劉細鳳

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定

摘要：大型公共建筑，商業(yè)建筑人員密集、社會關注度高，其電氣火災預防十分重要。鑒于商業(yè)辦公樓、大型商場、生活小區(qū)、基礎設施、商場酒店等人員密集區(qū)域的特性，家和各地區(qū)已經(jīng)制定了相關電氣火災防范的強制規(guī)定。而在上述的各種人員密集型場所安裝電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)可以有效的預防電氣火災的發(fā)生。本文通過介紹安科瑞Acrel-6000/B電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)在上海交通大學徐匯校區(qū)包兆龍圖書館項目中的應用，簡析相關家標準和設計規(guī)范，概述電氣火災監(jiān)測系統(tǒng)在電氣火災預防方面的具體架構以及其越性。

關鍵詞： 圖書館；電氣火災；上海交通大學；安科瑞；

0 前言

    近十年的火災事故中，電氣火災居*，且年均發(fā)生次數(shù)占火災年均總發(fā)生次數(shù)的27%，占重特大火災總發(fā)生次數(shù)的80%，且損失占火災總損失的53%，而發(fā)達家每年電氣火災發(fā)生次數(shù)占總火災發(fā)生次數(shù)的8%~13%。事實上，電氣火災已成為消防的主要致災因素，不僅次數(shù)多、損失大，而且多年來直居高不下。商業(yè)酒店人員來往密集、流動性大、公共關注度高，其配電系統(tǒng)電氣火災的預防顯得更加重要。

    大學圖書館電氣火災預防主要有以下幾個方面：

    (1) 電氣火災般初起于電氣柜、電纜橋架等內(nèi)部，當火蔓延至設備及電纜表面時，已形成較大火勢，此時火勢往往不容易被控制，故而預防便十分重要。

    (2)圖書館階段時間人員密集度高，易燃物品多，若是發(fā)生火災容易造成人員傷亡。

    (3)大學社會關注度高，火災事故會影響大學的社會形象，并且會影響大學的正常教學，以及學生的日常學習生活。

    安科瑞電氣股份有限公司研發(fā)的研發(fā)的安科瑞Acrel-6000/B電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)能夠實時監(jiān)測各個重要回路的漏電流等參量來實現(xiàn)電氣火災的預防。本系統(tǒng)后臺在顯示各個探測點位數(shù)據(jù)的同時，還提供越限聲光報警、人性化的界面等功能。本系統(tǒng)實現(xiàn)了配電系統(tǒng)的24小時無人實時監(jiān)控，減少了人力成本，提高了電氣火災隱患的排除效率。

    本文就電氣火災系統(tǒng)在上海交通大學包兆龍圖書館項目中的應用，簡單介紹安科瑞Acrel-6000/B電氣火災系統(tǒng)的實際應用和其實際意義。

1 項目概況

    上海交通大學包兆龍圖書館由中國香港環(huán)球航運集團主席包玉剛捐款興建，以其父包兆龍之名命名。主樓18層，總面積2.61余萬平方米。設10個書庫、12個閱覽室、10個教師閱覽室、60個研究生閱覽室，共有2400個閱覽座位。

    現(xiàn)針對包兆龍圖書館設計套電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)測其配電回路的漏電流等電參量，確保其整個配電系統(tǒng)的電氣。

    針對本項目的特性，在部分樓層配電柜的重要回路安裝安科瑞研發(fā)的ARCM系列剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器。電氣火災監(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報警系統(tǒng)實現(xiàn)消防聯(lián)動。

2 參照標準

    鑒于公共建筑區(qū)域發(fā)生火災容易造成人員生命財產(chǎn)損失。為了加大電氣火災監(jiān)控防范的力度，近年來，家相繼制訂或修改了批相關標準規(guī)范。相關的標準規(guī)范已經(jīng)對電氣火災監(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/B電氣火災系統(tǒng)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(guī)范》，其中在條文9.5.1里規(guī)定:高層建筑內(nèi)火災危險性大、人員密集等場所宜設置漏電火災報警系統(tǒng)。

    (2)家標準《建筑電氣火災預防要求和檢測方法》有關條文也明確要求“應在電源進線端設置自動切斷電源或報警的剩余電流動作保護器。

    (3)電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的產(chǎn)品應滿足:GB14287.1-2005《電氣火災監(jiān)控設備》、 GB14287.2-2005《剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器》、GB14287.3-2005《測溫式電氣火災監(jiān)控探測器》

    (4)電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的安裝和運行應滿足GB13955-2005《剩余電流動作保護裝置安裝和運行》

    (5)電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的供電應滿足GB50052《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》的要求

    (6)電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的設計應滿足《電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的設計方法》的要求(暫行規(guī)定)

3 系統(tǒng)架構及設計

    (1)站控管理層

    站控管理層針對電氣火災監(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zui上層部分。安科瑞電氣火災監(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，參照的相應的家標準和規(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、指示燈等方式反應給終端管理人員。使管理人員能夠實時掌握系統(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/B主機，本主機的具體參數(shù)見下文介紹。

    (2)網(wǎng)絡通訊層

    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。本項目的儀表分布在樓層強電間電氣火災監(jiān)控探測。

    本項目的數(shù)據(jù)總線設計為兩根總線，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。

    現(xiàn)場電氣通過雙絞線（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。

    (3)現(xiàn)場設備層

    本項目中主要是針對樓層配電箱的進線回路安裝安科瑞嵌入式電氣，通過嵌入式電氣實時監(jiān)控配電回路的漏電流大小來顯示整個配電系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

    ARCM系列剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器，是針對 0.4kV 以下的TT、TN 系統(tǒng)設計的，通過對配電回路的剩余電流、導線溫度、過電流、過電壓等火災危險參數(shù)實施監(jiān)控和管理，從而預防電氣火災的發(fā)生，并實現(xiàn)了對多種電力參數(shù)的實時監(jiān)測,為能耗管理提供的數(shù)據(jù)。產(chǎn)品采用先進的微控制器技術，集成度高，體積小巧，安裝方便，集智能化，數(shù)字化，網(wǎng)絡化于身，是建筑電氣火災預防監(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《電氣火災監(jiān)控系統(tǒng) 第2部分：剩余電流式電氣火災監(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，以及本項目電氣火災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計的。

    本項目的系統(tǒng)特點可總結為下3點：

    (1)終端探測器選用嵌入式電氣，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。總線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。本項目的主機選用壁掛式。壁掛式主機界面簡潔，系統(tǒng)操作方便，適合本項目中的配電間環(huán)境和客戶的相關操作要求。

    電氣火災系統(tǒng)工作原理

    1、剩余電流測量是根據(jù)基爾霍夫電流定律：在同時刻，電路中流入和流出個節(jié)點的電流矢量和為。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，此時，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，此時流入和流出剩余電流互感器的電流矢量和不再為，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，經(jīng)運算放大、A/D轉換后送入CPU，經(jīng)過系列算法后，對變化的幅值進行分析、判斷，并與報警設定值進行比較，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監(jiān)控設備。

    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)設計注意事項和方法

5.1 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)主要監(jiān)測剩余電流和溫度兩類對象，在設計時應注意的基本要點

    (1)關于剩余電流

    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，對所應用的低壓配電系統(tǒng)形式有定要求。目前，可以應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。對將要設計安裝電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的用戶，不管是新工程或舊工程改造項目，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)，必須將其改造為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)關于溫度

    溫度測量與系統(tǒng)接地的形式無關，主要考慮包括線纜在內(nèi)的低壓配電裝置中關鍵部位的溫度，般在二級保護的線路中應用。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，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(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)設計中的點位分配

    根據(jù)家標準GB13955-2005《剩余電流動作保護裝置安裝和運行》4.4條中關于分級保護的規(guī)定，安裝剩余電流火災監(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配電線路的相關圖紙，將建筑電氣的分布情況調(diào)查核實，確定配電設備(如配電柜、箱、盤、電纜等重要設備)的位置，把每個監(jiān)控探測器分配到相應的配電設備上，以此來確定探測器的數(shù)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，般分兩級或三級保護，適用于城鎮(zhèn)和農(nóng)村*級和第二級保護。其中，重要線路應包括安防、消防、應急電源、通道照明線路及不容許停電的重要場所。

    3、二級保護中，所有開關處都要設置安裝剩余電流火災監(jiān)控探測器，即在線路的電源端(*級保護)和分支端(第二級也稱為末端保護)都要安裝剩余電流探測器，并接入電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)，只作火災監(jiān)控報警使用。

    4、溫度檢測是以配電設備異常時發(fā)熱為基本原則而進行的。

    1)變壓器低壓側出線端子、變壓器體溫(風溫、油溫、水溫)測試點、負荷開關觸頭。

    2)各配電柜(箱)的進出母線接點、自動開關(斷路器、刀開關)觸頭、大電流導線集中部位、線纜駁接點。

    3)母聯(lián)柜主接點、刀開關觸頭。

    4)補償電容器接線端子、轉換開關觸頭。

    5)根據(jù)點位安裝總數(shù)，再選擇相應的壁掛、立式或琴臺。

6 系統(tǒng)參數(shù)的配置

6.1 報警值設置范圍

    本項目中現(xiàn)場儀表的剩余電流報警值設置在300mA，關于剩余電流值的設置在相關的家標準都有詳細的規(guī)定。

    依據(jù)家標準GB14287.2-2005中的規(guī)定，剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器的報警值設置范圍在20~1000mA之間。按此要求，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.般在實際現(xiàn)場，設置剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器的報警值，具體地說應不小于被保護電氣線路和設備的正常運行時泄漏電流zui大值的2倍，且不大于1000mA。電氣的報警設定值應考慮配電系統(tǒng)及用電設備的正常泄漏電流。

6.2關于電纜溫升報警設定參考，根據(jù)《電力電纜設計規(guī)范》對電纜有關溫度的規(guī)定

    (1) 60℃以上高溫場所應按經(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)境溫度應按使用地區(qū)的氣象溫度多年平均值確定，并應符合規(guī)定。在戶內(nèi)電纜溝敷設時，環(huán)境溫度為場所zui熱月的日zui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。

7 主要設備參數(shù)

上海交通大學包兆龍圖書館項目電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)由電氣火災監(jiān)控裝置Acrel-6000/B、漏電ARCM200L-J1、漏電流互感器AKH-0.66L組成。關于儀表和互感器在此就不多做介紹，相關資料可登陸安科瑞http://www.acrel。。ｃｎ查詢。

7.1主要技術參數(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)控設備zui高可監(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)控報警響應時間： ≤30s

監(jiān)控報警聲壓級（A計權）：≥70dB／1m

監(jiān)控報警光顯示：紅色LED指示燈，紅色光報警信號應保持，直至手動復位

監(jiān)控報警聲信號：可手動，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

故障報警響應時間：≤100s

監(jiān)控報警聲壓級（A計權）：≥70dB／1m

監(jiān)控報警光顯示：黃色LED指示燈，黃色光報警信號應保持至故障排除

故障報警聲信號：可手動，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：

指示燈檢查：

    1. 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、設備自檢，監(jiān)控設備系統(tǒng)參數(shù)查詢、監(jiān)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。

    2. 故障報警功能

    通訊故障報警：當監(jiān)控設備與所接的任臺探測器之間發(fā)生通訊故障時，監(jiān)控畫面中相應的探測器顯示故障提示，同時設備上的黃色“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)控設備也發(fā)出聲光報警信號并顯示故障信息，可進入相應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，可對連接到本設備的所有探測器進行遠程復位控制。

    7. 權限控制功能

    為確保監(jiān)控系統(tǒng)的運行，監(jiān)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

    隨著智能建筑及電力系統(tǒng)智能化的發(fā)展，及民眾對電力系統(tǒng)的電氣的認識度和重視度越來越高。企業(yè)建筑、公共建筑以及商業(yè)建筑等安裝漏電火災系統(tǒng)是智能化建設的必然趨勢。電氣火災系統(tǒng)有利于發(fā)現(xiàn)隱患，及時提醒管理者處理電力隱患，對火災預防有著重要的意義。本系統(tǒng)在上海交通大學包兆龍圖書館投入運行以來，幫助甲方發(fā)現(xiàn)和整改了多處電氣隱患，大大提高了工作人員的工作效率，保證了圖書館日常工作的穩(wěn)定有序的進行，保證了圖書館的運行，并為圖書館的消防管理提供了科學的依據(jù)。

    電氣火災系統(tǒng)的設計，安裝，調(diào)試，驗收的整個過程既是對電氣的次的檢測，也是對用戶配電系統(tǒng)管理人員的次培訓，通過項目的實施和系統(tǒng)運用的培訓，讓本項目的電力系統(tǒng)管理人員能夠更加細致的了解本項目配電系統(tǒng)的電氣火災隱患的排除方法，提高其電氣火災防范意識和效率。

    在項目運行正常后，我方還提供了本項目電氣火災系統(tǒng)整套資料，資料中包括本項目電氣火災探測點的點位表，系統(tǒng)使用說明書等。就其中點位表而言，上面標注了本項目中各個安裝回路的具體名稱位置，系統(tǒng)正常運行后的實時數(shù)據(jù)。全套資料便于后期管理人員快速掌握系統(tǒng)的架構，提高系統(tǒng)維護效率和故障排查速度。

參考文獻

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作者簡介：劉細鳳，女，本科。任職單位：現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司