建筑火災的起因是多方面的, 作為電氣工程師,我們在進行建筑電氣設計的時候, 應該盡可能的在設計上避免因為建筑電氣設計原因所形成的火災隱患。通過公安部消防局1993 — 2002《2002 年中國火災統(tǒng)計年鑒》中所公布的數據我們可以看到,25.9％火災起源于電氣系統(tǒng),其中電氣火災的構成又是多方面的。
附表1:電氣火災的起火原因(以1993 年－ 2002 年重特大電氣火災數據統(tǒng)計分析)從上表中的統(tǒng)計數據可以看出, 電氣火災的起火原因基本可以分為兩類。1)突發(fā)性原因引發(fā)的電氣火災: ①短路②雷擊2)漸變性原因引發(fā)的電氣火災:①過熱②接觸不良③過負荷④電氣故障⑤漏電。
本文側重于通過對剩余電流和漏電電流的分析,提出電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)設計中應注意的問題及設計要點。
1 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的相關標準
1)產品制造標準:GB14287-2005《電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)》由以下部分組成。
① GB14287.1-2005《電氣火災監(jiān)控設備》
② GB14287.1-2005《剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器》
③ GB14287.1-2005《測溫式電氣火災監(jiān)控探測器》
2)強制性設計方向性標準:
① GB50045 — 2005《高層民用建筑設計防火規(guī)范》
② GB50016-2006《建筑設計防火規(guī)范》
上述標準要么是對產品的制造標準和產品的具體參數提出要求, 要么是對電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的使用場所提出了要求, 但是對于建筑電氣設計中系統(tǒng)參數的設置和如何進行系統(tǒng)設計沒有明確說明。
2 剩余電流與漏電電流的分析
嚴格地說, 剩余電流與漏電電流不是一個等同的概念。剩余電流是指一個電氣系統(tǒng)的輸入、輸出端的測量,當無任何損失時,其流入及流出的相量和為0,也就是無剩余電流; 而漏電電流則對這個電氣系統(tǒng)對上述測量體系以外有電流漏出, 這個電流就是漏電電流;對外有了漏電電流,系統(tǒng)中便產生了剩余電流。
當阻性(或感性或容性)負載的中性線斷開又搭接于接地系統(tǒng)時,或者從相線直接通過一個阻性(或感性或容性)物體接入接地系統(tǒng);該漏電電流是呈阻性(或感性或容性),很多情況下,漏電電流阻性、感性及容性兼?zhèn)洹．斅╇婋娏鞯脑谟|及接地網是聯結緊密時,則不會引起放電電弧,其功耗在具體漏電體中產生熱積聚。大部分的漏電電流在觸及接地網時均是松散性接觸,由于接觸電阻的存在及其特有松散性,極易引起電弧性特征,在100～500mA 其引弧溫度均在幾百度－幾千度之間。當漏電是由相線觸及接地網產生時,若觸點地未能焊死,則成為電弧接地性短路故障。當漏電是由相線觸及接地網產生時,此時若接觸點焊死則成為金屬接地性短路故障。
3 EF-ACS電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的設計要點
1)電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)與火災自動報警控制系統(tǒng)的關系
① 前與后的關系: 火災自動報警系統(tǒng)著重于考慮火災已發(fā)生的報警及其處理;而電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)則是著重于電氣火災發(fā)生前期的隱患先兆預警。
②廣泛與專業(yè)關系:前者是針對廣泛的火災類別;而后者僅是針對電氣系統(tǒng)的表述。
③設計應用中界線定義
a.宗旨:以不影響火災自動報警系統(tǒng)對火災的報警及其處理為前提條件, 主要條件為通信量。
b.電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)可接入火災自動報警控制系統(tǒng)的前提條件在小型系統(tǒng)中:較小的通信量,可采用獨立型電氣火災報警器用編碼模塊接入火災自動報警系統(tǒng); 接入火災自動報警系統(tǒng)時采用開關量信號,報警點位號在火災報警器上顯示應區(qū)別于火災探測器編號。
c.電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)不可接入火災自動報警控制系統(tǒng)的限制條件在大型系統(tǒng)中:較大的通信量,作為預警系統(tǒng)對每個模塊中每個探頭的數據( 模擬量及數字量信號)實時傳送,為不影響火災自動報警系統(tǒng)對火災的報警及其處理,應采用專用的總線式電氣火災監(jiān)控系統(tǒng),再由電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)主機與火災自動報警系統(tǒng)主機進行相關數據交換為宜。
所以說電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)是一種適合于通用場合應用的綜合性電氣火災監(jiān)控系統(tǒng),包含剩余電流、溫度(相對應線路過流溫升、中性線溫升、設備溫升)和中性線斷線等故障監(jiān)視、預警及脫扣控制功能。
2)電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)與配電系統(tǒng)的關系
①配電系統(tǒng)最根本的功能是保證供電系統(tǒng)的正常運行,涉及的主要參數:各級短路器的配合(例如:保證末端短路時不越級跳閘)電壓,電流,頻率?運行參量的監(jiān)視與記錄②電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)應是疊加在配電系統(tǒng)之上,注重于可能引發(fā)電氣火災因素的監(jiān)測,預警及控制。③在突變性故障可能引發(fā)的電氣火災控制中, 斷路器、熔斷器起直接作用。特注:對突變性短路故障的控制,一般為如下三種方法: 直接控制--- 快速有效; 間接控制--- 就地間接控制:簡單,控制有效;遠程間接控制:復雜,控制無效④防范電氣火災與保證正常用電的矛盾處理
a.按照系統(tǒng)的自然泄漏電流值設置分級處理
b.一般動作于報警而非動作于脫扣,只有金屬性短路故障才采用動作于脫扣
c.注意動作時間的設定,一般動作于報警不需太快(10～60s);如果要設小電流的電弧性動作于脫扣時間處理建議為(5s-10s);金屬性短路故障動作脫扣時間處理建議為(0.1～5s)。
3)剩余電流傳感器設置位置選擇
一個點的自然泄漏的剩余電流等值于對地自然泄漏電流,平均分布式剩余電流非真正火災隱患, 點熱積聚效應式剩余電流才是真正的火災隱患, 對于電弧接地性短路故障產生的電氣火災的保護有效的剩余電流額定動作值Ier 一般為300mA,最大不宜高于500mA。很難做到對一個點的剩余電流監(jiān)測, 所以只能對一個區(qū)間配電系統(tǒng)的剩余電流進行監(jiān)測。
也就是說在一個區(qū)間配電系統(tǒng)的自然泄漏值控制在120mA(當Kc=0.4)左右是合適范圍, 以此確定監(jiān)測點即剩余電流傳感器○ R 位置是合理的做法。
4)剩余電流式監(jiān)控的布局
要達成目標電氣火災的剩余電流監(jiān)控布局方案應達到:a.有效的剩余電流引、溫升引發(fā)電氣火災隱患監(jiān)控;b.避免誤報誤動給供電系統(tǒng)帶回干擾;c.信號報警后容易查找故障點位置。在實際設計中可以采用以下EF-ACS 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)布局方案來實現對剩余電流的監(jiān)控目標。