电气装置或场所,应不切断电源而把报警信号传到消控中心或值班室,准确报出故障线路地址,由人员迅速消除故障隐患。例如以下这些场所:

  (1)公共场所的应急照明。(2)确保公共场所安全的设备。(3)消防设备的电源。(4)防盗报警的电源。(5)其他不允许停电的特殊设备和场所。

  若是防止人身电击事故,则上述场所的负荷末端保护不得采用报警式剩余电流动作保护装置。

  5 过电流信号问题

  《高规》第9.5.2.1条要求,剩余电流电气火灾监控报警装置应探测剩余电流、过电流等信号,进行声光信号报警,准确报出故障线路地址,监视故障点的变化。一般的配电线路都具有短路、过负荷及接地故障等保护,其断路器都具有过载长延时保护整定、过载短延时保护整定及过载瞬时保护整定等功能。当其过负荷电流达到整定值时,断路器或熔断器会切断电源或发出报警信号。有些厂家生产的现场监控装置含有断路器功能。力安科技认为,若配电线路已具有这些保护功能,就没有必要重复设置短路、过负荷保护;若要设置,则应考虑短路分断能力及上、下级选择性配合等问题。

  6 结 语

  综上所述,尽快制订和完善剩余电流电气火灾监控报警系统设计规范及施工验收规范是非常必要的,这有利于剩余电流火灾报警系统的系统设计,如报警系统设置场所、分级保护、额定剩余动作电流和动作时间的取值、设备选择、监控装置的布置、系统供电、布线以及施工、调试、验收等,从而避免造成安全隐患。

参考文献:电气火灾监控系统安装注意事项


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