關于剩余電流式電氣火災監控系統的研發分析

梁澤豪

摘 要：隨著生產、生活用電的不斷增長，我國電氣火災事故發生率不斷上升，基于此，本文簡單概括了剩余電流式電氣火災監控系統研究，并詳細論述了剩余電流式電氣火災監控系統的終端設計，希望由此能夠為相關業內人士帶來一定啟發。

關鍵詞：剩余電流；電氣火災；火災監控系統

前言：電氣設備安裝量的增多大大提升了現代人們生活的便利程度，但在筆者的實際調研中發現，電氣設計失誤、布線方式混亂、工程非正規操作、電氣設備質量不一、用戶使用不當等情況廣泛存在于我國各地，而這些都有可能引發電氣火災，而為了盡可能降低電氣火災的發生幾率，正是本文圍繞剩余電流式電氣火災監控系統研發開展具體研究的原因所在。

1.剩余電流式電氣火災監控系統研究

在剩余電流檢測中，主要依靠相應的探測單元完成電流檢測，在三相電路中，在沒有設備出現接地故障、漏電等質量問題時，三相的電流矢量和（即剩余電流）為零，而如果設備出現接地故障、漏電等情況，故障電流會導致三相的電流矢量和不再為零[1]，因此本文研究的剩余電流式電氣火災監控系統即可通過檢測三相電流的矢量和來判斷是否存在漏電風險。

為保證剩余電流式電氣火災監控系統實用性，研究的開展嚴格遵循了GB14287.2標準，由此保證了剩余電流式電氣火災監控系統的非獨立性，如保護線路剩余電流情況達到報警設定值，系統即可在短時間內自動發送報警信息，由此工作人員能夠在盡可能短的時間內發現故障隱患，火災等風險事故的發生、蔓延自然將得到較好抑制。

2.剩余電流式電氣火災監控系統的終端設計

2.1硬件設計

2.1.1電源設計

剩余電流式電氣火災監控系統由主備兩個電源組成，分別為市電電源和鋰電池，當系統掉電時監控程序將自動將電池作為系統的主電源并同時發出故障警報，而當電源順利切換會市電時，警報會自動解除，這一功能的實現源于市電電源、鋰電池、電源管理模塊共同組成的UPS電源，由此即可保證剩余電流式電氣火災監控系統能夠實現全天候運行[2]。

2.1.2人機交互設計

人機交互部分是剩余電流式電氣火災監控系統戶直接與監控設備接觸的部分，其硬件設計質量將會直接影響設備性能。在人機交互部分設計中，相關人員需要重點關注以下內容：

（1）由于監控系統對系統的運行環境較為嚴格，因此對硬件設備的綜合性能提出了更高要求。因此在系統設計階段，選擇了12864顯示器、YG12864-D液晶顯示模塊，同時選擇了STM32F030型號的主控芯片，由此即可滿足設計需要。

（2）在操作剩余電流式電氣火災監控系統時，應該充分考慮“系統操作簡單”的基本原則來對系統操作流程進行規范。所以在設計過程中，該系統一共具有24個按鍵，包括各種數字按鍵與功能按鍵。不同功能按鍵所對應的系統功能存在明顯的區別，例如專門控制二總線通信開啟/關閉情況的按鈕、讀取各種報警信息的按鈕等，確保其中的關鍵功能能夠在短時間內實現，提高監控系統的運行質量。

2.1.3傳感器選擇

傳感器的主要功能是隔開高電壓系統、將高電壓系統中的電流按照固定比例進行分化，以此方可滿足剩余電流式電氣火災監控系統獲取準確剩余電流數據資料的需要。因此，在傳感器的選擇中，必須要考慮傳感器的功能特性，能夠滿足監控系統自動化控制的要求。針對這一要求，本系統中選擇了CTZ6-080型傳感器，其輸入與輸出的比值為2000：1，并且具有良好的隔離耐壓處理性能。

2.1.4剩余電流檢測設計

為提升剩余電流式電氣火災監控系統綜合性能，采用了8路剩余電流信號分別進入8路I/V變換電路的剩余電流檢測方案，圖1對該方案進行了直觀展示，該方案具備結構簡單、節省I/O資源等優勢。系統選擇了CTZ6-080型傳感器用于剩余電流檢測，該傳感器即可利用基爾霍夫電流定律判斷電流相量和是否發生改變，而結合磁通量變化產生的感應電動勢，即可通過測量零序互感器實現高質量的剩余電流大小測量。值得注意的是，考慮到零序互感器輸出信號較為微弱的交流電流信號，采用了I/V變換電路對其進行轉換，考慮到系統選擇的多路開關的設計方案，選擇了無源I/V變換電路與高精度金屬膜電阻，為防止電壓過大導致后級電路破壞，為該電路配備了穩壓管，圖2為無源I/V變換電路示意圖，其中RJ7為電阻、D2為穩壓管，C2、C4、RJ4則組成立濾波電路濾除高頻信號（π型）。

圖 1 使用多路開關的設計方案

圖 2 無源I/V變換電路示意圖

2.2剩余電流式電氣火災監控系統的軟件設計

軟件是監控系統的核心，在軟件設計過程中，必須要根據具體的功能模塊劃分界定軟件功能，由此方可保證剩余電流式電氣火災監控系統要求得到較好滿足，其設計要點如下所示：

（1）報警警示功能。當探測器檢測到系統線路出現異常情況時，監控設備能夠在第一時間反饋故障信息，并通過顯示屏實時展示故障報警信息，同時發出聲響、閃光等報警，引起工作人員注意；在報警信息消失后，工作人員能夠通過相對應功能按鍵實現故障信息檢索。

（2）故障指示功能。故障指示功能能夠快速指示監控系統中的故障情況，并顯示故障的具體內容，如監控系統出現電源故障、通訊故障，即可通過故障指示功能詳細展示故障具體表現，并以聲響、閃光的方式發出警報。

（3）打表功能。在監控系統發現電氣火災風險后，系統會自動記錄火災風險報警信息，并同時將信息儲存在系統數據庫中，工作人員可以通過打表功能快速打印火災風險信息，由此即可滿足相關研究需要。從功能定位角度開展分析發現，打表功能不僅能夠較好服務于電氣火災風險信息的提取，同時還能夠實現自身系統故障的信息提取。

結論：綜上所述，本文研究的剩余電流式電氣火災監控系統可較好服務于建筑物安全保障系統。而在此基礎上，研究涉及的電源設計、人機交互設計、傳感器選擇等內容，則從硬件與軟件兩個角度對剩余電流式電氣火災監控系統進行的深入剖析，直觀展示了本文的研究思路。因此，在電氣火災監控系統相關的理論研究和實踐探索中，本文內容可發揮一定參考作用。

參考文獻：

[1]聶天乙，曾文淇.淺談電氣火災監控系統的應用[J].電子世界，2017（14）：171.

[2]劉宏業.淺析剩余電流式電氣火災監控系統的功能及設計[J].科技與創新，2014（22）：11.

[3]中華人民共和國國家標準《GB14287.2》-2014.