智能型剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器的設(shè)計(jì)

1 引言

　　近年來(lái)， 全國(guó)火災(zāi)事故呈上升趨勢(shì)， 而在火災(zāi)事故中， 電氣火災(zāi)的比例居高不下， 占火災(zāi)年均發(fā)生次數(shù)的27%，損失占火災(zāi)損失的52%，每年火災(zāi)造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失巨大，預(yù)防和有效遏制電氣火災(zāi)的任務(wù)已經(jīng)迫在眉睫。國(guó)家有關(guān)部門(mén)相繼制訂或修改了有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，要求在建筑中設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)。本文根據(jù)電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的新標(biāo)準(zhǔn)（GB14827-2005），設(shè)計(jì)了一智能型剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器，它既可以單獨(dú)使用，也可以通過(guò)RS485 總線與電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備聯(lián)網(wǎng)， 構(gòu)成一套完整的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。

　　2 電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器的設(shè)計(jì)依據(jù)

　　2.1 探測(cè)器相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

　　設(shè)計(jì)的裝置應(yīng)符合《電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)》（GB 14287-2005）、《剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控警裝置》（GB14287.2-2005）、《設(shè)計(jì)建筑防火規(guī)范》（GB 50096-2006）、《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB 50045-2005）、《建筑電氣火災(zāi)預(yù)防要求和檢測(cè)方法》和《剩余電流動(dòng)作保護(hù)裝置的安裝和運(yùn)行》（GB13955-2005）等標(biāo)準(zhǔn)。

　　2.2 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的簡(jiǎn)介

　　電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)是由電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備和電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器組成，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)滿足《電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)》（GB 14287-2005）的要求。當(dāng)被保護(hù)的線路中的被探測(cè)參數(shù)超過(guò)報(bào)警設(shè)定值時(shí)，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)能發(fā)出報(bào)警信號(hào)、控制信號(hào)并能指示報(bào)警部位。

　　電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備能接受來(lái)自電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器的報(bào)警信號(hào)， 發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào)和控制信號(hào)， 指示報(bào)警部位， 記錄并保存報(bào)警信息。

　　剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器可以探測(cè)被保護(hù)線路中的剩余電流、溫度等電氣火災(zāi)危險(xiǎn)參數(shù)的變化，按工作方式可以分兩類：一是獨(dú)立式探測(cè)器（具有監(jiān)控報(bào)警功能的探測(cè)器），二是非獨(dú)立式探測(cè)器。本文設(shè)計(jì)了一智能型獨(dú)立式探測(cè)器。

　　2.3 剩余電流產(chǎn)生的原因

　　正常情況下，電路中沒(méi)有發(fā)生設(shè)備漏電或接地故障時(shí)，如圖1 所示，根據(jù)電路原理可知， 三相四線電源的電流相量和等于零，即Ia+Ib+Ic+In=0 ，在電流互感器中產(chǎn)生磁通的矢量和等于零。此時(shí)，二次線圈中感應(yīng)電流IL=0，因此線路正常供電。當(dāng)電路中發(fā)生設(shè)備漏電或故障接地時(shí)， 例如出現(xiàn)故障漏電電流Z I ， 則三相四線電源的電流相量和將不等于零，即Ia+Ib+Ic+In≠0 ，在電流互感器中產(chǎn)生磁通的矢量和也不等于零， 此時(shí)，二次線圈中有感應(yīng)電流，即剩余電流IL≠0 。

　　圖1 剩余電流互感器工作原理。

　　2.4 設(shè)置電氣火災(zāi)探測(cè)器的必要性

　　電氣接地故障中電弧性對(duì)地短路是引發(fā)電氣火災(zāi)的重要原因。電弧性對(duì)地短路具有很大的阻抗和電壓降， 它限制了故障電流， 使過(guò)電流保護(hù)器不能動(dòng)作或不能及時(shí)動(dòng)作來(lái)切斷電源，而幾百毫安的漏電弧產(chǎn)生的局部高溫可達(dá)2000℃以上，足以引燃周?chē)目扇嘉锒鸹馂?zāi)。況且， 用電設(shè)備分布在建筑物的各個(gè)角落， 危害范圍廣， 如不對(duì)系統(tǒng)的漏電進(jìn)行監(jiān)測(cè)和防控， 就會(huì)對(duì)人身和財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成威脅，存在很大的火災(zāi)隱患。剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器能準(zhǔn)確監(jiān)控電氣線路的故障和異常狀態(tài)，能有效預(yù)防常見(jiàn)的因漏電導(dǎo)致接地電弧所引起的建筑物電氣火災(zāi)事故。為了保證人民生命財(cái)產(chǎn)安全，在建筑物的電源進(jìn)線處及干線上安裝剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器十分必要。

　　3 探測(cè)器的設(shè)計(jì)

　　3.1 系統(tǒng)基本功能

　　智能型剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器集剩余電流、短路、過(guò)載、過(guò)壓和欠壓（缺相）等電氣故障的監(jiān)測(cè)、分析、報(bào)警及控制于一體。主要具有以下功能：

　?。?） 具有漏電電流、過(guò)電流長(zhǎng)延時(shí)、過(guò)電流短延時(shí)和短路瞬時(shí)保護(hù)功能，組成所需的保護(hù)特性。智能設(shè)定漏電電流、過(guò)電流長(zhǎng)延時(shí)、過(guò)電流短延時(shí)和過(guò)電流瞬時(shí)的整定值及預(yù)警值。另外還具有過(guò)欠壓報(bào)警功能、缺相報(bào)警功能。

　?。?） 顯示并儲(chǔ)存故障發(fā)生點(diǎn)的線路地址、故障類型、故障發(fā)生時(shí)間和漏電電流、三相電流值?？捎涗浂噙_(dá)1000 條歷史故障，長(zhǎng)期保存，直到用指令刪除。

　?。?） 采用 RS485 總線通訊技術(shù)，可以利用總線與主機(jī)構(gòu)成主從式監(jiān)控系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)用戶連網(wǎng)， 在一臺(tái)電腦上可對(duì)1～250 臺(tái)智能探測(cè)器在線遠(yuǎn)程監(jiān)控，隨時(shí)檢查各用戶安全用電情況， 隨時(shí)接通或分?jǐn)喔饔脩艄╇娋€路。

　?。?） 有預(yù)報(bào)警功能，當(dāng)接近動(dòng)作參數(shù)時(shí)提前報(bào)警、超標(biāo)報(bào)警脫扣的人性化智能控制策略，以超前主動(dòng)防護(hù)模式， 采用智能化控制結(jié)構(gòu)， 對(duì)電力運(yùn)行線路安全狀況進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄和控制，并能夠遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)指定節(jié)點(diǎn)的斷路器脫扣。

　?。?） 可與感溫探頭、感煙探頭、可燃?xì)怏w探測(cè)器等連接， 與火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中心聯(lián)動(dòng)， 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程切斷負(fù)載電源，并有DC12V 信號(hào)反饋給報(bào)警中心觸發(fā)報(bào)警。

　　3.2 整體硬件設(shè)計(jì)

　　剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器主要由電源、單片機(jī)PIC24FJ96、三相交流電電壓電流檢測(cè)電路、剩余電流檢測(cè)電路、RS485 通信模塊、報(bào)警器及按鍵和顯示等幾部分構(gòu)成的， 如圖2 所示。