基于電氣火災監控系統和消防數據管理云平臺的火災防范措施淺析

田智嘉 張曦 李猛

摘要：電氣設備及電氣線路引發的電氣火災比例呈增長的趨勢，電氣火災監控系統是電氣系統早起預警、早期防范火災故障隱患的有效手段。針對不同的建筑電氣性質和類別，設置不同的電氣火災監控系統是電氣火災防范的重點。

關鍵詞：電氣火災監控;剩余電流探測器;測溫式探測器;電弧故障探測器;大數據

1 引言

隨著現代建筑規劃的復雜化、綜合化程度的提高，建筑電氣的應用負荷、線路敷設也越來越復雜，越來越難于管理。據統計分析，電氣火災事故的起火原因中，由于電氣線路故障引起的火災事故達到51.35%，用電電器不良引起的火災事故達到15.32%，電氣設備和用電設備故障引起的火災事故分別達到12.84%和10.81%，照明電器故障引起的火災事故達到8.56%。

2 電氣火災原因分析

從統計數據顯而易見，電氣火災的預警防范主要應從電氣線路和電氣設備兩方面做好防火措施。

2.1電氣線路引發火災原因分析

電氣線路引發的電氣火災除了由于外部火源或火種直接引燃，主要是由于電氣線路自身運行過程中出現短路、過載或接地故障，產生電弧、間隙式電火花或電纜過熱等現象，從而引發電氣火災。諸如，電線電本身產品質量較差，達不到其標稱的額定荷載量，長期使用過程中電氣線路線纜老化，電氣負荷增大，導致線纜連接處等薄弱部位過熱，長期積累造成突發性的電火花產生，從而引發火災。亦或，電氣線路接觸電阻過大以及漏電流超標、線路故障處發生間隙化電弧，從而產生火災。可見，電氣火災的發生主要是由量的累積到瞬間質的轉變，日常過程中對電氣線路運行狀態的監測十分重要。

2.2用電設備引發火災原因分析

用電設備故障也是引起電氣火災的重要因素。用電設備主要為兩大設備：一是照明類設備，二是動力類設備。照明類電器應用過程中往往都伴有大量的高溫和熱輻射，安裝和使用不當是引起火災事故的主要原因之一。此外，由于照明電器本身質量原因導致的溫升異常，產生異常電弧也是引起電氣火災的一個重要原因。動力類設備主要是指具有轉化、傳導和調整功能的設備，如電動機、變壓器或發電機等設備。動力類設備在使用過程中，常常因為工作狀態異常導致鐵芯、繞組等部件發熱，而其保護裝置又未能可靠保護作用從而引發電氣火災。動力類設備引發火災故障的原因主要有以下幾個方面：①過載②缺相運行③接觸不良④絕緣損壞⑤接地不良⑥機械摩擦。

3 電氣火災監控系統設置方法

由于電氣火災的防范措施不是某一個具體部位的預防，而是從線路線纜到用電設備終端的系統化防范，是從電源側到用電設備終端的系統化防范，是從電源側到用電負荷側的分級化防范，是從線路線纜溫度剩余電流到用電負荷電弧監測功能化防范。電氣火災監控系統由電氣火災監控設備和各類型電氣火災監控探測器組成，主要是通過線路剩余電流式電氣火災探測器、測溫式電氣火災探測器及故障電弧探測器等監控設備，對被保護對象的閾值狀態進行實時監測。當被保護電氣線路或用電負荷側的閾值參數超過報警設定值時，電氣火災監控系統能發出監控報警聲、光信號，顯示報警值和報警部位。電氣火災監控系統組成如圖1所示。

就整個低壓配電系統而言，電氣火災監控的防范及保護方式應是分級保護預警。從電源出線端到線網末端，按照線路和負載的重要性、負載的性質和預防對象的不同要求，實行分級設置的電氣火災監控系統更能發揮優勢。電氣火災監控分級預警系統圖如圖2所示。

電氣火災監控系統的設置要求及管理便捷化的延伸也是電氣防火措施中的重要內容。一級監測閾值的設定，在一級母線保護系統中應考慮到被監測線路和設備三相負荷分配不能完全平衡可能存在正常的泄漏電流值。由于一級母線端屬于接近變壓器接地端，泄漏電流值應按 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 確定。

Id┄┄┄┄┄ ? 監測范圍內配電系統單項最大自然泄漏值;

KC┄┄┄┄┄ ? 剩余電流經濟可靠系數，KC=0.4;

Ier┄┄┄┄┄ ? 剩余電流額定報警值。

按三相不平衡下限85%和上限115%，負荷功率為100kVA～2000kVA時在一級母線、二級主干線、三級末端的允許正常電流泄漏值分別為以下數值。

根據上述公式，在一級母線剩余電流額定報警值應按照60mA、300mA、500mA、1000mA設定。

二級主干線監測閾值的設定。由于負荷故障和負荷不均均分配剩余電流值>300mA值，接觸電阻變大會引起電氣火災。

三級末端負荷的監測閾值的設定，按照動作特性是保護電流動作時間的關系。一般選定為30mA·S，其報警閾值30mA÷0.4=99mA，故此三級末端值應≥100mA。在三級末端負荷要對電弧閾值進行設定。在1s內探測器檢測到14個以上半周期的故障電弧波形時，其2s內持續檢測到28個以上半周期故障電弧時，需應在15s內發出報警信號。

電氣火災監控系統中溫度額定報警閥值得設定為65℃、85℃、105℃。線路線纜在工作時都會發熱，溫度過高會導致銅、銅鍍銀、鋁這些導電材料的物理、化學性能變化，力學性能和電氣性能的下降，如果長期超過閾值就會引起火災。

電纜的長期工作允許溫度及溫升關系如下：橡皮絕緣電線明敷的載流量A ? ? ?=65℃、橡皮絕緣電線穿鋼管敷設的載流量A ? ? ?=65℃、聚氯乙烯絕緣電線明敷的載流量

A ? ? ?=65℃、塑料絕緣軟線明敷的載流量A ? ? ? =85℃、耐熱礦物聚氯乙烯銅芯電線的載流量A ? ? ? =105℃，故此電氣火災監控系統中溫度額定報警閥值得設定為65℃、85℃、105℃。

電流的熱效應引起的火災：接觸電阻過大導致電流的熱效應，焦耳楞次定律 ? ? ? ? ? ? ? 電流通過電阻產生的熱量與電流的平方，與電阻和通電時間成正比。如2.5mm2的銅鋁導線在交接情況下，通過鋁導線額定電流時其接頭溫度可達65℃，通過2倍額定電流時接頭溫度可達307℃，通過3倍額定電流時接頭溫度可達749℃。在接觸電阻過大的情況下，長期通電破壞絕緣引起燃燒。

以上基礎的數據的探測通過協議的方式達成軟件數據化的管理，即能達到電氣火災真正的預警管控，那么電氣安全云控管理系統，必須是在標準化應用的基礎上充分結合消防行業、電力行業、和安全監察管理特性，采用B/S多層技術架構將會造成信息孤島的用電設備狀態、配電線路狀態、配電開關元件狀態、完全整合在一個平臺上，才能夠實現平臺對所有跨建筑跨行業跨區域數據信息之間的共享和關聯，并和手機、語音設備、移動手持終端等硬件設備與系統進行實時交互，才能夠從根本上幫助用電主體單位全面通過技防落實安全生產責任，才能夠真正實現用電安全大數據管理，大數據分析，大數據排查隱患的功能，解決實際工作中人力不足、專業化不夠的現實狀況。

4基于電氣火災監控系統實施大數據火災防范所應具備的云平臺系統

消防數據管理云平臺是針對所有各類型建筑量身定制真正意義上的配電側安全用電管理平臺，是要結合建筑應用消防設施和配電設施后總結的成功管控經驗，及數據支撐條件下形成的用電專業化管理軟件，適用客戶涵蓋了所有區域建筑的380V以下配電設施的全方位監控和隱患防范。

消防數據管理云平臺基于大數據融合后的云計算，只要有互聯網的地方就可通過瀏覽器登陸使用，平臺應具備的最大特點是“高度整合、全面關聯”，平臺橫向整合不同建筑性質的用電狀態的實時監測和縱向整合三級配電系統不同級別的用電監測。

消防數據管理云平臺是一個精準服務安全用電的平臺，有別于泛而不精的交叉性平臺系統，平臺真正通過電氣監測，電氣預警檢查，電氣遠程控制方法來評價各類建筑用電的安全性評估和有效解決安全生產中用電安全問題。

消防數據管理云平臺的優勢在于平臺包含單元的兼容性和可擴展性，可以根據建筑的用電性質和規模，選擇性的監控用電設備的電壓、電流、溫度、絕緣、漏電、電弧等技術參數。在使用平臺過程中，隨時可根據用電需求的變化和增加的各類探測器，在原有平臺功能的基礎上擴展相應的數據采集功能，并不需要頻繁更換平臺設置，真正做到系統”分則獨秀，合則完美”。

平臺具有垂直權限管理，可以根據客戶規模和監管模式選擇用電設施的管控權限，故障報警推送按照安全事故管理處置法則管理，即維護基層工作人員的積極性，又體現事故應急狀態下的快速響應，徹底消除信息孤島和安全用電管理死角。

5 結語

綜上所述，基于電氣火災監控系統的火災防范是建立在大數據融合基礎上的新型模式，要根據分級預警模式設定相對應的火災溫度預警閾值、剩余電流預警閾值和電弧周期閾值，形成能夠預防電氣火災發生的立體監測網絡。

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基金項目：遼寧省重點研發計劃項目“地鐵車輛火災防控技術研究及產業化應用”（2019020107-JH2/103）

作者簡介：

田智嘉，男，碩士，應急管理部沈陽消防研究所研究實習員，研究方向：消防電子、檢測技術、標準化等方面的研究工作。