1 电气火 灾的成因及现状

  电气火 灾一般是指由于电气线路、用电设 备及供配电设备出现故障性释放的热能,如高温、电弧、电火花 以及非故障性释放的能量;如电热 器具的炽热表面,在具备 燃烧条件下引燃本体或其它可燃物而造成的火灾,也包括 由雷电和静电引起的火灾。电气火 灾主要包括以下四个方面:漏电火灾,短路火灾,过负荷火灾,接触电阻过大火灾。

  公安部消防局《中国火灾统计年鉴》显示:2010年火灾事故中,电气火灾居首位,且所占 比例呈上升趋势,造成的损失十分惨重。事实上,电气火 灾已成为消防安全的主要致灾因素,不仅次数多、损失大,而且多 年来一直居高不下。

  二十世纪八十年代末,一些发 达国家开始强制安装电气火灾监控系统,起到了 立竿见影的效果,其电气 火灾占总火灾的比例由原来的30%下降到了2%.由此可见,电气火 灾监控系统的应用可以有效预防电气火灾的发生,保护人 民生命财产安全。

  2 相关标准

  近年来,国家为 了加大电气火灾监控防范的力度,相继制 订或修改了一批相关标准规范,加强对 电气火灾的预防。主要有:

  GB14287.1-2005:电气火灾监控设备

  GB14287.2-2005:剩余电 流式电气火灾监控探测器

  GB14287.3-2005:测温式 电气火灾监控探测器

  GB50016-2006:建筑设计防火规范

  GB50116-2008:火灾自 动报警系统设计规范

  GB16838-2005:消防电 子产品环境试验方法及严酷等级

  GB50054-2011:低压配电设计规范

  3 电气火灾系统构成

  根据国标GB 14287—2005《电气火灾监控系统》的要求,电气火 灾系统由三部分组成。

  电气火灾监控设备:能接收 来自电气火灾监控探测器的报警信号,发出声、光报警 信号和控制信号,指示报警部位,记录并 保存报警信息的装置。

  剩余电 流式电气火灾监控探测器:探测被 保护线路中的剩余电流值,数值越 限后可发出声光报警信息。

  测温式 电气火灾监控探测器:探测被 保护线路中的温度值,数值越 限后可发出声光报警信息。

  4 电气火 灾系统特点和工作原理

  电气火 灾监控系统的特点在于剩余电流电监控方面属于先期预报警系统。与传统 火灾自动报警系统不同,电气火 灾监控系统早期报警是为了避免损失,而传统 火灾自动报警系统是为了减少损失。所以,这就是 说为什么不管是新建或是改建工程项目,尤其是 已经安装了火灾自动报警系统的单位,仍需要 安装电气火灾监控系统的根本原因。

  电气火 灾监控系统测量剩余电流和温度两个物理量。

  剩余电 流测量是根据基尔霍夫电流定律:在同一时刻,电路中 流入和流出一个节点的电流矢量和为零。以TN-S系统为例(如图1所示),将A/B/C/N同时穿 过剩余电流互感器,当系统未发生漏电时,流入和 流出剩余电流互感器的电流矢量和为零,此时,剩余电 流互感器感应出的二次电流也为0;当某相 对大地发生漏电,此时流 入和流出剩余电流互感器的电流矢量和不再为零,其大小 等于从大地流走的电流即漏电流。此漏电 信号通过剩余电流互感器的二次接线传输至电气火灾探测器,经运算放大、A/D转换后送入CPU,经过一系列算法后,对变化 的幅值进行分析、判断,并与报 警设定值进行比较,若超出 定值则发出声光报警信号并上送至后台电气火灾监控设备。

  温度测 量采用温度传感器,一般采用Pt100传感器进行测量。该种类 型的温度传感器测温稳定、量程范围大,适合在 现场监测线缆温度和环境温度使用。当温度发生变化时,Pt100自身阻 值发生同比例变化,将该电 阻信号传输到电气火灾探测器,经过一 系列信号转化和运算后,将最终 结果同温度报警定值进行比较,若超出 定值则发出声光报警信号并上送至后台电气火灾监控设备。电气火 灾监控系统拓扑图见图2。

  5 系统设 计注意事项和方法

  5.1 电气火 灾监控系统主要监测剩余电流和温度两类对象,在设计 时应注意的基本要点

  (1)关于剩余电流

  由于剩 余电流监测的原理采用了基尔霍夫电流定律,所以,对所应 用的低压配电系统形式有一定要求。目前,可以应 用剩余电流互感器的低压配电系统有:TT系统,IT系统,TN-S系统,不能使用在TN-C系统中。对将要 设计安装电气火灾监控系统的用户,不管是 新工程或旧工程改造项目,首先要 调查核实该用户低压配电系统的系统接地形式是什么,否则,设计安 装剩余电流互感器的点位进行检测是根本无法施行的(如图3所示)。

  关于AC220V单相供电系统,剩余电 流互感器只要套住L/N两根电源线即可,但要求中性线N此后不容许再接地。对于AC380V三相供电系统,由于有三相三线制、三相四线制、三相五 线制等使用状况,则根据 具体情况将剩余电流互感器同时套住A/B/C三相电源线,或同时套住A/B/C/N线。同理,要求中性线N此后不许再接地,保护线PE不得穿过互感器。

  在系统接地的形式为TN-C型时工业自动化网,必须将其改造为TN-S型、TN-C-S型或局部TT型系统后,才可以 安装剩余电流检测装置。

  (2)关于温度

  温度测 量与系统接地的形式无关,主要考 虑包括线缆在内的低压配电装置中关键部位的温度,一般在 二级保护的线路中应用。温度探头Pt100可采用接触式布置法,当被检 测对象为绝缘体时,宜将探 测器的温度传感器直接设置在被探测对象的表面。当被检 测对象为配电柜内部温度变化时,可采用非接触式布置,靠近发热部件。


  5.2 系统设 计中的点位分配(见表1、表2)

  根据国家标准GB13955-2005《剩余电 流动作保护装置安装和运行》4.4条中关 于分级保护的规定,安装剩 余电流火灾监控装置时,点位分 配原则的步骤是:

  (1)研究分析被控低压AC380V/220V配电线路的相关图纸,将建筑 电气的分布情况调查核实,确定配电设备(如配电柜、箱、盘、电缆等重要设备)的位置,把每一 个监控探测器分配到相应的配电设备上,以此来 确定探测器的数量,避免重设浪费。

  (2)确定分级保护。为了缩 小发生人身电击事故和接地故障切断电源时引起的停电范围,通常在 供电线路的不同地点安装三级(或两级)不同容 量的剩余电流保护装置,以形成分级保护。根据用 电负载及线路情况,一般分 两级或三级保护,适用于 城镇和农村第一级和第二级保护。

  其中,重要线路应包括安防、消防、应急电源、通道照 明线路及不容许停电的重要场所。

  (3)二级保护中,所有开 关处都要设置安装剩余电流火灾监控探测器,即在线路的电源端(第一级保护)和分支首端(第二级 也称为末端保护)都要安 装剩余电流探测器,并接入 电气火灾监控系统汉阳科技版权所有,只作火灾监控报警用。

  (4)三级保护中,第三级(即末端保护)开关处 应设置剩余电流探测器及动作保护装置,但不接 入电气火灾监控系统,为的是防止人身触电。

  (5)温度检 测是以配电设备异常时发热为基本原则而进行的,具体检测点参考如下(见表3、表4):

  1)变压器 低压侧出线端子、变压器体温(风温、油温、水温)测试点、负荷开关触头。

  2)各配电柜(箱)的进出母线接点、自动开关(断路器、刀开关)触头、大电流导线集中部位、线缆驳接点。

  3)母联柜主接点、刀开关触头。

  4)补偿电容器接线端子、转换开关触头。

  (6)根据点位安装总数,再选择相应的壁挂、立式或琴台。

  6 系统参数的配置

  6.1 报警值设置范围

  依据国家标准GB14287.2-2005中的规定,剩余电 流式电气火灾监控探测器的报警值设置范围在20~1000mA之间。按此要求,一般把 电源总进线处的剩余电流动作值定为400~800mA,电源分 支线路上的剩余电流动作值定为100~400mA.一般在实际现场,设置剩余电 流式电气火灾监控探测器的报警值,具体地 说应不小于被保护电气线路和设备的正常运行时泄漏电流最大值的2倍,且不大于1000mA.

  电气火 灾探测器的报警设定值应考虑配电系统及用电设备的正常泄漏电流,固有漏 电流的估算见下表。

  6.2 关于电 缆温升报警设定参考,根据《电力电缆设计规范》对电缆 有关温度的规定

  (1)60℃以上高 温场所应按经受高温及其持续时间和绝缘类型要求,选用耐热聚氯乙烯、交联聚 乙烯或乙丙橡皮绝缘等耐热型电缆100℃以上高 温环境宜选用矿物绝缘电缆。高温场 所不宜选用普通聚氯乙烯绝缘电缆。

  (2)电缆持 续允许载流量的环境温度应按使用地区的气象温度多年平均值确定,并应符合规定。在户内电缆沟敷设时,环境温 度为场所最热月的日最高温度平均值另加5℃.

  (3)电缆所 承受温升与敷设及散热条件有关。

  7 系统设计实例

  民用机 场中心变电站是整个机场安全可靠运行的重要保障,一旦机 场中心变电站发生故障,会对正 在进近降落的飞机造成极大的安全隐患,使机场航站楼、控制塔台、导航台站中断供电,严重扰乱机场秩序、影响飞 机及乘客的生命财产安全。某民用 机场改扩建工程中心变电站及航站楼配电室采用电气火灾自动报警系统,该系统由HA-ZSJ监控软件、HA-ZSJ系列电 气火灾监控设备、电气火 灾探测器和传感器共同组成。应用于0.4kV低压配电系统中,用来监测IT、TN-S及TT系统中的剩余电流、温度等重要参数。如果被 监测参数值超过告警定值,可发出 声光告警与保护信号,同时切 断问题所在回路的断路器,以消除电气火灾隐患。该系统 还可接收消防系统的联动信号,进行消防联动控制。该系统 是最新一代的计算机综合自动化火灾监控管理系统,其功能强大,全面性、针对性、可操作 性和稳定性均得到进一步的提升和完善,是一套 集电气火灾监控、管理操 作及综合信息自动化为一体的现代化监控管理信息系统。具有稳定性高、可靠性好、实时性强、兼容扩展性突出、人机界 面友好及易操作维护等特点。

  电气火 灾监控系统可以完成剩余电流和温度采集、报警管理、曲线分析、报表生成、告警打印、用户管 理等多种实用功能,从而加 强了电气火灾系统的可靠性、易用性和有效性。整个系统集保护、测量、控制、报警、远传等功能为一体,控制技 术与网络技术相结合,实现数据共享。全天候监控。

 电气火 灾监控系统结构采用“系统后台主站层——通讯间隔层——现场设备层”的分层 分布式设计思想,各个系 统层详细介绍如下:

  现场设备层:具体包括:HA-ZSJ-CV/8R电气火灾监控探测器,剩余电流互感器,温度传感器等。负责采 集现场的各类数据和信息状态,发送给通讯网络层;同时也作为执行单元,执行通 讯网络层下发的各类指令。

  通讯间隔层:负责与 现场设备层的各类装置进行通讯,采集各类装置的数据、参数,进行处 理后集中打包传输到主站层;同时作为中转单元,接受后 台主站层下发的指令,转发给 现场设备层各类装置。

  后台主 站层位于消防中控室内,具体包括:安装有HA-ZSJ电气火 灾监控软件的电气火灾监控设备(内含:键盘、鼠标)等相关外设。负责将 通讯网络层上传的数据解包,进行集中管理和分析,执行相关操作,负责整 个电气火灾系统的整体监控。

  该系统 投入使用以来运行良好,得到了 民航系统及机场运行人员的一致好评。

  参考文献

  1 《电气火灾监控系统》(GB 14287-2005)

  2 《火灾自 动报警系统设计规范》(GB 50116-2008)

  3 孟建国.《低压电器》2009 NO.4“浅谈剩余电 流式电气火灾监控探测器及其应用”
 

 


摘要机 场变电站电气火灾监控系统设计

电气火 灾一般是指由于电气线路、用电设 备及供配电设备出现故障性释放的热能,如高温、电弧、电火花 以及非故障性释放的能量;如电热 器具的炽热表面,在具备 燃烧条件下引燃本体或其它可燃物而造成的火灾,也包括 由雷电和静电引起的火灾。


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