建筑火灾的起因是多方面的, 作为电气工程师,我们在进行建筑电气设计的时候, 应该尽可能的在设计上避免因为建筑电气设计原因所形成的火灾隐患。通过公安部消防局1993 — 2002《2002 年中国火灾统计年鉴》中所公布的数据我们可以看到,25.9％火灾起源于电气系统,其中电气火灾的构成又是多方面的。
附表1:电气火灾的起火原因(以1993 年－ 2002 年重特大电气火灾数据统计分析)从上表中的统计数据可以看出, 电气火灾的起火原因基本可以分为两类。1)突发性原因引发的电气火灾: ①短路②雷击2)渐变性原因引发的电气火灾:①过热②接触不良③过负荷④电气故障⑤漏电。
本文侧重于通过对剩余电流和漏电电流的分析,提出电气火灾监控系统设计中应注意的问题及设计要点。
1 电气火灾监控系统的相关标准
1)产品制造标准:GB14287-2005《电气火灾监控系统》由以下部分组成。
① GB14287.1-2005《电气火灾监控设备》
② GB14287.1-2005《剩余电流式电气火灾监控探测器》
③ GB14287.1-2005《测温式电气火灾监控探测器》
2)强制性设计方向性标准:
① GB50045 — 2005《高层民用建筑设计防火规范》
② GB50016-2006《建筑设计防火规范》
上述标准要么是对产品的制造标准和产品的具体参数提出要求, 要么是对电气火灾监控系统的使用场所提出了要求, 但是对于建筑电气设计中系统参数的设置和如何进行系统设计没有明确说明。
2 剩余电流与漏电电流的分析
严格地说, 剩余电流与漏电电流不是一个等同的概念。剩余电流是指一个电气系统的输入、输出端的测量,当无任何损失时,其流入及流出的相量和为0,也就是无剩余电流; 而漏电电流则对这个电气系统对上述测量体系以外有电流漏出, 这个电流就是漏电电流;对外有了漏电电流,系统中便产生了剩余电流。
当阻性(或感性或容性)负载的中性线断开又搭接于接地系统时,或者从相线直接通过一个阻性(或感性或容性)物体接入接地系统;该漏电电流是呈阻性(或感性或容性),很多情况下,漏电电流阻性、感性及容性兼备。当漏电电流的在触及接地网是联结紧密时,则不会引起放电电弧,其功耗在具体漏电体中产生热积聚。大部分的漏电电流在触及接地网时均是松散性接触,由于接触电阻的存在及其特有松散性,极易引起电弧性特征,在100～500mA 其引弧温度均在几百度－几千度之间。当漏电是由相线触及接地网产生时,若触点地未能焊死,则成为电弧接地性短路故障。当漏电是由相线触及接地网产生时,此时若接触点焊死则成为金属接地性短路故障。
3 EF-ACS电气火灾监控系统的设计要点
1)电气火灾监控系统与火灾自动报警控制系统的关系
① 前与后的关系:火灾自动报警系统着重于考虑火灾已发生的报警及其处理;而电气火灾监控系统则是着重于电气火灾发生前期的隐患先兆预警。
②广泛与专业关系:前者是针对广泛的火灾类别;而后者仅是针对电气系统的表述。
③设计应用中界线定义
a.宗旨:以不影响火灾自动报警系统对火灾的报警及其处理为前提条件, 主要条件为通信量。
b.电气火灾监控系统可接入火灾自动报警控制系统的前提条件在小型系统中:较小的通信量,可采用独立型电气火灾报警器用编码模块接入火灾自动报警系统; 接入火灾自动报警系统时采用开关量信号,报警点位号在火灾报警器上显示应区别于火灾探测器编号。
c.电气火灾监控系统不可接入火灾自动报警控制系统的限制条件在大型系统中:较大的通信量,作为预警系统对每个模块中每个探头的数据( 模拟量及数字量信号)实时传送,为不影响火灾自动报警系统对火灾的报警及其处理,应采用专用的总线式电气火灾监控系统,再由电气火灾监控系统主机与火灾自动报警系统主机进行相关数据交换为宜。
所以说电气火灾监控系统是一种适合于通用场合应用的综合性电气火灾监控系统,包含剩余电流、温度(相对应线路过流温升、中性线温升、设备温升)和中性线断线等故障监视、预警及脱扣控制功能。
2)电气火灾监控系统与配电系统的关系
①配电系统最根本的功能是保证供电系统的正常运行,涉及的主要参数:各级短路器的配合(例如:保证末端短路时不越级跳闸)电压,电流,频率⋯运行参量的监视与记录②电气火灾监控系统应是叠加在配电系统之上,注重于可能引发电气火灾因素的监测,预警及控制。③在突变性故障可能引发的电气火灾控制中, 断路器、熔断器起直接作用。特注:对突变性短路故障的控制,一般为如下三种方法: 直接控制--- 快速有效; 间接控制--- 就地间接控制:简单,控制有效;远程间接控制:复杂,控制无效④防范电气火灾与保证正常用电的矛盾处理
a.按照系统的自然泄漏电流值设置分级处理
b.一般动作于报警而非动作于脱扣,只有金属性短路故障才采用动作于脱扣
c.注意动作时间的设定,一般动作于报警不需太快(10～60s);如果要设小电流的电弧性动作于脱扣时间处理建议为(5s-10s);金属性短路故障动作脱扣时间处理建议为(0.1～5s)。
3)剩余电流传感器设置位置选择
一个点的自然泄漏的剩余电流等值于对地自然泄漏电流,平均分布式剩余电流非真正火灾隐患, 点热积聚效应式剩余电流才是真正的火灾隐患, 对于电弧接地性短路故障产生的电气火灾的保护有效的剩余电流额定动作值Ier 一般为300mA,最大不宜高于500mA。很难做到对一个点的剩余电流监测, 所以只能对一个区间配电系统的剩余电流进行监测。
也就是说在一个区间配电系统的自然泄漏值控制在120mA(当Kc=0.4)左右是合适范围, 以此确定监测点即剩余电流传感器○ R 位置是合理的做法。
4)剩余电流式监控的布局
要达成目标电气火灾的剩余电流监控布局方案应达到:a.有效的剩余电流引、温升引发电气火灾隐患监控;b.避免误报误动给供电系统带回干扰;c.信号报警后容易查找故障点位置。在实际设计中可以采用以下EF-ACS 电气火灾监控系统布局方案来实现对剩余电流的监控目标。