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剩余电流式电气火灾监控探测器的设置

发布时间:2015-7-29 17:50:59  作者:固德力安

  剩余电流式电气火灾监控探测器的设置

  摘要:根据民用建筑中通用用电设备正常泄漏电流的情况,结合GB50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》对剩余电流式电气火灾监控探测器设置的要求,分析不同类型负荷、供配电方式对探测器设置的影响;提出可以根据塑壳式断路器额定电流来简便地确定探测器的位置;并对消防线路中探测器的设置展开讨论。

  关键词:电气火灾监控系统;剩余电流式电气火灾监控探测器;剩余电流;正常泄漏电流;消防配电线路;低压配电系统首端;断路器额定电流;探测器位置

  0引言

  根据近年来国内的火灾统计,电气火灾年均发生次数占火灾年均总发生次数的约30%,占重特大火灾总数量的约80%,居各类火灾首位。国家相关标准规范对在民用建筑中设置电气火灾监控系统提出了相关要求。剩余电流式电气火灾监控探测器是电气火灾监控系统的重要组成部分,合理地设置探测器能准确监控电气线路的故障和异常状态,发现电气火灾的火灾隐患,及时报警提醒相关人员消除火灾隐患,防止电气火灾的发生。其主要目的是在前期建设时,规范建筑电气线路的施工和布线,监控线路破损等故障,从而降低电气火灾发生率。

  据笔者了解,在GB50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》(以下简称新《火规》)实施之前,不同设计院设置剩余电流式电气火灾监控探测器的位置有以下几种情况:①统一设置在低压柜或入户的第一级配电箱处(母线槽回路除外);②统一设置在第二级配电箱或层箱处;③塑壳式断路器额定电流不大于100A,设置在低压柜处,大于100A设置在第二级配电箱或层箱处;④其他情况。新《火规》实施之后,对剩余电流式电气火灾监控探测器的设置提出了具体的要求,本文就根据规范的要求,对如何合理设置探测器展开分析和探讨,供同行们参考和指正。

  1民用建筑中通用用电设备的正常泄漏电流

  民用建筑中通用用电设备有计算机、荧光灯、电视机、电冰箱、微波炉、排风机、电动机、空调器、变频设备等。其正常运行时的泄漏电流如表1、表2所示。

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  从表1、表2中可以得出:在家用电器中计算机的正常泄漏电流值最大,通常设计时,计算机功率按

  300W/台考虑,其对应的正常泄漏电流为5mA/kW(2.63mA/A,功率因数取0.8);对于照明,目前设计时通常采用T5荧光灯,按30W/盏(含镇流器功率)考虑,其对应的正常泄漏电流为3.7mA/kW(2.2mA/A,功率因数取0.9);电动机的最大正常泄漏电流为0.1mA/kW,远远小于计算机;通过统计其他设备的功率情况,其每kW或每A对应的正常泄漏电流均小于计算机。

  表1、表2中的数据不能代表建筑物内所有用电设备的正常泄漏电流情况,其他设备可参照现行国家标准GB/T17045-2008/IEC61140:2001《电击防护

  装置和设备的通用部分》。此规范对用电设备的

  最大保护导体电流作了以下的规定(如表3所示)。

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  从表3中可以看出:额定电流较大的设备,每安培对应的剩余电流均小于计算机,而建筑内小功率设备又以计算机每安培对应的剩余电流最大。因此,正常运行的低压配电回路中,每安培对应的剩余电流最大的回路为计算机回路。

  2剩余电流式电气火灾监控探测器的设置

  2.1新《火规》对探测器设置的要求分析

  新《火规》9.2节对剩余电流式电气火灾监控探

  测器的设置提出了以下几点要求:

  a.剩余电流式电气火灾监控探测器应以设置在低压配电系统首端为基本原则,宜设置在第一级配电柜(箱)的出线端。在供电线路剩余电流大于500mA时,宜在其下一级配电柜(箱)设置。

  b.剩余电流式电气火灾监控探测器不宜设置在IT系统的配电线路和消防配电线路中。

  c.选择剩余电流式电气火灾监控探测器时,应考虑供电系统自然漏流的影响并选择参数合理的探测器;探测器报警值宜在300~500mA范围内。

  d.具有探测线路故障电弧功能的电气火灾监控探测器,其保护线路长度不宜大于100m。

  从上述要求中可以看出:当供电线路剩余电流小于500mA时,而把探测器设置在下一级配电柜(箱),可认为不符合此条文;而大于500mA把探测器设置在低压配电系统首端很难保证探测器的有效性,因为GB14287.2-2005《电气火灾监控系统第2部分:剩余电流式电气火灾监控探测器》第4.2.2条对剩余电流式电气火灾监控探测器报警值作了如下要求:不应小于20mA,不应大于1000mA,且探测器报警值应在报警设定值的80%~100%之间。探测器的报警阈值一般在300~500mA(其中300mA是在实验室条件下剩余电流产生拉弧引燃脱脂棉的条件,而工程现场的可燃或易燃材料的燃点都比脱脂棉高,取300~500mA也是比较合理的),这个报警值是指在滤掉线路固有剩余电流基础上设置的报警值,如果线路剩余电流大于500mA,显然很难保证探测器的报警值不超过1000mA。

  2.2探测器设置位置分析

  以500mA剩余电流为基础,当回路全为计算机负荷时,探测器设置在低压配电系统首端对应的最大计算电流Ic=500/2.63=190A。上述计算中并未考虑配电回路干线、分支干线、支线及配电箱的剩余电流,此部分的剩余电流可取100mA,大致估算如下:干线0.15km(YJV-185mm2),分支干线0.5km(YJV-25mm2),支线1.5km(BV-4mm2),其中线缆每km剩余电流如表4所示。

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  因此,当回路全为计算机负荷时,对应的最大计算电流Ic=(500-100)/2.63=152A,其选择的塑壳式断路器额定电流最小为160A。当回路全为30W/盏(含镇流器功率)T5荧光灯负荷时,对应的最大计算电流Ic=(500-100)/2.2=182A,其选择的塑壳式断路器额定电流最小为200A。由于民用建筑中照明与插座通常共用干线回路,将剩余电流500mA对应的照明插座回路前段的塑壳式断路器额定电流取为160A,是比较合理的。因此,当根据照明插座回路选择的塑壳式断路器额定电流小于等于160A时,应把探测器设置在低压配电系统首端。只有大于160A时才需考虑设置在下一级配电柜(箱)。

  民用建筑低压配系统中存在大量的单相小功率用电设备(例如:计算机、电视机、液晶显示器、节能灯、荧光灯等),这些设备功率小而剩余电流相对较大,且这类负荷接入系统又具有随机性、分散性,准确估算照明插座回路剩余电流有一定的难度,对于照明、插座回路所确定的塑壳式断路器额定电流160A为最小限值,除在办公建筑中照明插座回路可参考此限值外,其他照明插座回路或其他类型建筑均可根据负荷情况相应地提高(因上述分析均偏保守,包括估计线路剩余电流、功率因数等),大约可提高1~2级。而当根据照明插座回路所选择的塑壳式断路器额定电流大于等于300A时,很难保证线路剩余电流不大于500mA,建议设置在下一级配电柜(箱)。

  建筑内除了照明插座用电外,还包括空调用电(多联机系统、中央空调系统),动力用电(电梯、水泵、非空调通风用电),从表2、表3可知此类大功率负荷剩余电流值非常小,总体不超过0.5mA/A,而低压柜出线断路器额定电流一般不超过630A,完全满足供电线路剩余电流小于500mA的条件,只有在采用大电流母线槽供电时才予以将探测器设置在下一级配电柜(箱)。对于特殊用电(信息与智能化中心、大型厨房、游泳池、健身房、洗衣房等)可参照照明、插座用电,由于此类设备及安装环境的特殊性,最好以实际运行时的情况为准。

  2.3供配电方式对探测器位置设置分析如果估计线路剩余电流值接近或大于500mA,而将探测器设置在下一级配电柜(箱),当采用放射式供电时,应将探测器设置在下一级配电柜(箱)的出线处,而非进线处。当采用树干式供电时,可根据负荷情况将探测器设置在下一级配电柜(箱)进线处或出线处。具体分析如下所述。

  低压配电系统的供电半径一般不超过 250m,对于干线回路,最大也不会超过200m,故:

  a.当采用电缆放射式供电时,其固有泄漏电流值最大也不过2×38×0.2=15.2mA(按配电回路首端塑壳式断路器额定电流为630A,对应的电缆按2根YJV-185mm2考虑),占首端设置探测器最大值500mA的3%,且线路的剩余电流与负荷的大小基本无关,可认为是基本恒定的固有剩余电流。因此,将探测器设置在低压配电系统首端与下一级配电柜(箱)的进线处几乎无异,而且设置在低压配电系统首端还能监测干线的绝缘,更有利于发挥其作用;而应将探测器设置在低压配电系统首端或下一级配电柜(箱)的出线处。

  b.当采用母线槽放射式供电时,通常给超大功率设备供电,如大型空调主机等。由表3可知,这类设备的剩余电流并不大,将探测器设置在低压配电系统首端即可。

  c.当采用电缆树干式供电时,低压配电系统首端塑壳式断路器最大额定电流不大于400A,电缆截面不大于240mm2,树干分出的二级配电箱进线开关额定电流一般不会很大,当供电回路为照明、插座回路,且大于160A时,可根据负荷情况决定探测器设置在进线处或出线处。

  d.当采用母线槽树干式供电时,树干分出的二级配电箱进线开关额定电流一般较大,此时需根据二级配电箱开关所接负荷情况决定探测器设置在进线处或出线处;照明插座回路可以以160A作为最小界限,并根据负荷情况适当加大1~2级;动力、空调回路可直接安装在配电柜(箱)的进线处。将前述分析的结论用图形象地表示,如图1所示。

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  3消防线路中剩余电流式电气火灾监控探测器的设置

  新《火规》9.2.2条建议消防线路中不宜设置剩余电流式电气火灾监控探测器,给出的解释是:消防供电线路由于其本身要求较高,且平时不用,因此也没必要设置剩余电流式电气火灾监控探测器。但消防线路平时并不是完全不用,比如应急照明、地下室平时兼消防排风机、消防控制室等,对于这类负荷,作者认为应根据实际情况予以考虑。当针对消防设备设置了消防设备电源监控系统时,才真正具备“消防供电线路本身要求较高”的条件。目前,在全国范围内,是否一定要设置消防设备电源监控系统还未形成共识,且设置了剩余电流式电气火灾监控探测器的建筑不一定设置了火灾自动报警系统,更别说消防电源设备监控系统。在未设置火灾自动报警系统或消防设备电源监控系统时,平时运行的消防设备最好设置探测器,特别是应急照明回路,其末端线路一般暗敷,且设备分散,难免会存在线路敷设时绝缘破坏的情况。当设置了消防设备电源监控系统时,应急照明、消防控制室也最好设置探测器,而地下室平时兼消防排风机可不设置。

  4结语

  剩余电流式电气火灾监控探测器的设置看似无关紧要,实则对早期发现甚至是规避电气火灾隐患都有非常大的作用,有必要认真细致对待。在不超过规范规定的剩余电流情况下,均应以设置在低压配电系统首端为基本原则。设置在首端具有诸多好处,比如:可节省探测器的设置个数及相应的管材和电线,从而节省投资成本,也便于在首端进行集中管理。希望此论文的分析对同行们提高设计速度和质量有些帮助,不妥之处望读者批评指正。


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