摘要  

    近年來，各種電氣設備及家用電器的使用量大幅增加，相應的電氣火災事故也隨之增加，電氣火災數(shù)量已經(jīng)接近火災總數(shù)的30％，位列各類火災的。由火災所造成的損失已經(jīng)給社會經(jīng)濟和人民生命財產(chǎn)造成了巨大的損失，電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)對預防電氣火災起到至關重要的作用。

1  用途、基本組成及原理

1.1 用途

    電氣火災就是指配電線路及電氣設備由于設計、安裝、使用不當或者接觸不良、短路等原因而引起的火災。其中，短路所引起的火災的概率高，而短路又可分為一般性短路和接地故障。一般性短路，是指供電線路之間由于絕緣性能降低，從而導致的相線與相線、相線與零線之間的短路；接地故障，是指相線與接地導體、相線與大地之間的短路，它是由于相線與接地導體、相線與大地之間的絕緣性下降所導致的。根據(jù)統(tǒng)計，因為接地故障而引起的火災占短路原因而引起火災的絕大多數(shù)，它是較為常見的電氣火災起因。此外漏電電流使得部分的電流流入大地，造成了能源浪費；當人體接觸到故障電壓引起觸電電擊，危及生命安全。低壓配電系統(tǒng)短路故障示意圖，如圖1所示。

圖1 低壓配電系統(tǒng)短路故障

    發(fā)生故障時，在漏電的故障點處和導體不良的連接處會局部產(chǎn)生異常的高溫或電火花、電弧，這種電弧具有比較大的阻抗和壓降，它限制了故障電流的通過，從而使得電流保護器不能動作，而數(shù)百毫安的電弧所產(chǎn)生的局部高溫可達2000℃以上，導致附近的可燃物高溫烤燃著火從而引起了火災。

    為了能夠預防和減少電氣火災，能夠在線檢測AC220/380V供電線路的絕緣狀態(tài)，以此來杜絕漏電和各種短路故障的發(fā)生。電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)就是用來實時監(jiān)測供電線路的絕緣狀態(tài)并實施報警的，當電氣線路或者電氣設備一旦漏電并超過額定保護值時，報警器立即發(fā)出聲光報警信號并顯示出漏電電流的大小。因為從發(fā)生接地電弧故障到引燃起火以致火勢蔓延需要一定的時間，這就有足夠多的時間去檢查并排除故障，從而能夠地避免電氣火災的發(fā)生或者將損失控制在較小的范圍之內(nèi)。為了保證供電的連續(xù)性，報警時通常不切斷電源，這樣就可以避免電源開關跳閘而引起整棟建筑物的停電。為了確保安全，在緊急情況下可以再去切斷供電電源。

1.2 監(jiān)控系統(tǒng)的組成

  （1）系統(tǒng)組成

    電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)是由漏電探測裝置與監(jiān)控設備所組成的。漏電探測裝置是由電流互感器、漏電探測器構(gòu)成。監(jiān)控探測器與監(jiān)控設備之間通常是以有線的方式相連接的。電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)示意圖，如圖2所示。

圖2 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)

(2) 電流互感器檢測電流的基本原理

    如圖3所示，若導線中流過的電流為i1,i1在其周圍將產(chǎn)生電磁場，電磁場的強弱與導線中電流的大小成正比。電流互感器是高導磁率器件，把它置于電磁場中，在其次級線圈中將會感應出交變電流i2,i2=i1/n，n為互感器次級線圈的匝數(shù)，由此可見i2與i1是成正比的。

圖3 電流互感器提取電流信號

（3）監(jiān)控系統(tǒng)組成和工作原理

    監(jiān)控系統(tǒng)分為漏電探測裝置與監(jiān)控設備。漏電探測裝置使用電流互感器提取漏電信號，經(jīng)過信號放大、AC/DC變換、A/D變換、CPU處理之后，送至輸出級。輸出信號經(jīng)過總線后通往監(jiān)控設備。監(jiān)控設備接收的漏電信號經(jīng)過CPU處理后，送往報警器、顯示器、控制信號輸出級。報警器由報警指示燈、蜂鳴器組成，顯示器使用LED數(shù)碼管、LCD液晶顯示屏顯示出漏電電流的大小及所有相關的信息，控制信號輸出級輸出各種報警及控制信號，以切斷供電的電源及附加的報警等。監(jiān)控設備有存儲及打印的功能，可供隨時查詢。系統(tǒng)框圖如圖4所示。

    一個電氣系統(tǒng)的輸入、輸出端電流值，當無任何損失時，其流入及流出的相量和為零，也就是無漏電電流；如果這個電氣系統(tǒng)有電流泄漏，這個系統(tǒng)的電流相量和就不為零，對外有了泄漏電流，系統(tǒng)中便產(chǎn)生了漏電電流。漏電電流是由AKH-0.66L系列電流互感器檢測出的，AKH-0.66L系列電流互感器將信息傳送到ARCM系列監(jiān)控探測器里，經(jīng)放大、A/D轉(zhuǎn)換、CPU對變化的幅值進行分析、判斷，并與報警設定值進行比較，一旦超出設定值則發(fā)出報警信號，同時也傳送到Acrel-6000系列監(jiān)控設備中，再經(jīng)監(jiān)控設備進一步識別、判定，當確認可能會發(fā)生火災時，監(jiān)控設備發(fā)出火災報警信號，點亮報警指示燈，發(fā)出報警聲響，同時在液晶顯示屏上顯示火災報警等信息。值班人員則根據(jù)以上顯示的信息，迅速到事故現(xiàn)場進行檢查處理，并將報警信息發(fā)送到集中控制臺。

圖4 監(jiān)控系統(tǒng)組成原理方框圖

2  監(jiān)控系統(tǒng)主要技術(shù)特點

   （1）電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)常年不間斷地被用來實時監(jiān)測低壓配電系統(tǒng)的絕緣狀態(tài)，以掌握線路或者用電設備電氣絕緣的變化情況，測量漏電電流的大小，從而能夠地避免因為接地故障而產(chǎn)生火花電弧引起的電氣火災。

   （2）報警的同時能夠明示漏電的位置，容易查找出故障點，報警的同時并不切斷電源，避免因為突然斷電而造成的不必要的損失和不良的社會影響。

   （3）漏電形成的局域網(wǎng)，通過遠程來報警，實現(xiàn)了科學的安全化的管理。

3  電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的應用設計

3.1 安裝位置

(1)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不同型號的剩余電流動作保護裝置，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。圖5所示的分級保護模式是一般形式的保護，適用于農(nóng)村電網(wǎng)、中小型配電變壓器（160kVA以下）供電的架空配電網(wǎng)，其主要的負載多為農(nóng)副業(yè)加工及居民生活用電。

圖5 中小型電網(wǎng)三級保護示意圖

(2)剩余電流動作斷路器（漏電斷路器）和電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)

    在上述的剩余電流動作保護裝置系統(tǒng)中，安裝剩余電流動作斷路器是可以起到分級保護作用的。但是一旦發(fā)生了剩余電流超過額定電流值從而切斷電源時，因為停電造成重大的經(jīng)濟損失及不良的社會影響的電氣裝置或場所，是不能夠安裝剩余電流動作斷路器的，比如公共場所的消防應急燈具電源、消防應急照明系統(tǒng)、消防設備電源、消防水泵、消防電梯等等。

3.2 接地故障監(jiān)測

    對于接地形式為TN-S的配電系統(tǒng)，可以檢測系統(tǒng)的總體絕緣狀態(tài)，即檢測系統(tǒng)的總漏電電流。電流互感器安裝于變壓器接地線中（如圖6所示）以提取漏電的信號，探測器、報警器（監(jiān)控設備）安裝于相應的位置處。

圖6 TN-S系統(tǒng)的總漏電電流檢測

4  主要表計功能及選型方案

主要表計功能及選型方案如圖7所示。

圖7 主要表計功能及選型方案

5  結(jié) 語

    隨著我國智能電網(wǎng)的發(fā)展，如今保護預防性電氣火災監(jiān)控產(chǎn)品也將不僅僅應用在高層樓宇設計之中，它必將融入家用電氣安防領域。為了使電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)能夠正常運行，達到火災前期及時預報警的目的，應嚴格按照標準執(zhí)行，在性能設計和工程應用中嚴格把關，避免出現(xiàn)不必要的問題，從而影響系統(tǒng)功能的穩(wěn)定運行。

參考文獻

[1] GB13955-2005. 剩余電流動作保護裝置安裝和運行[S]

[2] 郭仲禮. 低壓電工實用技術(shù). 北京：機械工業(yè)出版社，1998.

[3] 連理枝. 低壓斷路器及其應用. 北京：中國電力出版社，2002.

[4] 安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品選型手冊2013.1版.