安科瑞 繆凱倫 陳聰 陳正
電氣火災(zāi)一般是指由于電氣線路、用電設(shè)備及供配電設(shè)備出現(xiàn)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(zāi)，也包括由雷電和靜電引起的火災(zāi)。以電氣火災(zāi)的漏電故障為例，電氣線路及裝置因絕緣破損有接地故障時，在漏電故障點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，使過電流保護器不能動作或不能及時動作來切斷電源，而幾百毫安的漏電電弧產(chǎn)生的局部高溫達2000℃以上，就足以引燃周圍的可燃物而引起電氣火災(zāi)。
公安部消防局《中國火災(zāi)統(tǒng)計年鑒》顯示：近十年的火災(zāi)事故中，電氣火災(zāi)所占比例在30%，且逐年呈上升趨勢，造成的損失十分慘重。事實上，電氣火災(zāi)已成為消防安全的主要致災(zāi)因素，不僅次數(shù)多、損失大，而且多年來一直居高不下。
本文就電氣火災(zāi)系統(tǒng)在北京萬科項目中的應(yīng)用，簡單介紹安科瑞Acrel-6000/Q電氣火災(zāi)系統(tǒng)的實際應(yīng)用和其實際意義。
1 項目概況
北京萬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個配電間。其中超市配電間負責整個超市部分的動力，照明，插座用電，一號配電間和二號配電間負責整個辦公大樓部分的動力、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回路。每個出線回路終端獨立對應(yīng)一個配電箱。
為了監(jiān)控整個配電系統(tǒng)是否存在電氣火災(zāi)隱患，現(xiàn)須根據(jù)本項目的情況設(shè)計一套電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)須實時監(jiān)測重要回路的剩余電流值、箱體回路的實時溫度，監(jiān)測的數(shù)據(jù)實時傳輸至后臺主機，當發(fā)生剩余電流值越限、溫度越*，后臺能進行聲光報警，同時后臺能夠和消防火災(zāi)報警系統(tǒng)實現(xiàn)消防聯(lián)動。
2 參照標準
近年來，國家為了加大電氣火災(zāi)監(jiān)控防范的力度，相繼制訂或修改了一批相關(guān)標準規(guī)范，加強對電氣火災(zāi)的預防。相關(guān)的標準規(guī)范已經(jīng)對電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)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(zāi)系統(tǒng)的設(shè)計參照的標準主要有：
1．GB50045-95(2005版)《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》，其中在條文9.5.1里規(guī)定:高層建筑內(nèi)火災(zāi)危險性大、人員密集等場所宜設(shè)置漏電火災(zāi)報警系統(tǒng)。
2．GB50016-2006《建筑設(shè)計防火規(guī)范》，在條文11.2.7里規(guī)定:下列場所宜設(shè)置剩余電流動作電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。這些場所包括各種類型的影劇院、館所、倉庫、住宅小區(qū)、醫(yī)院、商店、學校等等。
3．國家標準《建筑電氣火災(zāi)預防要求和檢測方法》有關(guān)條文也明確要求“應(yīng)在電源進線端設(shè)置自動切斷電源或報警的剩余電流動作保護器。
4．電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的產(chǎn)品應(yīng)滿足:GB14287.1-2005《電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備》、 GB14287.2-2005《剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器》、GB14287.3-2005《測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器》
5．電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的安裝和運行應(yīng)滿足GB13955-2005《剩余電流動作保護裝置安裝和運行》
6．電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的供電應(yīng)滿足GB50052《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》的要求
7．電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)滿足《電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計方法》的要求(暫行規(guī)定)
3.系統(tǒng)架構(gòu)及設(shè)計
1）站控管理層
站控管理層針對電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的管理人員，是人機交互的直接窗口，也是系統(tǒng)的上層部分。安科瑞電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主機充分考慮到用戶的操作習慣，和持續(xù)穩(wěn)定運行，參照的相應(yīng)的國家標準和規(guī)范。主機主要由監(jiān)控軟件、觸摸屏、UPS電源、打印機等設(shè)備組成。將現(xiàn)場的各類數(shù)據(jù)信息進行計算、分析、處理，并以圖形、數(shù)顯、聲音、指示燈等方式反應(yīng)給終端管理人員。使管理人員能夠?qū)崟r掌握系統(tǒng)動態(tài)，且實現(xiàn)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(shù)據(jù)量的規(guī)模，現(xiàn)為項目配置安科瑞Acrel-6000/Q主機，本主機的具體參數(shù)見下文介紹。
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，且所有的通訊總線須沿著弱電橋架鋪設(shè)。本項目的3個配電間的數(shù)據(jù)總線設(shè)計為一個配電間單獨總線，獨立的總線便于后期系統(tǒng)的維護，發(fā)生漏電流報警時也可以根據(jù)后期我方提供的點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(xiàn)場電氣火災(zāi)探測器通過雙絞線（ZR-RVSP2*1.0）以手拉手方式進行通訊連接，每根總線的儀表數(shù)量在20只左右。每根總線具體連接方式如下：
3）現(xiàn)場設(shè)備層
本項目中共計3個配電室，配電室內(nèi)的每個配電柜都有多個抽屜柜。根據(jù)以上情況現(xiàn)為其配置安科瑞ARCM系列剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器ARCM200L-J8，此款探測器性能：8回路剩余電流監(jiān)測、2路溫度監(jiān)測、2路開關(guān)量輸入、2路繼電器輸出、LCD顯示、RS485/Modbus協(xié)議。
ARCM系列剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器，是針對 0.4kV 以下的TT、TN 系統(tǒng)設(shè)計的，通過對配電回路的剩余電流、導線溫度、過電流、過電壓等火災(zāi)危險參數(shù)實施監(jiān)控和管理，從而預防電氣火災(zāi)的發(fā)生，并實現(xiàn)了對多種電力參數(shù)的實時監(jiān)測,為能耗管理提供數(shù)據(jù)。產(chǎn)品采用*微控制器技術(shù)，集成度高，體積小巧，安裝方便，集智能化，數(shù)字化，網(wǎng)絡(luò)化于一身，是建筑電氣火災(zāi)預防監(jiān)控、系統(tǒng)絕緣老化預估等的理想選擇。產(chǎn)品符合 GB14287.2-2005《電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng) 第2部分：剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器》的標準要求。
4系統(tǒng)特點和工作原理
鑒于本項目的規(guī)模，項目電氣火災(zāi)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(jù)本項目的實際情況來進行設(shè)計的。
本項目的系統(tǒng)特點可總結(jié)為一下3點：
1.終端探測器選用8回路剩余電流探測器、方便安裝、節(jié)省成本、便于后期維護。
2.RS485總線連接方便，可操作性強?？偩€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(tǒng)的通訊穩(wěn)定。
3.考慮到本項目中儀表數(shù)據(jù)量，客戶要求。本項目的主機選用琴臺式。琴臺式主機界面簡潔，系統(tǒng)操作方便，適合本項目中的配電間環(huán)境和客戶的相關(guān)操作要求。
電氣火災(zāi)系統(tǒng)工作原理
1.剩余電流測量是根據(jù)基爾霍夫電流定律：在同一時刻，電路中流入和流出一個節(jié)點的電流矢量和為零。以TN-S系統(tǒng)為例，將A/B/C/N同時穿過剩余電流互感器，當系統(tǒng)未發(fā)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(yīng)出的二次電流也為0;當某相對大地發(fā)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(zāi)探測器，經(jīng)運算放大、A/D轉(zhuǎn)換后送入CPU，經(jīng)過一系列算法后，對變化的幅值進行分析、判斷，并與報警設(shè)定值進行比較，若超出定值則發(fā)出聲光報警信號并上送至后臺電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備。
2.終端探測器負責監(jiān)測各個回路的剩余電流值，將剩余電流值的數(shù)據(jù)傳輸至系統(tǒng)主機。終端探測器還負責其監(jiān)測回路剩余電流值的實時顯示，同時能夠設(shè)置限值，當剩余電流值越*能夠發(fā)出聲光報警，提醒管理人員及時維護、整改。
3.儀表通過RS485總線將數(shù)據(jù)傳輸至系統(tǒng)主機，系統(tǒng)主機將上傳數(shù)據(jù)通過圖形、報表、事件記錄等形式反映整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)。
5 系統(tǒng)設(shè)計注意事項和方法
5.1 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主要監(jiān)測剩余電流和溫度兩類對象，在設(shè)計時應(yīng)注意的基本要點
(1)關(guān)于剩余電流
由于剩余電流監(jiān)測的原理采用了基爾霍夫電流定律，所以，對所應(yīng)用的低壓配電系統(tǒng)形式有一定要求。目前，可以應(yīng)用剩余電流互感器的低壓配電系統(tǒng)有：TT系統(tǒng)，IT系統(tǒng)，TN-S系統(tǒng)，不能使用在TN-C系統(tǒng)中。對將要設(shè)計安裝電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的用戶，不管是新工程或舊工程改造項目，首先要調(diào)查核實該用戶低壓配電系統(tǒng)的系統(tǒng)接地形式是什么，否則，設(shè)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(guān)于AC220V單相供電系統(tǒng)，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(tǒng)，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(jù)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(tǒng)接地的形式為TN-C型時工業(yè)自動化網(wǎng)，須將其改造為TN-S型、TN-C-S型或局部TT型系統(tǒng)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(tǒng)接地的形式無關(guān)，主要考慮包括線纜在內(nèi)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路中應(yīng)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(shè)置在被探測對象的表面。當被檢測對象為配電柜內(nèi)部溫度變化時，可采用非接觸式布置，靠近發(fā)熱部件。
5.2 系統(tǒng)設(shè)計中的點位分配
根據(jù)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(guān)于分級保護的規(guī)定，安裝剩余電流火災(zāi)監(jiān)控裝置時，點位分配原則的步驟是：
(1)研究分析被控低壓AC380V/220V配電線路的相關(guān)圖紙，將建筑電氣的分布情況調(diào)查核實，確定配電設(shè)備(如配電柜、箱、盤、電纜等重要設(shè)備)的位置，把每一個監(jiān)控探測器分配到相應(yīng)的配電設(shè)備上，以此來確定探測器的數(shù)量，避免重設(shè)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(jù)用電負載及線路情況，一般分兩級或三級保護，適用于城鎮(zhèn)和農(nóng)村保護。
其中，重要線路應(yīng)包括安防、消防、應(yīng)急電源、通道照明線路及不容許停電的重要場所。
(3)二級保護中，所有開關(guān)處都要設(shè)置安裝剩余電流火災(zāi)監(jiān)控探測器，即在線路的電源端和分支首端(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(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，只作火災(zāi)監(jiān)控報警。
(4)三級保護中，第三級(即末端保護)開關(guān)處應(yīng)設(shè)置剩余電流探測器及動作保護裝置，但不接入電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，為的是防止人身觸電。
(5)溫度檢測是以配電設(shè)備異常時發(fā)熱為基本原則而進行的。
1)變壓器低壓側(cè)出線端子、變壓器體溫(風溫、油溫、水溫)測試點、負荷開關(guān)觸頭。
2)各配電柜(箱)的進出母線接點、自動開關(guān)(斷路器、刀開關(guān))觸頭、大電流導線集中部位、線纜駁接點。
3)母聯(lián)柜主接點、刀開關(guān)觸頭。
4)補償電容器接線端子、轉(zhuǎn)換開關(guān)觸頭。
(6)根據(jù)點位安裝總數(shù)，再選擇相應(yīng)的壁掛、立式或琴臺。
6 系統(tǒng)參數(shù)的配置
6.1 報警值設(shè)置范圍
本項目中現(xiàn)場儀表的剩余電流報警值設(shè)置在300mA，關(guān)于剩余電流值的設(shè)置在相關(guān)的國家標準都有詳細的規(guī)定。
依據(jù)國家標準GB14287.2-2005中的規(guī)定，剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器的報警值設(shè)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(xiàn)場，設(shè)置剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器的報警值，具體地說應(yīng)不小于被保護電氣線路和設(shè)備的正常運行時泄漏電流值的2倍，且不大于1000mA。電氣火災(zāi)探測器的報警設(shè)定值應(yīng)考慮配電系統(tǒng)及用電設(shè)備的正常泄漏電流。
6.2 關(guān)于電纜溫升報警設(shè)定參考，根據(jù)《電力電纜設(shè)計規(guī)范》對電纜有關(guān)溫度的規(guī)定
(1)60℃以上高溫場所應(yīng)按經(jīng)受高溫及其持續(xù)時間和絕緣類型要求，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。高溫場所不宜選用普通聚氯乙烯絕緣電纜。
(2)電纜持續(xù)允許載流量的環(huán)境溫度應(yīng)按使用地區(qū)的氣象溫度多年平均值確定，并應(yīng)符合規(guī)定。在戶內(nèi)電纜溝敷設(shè)時，環(huán)境溫度為場所溫度平均值另加5℃.
(3)電纜所承受溫升與敷設(shè)及散熱條件有關(guān)。
7 主要設(shè)備參數(shù)
北京萬科項目電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)由電氣火災(zāi)監(jiān)控裝置Acrel-6000/Q、漏電火災(zāi)探測器ARCM200L-J8、漏電流互感器AKH-0.66L組成。
7.1主要技術(shù)參數(shù)
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(jiān)控設(shè)備工作時間 ≥4小時
工作制：
24小時工作制
通訊方式：
RS485總線通訊，Modbus-RTU通信協(xié)議，傳輸距離1.2km，可通過中繼器延長通訊傳輸距離
監(jiān)控容量：
① 監(jiān)控設(shè)備可監(jiān)控1024（須定制）個監(jiān)控單元（探測器）
② 可配接ARCM系列監(jiān)控探測器
監(jiān)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(jiān)控報警響應(yīng)時間： ≤30s
監(jiān)控報警聲壓級（A計權(quán)）：≥70dB／1m
監(jiān)控報警光顯示：紅色LED指示燈，紅色光報警信號應(yīng)保持，直至手動復位
監(jiān)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
故障報警項目：
① 監(jiān)控設(shè)備與探測器之間的通訊連接線發(fā)生斷路或短路
② 監(jiān)控設(shè)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(fā)生斷路或短路
故障報警響應(yīng)時間：≤100s
監(jiān)控報警聲壓級（A計權(quán)）：≥70dB／1m
監(jiān)控報警光顯示：黃色LED指示燈，黃色光報警信號應(yīng)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
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
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
事件記錄：
① 記錄內(nèi)容：記錄類型、發(fā)生時間、探測器編號、區(qū)域、故障描述，可存儲記錄不少于2萬條
② 記錄查詢：根據(jù)記錄的日期、類型等條件查詢
操作分級：
① 日常值班級：實時狀態(tài)監(jiān)視、事件記錄查詢
② 監(jiān)控操作級：實時狀態(tài)監(jiān)視、事件記錄查詢、探測器遠程復位、設(shè)備自檢
③ 系統(tǒng)管理級：實時狀態(tài)監(jiān)視、事件記錄查詢、探測器遠程復位、設(shè)備自檢，監(jiān)控設(shè)備系統(tǒng)參數(shù)查詢、監(jiān)控設(shè)備各模塊單獨檢測、操作員添加與刪除
使用環(huán)境條件：
① 工作場所：消防控制室內(nèi)、有人值班的變配電所（配電室）、有人值班的房間內(nèi)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(jiān)控報警功能：
監(jiān)控設(shè)備能接收多臺探測器的漏電、溫度信息，報警時發(fā)出聲光報警信號，同時設(shè)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(xiàn)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。
2.故障報警功能
通訊故障報警：當監(jiān)控設(shè)備與所接的任一臺探測器之間發(fā)生通訊故障時，監(jiān)控畫面中相應(yīng)的探測器顯示故障提示，同時設(shè)備上的黃色“故障"指示燈亮，并發(fā)出故障報警聲音。
電源故障報警：當主電源或備用電源發(fā)生故障時，監(jiān)控設(shè)備也發(fā)出聲光報警信號并顯示故障信息，可進入相應(yīng)的界面查看詳細信息并可解除報警聲響。
3.自檢功能
檢查設(shè)備中所有狀態(tài)指示燈、顯示屏、喇叭是否正常。
4.報警記錄存儲查詢功能
當發(fā)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(shù)據(jù)庫中，當報警解除、排除故障時，同樣予以記錄。歷史數(shù)據(jù)提供多種便捷、快速的查詢方法。
5.電源功能
當主電源發(fā)生停電、欠壓等故障時，監(jiān)控設(shè)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(jiān)控設(shè)備連續(xù)平穩(wěn)運行。
6.對探測器控制功能
通過監(jiān)控軟件操作，可對連接到本設(shè)備的所有探測器進行遠程復位控制。
7.權(quán)限控制功能
為確保監(jiān)控系統(tǒng)的安全運行，監(jiān)控設(shè)備軟件操作權(quán)限分為三級，不同級別的操作員具有不同的操作權(quán)限。
項目總結(jié)
安科瑞Acrel-6000/Q電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到像北京萬科性質(zhì)的建筑項目上，在系統(tǒng)調(diào)試階段就已經(jīng)幫助用戶查詢到了很對剩余電流值過大的回路，協(xié)助用戶查詢故障原因，排除相關(guān)故障。在系統(tǒng)驗收后，我方做了定期回訪，用戶反饋系統(tǒng)運行穩(wěn)定。
安科瑞電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)自投入市場以來，運行良好，在預防電氣火災(zāi)方面發(fā)揮了重要作用，已獲得了客戶對產(chǎn)品和公司的認可和肯定。
