一種復合型電氣火災監控探測器的設計

葉 亮，徐 琛，魏 哲，周 軍

（武漢理工大學自動化學院，湖北 武漢430070）

我國是電氣火災多發的國家。從20 世紀末以來，電氣火災發生的次數一直占各類火災的首位，接近火災總數的30 %，損失更是占火災總損失的50 %之多，且一直居高不下。而國外如英國每年電氣火災發生次數僅為總火災發生次數的17 %，美國僅為10 %，日本僅為13 %，說明我國電氣火災的發生率偏高，與發達國家相比差距很大。可以說，預防和有效控制電氣火災已經到了刻不容緩的程度。為了大幅減少影響我國社會消防安全的電氣火災次數，一種基于檢測剩余電流和溫度的復合型電氣火災監控探測器應運而生。

1 電氣火災的起因及監控意義

引起電氣火災的原因是多方面的，主要表現在以下幾個方面：

（1）電火花或電弧。電火花或電弧主要的產生原因為單相接地故障，主要體現為導體的絕緣損壞，使兩導體間被擊穿而產生電弧電壓。電弧會產生很高的溫度，如2～20 A的電弧電流就可以產生2 000～4 000 ℃的局部高溫。事實上0.5 A的電弧電流就足以引發火災。

（2）接觸不良。當工作電流通過時，在接觸電阻上產生較大的熱量，使連接處溫度升高，高溫又使接觸電阻進一步增大，形成惡性循環，使附近的電氣系統絕緣損壞，造成短路而引發火災，也可能直接引燃附近的可燃物而引發火災。

（3）可燃性材料。可燃性材料可分為固體可燃性材料和液體可燃性材料。通常液體和固體可燃性材料的引燃點溫度分別為300 ℃和400 ℃。

電氣火災監控也就是剩余電流報警，是在火災發生前進行探測、預警，真正具有“防患于未然”的意義。不同于普通火災報警系統主要作用為降低火災損失，而安裝電氣火災監控系統則是從根源遏制火災發生，意義不同，并且更具實用價值。電氣火災發生率居高不下，國家對電氣防火也越來越重視，更加凸顯了電氣火災監控的作用與意義。無論是企業還是個人都有必要了解電氣防火產品，以及市場現狀，更多的人去關注電氣防火市場，必會起到規范與穩定市場發展的作用。

2 剩余電流檢測原理

剩余電流（residual current ）簡言之即通過剩余電流動作保護裝置主回路電流的矢量和。一般人們俗稱的漏電電流，泄漏電流或過剩電流，在國標《剩余電流動作保護裝置安裝和運行》（GB 13955－2005）中統一稱之為“剩余電流”。

剩余電流式電氣火災監控探測器利用電流互感器檢測電流的原理來檢測剩余電流的大小，以防止電氣火災的發生。

檢測原理如圖1 所示，圖中IA、IB、IC為相電流，IN為中性線電流，Id為相線在a點的對地剩余電流，S 為任一封閉面。根據基爾霍夫定律，流入任一封閉面S的電流有效值相量之和等于零，則有IA＋IB＋IC－IN－Id＝0整理得IA＋IB＋IC－IN＝Id。在正常情況下，三相電流的矢量和與N 線中流過的電流大小相等，方向相反，相互抵消。如果線路絕緣劣化或其它原因導致A 相線在a點產生對地電流，則在圖中的S 處電流互感器的線圈中將感應出與剩余電流Id大小成正比的電流，其數值大小反映了配電線路及電氣設備中電流的泄露情況。

圖1 剩余電流檢測原理

3 系統組成及探測器設置原則

目前主流電氣防火產品是過載保護斷路器，它的基本功能是當被保護電氣設備因故產生電流過載時，能及時、準確、自動地切斷電源，防止過載電流產生電流熱效應而引起燃燒。它的缺陷是額定電流整定后不能自行調節，不同額定電流的工作線路必須匹配相應的過載保護斷路器，且只能監視流經自身的電流，無法監視工作線路的漏電現象。

3 .1 系統組成

這種復合型電氣火災監控探測器由以下幾部分組成：電氣火災監控設備、剩余電流式電氣火災監控探測器、測溫式電氣火災監控探測器。該系統利用電流磁場效應和溫度效應，將工作線路的電流變化和溫度變化傳送到監控設備中，當發生電流或溫度突變時，探測器對變化幅值進行分析并與報警設定值比較，發出聲光報警信號，并向監控設備發送報警信號和報警地址。監控設備在接收到報警信號后能顯示報警部位、報警值和報警數量等信息，提醒值班人員迅速處理工作線路并可將報警信息發送到集中控制臺。這種根據電氣火災的發生原理，利用技術手段監視電氣線路的異常狀態，是電氣火災監控系統的主要特點。其系統組成原理圖如圖2 所示。

圖2 系統組成原理圖

3 .2 設置原則

剩余電流式探測器的設置以末端探測為基本原則，宜設置在總電源端和分支線首端。在供電末端負載和漏電流很小，且其上一線的負載條件和自然漏流仍符合設置剩余電流式探測器時，可以在其上一級供電處設置。剩余電流式探測器報警值必須與探測電氣線路相適宜，探測器報警的泄漏電流不小于被保護電氣線路和設備的正常運行時泄漏電流最大值的2 倍。剩余電流式探測器額定電流、額定電壓等指標應滿足被保護線路的要求。剩余電流式探測器宜用于報警，只有保護供電要求不高的場所和設備時，才能自動切斷其供電電源。應根據建筑性質和低壓配電線路具體情況，確定剩余電流式探測器探測的分級數，探測級數不宜超過三級。選擇剩余電流式探測器時，應計算（供電系統已經完工時，應實際測量）供電系統固有的剩余電流，并選擇參數合適的探測器，盡量使每只探測器充分發揮作用，減少構成監控系統的探測器數量。

測溫式探測器的設置應以探測電氣系統異常發熱為基本原則，宜設置在電纜接頭、電纜本體、開關觸點等發熱部位。探測對象為低壓供電系統時，宜采用接觸式布置的測溫式探測器。在被探測對象為絕緣體時，宜將探測器的溫度傳感器直接設置在被探測對象的表面，采用接觸式布置。探測對象為配電柜內部溫度變化時，可采用非接觸式布置，但宜靠近發熱部件設置。

4 結 語

綜上所述，這種復合型的電氣火災監控探測器的主要功能是在火災發生前，能對配電線路、變配電設備、重要用電設備的電流（以線路剩余電流為主）和溫度變化進行檢測，以及對隱患和故障部位的地址進行報警。

電氣火災監控探測器的設計首先要明確保護對象的火災危險程度，并結合工程的配電系統設計和負荷特性確定保護分級；同時，電氣火災監控探測器的設計應以線路剩余電流檢測和報警為主，根據負荷特性和運行狀況，對配電設備和線路適當的部位增加溫度監控器，如變壓器、電氣豎井內的電纜橋架和電纜夾層等，提高系統的性價比。此外，在配電設計時還應充分考慮線路負荷增長因素和敷設條件對載流量的影響，選擇足夠的中性線截面，認真做好工程的總等電位和局部等電位聯結的設計，合理選配剩余電流動作保護裝置等對電氣火災的防護也一樣至關重要。

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