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电气火灾监控系统在建筑电气设计中的应用探讨

发布时间:2015-9-9 14:44:54  作者:固德力安

  电气火灾监控系统在建筑电气设计中的应用探讨

  摘要:电气火灾监控系统做为一项可以主动预防电气火灾发生的新技术在被越来越广泛的应用。本文着重对电气火灾监控系统中剩余电流式电气火灾监控系统的设置和应用进行探讨。

  关键词:电气火灾;电气火灾监控系统;剩余电流;工程设计

  1、引言

  随着建筑技术的发展,建筑物内的电气设备和线路也日益增多。由于人们安全用电意识淡薄以及电气火灾的突发性和隐蔽性,造成近年来电气火灾事故数量剧增。在电气火灾起因中接地电弧短路是常见且多发性的起因,接地电弧短路电流的危害在于发生接地电弧短路的线路易发热并产生火花从而引发火灾,并且由于接地电弧短路的电流一般都较小,使一般的保护开关电器不能有效地及时动作。为了有效防范电气火灾,近年来出现了一项新技术——电气火灾监控系统。

  2、电气火灾监控系统的设置依据及要求

  我国20世纪90年代就已经开始对接地故障电气火灾做出防范规定,例如JGJ/T16—1992《民用建筑电气设计规范》、GB50054—1995《低压配电设计规范》等。2005~2006年,GB5004—95(2005年版)《高层民用建筑设计防火规范》(以下简称《高规》)、GB50016—2006<<建筑设计防火规范》(以下简称《建规》)中增加了漏电火灾报警系统的规定。《高规》第9.5.1条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。第9.5.2条规定漏电火灾报警系统应具有下列功能:

(1)探测漏电电流、过电流等信号,发出声光信号报警,准确报出故障线路地址,监视故障点的变化。

(2)储存各种故障和操作试验信号,信号储存时间不应少于12个月。

(3)切断漏电线路上的电源,并显示其状态。

(4)显示系统电源状态。

《建规》第11.2.7条规定下列场所宜设置漏电火灾报警系统:

(1)按一级负荷供电且建筑高度大于50m的乙、丙类厂房和丙类仓库;

(2)按二级负荷供电且室外消防用水量大于30L/s的厂房(仓库);

(3)按二级负荷供电的剧院、电影院、商店、展览馆、广播电视楼、电信楼、财贸金融楼和室外消防用水量大于25L/s的其他公共建筑;

(4)国家级文物保护单位的重点砖木或木结构的古建筑;

(5)按一、二级负荷供电的消防用电设备。《高规》中虽然提出将“漏电火灾报警系统”列为一个独立系统,但并没有明确需设置该系统的具体建筑类型和位置,且《高规》和《建规》中对漏电火灾报警系统的系统构成、系统设计、设备选择、系统供电、线路敷设等并未做出具体要求。

  为解决这些问题,国家有关部门进一步修订了国家相关标准规范。国家标准GB14278—2oo5<<电气火灾监控系统》明确提出了“电气火灾监控系统”的定义,并将电气火灾监控系统细化为三部分,第一部分:电气火灾监控设备;第二部分:剩余电流式电气火灾监控探测器;第三部分:测温式电气火灾监控探测器。同时为了各标准规范问的统一,在新的国家标准规范中统一称“漏电”为“剩余电流”,并在国家标准GBI3955—2005《剩余电流动作保护装置的安装和运行》中将“剩余电流动作电气火灾监控系统”定义为:由检测剩余电流的互感器、剩余电流探测器、报警器或控制器构成的,对电气火灾进行实时监测并实施报警或切断电流的装置。2008年,JGJ16—2008《民用建筑电气设计规范》(以下简称《民规》)发布并实施。《民规》第13.12.1条规定为防范电气火灾,下列民用建筑物的配电线路设置防火剩余电流动作报警系统时,应符合下列规定:(1)火灾自动报警系统保护对象分级为特级的建筑物的配电线路,应设置防火剩余电流动作报警系统;(2)除住宅外,火灾自动报警系统保护对象分级为一级的建筑物的配电线路,宜设置防火剩余电流动作报警系统。第13.12.2条规定火灾自动报警系统保护对象分级为二级的建筑物或住宅,应设接地故障报警并应符合本规范第7.6.7条规定(此处《民规》原文为第7.6.5条,应为笔误)。第7.6.7条规定建筑物的电源进线或配电干线分支处的接地故障报警应符合下列规定:

(1)住宅、公寓等居住建筑应设置剩余电流动作报警器;

(2)医院及疗养院,影、剧院等大型娱乐场所,图书馆、博物馆、美术馆等大型文化场所,商场、超市等大型场所及地下汽车停车场等宜设置剩余电流动作报警器。修订中的GB50116《火灾自动报警系统设计规范》(以下简称《报警规范》)指出电气火灾监控系统应有下列部分或全部监控装置组成:

(1)电气火灾监控设备;

(2)剩余电流式电气火灾监控探测器;

(3)测温式电气火灾监控探测器;

(4)线型感温火灾探测器。并且修订中的《报警规范》第12.2.1条规定剩余电流式电气火灾监控探测器应以低压配电系统末端探测为基本原则,宜设置在配电柜进线或出线端。在供电末端负载和漏电流很小,且其上一级的负载条件和正常泄漏电流仍符合设置剩余电流式电气火灾监控探测器时,可在其上一级供电处设置。第12.2.8条规定剩余电流式电气火灾监控探测器设置部位参见表12.2.8。

剩余电流??电气火灾监控攘测器设置部??01.jpg

  以下本文主要就电气火灾监控系统中剩余电流式电气火灾监控的选型和设置作具体的探讨。

  3、剩余电流式电气火灾监控系统设备的选型

  目前国内的剩余电流式电气火灾监控系统的设备型式主要有两种:

  第一种是剩余电流式电气火灾监控探测器和空气断路器组合在一起,它既属于配电保护开关又属于电气火灾监控设备,内部将电流互感器、电源变换电路、信号处理电路、报警电路、通信联动接口、主回路分断开关整合在一起,具有包括剩余电流探测、报警在内的多种扩展功能,并可以联网实现远程监控和规范中要求的各项功能。这种设备型式的优点是内置电流互感器,接线少,整合度高,使用方便;缺点是结构复杂,故障率高,安装时需要改动配电箱(柜)内的线路,故不适用于改造工程中已经形成并使用中的配电箱(柜),并且此类产品的通信接口一般为422通信接口,4线制,没有总线短路保护模块,局部故障易导致整个系统瘫痪。

  第二种是电气火灾监控设备和剩余电流式电气火灾监控探测器分离配置型。电气火灾监控设备通过剩余电流式电气火灾监控探测器采样配电箱(柜)内的电流和剩余电流信号并经内置的处理器分析处理后上报集中控制器。集中控制器可以发出声光报警信号,同时还可以实现规范中要求的各项功能。这种设备型式的优点是不包括电源控制开关,不串入配电系统,只通过电流互感器对信号进行取样并进行控制,无论是新建工程还是改造工程都适用。二总线,有总线短路保护或故障节点关闭保护,局部故障时不会影响到系统中其他节点的正常运行;缺点是电气火灾监控设备和剩余电流式电气火灾监控探测器需要敷设信号线。第二种型式的系统中还有一种特殊型式,这种特殊型式是将电气火灾监控系统并人火灾自动报警系统,电气火灾监控系统的总线直接使用火灾自动报警系统的二总线,电气火灾监控系统的集中控制器和火灾自动报警系统的控制器合二为一,但电气火灾监控系统应设置独立显示器。这种设备型式的优点是可以节省电气火灾监控系统中的集中控制器和上位机,并节约和简化了组网布线,方便管理;缺点是组合后两个系统的故障有可能会相互影响。从技术的发展并结合两种设备型式的各自特点可以判断电气火灾监控设备和剩余电流式电气火灾监控探测器分离配置型的电气火灾监控系统是今后的主要发展方向。

  4、剩余电流式电气火灾监控系统的工程设计

  依据现行国家标准规范,工程设计中剩余电流式电气火灾监控系统的设置应符合下列要求:

  (1)电气火灾监控系统的设置应根据火灾自动报警系统保护对象火灾危险等级来确定。一个电气火灾报警探测区域不应超过一个防火分区。电气火灾监控设备应设置在消防控制室或有人值班的场所,电气火灾监控系统的导线选择、线路敷设、供电电源及接地,应与火灾自动报警系统要求相同。剩余电流式电气火灾监控系统应仅作用于报警,不宜自动切断保护对象的供电电源。对规范中规定“宜”设置电气火灾监控系统的建筑物和场所,原则上均应考虑要设计,如有特殊情况,也应经过消防主管部门的认可后方可取消设置。

  (2)电气火灾监控系统探测器的检测点设置至关重要,如设计得不合理,会造成误报率很高,严重削弱电气火灾监控系统的使用效果。电气火灾监控系统探测器的布点,首先应对建筑物内的防火分区做出合理的布置设计,再依据防火分区布置给电气火灾监控系统划分出适当的探测区域、保护范围。剩余电流式电气火灾监控探测器检测点的设置通常要考虑两个问题:一是配电回路的自然泄漏电流对测量的影响和自然泄漏电流波动对测量的影响。二是电气火灾易发生的部位。对自然泄漏电流的影响应采取措施尽量抵消,方法一是将检测点设在负荷侧,干线部分的自然泄漏电流对测量没有影响。方法二是将检测点设置在电源侧,采用下限连续可调的剩余电流式电气火灾监控探测器抵消自然泄漏电流的影响,但这种方法在容量较大线路较长及自然泄漏电流波动较大的配电回路中也不宜采用。最好还是将检测点设置在负荷侧。从电气火灾发生的部位来看,负荷侧发生火灾的概率远大于电源侧,在不能两全的情况下,还是将检测点设置在负荷侧为宜。由于配电线路的分布电容是和线路容量、线路长短、敷设方式、空气湿度等因素有关,如果自然泄漏电流波动较大,为减少误报,建议检测点安装在配电系统第二级开关进线处。

  (3)剩余电流式电气火灾监控系统动作报警值宜为500mA,当回路的自然漏电流较大,500mA不能满足要求时,宜采用门槛电平连续可调的剩余电流式电气火灾监控探测器或分段报警方式抵消自然泄漏电流流的影响。剩余电流式电气火灾监控系统动作报警值500mA是现行国际电工委员会IEC标准的规定。在实际工程设计中剩余电流式电气火灾监控系统动作报警值应考虑配电系统及用电设备的正常泄漏电流,动作报警值应不小于正常泄漏电流最大值的2倍,且不大于1000mA。配电系统及用电设备的正常泄漏电流以实测为准,设计时可参照下列表一、表二、表三进行估算:

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  (4)剩余电流式电气火灾监控探测器安装方式根据产品选型和具体工程配电系统的特点一般有以下几种方式。配电箱内部安装方式,将剩余电流式电气火灾监控探测器与断路器配套用导轨形式安装在配电箱内,这种安装方式一般适用于新建工程;配电箱外部安装方式,在配电箱附近设置一个专门安装剩余电流式电气火灾监控探测器的箱体,将电源通过剩余电流式电气火灾监控探测器 后再接人配电箱,这种安装方式对于新建工程和改造工程均适用;配电柜成套安装方式,直接在配电柜面板上嵌入剩余电流式电气火灾监控探测器,只考虑在柜内适当位置固定检测剩余电流的互感器(一般在主断路器的上端或下端),无需改动配电柜的内部结构和增加单独的剩余电流式电气火灾监控探测器安装箱,这种安装方式一般适用于新建工程,在设计图纸中应提出明确要求,由电气成套厂在面板上预留嵌装剩余电流式电气火灾监控探测器的安装孔。

  5、结语

  电气火灾监控系统是近几年出现的新技术,对于它的设计和应用还处在摸索实践阶段,包括产品标准和设计规范都在逐步完善中。做为设计人员,我们应当在工程设计的实际应用中不断积累经验,总结教训,使电气火灾监控系统在防范电气火灾方面充分有效的发挥出它的作用。


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