电气火灾监控系统及其相关问题探讨.doc

电气火灾监控系统及其相关问题探讨摘要 本文主要描述了电气火灾监控系统及其组成、电气火灾的成因分析、相关国家标准规范及其疑问、与常规火灾报警系统的关系和区别、电气火灾监控系统的配置原则和相关问题探讨。关键词 电气火灾监控系统、短路接地故障、剩余电流、选择性l 前言（电气火灾监控系统的现状）目前电气火灾监控系统对一些设计院、开关柜厂家、电气安装公司仍然很陌生。专业厂家甚至相关专家对电气火灾监控系统理解、实施及其相关产品存在分歧和差异。本文就电气火灾监控系统售前技术支持遇到的相关问题与大家共同探讨。l 电气火灾监控系统及其组成GB14287-2005 电气火灾监控系统 3个术语和定义：电气火灾监控系统（alarm and control system for electric fire prevention）当被保护线路中的被探测参数超过报警设定值时，能发出报警信号、控制信号并能指示报警部位的系统，它由电气火灾监控设备、电气火灾监控探测器组成。电气火灾监控设备(alarm and control units for electric fire prevention) 能接收来自电气火灾监控探测器的报警信号，发出声、光报警信号和控制信号，指示报警部位，记录并保存报警信息的装置。电气火灾监控探测器(以T简称探测器，detectors for electric fire prevention) 探测被保护线路中的剩余电流、温度等电气火灾危险参数变化的探测器。l 为什么需要电气火灾监控系统？近年来，随着我国电器使用量和用电量的逐年增加，潜伏的电气火灾隐患（电气设计和不规范施工导致）呈上升趋势，直接威胁着人民生命财产的安全。从我国90年代以来的统计数据看，无论是发生起数，还是直接经济损失，电气火灾都占据了各类火灾之首。2008年全国火灾统计情况：全年共发生火灾13.3万起，相关分布如下图。（2009年是12.7万起）l 绝大部分电气火灾是可预防的。由于电气火灾具有突发性、隐蔽性，加之有些电气工程未按照国家规范的规定和设计要求进行施工和安装,线路敷设混乱，更易造成电气接地故障,极易引发火灾。装设剩余电流式电气火灾探测器和测温式电气火灾探测器是防范电气火灾最为有效的方法。电气火灾成因简析火灾的酿成必须具备起火源、可燃物和氧气三个条件。如果电气装置在设计、施工、监理、竣工验收、运行监督任一环节出现不当、失控，就有可能在建筑物内因电气的原因而引发火灾。电气火灾通常以异常高温、电弧（电火花）的形式出现，其原因一般可归纳为短路起火、连接不良起火和电气装置布置不当起火。短路起火占电气火灾的多半，短路起火又分为金属性短路起火、电弧性短路起火。电弧性短路起火主要有带电导体间的电弧性短路起火、接地故障电弧性短路起火和爬电起火三种。金属性短路一般依靠相关电流保护器来切除。而在电气线路电弧性短路起火事故中，接地故障电弧性短路引发的火灾概率远高于带电导体间的电弧性短路引发的火灾概率，其原因有二：一是带电导体对地的绝缘水平低于带电导体之间的绝缘水平，二是电气线路施工时，穿钢管拉电线、电缆时带电导体绝缘外皮与钢管间的摩擦易使绝缘受损，但电线、电缆的带电导体绝缘外皮之间几乎无相对运动，绝缘不会受损。安装电气火灾监控系统可预防绝大多数电气火灾根据国外消防资料和我国一些电气短路起火案例的分析，短路起火绝大部分为电弧性接地故障起火。实验室试验结果表明500mA（达到2000以上高温）的电弧能量才能引燃附近的可燃物。500mA的设定值，对于剩余电流式电气火灾探测器的灵敏度完全可以满足要求，既简单实用又安全有效，其是防范接地故障短路起火最有效的方法。连接不良起火和电气装置布置不当起火，起火之前均会产生高温，采用测温式电气火灾探测器是简单有效的。l 相关国家标准、规范相关描述及其疑问设计院在设计电气火灾监控系统（更多称呼为漏电火灾报警系统）经常引用的相关国家标准、规范：GB50016-2006建筑设计防火规范（简称建规）、GB50045-94（2005版）高层民用建筑设计防火规范（简称高规）、GB14287-2005电气火灾监控系统等。更有设计院直接将相关设计工作直接交专业厂家（细化）设计的，没有提出具体原则和技术要求。实际与电气火灾监控系统设计更相关的的标准规范应该是电气火灾监控系统的设计方法（暂行）、广东省地方标准DBJ/T15-77-2010电气火灾监控系统设计、施工及验收规范。建规相关描述如下：11.2.7 下列场所宜设置剩余电流动作电气火灾监控系统：1 按一级负荷供电且建筑高度大于50.0m 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。高规相关描述如下：9.5 漏电火灾报警系统9.5.1 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。9.5.2 漏电火灾报警系统通常应具有下列功能：9.5.2.1 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。9.5.2.2 储存各种故障和操作试验信号，信号存储时间应不少于12 个月。9.5.2.3 切断漏电线路上的电源，并显示其状态。9.5.2.4 显示系统电源状态。仅依据以上2个规范的2小段文字确实很难开展电气火灾监控系统的设计工作，2006年7月相关部门发布了电气火灾监控系统的设计方法（暂行）。GB14287-2005电气火灾监控系统主要描述电气火灾监控系统的组成和相关设备的技术要求，规范、规定了专业厂家。笔者认为：整体来说，电气火灾监控系统以剩余电流监控为主、测温监控为辅。需要指出的是：高规、建规都没有谈及温度探测。事实上，正如上文的电气火灾成因简析描述，电气火灾的另2个原因是连接不良起火和电气装置布置不当起火。建筑物内高压系统的变压器柜、电容补偿柜、整流柜等部位，电缆接头、开关触点等位置，都有可能由于种种原因产生高温而导致火灾。变压器冷却系统发生故障或严重过载，补偿系统过补偿或自动调节器失灵、电容器老化，都是十分常见的；至于接头、触头日久接触不良则更普遍。在这些情况下，很容易因过热而着火甚至发生爆炸。因此，测温式电气火灾监控探测器还是有必要的。当然，相关重要用电设备一般已经配置了专门的温度探测设备，如变压器的温度控制仪等，因此不必再额外安装测温式电气火灾探测器。测温式探测器的安装位置一般在低压开关柜、楼层配电箱。l 与常规火灾报警系统的关系和区别。在消防设施系统中的定位（与常规火灾报警系统的关系）：火灾报警系统是立足扑救的、针对已经发生火情的后期报警灭火系统。电气火灾监控系统从本质上是立足预防的、专门针对电气线路故障等的前期预警系统。前者的联动或控制对象是广播喷淋排烟等逃生灭火器件，第一处理责任人是消防保安。后者的联动或控制对象是电气故障预警（不推荐操作相关电气回路），第一处理责任人是持证电工或电气负责人更合适。二者明显区分，易于对应处理。两种系统不能混为一谈，更不能互相替代，原则上应该互相独立。在充分的硬件和软件条件下，两种系统并非绝对不可以兼容或合并。常规火灾报警系统与电气火灾监控系统同属消防系统范畴，为方便消防统一监管，推荐采用相对独立的子系统设计原则，是较为合理和适用的。l 电气火灾监控系统的配置原则电气火灾监控系统的设计方法（暂行）相关描述比较具体，下文列出电气火灾探测器的推荐设置部位，进一步明确。剩余电流式电气火灾监控探测器设置部位系统保护对象分级剩余电流式电气火灾监控探测器设置部位正常照明正常动力应急照明特级一级十九层及十九层以上的居住建筑一类建筑建筑高度不超过24m的公共建筑及建筑高度超过24m的单层公共建筑工业建筑地下公共建筑二级十层至十八层的居住建筑每栋（或单元）居住建筑的总电源进线处二类建筑建筑高度不超过24m的公共建筑工业建筑地下公共建筑三级十层以下的居住建筑每栋（或单元）居住建筑的总电源进线处注：表示应设置； 表示宜设置测温式电气火灾监控探测器设置部位系统保护对象分级测温式电气火灾监控探测器设置部位树干式配电回路出线端放射式配电回路出线端或进线端有可能产生过热型故障的配电设备电缆接头、分支头及接线处特级一级十九层及十九层以上的居住建筑一类建筑建筑高度不超过24m的公共建筑及建筑高度超过24m的单层公共建筑工业建筑地下公共建筑二级十层至十八层的居住建筑每栋（或单元）居住建筑的总电源进线处二类建筑建筑高度不超过24m的公共建筑工业建筑地下公共建筑注：表示应设置； 表示宜设置l 电气火灾监控系统的相关问题。l 电气火灾监控系统是否和电力监控系统是否分开？原则上应该相对独立，分开。电气火灾监控系统应该放置在消防系统控制室。（电气火灾监控系统已被划为火灾报警监控系统的子系统。）有的用户为节省成本，将2个系统合并在一起，在管理上来说，也行。监控中心设置在电气值班室，该值班室应该24小时值班！发生漏电或温度报警，基本都属于“供配电”问题。出现了问题，也是电气人员处理。建议电气部门内部消化。此处再次强调：在充分的硬件和软件条件下。l 在电气火灾监控系统和电力监控系统不分开前提下，低压开关柜按柜为单元，一次全部是单相CT配置又要求带剩余电流式电气火灾报警功能，建议配置：1个低压开关柜（以8个回路计），配1台PMC-59IV（或者8台PMC-51I）1台PMC-53M-12-12R；对1个低压开关柜，一次既有单相CT、又有三相CT，单相CT回路少的情况，则建议干脆全配PMC-53M，从生产、调试、维护等均方便，价格也相差不大。l 剩余电流互感器所带导线不能太长（PMC-MIR的二次线长度2或4m），且剩余电流互感器所带二次负载不能太大，同时考虑避免强电干扰，因此1台PMC-53M-12-12R（可最多采集12路剩余电流）一般也仅限于1个低压开关柜、1个强电井内部使用。反对跨柜、跨楼层，配置1台多回路探测器和多只探测器。l 建筑物电气火灾的剩余电流报警监控方案可采用全范围多级监控、全范围一级监控及局部范围一级监控三种不同的方案。1）对于火灾自动报警系统保护对象分级为特级的建筑物，可采用全范围多级监控方案。即以末端监测为基础，在正常照明、应急照明、正常电力、消防电力四类配电系统中一、二或三级配电箱柜均设置保护监测点，级数不宜超过三级，一般为二级。2）对于火灾自动报警系统保护对象分级为一级的建筑物，可采用全范围一级监控方案，即在四类配电系统中的二或三级配电箱只设置一级保护监测点。l 剩余电流式电气火灾监控探测器与漏电开关的关系：基于电气火灾监控探测器的定义，剩余电流式电气火灾监控探测器的任务仅在于防范电气火灾，与GB16917-2003所规范的RCBO（剩余电流动作断路器，即“漏电开关”）在防护功能、技术参数、结构要求等方面有很大区别。RCBO更侧重于人身安全的防护。两者应当配合使用，但不能相互替代。l 对电流、电压及其他电力参数的计量监控和故障防护，现有的电工器件已十分成熟。在电气火灾监控探测器上添加这些功能（GB50045-94（2005版高规）的“过电流探测”），只是扩展性的，并非必要。当然，如果在某些场合用户确实需要同时具备过电流、异常电压报警，则又另当别论。l 几个相关的概念 “剩余电流”：交流供电线路相线（La、Lb、Lc）与中性线N的电流的矢量和。当没有发生单相接地故障时，无论三相负载平衡与否，此矢量和的理论值为零（实际上还存在着线路与设备的正常泄漏电流）；当发生接地故障时，剩余电流为接地故障电流和正常泄漏电流的矢量和。 “零序电流”：交流供电线路相线（La、Lb、Lc）的电流的矢量和。当没有发生接地故障时，此矢量和的理论值等于中性线N电流的值。当发生接地故障时，零序电流为相线（La、Lb、Lc）的电流、接地故障电流和正常泄漏电流三者的矢量和；这时，它与中性线N电流是不相等的。 “正常泄漏电流”：在无绝缘故障的情况下，从设备的带电部件流入大地的电流。这种电流往往是由非纯阻性的阻抗引起的，是某些设备固有的工作特性决定的、在一定范围内允许。 “接地故障电流”：由于绝缘故障或通过非预期负载而流入大地的电流。俗称“漏电电流”。这种电流是相线对地发生电弧性短路而产生的。一般认为，在非可燃物质环境下，100mA以下尚不构成火灾危险。“剩余电流互感器”：探测供电线路剩余电流的互感器，它的一次回路是相线（La、Lb、Lc）和中性线N。即相线和中性线同时、同向穿过窗口。剩余电流互感器的主要要求是mA级的高精度、40A以上的抗过载能力。 “零序电流互感器”：探测供电线路零序电流的互感器，它的一次回路是相线（La、Lb、Lc）。即所有相线同时、同向穿过窗口。 l 设置探测器参数剩余电流式探测器的基本参数是报警电流值和报警延时。报警电流值报警电流设定值不宜小于被保护电气线路和设备正常运行时的泄漏电流最大值的2倍，但不应大于1O00mA，尽可能控制在500mA以下。被保护电气线路和设备正常运行时的泄漏电流值，在供电系统设计时就应根据该线路和设备的产品国标基本确定下来，并以此为依据，设计报警电流值。例如，某区域设计有100个照明点，全部使用国家推广的节能照明灯具，每个合格电子镇流节能灯的标准泄漏电流极值是0.5mA。加上其他用电器，估算该区域正常运行时的泄漏电流将有50mA左右，那么该区域配电柜的剩余电流式探测器的报警电流值应设计为100mA左右。虽然报警电流值还需要在现场具体设定，但如果发现实际的泄漏电流比设计估算的正常泄漏电流大很多，就要注意是否有不合格设备或错误施工（如线路绝缘不良、共零、TN-C系统、N线重复接地等）。报警电流的设计值有助于防止将故障泄漏电流当成正常泄漏电流，从而埋下隐患。据相关文献报告，在电气火灾监控系统现场调试过程中，排查异常泄漏电流原因所花时间最多！两级或多级探测监控的报警电流值应考虑选择特性，即上游探测器的报警电流设计值至少是下游探测器中最大的报警电流设计值的1.5倍，但最好小于500mA。推荐3级剩余电流报警设置值为100mA、300mA、500mA。报警延时电气火灾监控是前期预警系统，出现漏电报警后只要能及时处理，不致于立刻发生火灾。一般情况下，探测器只用于报警，尤其是用于消防电源线路。如要求发生接地故障时必须自动切断保护对象的供电，则应注意上下级的动作时间配合，以免造成大范围的停电。各终端用户配电箱均装有剩余动作电流30mA、动作时间0.1秒的RCBO。为避免一户发生严重漏电导致整层断电，楼层配电柜的探测器的脱扣信号输出延迟时间应设计为2秒左右。时间阶梯推荐设置值2s左右。（相关标准对电气火灾监控探测器的延时要求是3040s，而做为人身安全保护的漏电开关延时设置值很小、阶梯0.2s。）l 探测器供电方式探测器安装在各自的开关柜、配电箱内，从对应断路器的进线端就近取得交流电源即可。它的优点是无需专用整流器和专用电源线，系统网络只有通讯线，布线较方便，投资较节省。如果通讯可靠，甚至可以采用无线通讯或载波通讯。因为没电便不会发生电气火灾，即使此地的电气火灾探测器暂时停止工作也没有关系。l 电气火灾探测器剩余电流的接线基于现场的反馈，初装剩余电流互感器及其探测器时，现场多处因施工、接线问题，剩余电流误报警频繁而排查很花时间。特列出以下附图，提醒注意。装有探测器的配电箱中一次回路接法l 对漏电流保护功能、剩余电流式探测器配置说明如下：楼层配电箱的相关馈出，（空开）配置漏电流保护跳闸，为保护人身、设备安全，设置值30mA，0.1s。楼层配电箱的进线，配置剩余电流式电气火灾探测器，一般做电气火灾报警，设置值100300mA左右（要大于配电系统的固有泄漏电流），延时2s左右报警。与下一级（楼层配电箱的馈出）有一个配合关系，但功能有差异。低压开关柜的馈出，配置剩余电流（保护）探测，可作为电力监控的一个辅助功能，一般纳入电气火灾监控系统。毕竟电气（火灾）相关问题，是1个预警，由电气人员处理更专业、更合适。其设置值300500mA左右，延时约5s左右报警。与下一级（楼层配电箱的进线）也有一个配合关系，还有后备的作用。对于低压开关柜的进线、分段、电容器等回路，不需要配置剩余电流探测（保护）功能。l 电气火灾监控系统的安装因不规范的电气安装导致了不少的电气火灾问题。在相关工作中与相关方接触发现，大家都不清楚电气火灾监控系统的具体安装：电气安装建设公司（如中建N局）的电气工程N多，但其对剩余电流互感器安装也很陌生，开关柜厂家更不知安装在何处为宜。因此，电气火灾监控系统相关装置、设备的安装需要非常重视，最初的几个工程，生产厂家应该派专业人员指导安装。以以下图片说明低压开关柜剩余电流互感器的安装：该低压开关柜6个馈出，由上至下6个间隔，需要安装6个剩余电流互感器，可考虑按间隔分别安装在右侧支撑横梁上，由内至外安装，以便6根电缆（每根电缆4根芯，A、B、C、N）从柜顶与对应间隔连接时顺利穿过。低压开关柜后部区域左侧图低压开关柜后部区域右侧图（左旋90）l 对电气火灾监控系统的研发建议正常的泄露电流值、温度是相对稳定的，随天气、环境等外界因素变化不大。异常的剩余电流、温度产生时，存在突然增大的现象。建议监控后台系统对监测到剩余电流突然增大时，可以预告报警；对于剩余电流达到设计值时，事故报警。此预告报警基本可属于预告中的预告了，更有利于现场电气人员对电气火灾问题的提前处理。对于三级配置的剩余电流式电气火灾探测器，因整个低压配电系统较大，最上级的正常泄漏电流可能较大，与500mA相近。建议剩余电流式电气火灾探测器内部设置2个电流值，1个是正常的泄漏电流值，另1个是异常剩余电流值。参考文献1 电气火灾监控系统的设计方法（暂行）2 GB14287-2005电气火灾监控系统3 GB13955-2005剩余电流动作保护装置安装和运行4 GB50016-2006建筑设计防火规范5 GB50045-94（2005版）高层民用建筑设计防火规范6 广东省地方标准DBJ/T15-77-2010电气火灾监控系统设计、施工及验收规范7 安徽省地方标准DB34/T 855-2008电气火灾监控系统设计、施工及验收规范郑顺桥2010-11-24