剩余电流式电气火灾监控报警系统设计

　　剩余电流式电气火灾监控报警系统设计

　　摘要:介绍了剩余电流式电气火灾监控报警系统的相关规范及适用范围,阐述了剩余电流引起火灾的原因。重点分析了剩余电流式电气火灾监控报警系统的工作原理、系统组成、设备选型等有关内容。给出了剩余电流式电气火灾监控报警系统设计时须注意的事项,为从事剩余电流式电气火灾监控报警系统设计的同行提供参考。

　　关键词:剩余电流;火灾报警系统;剩余电流保护;零序电流互感器

　　0引言

　　随着我国经济的高速发展,城镇用电负荷急剧上升,电气火灾也随之增多。进入20世纪90年代后,我国电气火灾发生次数更是急剧增长。其中一部分原因就是由于建筑电气剩余电流引起的建筑火灾。为此,国家标准GB500451995(2005年版)《高层民用建筑设计防火规范》(简称《高规》)新增了9.5剩余电流式电气火灾监控报警系统的条文。JGJ/T161992《民用建筑电气设计规范》(简称《民规》)(报批稿中)新增了第12.3.7条关于剩余电流火灾报警的条文。

　　1相关规范内容及适用范围

　　《高规》第9.5条对剩余电流式电气火灾监控报警系统做了下列规定。

　　(1)高层建筑内火灾危险性大、人员密集等场所宜设置剩余电流式电气火灾监控报警系统。

　　(2)剩余电流式电气火灾监控报警系统应具有下列功能:

　　1.探测剩余电流、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.存储各种故障和操作试验信号,信号存储时间不应小于12个月。

　　3.切断剩余电流线路上的电源,并显示其状态。

　　4.显示系统电源状态。

　　《民规》(报批稿)中第12.3.7条规定下列建筑的电源进线处宜装设剩余电流火灾报警器。

　　(1)住宅、公寓等居住建筑。

　　(2)医院及疗养院。

　　(3)剧场、影院等娱乐场所。

　　(4)图书馆、博物馆、美术馆等公共场所。

　　(5)地下汽车停车场。

　　《高规》第9.5.1条规定的火灾危险性大、人员密集场所,根据公安部《消防监督检查规定》可以理解为下列场合：(1)宾馆、饭店、商场、集市、体育馆、会堂、娱乐场所、歌厅、卡拉OK厅、夜总会、录像厅、放映厅、桑拿浴室、游戏厅、网吧。

　　(2)医院门诊、病房楼、教学楼、图书馆、集体宿舍、疗养院、养老院、托儿所、幼儿园、博物馆、美术馆。

　　(3)客运站、码头、机场、候车/候船/候机厅。

　　(4)图书馆、阅览室、展览馆的展览厅。

　　(5)密集型生产车间、集体宿舍。

　　(6)高层住宅、公寓、地下商场、地下停车场。

　　(7)家具城、服装城、建材城、灯具城。

　　(8)变配电室、低压柜、总配电箱。

　　除此之外,还应遵照GBJ161987(2001年版)#建筑设计防火规范∃和GB13955(2005年版)《剩余电流动作保护装置安装和运行》相关的规定。剩余电流动作保护装置安装和运行的所有技术性内容均为强制性条文。

　　2剩余电流引起电气火灾的原因

　　随着科技的发展,各种电器设备的应用日益增多。为了使用这些电器产品,在某些场所越来越频繁地使用临时插座、接线端子,导致产生许多用电不安全因素。

　　根据《中国火灾统计年鉴》的统计数据,2006年全国电气火灾29741起,是1993年的4倍。从1993年到2002年,电气火灾约占总火灾数的25.9%,近期这个比例更是升至约60%。电气火灾起火原因中,短路占52%,过负荷占4.6%,接触不良占12.6%,过热占18.5%,剩余电流占1.8%,雷击占0.5%,电气故障占10%。虽然从数字上看,剩余电流引起的火灾比例并不大,然而对于配电系统却并不像表面上这么简单。剩余电流和过电流的状况往往不会立即引发火灾,但长期过负荷或剩余电流,会引起配电线路发热以及导致配电线路绝缘老化,使得电缆或导线绝缘水平下降或引起电弧。电气火灾的两大原因就是短路和过热,短路火灾很大部分是由接地故障电弧引起的,电弧产生后,在绝缘故障或杂散电流的作用下,微小的电弧可以持续存在于阻抗大于0.6Ω的剩余电流回路。如果绝缘故障或杂散电流大于30mA,只需要很少的能量就会使拉弧不断产生,从而造成火灾。

　　温升的主要原因是由于保护设备不正确的设置以及错误的故障回路阻抗的计算造成的;同时,电气设备缺乏维护和使用寿命到期也会导致潜在的温升。这可以通过*初的设计以及日常的维护和监测来避免。

　　由于电弧产生的火灾更多是由于环境因素造成的,不易被发现,需要进行有效的监测。因此需要设置剩余电流式电气火灾监控报警系统,以便实时监测。

　　3剩余电流式电气火灾监控报警系统的工作原理、系统组成

　　造成剩余电流的原因有两个:一是用电设备或配电线路因绝缘老化;二是因环境潮湿,绝缘电阻下降,产生微小的剩余电流。有关试验表明,当剩余电流达到300mA时,就意味着火灾危险性的开始。

　　剩余电流保护的基本原理是:当线路或用电设备绝缘遭到破坏时,便有一个剩余电流通过用电设备保护线、接地体或大地回流到供电电源处。

　　此时,剩余电流保护器中的零序电流互感器检测出信号,使剩余电流保护器报警或跳闸,自动切断电源,从而防止电气火灾事故的发生。

　　对消防线路而言,火灾发生的特定时间内不允许停电。在此类既不能随意切断电源,又需向消防控制室报警的场所,使用剩余电流火灾报警器能起到很好的效果。即用剩余电流保护器与报警装置结合,使其成为剩余电流火灾报警器。

　　剩余电流保护器一般分为一级、二级、三级、四级。工作原理均为通过检测相线、中性线电流的相量和是否为零来判定是否有剩余电流事故发生。一级、二级的零序电流互感器工作原理是相同的,主要区别在于当剩余电流事故发生时是否断开中性线。三级、四级通过判断三相电流或三相电流和中性线电流的相量和是否达到剩余电流保护器的动作电流值,决定是否报警或脱扣。不同之处在于剩余电流保护器动作时在切断相线的同时是否也切断中性线。

　　剩余电流式电气火灾监控报警系统由两部分组成:硬件系统和软件支持系统。硬件系统包括电气剩余电流数字监控终端、零序电流互感器、集中报警控制器、中继器、计算机、打印设备等。软件支持系统是支持硬件资源体系合理有效运行的系统,须与Windows98或WindowsXP等计算机系统兼容。

　　4 剩余电流火灾报警系统设计时须注意的问题

　　( 1) 该系统重要性应按消防系统要求对待,所以系统供电属于消防供电。在设计时, 应根据建筑物的消防负荷等级进行供电设计。一类剩余电流火灾报警系统电源按一级负荷要求供电; 二类剩余电流火灾报警系统电源按二级负荷要求供电; 专 供备用发电设备, 供变电所、 消防水泵房的附属用电设备, 其负荷等级也应与消防设备负荷等级一致, 不能作为非消防设备在火灾时切除供电电源。

　　( 2) 设计之前应对分几级进行保护和系统结构形式进行判断。一般可以根据消防等级把保护分成一级、 二级、 三级。一级保护可设置在容量不大于 400 A 的变配电所的低压开关柜的各低压馈出回路。二级设置在楼层总配电箱进线开关处。三级则设置在终端配电箱进线开关处。另外, 可根据工程大小, 监控点多少来确定系统形式为独立式还是联网式。独立式适合用于需要剩余电流火灾探测器直接切除剩余电流回路电源的局部设置系统或监控点少的场所。联网式适合用于需全面设置剩余电流火灾报警系统并自成独立系统的场所。

　　( 3) 剩余电流探测器的额定剩余报警电流的选择, 根据《电气火灾监控系统的设计方法》(暂行 )中规定, 应不小于被保护线路和设备正常运行时剩余电流*大值的 2倍, 且不大于1 000 mA。一些常用配电系统及用电设备的正常剩余电流若无具体准确数字, 可参照表 1、 表 2、 表 3给定的值进行计算选型。

　　如无具体用电设备数据, 可根据划分等级, 选用一级 800 mA、 二级 400 mA、 三级 200 mA。上、下级保护装置的动作时间差不可小于 0. 2 s。

　　一般剩余电流大于 300 mA 时即容易引起火灾, 故此末端剩余电流电流探测器的报警电流建议设为小于 300 mA。鉴于只报警不断电原则, 报警电流必须小于切断电流。

　　5 剩余电流火灾报警系统设备选型及安装

　　目前生产厂家供给的设备大多数由剩余电流火灾报警控制器、 零序电流互感器、 监控终端编码器、 连接线路组成, 且大部分采用二总线编码制。

　　总控制盘安装在消防控制室内, 如无消防控制室, 则安装在电工值班室。监控终端编码器与零序电流互感器安装在现场, 即低压柜负荷回路出线处或楼层总配电箱内电源进线开关处。监控点数量不是越多越好, 在达到监控目的的情况下,数量应尽量以少为好。总控制盘按监控点数量多少分壁挂式和落地式两种。落地控制盘安装时具体布置尺寸要求可以参照《火灾自动报警系统设计规范》第 10. 2 条相关规定, 导线一般采用 2 .1. 5 mm2 铜芯双绞线。管线敷设要求可参照《火灾自动报警系统设计规范》第 10. 2. 2条相关规定, 线路采用暗敷设时, 宜采用金属管或经阻燃处理的硬质塑料管保护, 并应敷设在不燃烧体的结构层内, 且保护层厚度不易小于 30 mm; 采用明敷设时, 应采用金属管或金属线槽保护。剩余电流火灾报警控制器交流电源可按照火灾自动报警系　　统控制器电源做法实施。

　　6 结 语

　　科技的不断进步和产品的更新换代, 为广大设计人员提供了更广阔的选择空间。剩余电流火灾报警系列产品也在逐步发展, 为保护人们正常生活提供了有力的保障。