剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控器安裝使用常見問題的探討

萬(wàn) 聰 / 李成波 / 范 可/ 張學(xué)文

1. 武漢理工大學(xué), 湖北 武漢 430070； 2. 中南建筑設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430071； 3. 武漢華天世紀(jì)科技發(fā)展有限公司，湖北 武漢 430070

1 引言

目前我國(guó)使用剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控器已有10多年的歷史。依據(jù)公安部消防局電氣火災(zāi)原因技術(shù)鑒定中心的統(tǒng)計(jì)資料，自從應(yīng)用剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控器以來，我國(guó)的電氣火災(zāi)中接地電弧性短路（剩余電流）造成的火災(zāi)事故已大為減少，證明我國(guó)引用國(guó)外使用剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控器的經(jīng)驗(yàn)起到了初步的成效。但相比日本、歐美在20世紀(jì)70～80年代就已開始使用剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控器，還是比較落后。在我國(guó)雖現(xiàn)有《GB14287.1-2005 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng) 第一部分：電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備》、《GB14287.2-2005電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)第二部分：剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器》、《GB 14287.3-2005電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)第一部分：測(cè)溫式電氣電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器》三部相關(guān)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及《GB50045-95高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》設(shè)計(jì)規(guī)范，但還沒有相對(duì)完整的《電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收規(guī)范》的國(guó)家規(guī)范出臺(tái)，造成現(xiàn)在有產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、有設(shè)計(jì)規(guī)范，無施工和驗(yàn)收規(guī)范的狀況。在施工不規(guī)范的條件下影響了剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控器的正確使用，也阻礙了該產(chǎn)品的進(jìn)一步推廣和發(fā)揮應(yīng)有的社會(huì)效益。

2 監(jiān)控原理

剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控器由兩部分組成：

1）電氣火災(zāi)監(jiān)控器

采集剩余電流互感器的模擬信號(hào)，經(jīng)單片機(jī)數(shù)字處理并按預(yù)先設(shè)定閥值進(jìn)行評(píng)估分析，實(shí)時(shí)地將相關(guān)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)上傳給監(jiān)控設(shè)備（監(jiān)控主機(jī)），當(dāng)超過監(jiān)控報(bào)警閥值時(shí)，監(jiān)控器發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào)；

2）剩余電流互感器

剩余電流互感器的基本原理是基于基爾霍夫電流定律，即流入電路中任一節(jié)點(diǎn)的復(fù)電流的代數(shù)和等于零，即ΣI=0。在測(cè)量時(shí)，三相線A、B、C與中性線N一起穿過互感器，通過檢測(cè)三相的電流矢量和，即剩余電流Io，Io=IA+IB＋I(xiàn)C。在線路與電氣設(shè)備正常的情況下（假定不考慮不平衡電流，無接地故障，且不考慮線路、電器設(shè)備正常工作的泄漏電流），理論上各相電流的矢量和等于零，剩余電流互感器的輸出端無電壓信號(hào)輸出。當(dāng)發(fā)生絕緣下降或接地故障時(shí)的各相電流的矢量和不為零，故障電流使剩余電流互感器的環(huán)形鐵芯中產(chǎn)生磁通，剩余電流互感器輸出電壓信號(hào)，從而測(cè)出剩余電流。在實(shí)際情況中，線路電流中總會(huì)有在一定量的諧波電流，因?yàn)橹C波電流的不對(duì)稱性，造成剩余電流互感器檢測(cè)實(shí)際電路的進(jìn)出電流不可能平衡；線路和電氣設(shè)備也都有一定的固有正常的泄漏電流，故實(shí)際的電氣線路都存在正常的剩余電流。所以在設(shè)計(jì)和使用剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控器時(shí)，剩余電流報(bào)警值要設(shè)定為線路固有泄露電流的2倍，且不大于1000mA。這樣也是為了保證剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控器在使用時(shí)能靈敏地實(shí)時(shí)監(jiān)控線路的接地漏電故障，又不因?yàn)榫€路有固有泄露電流造成誤報(bào)的理論依據(jù)。

3 安裝和使用的常見問題

剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控器的正確使用重點(diǎn)還在于剩余電流互感器的安裝，因?yàn)楣P者在大量的調(diào)試過程中總結(jié)發(fā)現(xiàn)，凡是系統(tǒng)有誤報(bào)或非正常報(bào)警的都與剩余電流互感器沒有正確安裝和使用有關(guān)。大致可以分為以下幾類情況：

（1）零線沒有和三相相線一起穿過剩余電流互感器。這時(shí)測(cè)得的電流不是剩余電流，而是零序電流。隨著負(fù)載不平衡電流的增大很快就超過報(bào)警設(shè)定值，監(jiān)控器進(jìn)行報(bào)警。

圖2 零線未和相線一起穿過互感器

如果三相不平衡電流減少到低于報(bào)警設(shè)定值時(shí)，監(jiān)控器又恢復(fù)正常。

（2）零線方向穿反。零線和三相相線不是同一方向穿過剩余電流互感器，在北京的某一工程中，就出現(xiàn)大量的這種錯(cuò)誤。

這個(gè)工程中剩余電流互感器是安裝在配電柜出線分回路上的，安裝工人為了穿線方便，就把零線反方向穿過互感器。這樣測(cè)得的電流就是2倍的零序電流，報(bào)警監(jiān)控肯定不正常。

（3）被監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)不規(guī)范。也就是說剩余電流互感器監(jiān)測(cè)的電流并沒有真實(shí)地反應(yīng)被監(jiān)控電路總的三相電流矢量和與總的零序電流矢量之和。

在某一家具賣場(chǎng)工程中，發(fā)現(xiàn)有一配電箱的監(jiān)控器經(jīng)常報(bào)警，做了大量的檢查卻沒有發(fā)現(xiàn)異常，但在排查故障時(shí)偶爾發(fā)現(xiàn)只要樓梯燈一亮監(jiān)控器就報(bào)警。分析原因可能是所接零線不是本配電箱的零線，排查結(jié)果與分析相符。被監(jiān)測(cè)電路不完整的情況有：以剩余電流互感器為分界線，應(yīng)接互感器出線側(cè)的相線而接互感器進(jìn)線側(cè)零線或應(yīng)接互感器出線側(cè)的零線而接互感器進(jìn)線側(cè)的相線；或是將被監(jiān)測(cè)電路的相線或零線接到別的電路。被監(jiān)測(cè)電路必須保證完整性和獨(dú)立性，才能正確地監(jiān)測(cè)該線路的剩余電流。

圖4 被檢測(cè)電路不規(guī)范

(4) 重復(fù)接地。穿過互感器的零線和地線相接短路，這類以局部重復(fù)接地最為常見，檢查和排除故障比較困難。

操作時(shí)需要拆開配電箱柜的總零線和地線，用萬(wàn)用表逐一排除分路重復(fù)接地的故障。現(xiàn)場(chǎng)故障現(xiàn)象表現(xiàn)為：斷開所有的空氣開關(guān)監(jiān)控器還報(bào)警，用鉗形表并聯(lián)檢測(cè)剩余電流互感器的測(cè)量電路確實(shí)有電流存在。這是因?yàn)榱憔€電位總是高于地線零電位AC2～20V左右，所有重復(fù)接地處零線到地線確有電流存在。

(5) 不同電位的零線短接。在某工程設(shè)計(jì)和施工中為節(jié)省資金，將4極的雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)改為3極的雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)。并在雙電源的兩個(gè)進(jìn)端各設(shè)置有剩余電流互感器，本柜一通電，監(jiān)控器開始工作就報(bào)警。排查其原因是這個(gè)供電系統(tǒng)中采用兩臺(tái)變壓器分別作為主備電源供電，兩個(gè)變壓器的接地和零線是獨(dú)立的，兩零線之間有AC10V左右的電位差。當(dāng)將雙電源4極開關(guān)改為3極開關(guān)后，兩個(gè)不等電位的零線就接在一起了，兩零線間就有電流。必須用4極的雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)將保證零線和三相一起切換，避免被監(jiān)測(cè)電路不完整的現(xiàn)象。

4 結(jié)論

綜上所述，剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控器及監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，對(duì)我國(guó)提高防范電氣火災(zāi)能力，減少國(guó)家經(jīng)濟(jì)和人民財(cái)產(chǎn)損失有著重要的意義。但我們更要大力宣傳推廣剩余電流式電氣火災(zāi)的相關(guān)知識(shí)，為制定相關(guān)國(guó)家規(guī)范獻(xiàn)計(jì)獻(xiàn)策。筆者提出自己在實(shí)際工作中積累的經(jīng)驗(yàn)和廣大工程技術(shù)人員交流和分享，不足之處望同仁們提出批評(píng)和指教。

[1]中華人民共和國(guó)公安部. GB50045-95高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社,1995.

[2]中華人民共和國(guó)公安部. GB14287.1-2005電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng) 第1部分：電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備[S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2005.

[3]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). GB14287.2-2005電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)第2部分：剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器[S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2005.

[4]中華人民共和國(guó)公安部. GB14287.3-2005電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)第3部分：測(cè)溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器[S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2005.