一種新型的電氣火災(zāi)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)用探討

摘要：電氣設(shè)計(jì)時(shí)電源總進(jìn)線處開關(guān)的剩余電流設(shè)定值較大，產(chǎn)生少量漏電時(shí)供電開關(guān)難以動(dòng)作;而電路中絕緣破損有接地故障時(shí)產(chǎn)生的電弧限制了故障電流，使漏電保護(hù)器不能動(dòng)作，但其產(chǎn)生的高溫易引起電氣火災(zāi),類似的情況下就需要進(jìn)行泄漏電流的監(jiān)測(cè)和報(bào)警。電氣火災(zāi)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)回路的剩余電流值、箱體的溫度，當(dāng)電流值越限、溫度超標(biāo)時(shí)，系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警，并與消防火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)。

引言

　　據(jù)《中國火災(zāi)統(tǒng)計(jì)年鑒》顯示，近十年的火災(zāi)事故中，電氣火災(zāi)所占比例在30%以上，且呈逐年上升的趨勢(shì)，已成為火災(zāi)的主要致災(zāi)因素，引起巨大的人財(cái)物損失。電氣火災(zāi)產(chǎn)生的主要原因有短路、過載、接觸電阻過大、靜電等^[1]，其中接地性電弧短路是最危險(xiǎn)也多發(fā)的電氣火災(zāi)成因，主要是由于故障點(diǎn)接觸不良，未被熔融而迸發(fā)出電或者電火花。而且發(fā)生電弧性短路的故障點(diǎn)阻抗較大，它的短路電流并不大(略大于300mA的電流即可產(chǎn)生電弧)，正常電路中設(shè)置的斷路器難以動(dòng)作，而且線路電壓低至20V時(shí)電弧依然穩(wěn)定存在，致使電弧難以熄滅。此類電弧溫度高達(dá)2000-3000度以上，極易引燃周圍的可燃物體^[2]，因此接地性電弧短路是導(dǎo)致電氣火災(zāi)最難以防范的原因之一。另外，在電源的總進(jìn)線處和不允許斷電的電氣設(shè)備，如消防水泵回路和公共場(chǎng)所的疏散照明、消防報(bào)警回路的電源等，設(shè)計(jì)時(shí)不設(shè)漏電保護(hù)開關(guān)或者漏電保護(hù)開關(guān)動(dòng)作的設(shè)定值比較大，產(chǎn)生少量漏電時(shí)漏電保護(hù)器難以動(dòng)作，也容易造成觸電危險(xiǎn)或者火災(zāi)危險(xiǎn)。這些地方都需要設(shè)計(jì)電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，當(dāng)電流值越限、溫度超標(biāo)時(shí)，系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警，并與消防火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，通知管理人員進(jìn)行處理。

1 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置原理

　　電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)EFPS(Electric Fire Prevention System)主要是監(jiān)測(cè)供電線路的剩余電流，依據(jù)基爾霍夫電流定律(Kirhhoff's Current Law)進(jìn)行測(cè)量：在同一時(shí)刻，電路中流入和流出同一個(gè)節(jié)點(diǎn)的電流矢量和為零

　　Ir=IrA+IrB+IrC+IrN=0

　　以TN-S系統(tǒng)為例，將A/B/C/N同時(shí)穿過剩余電流互感器，在設(shè)備與線路無任何漏電的理想情況下，從正方向進(jìn)入和負(fù)方向流出剩余電流互感器的電流矢量和為零，此時(shí)，剩余電流互感器感應(yīng)出的二次電流也為0。

　　當(dāng)某相發(fā)生接地故障時(shí)，其對(duì)大地發(fā)生漏電，此時(shí)流入和流出剩余電流互感器的電流矢量和不再為零，大小等于從大地流走的電流即漏電電流。此漏電電流使剩余電流互感器的環(huán)形鐵芯中產(chǎn)生磁通，其二次側(cè)感應(yīng)產(chǎn)生電流，該電流與一次側(cè)各相漏電流的矢量和成正比，經(jīng)過放大處理可視為一次側(cè)各相漏電流的矢量和。在三相電路中，零序剩余電流包括三種成分：三相不平衡電流、分布性電容電流和泄漏電流組成的正常漏電流、故障性漏電流即絕緣擊穿后漏電流。 Ir=Iilce+Irb+Ibrce，其中：Iilce固有對(duì)地漏電電流;Irb開關(guān)后對(duì)地漏電流;Ibrce突發(fā)性漏電流。

2 電氣火災(zāi)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)組成

　　電氣監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)EFPS(Electric Fire Prevention System)系統(tǒng)主要由監(jiān)控管理層(監(jiān)控主機(jī)IPC和電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備ACDP)、現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)層(電氣火災(zāi)探測(cè)器RTCM和TS溫度探測(cè)器)和系統(tǒng)輔助設(shè)備(區(qū)域監(jiān)控單元ACDU和協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊PTM)組成，通過工業(yè)以太網(wǎng)和RS485總線連接在一起。系統(tǒng)應(yīng)具有超早期、高智能、小型化、高可靠性和簡(jiǎn)單實(shí)用的特點(diǎn)^[3] 。當(dāng)線路中的漏電電流超過報(bào)警設(shè)定值時(shí)，監(jiān)控主機(jī)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)并指出報(bào)警位置^[4]，提醒管理人員及時(shí)去現(xiàn)場(chǎng)查看確認(rèn)。同時(shí)系統(tǒng)主機(jī)將上傳數(shù)據(jù)通過圖形、報(bào)表、事件記錄等形式反映整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。

2.1 現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)層

　　現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)層主要分為火災(zāi)探測(cè)器(RTCM)和溫度探測(cè)器(TS)。電氣火災(zāi)探測(cè)器(RTCM)通過零序互感器負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)各個(gè)回路的剩余電流和溫度等電氣火災(zāi)危險(xiǎn)參數(shù)，負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)顯示各個(gè)回路的剩余電流值，并將剩余電流值的數(shù)據(jù)傳輸至系統(tǒng)主機(jī)，同時(shí)能夠設(shè)置剩余電流報(bào)警限值。同時(shí)，可設(shè)定地址編碼，幫助管理人員精確定位故障位置。針對(duì)電弧發(fā)出的高溫以及配電柜內(nèi)溫度的測(cè)量，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)還可以進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，主要采用接觸式溫度探測(cè)器或者輻射式溫度探測(cè)器。

2.2 系統(tǒng)輔助設(shè)備

　　系統(tǒng)輔助設(shè)備主要指區(qū)域監(jiān)控單元(ACDU)和協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊(PTM)，區(qū)域監(jiān)控單元(ACDU)可實(shí)時(shí)存儲(chǔ)故障及報(bào)警信息，并可對(duì)下級(jí)火災(zāi)探測(cè)器的剩余電流報(bào)警值和溫度報(bào)警值等參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，還可以顯示相應(yīng)的火災(zāi)探測(cè)器的信息。協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊PTM是Modbus總線和工業(yè)以太網(wǎng)之間的橋梁，傳輸數(shù)據(jù)時(shí)采用了數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，有效地解決了數(shù)據(jù)傳輸中通信距離和通信速度的悖論問題，在系統(tǒng)容量達(dá)到最大時(shí)也可以保證數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性^[5] ，它把基于RS485總線的Modbus RTU 信號(hào)轉(zhuǎn)換成基于工業(yè)以太網(wǎng)的UDP/IP信號(hào)，再傳輸給監(jiān)控主機(jī)IPC進(jìn)行處理，也可將監(jiān)控主機(jī)IPC的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換后傳輸給火災(zāi)探測(cè)器^[6] 。