淺談電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

安科瑞電氣股份有限公司 上海 嘉定 201801 姜雷杰

　　摘要 近年來，各種電氣設(shè)備及家用電器的使用量大幅增加，相應(yīng)的電氣火災(zāi)事故也隨之增加，電氣火災(zāi)數(shù)量已經(jīng)接近火災(zāi)總數(shù)的30%，位列各類火災(zāi)的首位。由火災(zāi)所造成的損失已經(jīng)給社會經(jīng)濟(jì)和人民生命財產(chǎn)造成了巨大的損失，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)對預(yù)防電氣火災(zāi)起到至關(guān)重要的作用。

　　關(guān)鍵詞：電氣火災(zāi);接地故障;漏電電流;分級保護(hù)

　　1 用途、基本組成及原理

　　1.1 用途

　　電氣火災(zāi)就是指配電線路及電氣設(shè)備由于設(shè)計、安裝、使用不當(dāng)或者接觸不良、短路等原因而引起的火災(zāi)。其中，短路所引起的火災(zāi)的概率最高，而短路又可分為一般性短路和接地故障。一般性短路，是指供電線路之間由于絕緣性能降低，從而導(dǎo)致的相線與相線、相線與零線之間的短路;接地故障，是指相線與接地導(dǎo)體、相線與大地之間的短路，它是由于相線與接地導(dǎo)體、相線與大地之間的絕緣性下降所導(dǎo)致的。根據(jù)統(tǒng)計，因為接地故障而引起的火災(zāi)占短路原因而引起火災(zāi)的絕大多數(shù)，它是較為常見的電氣火災(zāi)起因。此外漏電電流使得部分的電流流入大地，造成了能源浪費;當(dāng)人體接觸到故障電壓引起觸電電擊，危及生命安全。低壓配電系統(tǒng)短路故障示意圖，如圖1所示。

　　

 

 

圖1 低壓配電系統(tǒng)短路故障

　　發(fā)生故障時，在漏電的故障點處和導(dǎo)體不良的連接處會局部產(chǎn)生異常的高溫或電火花、電弧，這種電弧具有比較大的阻抗和壓降，它限制了故障電流的通過，從而使得電流保護(hù)器不能動作，而數(shù)百毫安的電弧所產(chǎn)生的局部高溫可達(dá)2000℃以上，導(dǎo)致附近的可燃物高溫烤燃著火從而引起了火災(zāi)。

　　為了能夠預(yù)防和減少電氣火災(zāi)，必須能夠在線檢測AC220/380V供電線路的絕緣狀態(tài)，以此來杜絕漏電和各種短路故障的發(fā)生。電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)就是用來實時監(jiān)測供電線路的絕緣狀態(tài)并實施報警的，當(dāng)電氣線路或者電氣設(shè)備一旦漏電并超過額定保護(hù)值時，報警器立即發(fā)出聲光報警信號并顯示出漏電電流的大小。因為從發(fā)生接地電弧故障到引燃起火以致火勢蔓延需要一定的時間，這就有足夠多的時間去檢查并排除故障，從而能夠有效地避免電氣火災(zāi)的發(fā)生或者將損失控制在較小的范圍之內(nèi)。為了保證供電的連續(xù)性，報警時通常不切斷電源，這樣就可以避免電源開關(guān)跳閘而引起整棟建筑物的停電。為了確保安全，在緊急情況下可以再去切斷供電電源。

　　1.2 監(jiān)控系統(tǒng)的組成

　　(1)系統(tǒng)組成

　　電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)是由漏電探測裝置與監(jiān)控設(shè)備所組成的。漏電探測裝置是由電流互感器、漏電探測器構(gòu)成。監(jiān)控探測器與監(jiān)控設(shè)備之間通常是以有線的方式相連接的。電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)示意圖，如圖2所示。

　　

 

圖2 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

 

　　(2) 電流互感器檢測電流的基本原理

　　如圖3所示，若導(dǎo)線中流過的電流為i1,i1在其周圍將產(chǎn)生電磁場，電磁場的強(qiáng)弱與導(dǎo)線中電流的大小成正比。電流互感器是高導(dǎo)磁率器件，把它置于電磁場中，在其次級線圈中將會感應(yīng)出交變電流i2,i2=i1/n，n為互感器次級線圈的匝數(shù)，由此可見i2與i1是成正比的。

　　

 

　　圖3 電流互感器提取電流信號

　　(3)監(jiān)控系統(tǒng)組成和工作原理

　　監(jiān)控系統(tǒng)分為漏電探測裝置與監(jiān)控設(shè)備。漏電探測裝置使用電流互感器提取漏電信號，經(jīng)過信號放大、AC/DC變換、A/D變換、CPU處理之后，送至輸出級。輸出信號經(jīng)過總線后通往監(jiān)控設(shè)備。監(jiān)控設(shè)備接收的漏電信號經(jīng)過CPU處理后，送往報警器、顯示器、控制信號輸出級。報警器由報警指示燈、蜂鳴器組成，顯示器使用LED數(shù)碼管、LCD液晶顯示屏顯示出漏電電流的大小及所有相關(guān)的信息，控制信號輸出級輸出各種報警及控制信號，以切斷供電的電源及附加的報警等。監(jiān)控設(shè)備有存儲及打印的功能，可供隨時查詢。系統(tǒng)框圖如圖4所示。

　　一個電氣系統(tǒng)的輸入、輸出端電流值，當(dāng)無任何損失時，其流入及流出的相量和為零，也就是無漏電電流;如果這個電氣系統(tǒng)有電流泄漏，這個系統(tǒng)的電流相量和就不為零，對外有了泄漏電流，系統(tǒng)中便產(chǎn)生了漏電電流。漏電電流是由AKH-0.66L系列電流互感器檢測出的，AKH-0.66L系列電流互感器將信息傳送到ARCM系列監(jiān)控探測器里，經(jīng)放大、A/D轉(zhuǎn)換、CPU對變化的幅值進(jìn)行分析、判斷，并與報警設(shè)定值進(jìn)行比較，一旦超出設(shè)定值則發(fā)出報警信號，同時也傳送到Acrel-6000系列監(jiān)控設(shè)備中，再經(jīng)監(jiān)控設(shè)備進(jìn)一步識別、判定，當(dāng)確認(rèn)可能會發(fā)生火災(zāi)時，監(jiān)控設(shè)備發(fā)出火災(zāi)報警信號，點亮報警指示燈，發(fā)出報警聲響，同時在液晶顯示屏上顯示火災(zāi)報警等信息。值班人員則根據(jù)以上顯示的信息，迅速到事故現(xiàn)場進(jìn)行檢查處理，并將報警信息發(fā)送到集中控制臺。

　　

 

　　圖4 監(jiān)控系統(tǒng)組成原理方框圖

　　2 監(jiān)控系統(tǒng)主要技術(shù)特點

　　(1)電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)常年不間斷地被用來實時監(jiān)測低壓配電系統(tǒng)的絕緣狀態(tài)，以掌握線路或者用電設(shè)備電氣絕緣的變化情況，測量漏電電流的大小，從而能夠有效地避免因為接地故障而產(chǎn)生火花電弧引起的電氣火災(zāi)。

　　(2)報警的同時能夠明示漏電的位置，容易查找出故障點，報警的同時并不切斷電源，避免因為突然斷電而造成的不必要的損失和不良的社會影響。

　　(3)漏電形成的局域網(wǎng)，通過遠(yuǎn)程來報警，實現(xiàn)了科學(xué)的安全化的管理。

　　3 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計

　　3.1 安裝位置

　　(1)分級保護(hù)

　　為了縮小發(fā)生人身電擊事故和接地故障切斷電源時引起的停電范圍，通常在供電線路的不同地點安裝不同型號的剩余電流動作保護(hù)裝置，以形成分級保護(hù)。根據(jù)用電負(fù)載及線路情況，一般分兩級或三級保護(hù)。圖5所示的分級保護(hù)模式是一般形式的保護(hù)，適用于農(nóng)村電網(wǎng)、中小型配電變壓器(160kVA以下)供電的架空配電網(wǎng)，其主要的負(fù)載多為農(nóng)副業(yè)加工及居民生活用電。

　　

 

　　圖5 中小型電網(wǎng)三級保護(hù)示意圖

　　(2)剩余電流動作斷路器(漏電斷路器)和電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

　　在上述的剩余電流動作保護(hù)裝置系統(tǒng)中，安裝剩余電流動作斷路器是可以起到分級保護(hù)作用的。但是一旦發(fā)生了剩余電流超過額定電流值從而切斷電源時，因為停電造成重大的經(jīng)濟(jì)損失及不良的社會影響的電氣裝置或場所，是不能夠安裝剩余電流動作斷路器的，比如公共場所的消防應(yīng)急燈具電源、消防應(yīng)急照明系統(tǒng)、消防設(shè)備電源、消防水泵、消防電梯等等。

　　3.2 接地故障監(jiān)測

　　對于接地形式為TN-S的配電系統(tǒng)，可以檢測系統(tǒng)的總體絕緣狀態(tài)，即檢測系統(tǒng)的總漏電電流。電流互感器安裝于變壓器接地線中(如圖6所示)以提取漏電的信號，探測器、報警器(監(jiān)控設(shè)備)安裝于相應(yīng)的位置處。

　　

 

　　圖6 TN-S系統(tǒng)的總漏電電流檢測

　　4　主要表計功能及選型方案

　　主要表計功能及選型方案如圖7所示。

　　

 

　　圖7 主要表計功能及選型方案

　　5 結(jié) 語

　　隨著我國智能電網(wǎng)的發(fā)展，如今保護(hù)預(yù)防性電氣火災(zāi)監(jiān)控產(chǎn)品也將不僅僅應(yīng)用在高層樓宇設(shè)計之中，它必將融入家用電氣安防領(lǐng)域。為了使電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)能夠正常運行，達(dá)到火災(zāi)前期及時預(yù)報警的目的，應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，在性能設(shè)計和工程應(yīng)用中必須嚴(yán)格把關(guān)，避免出現(xiàn)不必要的問題，從而影響系統(tǒng)功能的穩(wěn)定運行。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] GB13955-2005. 剩余電流動作保護(hù)裝置安裝和運行[S]

　　[2] 郭仲禮. 低壓電工實用技術(shù). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

　　[3] 連理枝. 低壓斷路器及其應(yīng)用. 北京：中國電力出版社，2002.

　　[4] 安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品選型手冊2013.1版.

　　作者簡介：

　　姜雷杰，男，工學(xué)碩士，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向:電氣安全。技術(shù)交流：0510-86179968 傳真：0510-86179975 手機(jī)：18860995108 QQ:2880157873