火災報警控制系統設計在建筑中的應用

李艷云

(連云港堿廠,江蘇 連云港 222042)

火災報警控制系統設計在建筑中的應用

李艷云

(連云港堿廠,江蘇 連云港 222042)

分析了工廠及高層民用建筑中設置火災報警系統的必要性。總結了各種火災探測器的原理、功能及應用。闡述火災報警控制系統設計的基本要求,智能火災報警系統的組成元素及工作原理,以及設計時的注意事項等。

工廠防火;電氣火災;報警控制器;探測器

隨著科技進步,電氣設備越來越多地被使用在日常工作與生活中。一些臨時插線板,接線端子,電纜等被大量的使用,從而導致了用電的不安全因素。近年來,我國電氣事故引起的火災約占火災總數的30%,在所有火災起因中占首位。

隨著人們生活節奏的變快,高層民用建筑、娛樂場所及工作場所(如工廠)等越來越多地對消防安全系統的設計提出了更高的要求。火災探測與報警是消防的重要方面,是縱深防御體系中處于中間位置的一道關鍵防線。火警的早期確認對于滅火成功,減少損失往往起著決定性的作用。火災探測報警對火災的預警起著關鍵性的作用,它包括火災的探測、定位、報警和確認的全工程。

1 火災探測報警設計要求

火災報警控制系統由現場探測器、報警控制器、報警按鈕、聯動控制、各類(輸入、輸出)模塊、各種顯示設備、消防廣播系統、消防電話系統等組成。能極大地消除漏報,減少誤報幾率。系統采用無極性的兩總線線制,探測報警、聯動控制以及火災顯示盤共用同一總線回路,可通過計算機現場編程。

1.1 幾種火災探測器的適用范圍

1)感煙探測器:感煙探測器是利用煙粒子對離子的吸附作用或對光線的散射、阻擋作用探測煙霧,其特點是靈敏度較高,適用于早期火災及陰燃火災的報警,但是因同時敏感于塵埃和潮氣,故在多灰塵場所容易發生誤報警。

2)電子式感溫探測器:是利用熱電阻探測環境系統空氣溫度值及其上升速度,二者有一超標即報警,典型定溫動作溫度為58℃,典型的動作升溫速度為5～20℃∕min,感溫探頭只敏感于溫度及溫升,對其它環境參數不敏感,很少誤報。因此應用于具有明顯及快速放熱特征的火災場所:如汽輪發電機組軸承處。感溫探測器也可作為惡劣環境下替代感煙探測器的補償手段,如機修車間的焊接工作區內。

3)火焰探測器:是利用光電池探測以5～25Hz頻率變化的可見光及紅外光。碳氫化合物燃燒火焰的頻率基本都在這一范圍。其特點是可靠性高,很少誤報;其缺點是只能探測明火,不能用作陰燃報警,或早期火災報警。因此在重要保護場所通常與感煙探測器組成雙回路綜合探測系統,以提高可靠性,甚至可啟動滅火系統,如直接啟動地下油罐室的中倍泡沫系統,柴油發電機室報警聯動相關設備。

4)氣體探測器:分為天然氣、煤氣和液化石油氣探測器。用于民用高層住宅、智能小區燃氣泄漏檢測。

5)此外,感溫電纜(根據環境可以選擇85℃或105℃)實際上是線型感溫探測器。其內部是2根彈性鋼絲,每根鋼絲外面包有1層感溫且絕緣的材料,在正常監視狀態下,2根鋼絲處于絕緣狀態,當周邊環境溫度上升到預定動作溫度時,溫度敏感材料破裂,2根鋼絲產生短路,輸入模塊檢查到短路信號后產生報警。可用于發電站、變電站、電纜溝道、隧道、夾層、傳送帶等場所,感溫電纜探測器穩定可靠,適用于惡劣環境的火災探測。

在設計時要根據工廠及高層建筑中的實際狀況選擇探測器的種類,或獨立使用或結合使用。

1.2 設計注意事項

1)為保證火災自動報警和聯動系統的設計符合規范、造價合理,控制器(聯動型)采用全總線方式,重要設備使用多線聯動方式,可滿足大、中、小型工程需要。可有線組網,也可無線組網,無線通訊傳輸距離。以JBF-11S型智能火災聯動型控制器在某工廠中的應用為例。設計時應注意:

①每回路總線可接光電感煙探測器、感溫探測器、手動報警按鈕、輸入監視模塊、輸出控制模塊等,每回路可接探測部件與聯動模塊共200只,15臺火災顯示盤;建議每回路預留20%的余量。

②正確計算出總線各類設備的點數,計算多線控制設備時的點數,選擇合適專線聯動盤。

③在火災報警及聯動系統中線型建議選用:信號總線 L1、L2采用:ZR—RVS—2×1.0～2.5 mm2;電源總線VG采用:ZR—BV—2×1.0～2.5 mm2;多線盤聯動線采用:ZR—BV—5N ＊1.0～1.5mm2;消防廣播線采用:ZR—BV—2×1.0～1.5mm2;消防電話線采用:ZR—HBV—2N＊1.0 mm2。

④火災自動報警及聯動信號總線在鋪管穿線時,其穿線套管必須采用金屬管道或軟管,保證有良好的接地。

⑤火災自動報警及聯動系統、火災事故廣播系統和消防電話通訊系統在各層應分別鋪管穿線。

2)某工廠火災報警系統控制器組網見圖1。

圖1 某工廠火災報警系統控制器組網示意圖

2 電弧性短路引起火災報警系統的設計方法

由于大多數的火災都是由于電氣短路引起的,特別是帶電導體對地短路,是以電弧為通路的電弧性短路,較導線間的直接接觸短路發生的幾率大,不易察覺,在配電回路中產生的短路電流較小,不會使保護斷路器動作,因而接地故障的電弧局部溫度很高(可達3000～4000℃),且電弧可長時間延續,很容易引燃附近可燃物。所以帶電導體對地的電弧性短路的危險性遠大于導體間的短路,即帶電體對地短路是引發電氣火災的主要原因,不容忽視。

帶電體對地短路引起的火災監控系統一般由剩余電流檢測元件、現場處理設備和集中監控設備組成。

2.1 剩余電流檢測元件

剩余電流檢測元件的工作原理基于基爾霍夫電流定律,即電路內任意點的電流矢量和等于零。檢測剩余電流時,讓三相導線和中性線穿過一個電流互感器,未發生接地故障時,無論三相負荷是否平衡,電流矢量和均為零;當發生接地故障時,故障電流會經過故障點流入大地,使電流互感器中電流矢量和不為零,此電流值即為剩余電流值。低壓配電系統的接地形式決定了剩余電流檢測元件是否能正常工作。從剩余電流檢測元件的工作原理可知:低壓配電系統的N線與PE線必須嚴格分開,通過剩余電流檢測元件的N線不能作為PE線使用,不能重復接地,不能接設備外露可導電部分。因此,TN系統中的TN-S系統和 TT系統滿足使用剩余電流檢測元件的要求。至于TN-C和TN-C-S系統需局部改造為TN-S或TT系統,才能應用剩余電流檢測元件,因IT系統不宜接出中性線,不適宜在工廠中應用。

2.2 現場處理設備

現場處理設備接收剩余電流檢測元件信號,對信號進行放大、變換、分析、比較等處理后,一方面傳輸至現場報警顯示模塊,用于現場報警指示;另一方面傳輸至剩余電流火災報警系統的集中監控設備。

2.3 集中監控設備

集中監控設備通過總線實時收集各個現場處理設備的信號,對信號進行比較、分類等處理后,將相應信息送往報警、顯示、控制信號輸出、存儲、打印等設備,實現集中顯示、控制、記錄等功能。

2.4 以住宅小區中的火災報警控制系統為例

當為普通多層住宅或民用建筑時,可采用集剩余電流、短路、過載、過壓和欠壓(缺相)等電氣故障的監測、分析、報警、及控制于一體的防火剩余電流動作報警器(智能開關)遠程監控系統,具有剩余電流選擇、分段鎖定及記憶功能的智能開關可與感溫探測器、感煙探測器、可燃氣體探測器等連接,與火災自動報警系統中心聯動,實現遠程切斷負載電源,并有DC12V信號反饋給報警中心觸發報警。同時,具有與電腦通信的功能,可實現用戶連網,在一臺電腦上對1～500臺智能開關進行在線遠程監控,隨時檢查各用戶安全用電情況,隨時接通或分斷各用戶供電線路。遠程監控布線如圖2所示,防火保護接線端子示意圖如圖3所示,主控臺系統圖如圖4所示。

說明:

①感溫、感煙、可燃氣體報警器常開觸點接在防火保護與遠程監控接線端子的通信端口2或通信端口3上。當這些探測器檢測到有險情時,各探測器的常開觸點變為常閉觸點,該智能開關會立即發出指令,切斷供電線路。

②火災報警系統中心的DC24V或12V接在防火保護與遠程監控接線端的通信端口3上,報警反饋信號到消防系統中心的DC12V接在通信端口4上。當火災報警系統中心有觸發電壓DC24V或12V輸出時,該智能開關會立即發出指令,切斷供電線路。

圖4 智能開關遠程監控布線及主控臺系統圖

智能防火剩余電流動作報警器組成的遠程監控系統根據 GB14287.3-2005《電氣火災監控》和GB50045-1995(2005年版)《高層民用建筑設計規范》的要求設計為二級或三級保護。

3 結 語

工廠以及高層建筑中防火保護是非常必要的,應成為消防電氣控制中的重要環節,火災報警行業競爭會更加激烈,火災報警控制器的功能也會日趨完善。在報警顯示方面引入防火分區信息顯示,有助于進行事故處理。今后設計新的火災報警控制器系統時,在滿足國家標準的同時,還應多參考國際標準設計,盡可能同時滿足國際標準。隨著電氣系統的不斷進步與完善,新產品的不斷更新,在設計中應不斷的改進應對措施,吸收先進技術以適應其發展。

[1] 歐洲標準 EN54-2火災探測報警系統第2部分:火災報警控制器[S].

[2] 董希琳.消防安全和事故應急[M].北京:原子能出版社,1999.

[3] 姚軍.防止剩余電流火災淺談[J].低壓電器,2007, (8):22～26

[4] GB50045-1995高層民用建筑設計防火規范[S]

TU998.1

B

1005-8370(2010)01-20-04

2009-04-22

李艷云(1981—),電氣工程師,從事電氣技術工作。