王海芹

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定

摘要：介紹安科瑞Acrel-6000/Q電氣火災監控系統在北京萬(wàn)科項目中的應用，簡(jiǎn)析相關(guān)標準和設計規范。

關(guān)鍵詞： 電氣火災；監控系統；北京萬(wàn)科；安科瑞；民用建筑 

0 前言

    電氣火災一般是指由于電氣線(xiàn)路、用電設備及供配電設備出現故障性釋放的熱能，如高溫、電弧、電火花以及非故障性釋放的能量;如電熱器具的熾熱表面，在具備燃燒條件下引燃本體或其它可燃物而造成的火災，也包括由雷電和靜電引起的火災。以電氣火災的漏電故障為例，電氣線(xiàn)路及裝置因絕緣破損有接地故障時(shí)，在漏電故障點(diǎn)和導電不良連接處將引起電弧、電火花，這種電弧具有很大阻抗和電壓降，它限制了故障電流，使過(guò)電流保護器不能動(dòng)作或不能及時(shí)動(dòng)作來(lái)切斷電源，而幾百毫安的漏電電弧產(chǎn)生的局部高溫達2000℃以上，就足以引燃周?chē)目扇嘉锒痣姎饣馂摹?/span>

    *部消防局《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(shí)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(lái)一直居高不下。

本文就電氣火災系統在北京萬(wàn)科項目中的應用，簡(jiǎn)單介紹安科瑞Acrel-6000/Q電氣火災系統的實(shí)際應用和其實(shí)際意義。

  1 項目概況

    北京萬(wàn)科辦公樓是一綜合商業(yè)建筑，本建筑由商業(yè)辦公大樓和超市組成，辦公大樓的以每層或每戶(hù)出租的形式商業(yè)化運作。由于本項目為高層商用辦公樓，用電負荷較大。本大樓共計有3個(gè)配電間。其中超市配電間負責整個(gè)超市部分的動(dòng)力，照明，插座用電，一號配電間和二號配電間負責整個(gè)辦公大樓部分的動(dòng)力、照明、插座以及特殊用電。超市配電間、一號配電間、二號配電間的所有出線(xiàn)回路。每個(gè)出線(xiàn)回路終端獨立對應一個(gè)配電箱。

    為了監控整個(gè)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。電氣火災監控系統須實(shí)時(shí)監測重要回路的剩余電流值、箱體回路的實(shí)時(shí)溫度，監測的數據實(shí)時(shí)傳輸至后臺主機，當發(fā)生剩余電流值越限、溫度越*，后臺能進(jìn)行聲光報，同時(shí)后臺能夠和消防火災報系統實(shí)現消防聯(lián)動(dòng)。

2 參照標準

    近年來(lái)，為了加大電氣火災監控防范的力度，相繼制訂或修改了一批相關(guān)標準規范，加強對電氣火災的預防。相關(guān)的標準規范已經(jīng)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/Q電氣火災系統的設計參照的標準主要有：

    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(chǎng)所宜設置漏電火災報系統。

    2．GB50016-2006《建筑設計防火規范》，在條文11.2.7里規定:下列場(chǎng)所宜設置剩余電流動(dòng)作電氣火災監控系統。這些場(chǎng)所包括各種類(lèi)型的影劇院、館所、倉庫、住宅小區、醫院、商店、學(xué)校等等。

    3．標準《建筑電氣火災預防要求和檢測方法》有關(guān)條文也明確要求“應在電源進(jìn)線(xiàn)端設置自動(dòng)切斷電源或報的剩余電流動(dòng)作保護器。

    4．電氣火災監控系統的產(chǎn)品應滿(mǎn)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》

    5．電氣火災監控系統的安裝和運行應滿(mǎn)足GB13955-2005《剩余電流動(dòng)作保護裝置安裝和運行》

    6．電氣火災監控系統的供電應滿(mǎn)足GB50052《供配電系統設計規范》的要求

    7．電氣火災監控系統的設計應滿(mǎn)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

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(hù)的操作習慣，和持續穩定運行，參照的相應的標準和規范。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(chǎng)的各類(lèi)數據信息進(jìn)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(shí)時(shí)掌握系統動(dòng)態(tài)，且實(shí)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(diǎn)位以及數據量的規模，現為項目配置安科瑞Acrel-6000/Q主機，本主機的具體參數見(jiàn)下文介紹。
2）網(wǎng)絡(luò )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(xiàn)須沿著(zhù)弱電橋架鋪設。本項目的3個(gè)配電間的數據總線(xiàn)設計為一個(gè)配電間單*根總線(xiàn)，獨立的總線(xiàn)便于后期系統的維護，發(fā)生漏電流報也可以根據后期我方提供的點(diǎn)檢表快速定位故障回路，快速排除故障。具體的手拉手連接如下圖所示：

    現場(chǎng)電氣火災探測器通過(guò)雙絞線(xiàn)（R-RVSP2*1.0）以手拉手方式進(jìn)行通訊連接，每根總線(xiàn)的儀表數量在20只左右。每根總線(xiàn)具體連接方式如下：

3）現場(chǎng)設備層

    本項目中共計3個(gè)配電室，配電室內的每個(gè)配電柜都有多個(gè)抽屜柜。根據以上情況現為其配置安科瑞ARCM系列剩余電流式電氣火災監控探測器ARCM200L-J8，此款探測器性能：8回路剩余電流監測、2路溫度監測、2路開(kāi)關(guān)量輸入、2路繼電器輸出、LCD顯示、RS485/Modbus協(xié)議。具體的產(chǎn)品參數可前往安科瑞http://www.acrel.cn查詢(xún)。

    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(guò)對配電回路的剩余電流、導線(xiàn)溫度、過(guò)電流、過(guò)電壓等火災危險參數實(shí)施監控和管理，從而預防電氣火災的發(fā)生，并實(shí)現了對多種電力參數的實(shí)時(shí)監測,為能耗管理提供的數據。產(chǎn)品采用的微控制器技術(shù)，集成度高，體積小巧，安裝方便，集智能化，數字化，網(wǎng)絡(luò )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(chǎn)品符合 GB14287.2-2005《電氣火災監控系統 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(diǎn)和工作原理

    鑒于本項目的規模，項目電氣火災檢測點(diǎn)位的實(shí)際情況。無(wú)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(shí)際情況來(lái)進(jìn)行設計的。

    本項目的系統特點(diǎn)可總結為一下3點(diǎn)：

    1.終端探測器選用8回路剩余電流探測器、方便安裝、節省成本、便于后期維護。

    2.RS485總線(xiàn)連接方便，可操作性強?？偩€(xiàn)布線(xiàn)時(shí)走的是弱電橋架，不會(huì )受到強電的影響，確保的整個(gè)系統的通訊穩定。

    3.考慮到本項目中儀表數據量，客戶(hù)要求。本項目的主機選用琴臺式。琴臺式主機界面簡(jiǎn)潔，系統操作方便，適合本項目中的配電間環(huán)境和客戶(hù)的相關(guān)操作要求。

電氣火災系統工作原理

    1.剩余電流測量是根據基爾霍夫電流定律：在同一時(shí)刻，電路中流入和流出一個(gè)節點(diǎn)的電流矢量和為零。以TN-S系統為例，將A/B/C/N同時(shí)穿過(guò)剩余電流互感器，當系統未發(fā)生漏電時(shí)，流入和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出的二次電流也為0;當某相對大地發(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，其大小等于從大地流走的電流即漏電流。此漏電信號通過(guò)剩余電流互感器的二次接線(xiàn)傳輸至電氣火災探測器，經(jīng)運算放大、A/D轉換后送入CPU，經(jīng)過(guò)一系列算法后，對變化的幅值進(jìn)行分析、判斷，并與報設定值進(jìn)行比較，若超出定值則發(fā)出聲光報信號并上送至后臺電氣火災監控設備。

    2.終端探測器負責監測各個(gè)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(shí)時(shí)顯示，同時(shí)能夠設置限值，當剩余電流值越*能夠發(fā)出聲光報，提醒管理人員及時(shí)維護、整改。

    3.儀表通過(guò)RS485總線(xiàn)將數據傳輸至系統主機，系統主機將上傳數據通過(guò)圖形、報表、事件記錄等形式反映整個(gè)系統的運行狀態(tài)。   

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(lèi)對象，在設計時(shí)應注意的基本要點(diǎn)

(1)關(guān)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(hù)，不管是新工程或舊工程改造項目，先要調查核實(shí)該用戶(hù)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(diǎn)位進(jìn)行檢測是根本無(wú)法施行的。

    關(guān)于A(yíng)C220V單相供電系統，剩余電流互感器只要套住L/N兩根電源線(xiàn)即可，但要求中性線(xiàn)N此后不容許再接地。對于A(yíng)C380V三相供電系統，由于有三相三線(xiàn)制、三相四線(xiàn)制、三相五線(xiàn)制等使用狀況，則根據具體情況將剩余電流互感器同時(shí)套住A/B/C三相電源線(xiàn)，或同時(shí)套住A/B/C/N線(xiàn)。同理，要求中性線(xiàn)N此后不許再接地，保護線(xiàn)PE不得穿過(guò)互感器。

    在系統接地的形式為T(mén)N-C型時(shí)工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)，將其改造為T(mén)N-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。

(2)關(guān)于溫度

    溫度測量與系統接地的形式無(wú)關(guān)，主要考慮包括線(xiàn)纜在內的低壓配電裝置中關(guān)鍵部位的溫度，一般在二級保護的線(xiàn)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(shí)，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(shí)，可采用非接觸式布置，靠近發(fā)熱部件。

5.2 系統設計中的點(diǎn)位分配

     根據標準GB13955-2005《剩余電流動(dòng)作保護裝置安裝和運行》4.4條中關(guān)于分級保護的規定，安裝剩余電流火災監控裝置時(shí)，點(diǎn)位分配原則的步驟是：

    (1)研究分析被控低壓AC380V/220V配電線(xiàn)路的相關(guān)圖紙，將建筑電氣的分布情況調查核實(shí)，確定配電設備(如配電柜、箱、盤(pán)、電纜等重要設備)的位置，把每一個(gè)監控探測器分配到相應的配電設備上，以此來(lái)確定探測器的數量，避免重設浪費。

    (2)確定分級保護。為了縮小發(fā)生人身電擊事故和接地故障切斷電源時(shí)引起的停電范圍，通常在供電線(xiàn)路的不同地點(diǎn)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(xiàn)路情況，一般分兩級或三級保護，適用于城鎮和農村*級和級保護。

其中，重要線(xiàn)路應包括安防、消防、應急電源、通道照明線(xiàn)路及不容許停電的重要場(chǎng)所。

    (3)二級保護中，所有開(kāi)關(guān)處都要設置安裝剩余電流火災監控探測器，即在線(xiàn)路的電源端(*級保護)和分支端(級也稱(chēng)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，只作火災監控報用。

    (4)三級保護中，三級(即末端保護)開(kāi)關(guān)處應設置剩余電流探測器及動(dòng)作保護裝置，但不接入電氣火災監控系統，為的是防止人身觸電。

    (5)溫度檢測是以配電設備異常時(shí)發(fā)熱為基本原則而進(jìn)行的。

    1)變壓器低壓側出線(xiàn)端子、變壓器體溫(風(fēng)溫、油溫、水溫)測試點(diǎn)、負荷開(kāi)關(guān)觸頭。

    2)各配電柜(箱)的進(jìn)出母線(xiàn)接點(diǎn)、自動(dòng)開(kāi)關(guān)(斷路器、刀開(kāi)關(guān))觸頭、大電流導線(xiàn)集中部位、線(xiàn)纜駁接點(diǎn)。

    3)母聯(lián)柜主接點(diǎn)、刀開(kāi)關(guān)觸頭。

    4)補償電容器接線(xiàn)端子、轉換開(kāi)關(guān)觸頭。

   (6)根據點(diǎn)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 報值設置范圍

    本項目中現場(chǎng)儀表的剩余電流報值設置在300mA，關(guān)于剩余電流值的設置在相關(guān)的標準都有詳細的規定。

    依據標準GB14287.2-2005中的規定，剩余電流式電氣火災監控探測器的報值設置范圍在20~1000mA之間。按此要求，一般把電源總進(jìn)線(xiàn)處的剩余電流動(dòng)作值定為400~800mA，電源分支線(xiàn)路上的剩余電流動(dòng)作值定為100~400mA.一般在實(shí)際現場(chǎng)，設置剩余電流式電氣火災監控探測器的報值，具體地說(shuō)應不小于被保護電氣線(xiàn)路和設備的正常運行時(shí)泄漏電流大值的2倍，且不大于1000mA。電氣火災探測器的報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(guān)于電纜溫升報設定參考，根據《電力電纜設計規范》對電纜有關(guān)溫度的規定

    (1)60℃以上高溫場(chǎng)所應按經(jīng)受高溫及其持續時(shí)間和絕緣類(lèi)型要求，選用耐熱聚氯乙烯、交聯(lián)聚乙烯或乙丙橡皮絕緣等耐熱型電纜100℃以上高溫環(huán)境宜選用礦物絕緣電纜。高溫場(chǎng)所不宜選用普通聚氯乙烯絕緣電纜。

    (2)電纜持續允許載流量的環(huán)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(hù)內電纜溝敷設時(shí)，環(huán)境溫度為場(chǎng)所熱月的日高溫度平均值另加5℃.

　 (3)電纜所承受溫升與敷設及散熱條件有關(guān)。

7 主要設備參數

    北京萬(wàn)科項目電氣火災監控系統由電氣火災監控裝置Acrel-6000/Q、漏電火災探測器ARCM200L-J8、漏電流互感器AKH-0.66L組成。關(guān)于儀表和互感器在此就不多做介紹，相關(guān)資料可登陸安科瑞http://www.acrel.cn查詢(xún)。

7.1主要技術(shù)參數

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(shí)，維持監控設備工作時(shí)間 ≥4小時(shí)

工作制：

    24小時(shí)工作制

通訊方式：

    RS485總線(xiàn)通訊，Modbus-RTU通信協(xié)議，傳輸距離1.2km，可通過(guò)中繼器延長(cháng)通訊傳輸距離

監控容量：

    ① 監控設備高可監控1024（須定制）個(gè)監控單元（探測器）

    ② 可配接ARCM系列監控探測器

監控報項目：

    ① 剩余電流故障（漏電）：故障單元屬性（部位、類(lèi)型）

    ② 溫度報（超溫）： 故障單元屬性（部位、類(lèi)型）

    ③ 電流故障（過(guò)流）： 故障單元屬性（部位、類(lèi)型）

    監控報響應時(shí)間： ≤30s

    監控報聲壓級（A計權）：≥70dB／1m

    監控報光顯示：紅色LED指示燈，紅色光報信號應保持，直至手動(dòng)復位

    監控報聲信號：可手動(dòng)，當再次有報信號輸入時(shí)，能再次啟動(dòng)

故障報項目：

    ① 監控設備與探測器之間的通訊連接線(xiàn)發(fā)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(xiàn)發(fā)生斷路或短路

    故障報響應時(shí)間：≤100s

    監控報聲壓級（A計權）：≥70dB／1m

    監控報光顯示：黃色LED指示燈，黃色光報信號應保持至故障排除

    故障報聲信號：可手動(dòng)，當再次有報信號輸入時(shí)，能再次啟動(dòng)

    故障期間，非故障回路的正常工作不受影響

控制輸出：

    報控制輸出：1組常開(kāi)無(wú)源觸點(diǎn)，容量：AC250V 3A或DC30V 3A

自檢項目：

    ① 指示燈檢查：報、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(shí) ≤60s

事件記錄：

    ① 記錄內容：記錄類(lèi)型、發(fā)生時(shí)間、探測器編號、區域、故障描述，可存儲記錄不少于2萬(wàn)條

    ② 記錄查詢(xún)：根據記錄的日期、類(lèi)型等條件查詢(xún)

操作分級：

    ① 日常值班級：實(shí)時(shí)狀態(tài)監視、事件記錄查詢(xún)

    ② 監控操作級：實(shí)時(shí)狀態(tài)監視、事件記錄查詢(xún)、探測器遠程復位、設備自檢

    ③ 系統管理級：實(shí)時(shí)狀態(tài)監視、事件記錄查詢(xún)、探測器遠程復位、設備自檢，監控設備系統參數查詢(xún)、監控設備各模塊單獨檢測、操作員添加與刪除

使用環(huán)境條件：

    ① 工作場(chǎng)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(huán)境溫度：0℃～40℃

    ③ 工作環(huán)境相對濕度：5%～95%RH

    ④ 海拔高度：≤2500m

7.2基本功能

1.監控報功能：

    監控設備能接收多臺探測器的漏電、溫度信息，報時(shí)發(fā)出聲光報信號，同時(shí)設備上紅色“報”指示燈亮，顯示屏指示報部位及報類(lèi)型，記錄報時(shí)間，聲光報一直保持，直至按顯示屏“復位”按鈕遠程對探測器實(shí)現復位。對于聲音報信號也可以使用顯示屏“消聲”按鈕手動(dòng)。

2.故障報功能

    通訊故障報：當監控設備與所接的任一臺探測器之間發(fā)生通訊故障時(shí)，監控畫(huà)面中相應的探測器顯示故障提示，同時(shí)設備上的黃色“故障”指示燈亮，并發(fā)出故障報聲音。

    電源故障報：當主電源或備用電源發(fā)生故障時(shí)，監控設備也發(fā)出聲光報信號并顯示故障信息，可進(jìn)入相應的界面查看詳細信息并可解除報聲響。

3.自檢功能

    檢查設備中所有狀態(tài)指示燈、顯示屏、喇叭是否正常。

4.報記錄存儲查詢(xún)功能

    當發(fā)生漏電、超溫報或通訊、電源故障時(shí)，將報部位、故障信息、報時(shí)間等信息存儲在數據庫中，當報解除、排除故障時(shí)，同樣予以記錄。歷史數據提供多種便捷、快速的查詢(xún)方法。

5.電源功能

    當主電源發(fā)生停電、欠壓等故障時(shí)，監控設備可自動(dòng)切換到備用電源工作，當主電源恢復正常供電時(shí)，自動(dòng)切回到主電源，切換過(guò)程中保證監控設備連續平穩運行。

6.對探測器控制功能

    通過(guò)監控軟件操作，可對連接到本設備的所有探測器進(jìn)行遠程復位控制。

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

    安科瑞Acrel-6000/Q電氣火災監控系統已經(jīng)廣泛應用到像北京萬(wàn)科性質(zhì)的建筑項目上，在系統調試階段就已經(jīng)幫助用戶(hù)查詢(xún)到了很對剩余電流值過(guò)大的回路，協(xié)助用戶(hù)查詢(xún)故障原因，排除相關(guān)故障。在系統驗收后，我方做了定期回訪(fǎng)，用戶(hù)反饋系統運行穩定。

    安科瑞電氣火災監控系統自投入市場(chǎng)以來(lái)，運行良好，在預防電氣火災方面發(fā)揮了重要作用，已獲得了客戶(hù)對產(chǎn)品和公司的認可和肯定。