安科瑞 周菁
江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰
摘要
建筑電氣火災作為一種災害，在經濟迅速發展的形勢下，給國家財產和人民的生命安全造成的損失也與日俱增。據統計，80 %以上的火災為建筑火災，而電氣則是引發建筑火災的首要因素。為預防接地故障引起的電氣火災，國家和各地區已經制定了相關電氣火災防范的強制規定。在各種人員密集型場所安裝電氣火災監控系統可以的預防電氣火災的發生。本文通過介紹安科瑞Acrel-6000/B電氣火災監控系統在內蒙古農業大學工科實驗樓項目中的應用，簡析相關國家標準和設計規范，概述電氣火災監測系統在電氣火災預防方面的具體架構以及其*性。
關鍵詞： 公共建筑；電氣火災；內蒙古農業大學；安科瑞；
0 前言
*部*《中國火災統計年鑒》顯示：近十年的火災事故中，電氣火災居，且所占比例在30%，且逐年呈上升趨勢，造成的損失十分慘重。事實上，電氣火災已成為消防安全的主要致災因素，不僅次數多、損失大，而且多年來一直居高不下。
公共建筑電氣火災預防主要難點有以下幾個方面：
0.1 配電系統的電纜一般都在橋架內，當線纜老化并發生漏電時，若沒有系統的預警，現場管理人員無從查找故障點。
0.2 電氣火災隱患產生非常隱蔽，無論在時間上還是在空間上都無跡可尋。
0.3 本建筑性質為公共建筑，對配電系統的穩定可靠性、配電系統安全性要求都很高，電氣火災隱患的預防就顯得十分重要。
針對以上幾個方面，安科瑞電氣股份有限公司以其自主研發的ARCM系列電氣火災監控探測器為基礎，通過對RS485總線技術、終端微機軟件顯示技術的集成，研發了安科瑞Acrel-6000/B電氣火災監控系統。本系統后臺在顯示各個探測點位數據的同時，還提供越限聲光報警、人性化的界面等功能。本系統實現了配電系統的24小時無人實時監控，減少了人力成本，提高了電氣火災隱患的排除效率。
本文就電氣火災系統在內蒙古農業大學工科實驗樓項目中的應用，簡單介紹安科瑞Acrel-6000/B電氣火災系統的實際應用和其實際意義。
1 項目概況
內蒙古農業大學是內蒙古自治區大學，*西部建設十四所高校之一，國家*和自治區人民政府合作共建高校，國家西部大開發“一省一校”支持建設的大學，國家“中西部高校基礎能力建設工程”高校，國家"特色學科項目"建設高校，“農林人才教育培養計劃”試點高校。校園位于內蒙古自治區歷史文化名城--呼和浩特市，被譽為塞外“花園式高等學府”。內蒙古農業大學成立于1952年，是內蒙古自治區成立早的本科高等學校，是國家大學生文化素質教育基地院校之一，大學生校外實踐教育基地院校，是國家草業學會會長單位之一，截至2014年5月，學校總占地面積1.5萬畝，其中教學科研用地1萬畝，教學行政用房面積45.7萬平方米，標準田徑場（館）4個，圖書館建筑面積3萬平方米，此次需要做電氣火災監控的工科實驗樓共計地下一層，地上八層，總面積達40000平方米，樓內有3個強電豎井，共有69個配電回路需要做漏電流監控。作為公共建筑，其人員密集度高、對其安用電安全性要求較高，且在電力配電系統穩定運行的要求也是非常嚴格的。
鑒于以上項目情況，為了監控整個配電系統是否存在電氣火災隱患，現須根據本項目的情況設計一套電氣火災監控系統。
針對本項目的特性，為預防接地故障引起的電氣火災，結合本工程的重要性，本工程所有照明、動力配電系統均配置漏電火災報警系統。該系統主要包括系統主機、現場監控器以及數據集中控制器。漏電火災報警主機設置在消防控制室。系統在各個樓層豎井配電箱的進線設置漏電火災探測器，對該處的漏電電流進行監控，當探測到配電回路漏電電流大于300mA、工作電流超過時限設定的報警值時，即發出聲光報警信號，準確報出故障點地址，監視故障點變化，顯示其狀態，對設備用電回路僅給出報警信號，不切斷其電源。
2 參照標準
鑒于公共建筑發生火災容易引發人員生命財產損失。為了加大電氣火災監控防范的力度，近年來，國家相繼制訂或修改了一批相關標準規范。相關的標準規范已經對電氣火災監控系統提出了具體的要求，本項目中選用的安科瑞Acrel-6000/B電氣火災系統的設計參照的標準主要有：
2.1 GB50045-95(2005版)《高層民用建筑設計防火規范》，其中在條文9.5.1里規定:高層建筑內火災危險性大、人員密集等場所宜設置漏電火災報警系統。
2.2 國家標準《建筑電氣火災預防要求和檢測方法》有關條文也明確要求“應在電源進線端設置自動切斷電源或報警的剩余電流動作保護器。
2.3 電氣火災監控系統的產品應滿足:GB14287.1-2005《電氣火災監控設備》、 GB14287.2-2005《剩余電流式電氣火災監控探測器》、GB14287.3-2005《測溫式電氣火災監控探測器》
2.4 電氣火災監控系統的安裝和運行應滿足GB13955-2005《剩余電流動作保護裝置安裝和運行》
2.5 電氣火災監控系統的供電應滿足GB50052《供配電系統設計規范》的要求
2.6 電氣火災監控系統的設計應滿足《電氣火災監控系統的設計方法》的要求(暫行規定)
3.系統架構及設計
電氣火災監控系統拓撲圖
3.1 站控管理層
站控管理層針對電氣火災監控系統的管理人員，是人機交互的直接窗口，也是系統的上層部分。安科瑞電氣火災監控系統主機充分考慮到用戶的操作習慣，和持續穩定運行，參照的相應的國家標準和規范。主機主要由監控軟件、觸摸屏、UPS電源、打印機等設備組成。將現場的各類數據信息進行計算、分析、處理，并以圖形、數顯、聲音、指示燈等方式反應給終端管理人員。使管理人員能夠實時掌握系統動態，且實現故障信息可追循，信息可導出等功能。
鑒于本項目中儀表點位以及數據量的規模，現為項目配置安科瑞Acrel-6000/B主機，本主機的具體參數見下文介紹。
3.2 網絡通訊層
本項目中的所有儀表須嚴格按照手拉手的形式連接，且所有的通訊總線須沿著弱電橋架鋪設。本項目的儀表分布在樓層強電間配電柜。
本項目的數據總線設計為兩根總線，獨立的總線便于后期系統的維護，發生漏電流報警時也可以根據后期我方提供的點檢表快速定位故障回路，快速排除故障。
現場電氣火災探測器通過雙絞線（R-RVSP2*1.0）以手拉手方式進行通訊連接，每根總線的儀表數量在50只以內。
3.3 現場設備層
本項目中主要是針對樓層配電箱的進線回路安裝安科瑞導軌式電氣火災探測器ARCM300-J1，通過導軌式電氣火災探測器實時監控配電回路的漏電流大小來顯示整個配電系統的工作狀態。
ARCM系列剩余電流式電氣火災監控探測器，是針對 0.4kV 以下的TT、TN 系統設計的，通過對配電回路的剩余電流、導線溫度等火災危險參數實施監控和管理，從而預防電氣火災的發生，并實現了對多種電力參數的實時監測,為能耗管理提供的數據。產品采用的微控制器技術，集成度高，體積小巧，安裝方便，集智能化，數字化，網絡化于一身，是建筑電氣火災預防監控、系統絕緣老化預估等的理想選擇。產品符合 GB14287.2-2005《電氣火災監控系統 第2部分：剩余電流式電氣火災監控探測器》的標準要求。
4系統特點和工作原理
鑒于本項目的規模，項目電氣火災檢測點位的實際情況。無論在終端剩余電流探測器還是后臺主機都是根據本項目的實際情況來進行設計的。
4.1 本項目的系統特點可總結為一下3點：
4.1.1 終端探測器選用導軌式電氣火災探測器，方便安裝、節省成本、便于后期維護。
4.1.2 RS485總線連接方便，可操作性強。總線布線時走的是弱電橋架，不會受到強電的影響，確保的整個系統的通訊穩定。
4.1.3 考慮到本項目中儀表數據量，客戶要求。本項目的主機選用壁掛式。壁掛式主機界面簡潔，系統操作方便，適合本項目中的配電間環境和客戶的相關操作要求。
4.2 電氣火災系統工作原理
4.2.1 剩余電流測量是根據基爾霍夫電流定律：在同一時刻，電路中流入和流出一個節點的電流矢量和為零。以TN-S系統為例，將A/B/C/N同時穿過剩余電流互感器，當系統未發生漏電時，流入和流出剩余電流互感器的電流矢量和為零，此時，剩余電流互感器感應出的二次電流也為0;當某相對大地發生漏電，此時流入和流出剩余電流互感器的電流矢量和不再為零，其大小等于從大地流走的電流即漏電流。此漏電信號通過剩余電流互感器的二次接線傳輸至電氣火災探測器，經運算放大、A/D轉換后送入CPU，經過一系列算法后，對變化的幅值進行分析、判斷，并與報警設定值進行比較，若超出定值則發出聲光報警信號并上送至后臺電氣火災監控設備。
4.2.2 終端探測器負責監測各個回路的剩余電流值，將剩余電流值的數據傳輸至系統主機。終端探測器還負責其監測回路剩余電流值的實時顯示，同時能夠設置限值，當剩余電流值越*能夠發出聲光報警，提醒管理人員及時維護、整改。
4.2.3 儀表通過RS485總線將數據傳輸至系統主機，系統主機將上傳數據通過圖形、報表、事件記錄等形式反映整個系統的運行狀態。
5 系統設計注意事項和方法
5.1 電氣火災監控系統主要監測剩余電流和溫度兩類對象，在設計時應注意的基本要點
5.1.1 關于剩余電流
由于剩余電流監測的原理采用了基爾霍夫電流定律，所以，對所應用的低壓配電系統形式有一定要求。目前，可以應用剩余電流互感器的低壓配電系統有：TT系統，IT系統，TN-S系統，不能使用在TN-C系統中。對將要設計安裝電氣火災監控系統的用戶，不管是新工程或舊工程改造項目，首先要調查核實該用戶低壓配電系統的系統接地形式是什么，否則，設計安裝剩余電流互感器的點位進行檢測是根本無法施行的。
關于AC220V單相供電系統，剩余電流互感器只要套住L/N兩根電源線即可，但要求中性線N此后不容許再接地。對于AC380V三相供電系統，由于有三相三線制、三相四線制、三相五線制等使用狀況，則根據具體情況將剩余電流互感器同時套住A/B/C三相電源線，或同時套住A/B/C/N線。同理，要求中性線N此后不許再接地，保護線PE不得穿過互感器。
在系統接地的形式為TN-C型時工業自動化網，將其改造為TN-S型、TN-C-S型或局部TT型系統后，才可以安裝剩余電流檢測裝置。
5.1.2 關于溫度
溫度測量與系統接地的形式無關，主要考慮包括線纜在內的低壓配電裝置中關鍵部位的溫度，一般在二級保護的線路中應用。溫度探頭Pt100可采用接觸式布置法，當被檢測對象為絕緣體時，宜將探測器的溫度傳感器直接設置在被探測對象的表面。當被檢測對象為配電柜內部溫度變化時，可采用非接觸式布置，靠近發熱部件。
5.2 系統設計中的點位分配
根據國家標準GB13955-2005《剩余電流動作保護裝置安裝和運行》4.4條中關于分級保護的規定，安裝剩余電流火災監控裝置時，點位分配原則的步驟是：
5.2.1 研究分析被控低壓AC380V/220V配電線路的相關圖紙，將建筑電氣的分布情況調查核實，確定配電設備(如配電柜、箱、盤、電纜等重要設備)的位置，把每一個監控探測器分配到相應的配電設備上，以此來確定探測器的數量，避免重設浪費。
5.2.2 確定分級保護。為了縮小發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三級(或兩級)不同容量的剩余電流保護裝置，以形成分級保護。根據用電負載及線路情況，一般分兩級或三級保護，適用于城鎮和農村*級和第二級保護。
其中，重要線路應包括安防、消防、應急電源、通道照明線路及不容許停電的重要場所。
5.2.3 二級保護中，所有開關處都要設置安裝剩余電流火災監控探測器，即在線路的電源端(*級保護)和分支首端(第二級也稱為末端保護)都要安裝剩余電流探測器，并接入電氣火災監控系統，只用作火災監控報警。
5.2.4 溫度檢測是以配電設備異常時發熱為基本原則而進行的。
1)變壓器低壓側出線端子、變壓器體溫(風溫、油溫、水溫)測試點、負荷開關觸頭。
2)各配電柜(箱)的進出母線接點、自動開關(斷路器、刀開關)觸頭、大電流導線集中部位、線纜駁接點。
3)母聯柜主接點、刀開關觸頭。
4)補償電容器接線端子、轉換開關觸頭。
5.2.5 根據點位安裝總數，再選擇相應的壁掛、立式或琴臺。
6 系統參數的配置
6.1 報警值設置范圍
本項目中現場儀表的剩余電流報警值設置在300mA，關于剩余電流值的設置在相關的國家標準都有詳細的規定。
依據國家標準GB14287.2-2005中的規定，剩余電流式電氣火災監控探測器的報警值設置范圍在20~1000mA之間。按此要求，一般把電源總進線處的剩余電流動作值定為400~800mA，電源分支線路上的剩余電流動作值定為100~400mA.一般在實際現場，設置剩余電流式電氣火災監控探測器的報警值，具體地說應不小于被保護電氣線路和設備的正常運行時泄漏電流大值的2倍，且不大于1000mA。電氣火災探測器的報警設定值應考慮配電系統及用電設備的正常泄漏電流。
6.2 關于電纜溫升報警設定參考，根據《電力電纜設計規范》對電纜有關溫度的規定
6.2.1 60℃以上高溫場所應按經受高溫及其持續時間和絕緣類型要求，選用耐熱聚氯乙烯、交聯聚乙烯或乙丙橡皮絕緣等耐熱型電纜100℃以上高溫環境宜選用礦物絕緣電纜。高溫場所不宜選用普通聚氯乙烯絕緣電纜。
6.2.2 電纜持續允許載流量的環境溫度應按使用地區的氣象溫度多年平均值確定，并應符合規定。在戶內電纜溝敷設時，環境溫度為場所熱月的日高溫度平均值另加5℃.
6.2.3 電纜所承受溫升與敷設及散熱條件有關。
7 主要設備參數
內蒙古農業大學工科實驗樓項目電氣火災監控系統由電氣火災監控裝置Acrel-6000/B、漏電火災探測器ARCM300-J1、漏電流互感器AKH-0.66L組成。
7.1主要技術參數
7.1.1 電源：
① 額定工作電壓AC220V（-15% ～ +10%）
② 備用電源：主電源欠壓或停電時，維持監控設備工作時間 ≥4小時
7.1.2 工作制：
24小時工作制
7.1.3 通訊方式：
RS485總線通訊，Modbus-RTU通信協議，傳輸距離1.2km，可通過中繼器延長通訊傳輸距離
7.1.4 監控容量：
① 監控設備高可監控1024（須定制）個監控單元（探測器）
② 可配接ARCM系列監控探測器
7.1.5 監控報警項目：
① 剩余電流故障（漏電）：故障單元屬性（部位、類型）
② 溫度報警（超溫）： 故障單元屬性（部位、類型）
③ 電流故障（過流）： 故障單元屬性（部位、類型）
監控報警響應時間： ≤30s
監控報警聲壓級（A計權）：≥70dB／1m
監控報警光顯示：紅色LED指示燈，紅色光報警信號應保持，直至手動復位
監控報警聲信號：可手動消除，當再次有報警信號輸入時，能再次啟動
7.1.6 故障報警項目：
① 監控設備與探測器之間的通訊連接線發生斷路或短路
② 監控設備主電源欠壓或斷電
③ 給電池充電的充電器與電池之間的連接線發生斷路或短路
故障報警響應時間：≤100s
監控報警聲壓級（A計權）：≥70dB／1m
監控報警光顯示：黃色LED指示燈，黃色光報警信號應保持至故障排除
故障報警聲信號：可手動消除，當再次有報警信號輸入時，能再次啟動
故障期間，非故障回路的正常工作不受影響
7.1.7 控制輸出：
報警控制輸出：1組常開無源觸點，容量：AC250V 3A或DC30V 3A
7.1.8 自檢項目：
① 指示燈檢查：報警、故障、運行、主電源、備用電源指示燈
② 顯示屏檢查
③ 音響器件檢查
自檢耗時 ≤60s
7.1.9 事件記錄：
① 記錄內容：記錄類型、發生時間、探測器編號、區域、故障描述，可存儲記錄不少于2萬條
② 記錄查詢：根據記錄的日期、類型等條件查詢
7.1.10 操作分級：
① 日常值班級：實時狀態監視、事件記錄查詢
② 監控操作級：實時狀態監視、事件記錄查詢、探測器遠程復位、設備自檢
③ 系統管理級：實時狀態監視、事件記錄查詢、探測器遠程復位、設備自檢，監控設備系統參數查詢、監控設備各模塊單獨檢測、操作員添加與刪除
7.1.11 使用環境條件：
① 工作場所：消防控制室內、有人值班的變配電所（配電室）、有人值班的房間內墻壁上
② 工作環境溫度：0℃～40℃
③ 工作環境相對濕度：5%～95%RH
④ 海拔高度：≤2500m
7.2基本功能
7.2.1 監控報警功能：
監控設備能接收多臺探測器的漏電、溫度信息，報警時發出聲光報警信號，同時設備上紅色“報警”指示燈亮，顯示屏指示報警部位及報警類型，記錄報警時間，聲光報警一直保持，直至按顯示屏“復位”按鈕遠程對探測器實現復位。對于聲音報警信號也可以使用顯示屏“消聲”按鈕手動消除。
7.2.2 故障報警功能
通訊故障報警：當監控設備與所接的任一臺探測器之間發生通訊故障時，監控畫面中相應的探測器顯示故障提示，同時設備上的黃色“故障”指示燈亮，并發出故障報警聲音。
電源故障報警：當主電源或備用電源發生故障時，監控設備也發出聲光報警信號并顯示故障信息，可進入相應的界面查看詳細信息并可解除報警聲響。
7.2.3 自檢功能
檢查設備中所有狀態指示燈、顯示屏、喇叭是否正常。
7.2.4 報警記錄存儲查詢功能
當發生漏電、超溫報警或通訊、電源故障時，將報警部位、故障信息、報警時間等信息存儲在數據庫中，當報警解除、排除故障時，同樣予以記錄。歷史數據提供多種便捷、快速的查詢方法。
7.2.5 電源功能
當主電源發生停電、欠壓等故障時，監控設備可自動切換到備用電源工作，當主電源恢復正常供電時，自動切回到主電源，切換過程中保證監控設備連續平穩運行。
7.2.6 對探測器控制功能
通過監控軟件操作，可對連接到本設備的所有探測器進行遠程復位控制。
7.2.7 權限控制功能
為確保監控系統的安全運行，監控設備軟件操作權限分為三級，不同級別的操作員具有不同的操作權限。
項目總結
本項目實施過程中，我方協助施工單位，對部分進線回路漏電流隱患的排除。其中漏電流過大主要是因為部分回路零線連接至地線上的緣故。
電氣火災系統的設計，安裝，調試，驗收的整個過程既是對電氣安全的一次的檢測，也是對用戶配電系統管理人員的一次培訓，通過項目的實時和系統運用的培訓，讓本項目的電力系統管理人員能夠更加細致的了解本項目配電系統的電氣火災隱患的排除方法，提高其電氣火災防范意識和效率。
在項目運行正常后，我方還提供了本項目電氣火災系統整套資料，資料中包括本項目電氣火災探測點的點位表，系統使用說明書等。就其中點位表而言，上面標注了本項目中各個火災探測器安裝回路的具體名稱位置，系統正常運行后的實時數據。全套資料便于后期管理人員快速掌握系統的架構，提高系統維護效率和故障排查速度。
安科瑞電氣火災監控系統自投入市場以來，運行良好，在預防電氣火災方面發揮了重要作用，已獲得了客戶對產品和公司的認可和肯定。
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