防火漏電保護技術和自動報警系統(tǒng)關聯(lián)的設計

陳瀅百

（青島市消防救援支隊，山東 青島 266071）

0 引言

相關研究人員在我國大量的電氣類火情事故中歸納總結了相關案例，發(fā)現(xiàn)建筑物電氣類設備的故障導致的情況較多。經(jīng)過詳細的研究，電氣設備的接地問題中電弧類對地出現(xiàn)短路情況也是導致電氣類火情的主要原因之一。電弧類的對地短路現(xiàn)象和常規(guī)的相間短路相比，其明顯的區(qū)別為故障部分回路的阻抗值比較大，因此故障電流相對比較小，無法應用一般的保護裝置例如斷路裝置或者熔斷裝置來第一時間斷開電源。通常來講，國際IBC標準系統(tǒng)以及國內的相關電氣類規(guī)范規(guī)定了有關電路系統(tǒng)內設置RCD（即為剩余電流動作保護器），以此來預防相關的電氣類火災的發(fā)生[1]。

1 電網(wǎng)系統(tǒng)中的漏電保護相關技術

漏電保護技術指的是在電網(wǎng)中的漏電電流達到某個預先設定的數(shù)值的情況下，可以自動斷開電源或者進行警報信號發(fā)送的一類用電安全的保護方案。一般來講，在低壓的供電網(wǎng)絡中的漏電保護技術能夠防止人員出現(xiàn)觸電傷亡的事故；雖然在高壓的供電網(wǎng)絡中無法完全杜絕人員出現(xiàn)觸電的傷亡情況，但是能夠提升供電網(wǎng)絡及相關設備的安全性。因此，高壓供電網(wǎng)絡中將此方案稱為單相接地。一般來講，漏電保護系統(tǒng)的設定值是：低壓供電網(wǎng)絡主要的目標為防止人員觸電的傷亡情況；高壓供電網(wǎng)絡的主要目的為相關設備的安全以及防止相關故障擴大。

2 建筑物中火災的自動警報裝置簡介

建筑物中的火災自動警報裝置的組成為觸發(fā)設備、火情警報設備、聯(lián)動輸出設備及具有輔助功能的設備等，相關裝置能夠在火情出現(xiàn)的初始階段，將火焰燃燒時發(fā)出的煙及熱能等物理量信息通過火情探測裝置轉換為電信號，傳送到火情警報控制裝置，并且用聲音或者燈光的模式對整體建筑發(fā)送信號，通知建筑內部的人員及時撤離，控制裝置可以記錄火情出現(xiàn)的具體位置及時間等信息，保證建筑內部的相關人員可以第一時間發(fā)現(xiàn)火災，并迅速采取適當?shù)拇胧诨鹎閯傞_始時就進行滅火，盡量降低由于火災導致的生命及財產損失，是民眾與火情斗爭的得力幫手[2]。火災自動警報裝置如圖1所示。

圖1 火災自動警報裝置

3 建筑物中的防火RCD裝置簡介

3.1 防火RCD裝置定義

RCD裝置指的是剩余電流動作保護裝置（Residual Current Device）：在通常的作業(yè)情況下，連通負載裝置及阻斷電流的流通；然而當電路中的剩余電流處于特定的情況下達到了相關保護裝置設定的數(shù)值時，就能引發(fā)觸頭發(fā)生動作進而阻斷電路的一類保護裝置。剩余電流動作保護裝置屬于偵測電路剩余電流及連通和阻斷電路電流的相關元器件的綜合體。

3.2 防火RCD裝置的工作原理

一旦建筑物中的電氣設備出現(xiàn)漏電的情況，就會出現(xiàn)電流及電壓信號異常的現(xiàn)象。漏電保護器經(jīng)過對于異常電流及異常電壓信號的檢測，借助信號處理技術，發(fā)出相關指令使相關機構進行工作，應用開關裝置快速斷開電源，根據(jù)相關故障電流進行反應的漏電保護器是電流式漏電保護器，根據(jù)相關故障電壓進行反應的是電壓式漏電保護器。目前，我國廣泛使用的是電子式剩余電流動作保護裝置，國際上廣泛使用的是電磁式剩余電流動作保護裝置[3]。

3.3 防火RCD裝置作用

剩余電流動作保護裝置是一類漏電保護器。其主要作用有如下4點：1） 預防由于漏電事故導致的單相式電擊安全事故。2） 預防由于漏電事故導致的火情及相關裝置燃燒的安全事故。3） 檢測及斷開各類單相接地安全故障。4） 某些漏電保護器還能夠用于電路過壓、電流過載、電路欠壓及電壓缺相的防護。

4 漏電導致的火災危害性

4.1 漏電技術研究

根據(jù)熔斷裝置的技術特點，假如經(jīng)過人工修改使其技術參數(shù)提高，或是采用純銅保險絲進行替換熔斷裝置的保險絲，在這樣的狀況下，無法充分起到過流保護的效果；問題可能出現(xiàn)在裝置末端，檢查距離較大，在出現(xiàn)問題的回路中，相關回路阻抗較大，在短路的回路中的電流比較小，無法觸發(fā)熔斷裝置相關的工作；假如相關熔斷裝置的容量參數(shù)比較大，保險絲額定電流大于漏電電流，熔斷裝置就無法進行工作；如果接地系統(tǒng)不符合相關的法律法規(guī)，使系統(tǒng)內部出現(xiàn)較大的接地電阻，就會使回路中的電流減小，無法觸發(fā)熔斷裝置進行工作；針對采用的自動保護式開關裝置，假如開關無法正常工用，或是預先設定的電流較大，使自動保護開關裝置沒有出現(xiàn)進一步動作；對于接地保護線，在對于接線端子實施接線的進程中，發(fā)生接線不牢固的狀況，此時接觸電阻數(shù)值較大，對發(fā)生故障電路形成了制約，最后導致熔斷裝置無法正常工作。

4.2 供電網(wǎng)絡導致電氣火災的原因分析

供電網(wǎng)絡出現(xiàn)漏電電流或者故障位置接觸不良，都有可能引發(fā)火災。通常來講，針對故障位置的接觸情況，經(jīng)常出現(xiàn)接觸不牢固的情況，從而導致接觸位置電阻數(shù)值較大，漏電保護器不能產生動作，并且在某種程度上可能會產生電弧。根據(jù)有關試驗數(shù)據(jù)可知，針對0.55 A的電流量，該產生的電弧最高溫度可能高于2100 ℃，在此種狀況下，可能引燃周邊所有易燃物質。針對保護裝置的零線和地線，在其接線端子位置，可能出現(xiàn)連接不牢固的狀況，從而引起火災。根據(jù)電路保護裝置的地線，該接線端子位置可能發(fā)生連接不牢固的狀況，在這種狀態(tài)下回路電阻數(shù)值較大，盡管相關供電網(wǎng)絡可以正常工作，但是很難找到故障位置。在接線端子位置假如存在漏電的狀況，相關位置就會產生較大的電阻數(shù)值，導致相關供電裝置局部發(fā)熱的情況，在接線端子位置出現(xiàn)電弧狀況，或者是溫度較高的狀況，這種情況下容易引燃周邊的易燃物質，或是燒毀某些供電設備，例如開關插座等，在發(fā)生漏電導致的火災的種類中，底座材質為木料的起火情況是非常普遍的[4]。

4.3 對防火RCD相關裝置的選用過程存在的問題進行研究

針對RCD裝置的整定數(shù)值來講，在有關的配電系統(tǒng)設計標準中有過清晰明確的要求，針對RCD整定數(shù)值的設定及選取，可以在0～0.55進行選擇；在相關的住宅建筑設計標準中，規(guī)定住宅必須配備電源主線路的斷路裝置，并且具備漏電保護的功能；在相關的電氣系統(tǒng)設計標準中，針對RCD裝置的整定數(shù)值的設定，規(guī)定能夠在5 mA～310 mA進行選擇。按照電氣設備防火的層面上的要求來研究，建筑物中配備RCD裝置是非常必要的工作，并且是一類非常有效的解決方案。不過在實際的現(xiàn)場施工作業(yè)過程中，針對RCD裝置的整定數(shù)值的取值，是無法精確把控的。電氣裝置和相關線路在正常工作的狀況下，假如泄漏電流數(shù)值和RCD裝置的整定數(shù)值一致，或大于RCD裝置的整定數(shù)值，RCD設備將可能進行進一步的操作，從而阻斷供電線路。RCD繼電保護裝置如圖2所示。

圖2 RCD繼電保護裝置

5 科技防火解決方案

5.1 漏電保護裝置

現(xiàn)階段，在某些住宅建筑中的供電網(wǎng)絡中仍然存在漏電電流的保護的隱患，出現(xiàn)故障時，供電網(wǎng)絡如果無法第一時間斷開電源裝置，將會導致電弧或者短路電流一直存在進而引起燃燒。漏電保護裝置對于回路中的漏電電流有較高的敏感程度，能夠在50 ms左右的時間段內迅速斷開電路，有效杜絕火情的產生。與此同時在衛(wèi)生間或游泳池等非常潮濕的區(qū)域，相關人員可能由于皮膚電阻的減小進而導致觸電情況，安裝漏電保護裝置能夠顯著降低此種狀況發(fā)生的概率。據(jù)調查研究，電壓220 V，電流取值為280 mA的漏電保護裝置能夠有效地杜絕電氣類火情的產生。

5.2 無人機火災監(jiān)測簡述

無人機遙控相關技術指的是一類無人機設備飛行，遠程監(jiān)測和遠程感知，數(shù)據(jù)信息通信及衛(wèi)星全球定位功能于一身，可以實現(xiàn)自動收集有關數(shù)據(jù)，進行相關數(shù)據(jù)信息的處理，數(shù)字化建模及遙感圖像生成的技術。城市建筑的消防線上監(jiān)控相關的無人機遙控監(jiān)測相關技術能夠用于完成火情預警的目標。常規(guī)的消防監(jiān)控工作是相關人員需要抵達現(xiàn)場進行觀察，該方案顯著缺陷主要有耗時耗力及信息收集不完善。使用無人機進行火情監(jiān)控工作能夠在應對現(xiàn)場問題的情況下自主評估火情出現(xiàn)的位置，并進行災情相關參數(shù)信息的計算，使用現(xiàn)場數(shù)字沙盤，能夠為事故現(xiàn)場的火情的指揮提供準確性較強的根據(jù)，并且最大限度地降低了消防相關人員的現(xiàn)場搶險的危險。

6 電氣類火災中漏電保護和火災自動警報裝置關聯(lián)設計問題的研究

一般來講，消防安全系統(tǒng)中的火情自動警報裝置被譽為消防任務中的哨兵，由于該裝置的存在，使得建筑物在火情出現(xiàn)的早期就可以迅速取得相關信息的預警，將火情撲滅在萌發(fā)的階段，獲得相對比較理想的結果。通過上述描述，相關技術人員是否可以把預防電氣類火情的漏電保護系統(tǒng)歸結到火情自動警報裝置內進行統(tǒng)一的協(xié)調管控，可否開發(fā)一類相關產品、研發(fā)一類設備把電氣方面防火漏電保護系統(tǒng)的工作機理進行轉變，不僅應用了開關閾值操作的單一的模式斷開供電線路，而且應用了監(jiān)控系統(tǒng)泄漏電流、過電壓等參數(shù)信息逐級警報的操作模式：如果應用了高限時然后斷開供電回路的智慧化模式，肯定是滿足相關要求的。然而使用普通的斷路裝置附帶漏電保護系統(tǒng)的RCD模式是無法符合上述要求的[5]。普遍的火情警報及消防聯(lián)動系統(tǒng)裝置如圖3所示。下面根據(jù)工程實例進行討論。

圖3 火情警報及消防聯(lián)動系統(tǒng)裝置

6.1 大型建筑物中配備火災自動警報系統(tǒng)的情況

某大型公共建筑物，每層樓約有20間辦公室，規(guī)劃設計在所有的樓層的照明系統(tǒng)中配備3臺FD型號的漏電綜合保護裝置用于電氣類火情防護工作（FD型號的產品有漏電、過流、過電壓、斷相和低電壓等多類保護條件的設置），每部FD設備監(jiān)控8間辦公室的范圍。根據(jù)漏電保護的區(qū)間線路以及用電裝置的正常泄漏電流情況進行分析研究和測算工作，一般來講，常規(guī)的泄漏電流數(shù)值的區(qū)間為I△N≤250 mA。FD設置工作需要設置相關參數(shù)數(shù)值：1） 把 FD設備在相關建筑物中設置為消防聯(lián)動控制過程的裝置之一。2） 設置FD漏電電流閾值為I△N≥310 mA時發(fā)出警報信號隨即傳輸?shù)交鹎樽詣泳瘓笱b置：提示消防指揮中心的相關值班人員迅速排查配電系統(tǒng)并且第一時間清除相關的隱患。3） 設置FD漏電閾值的數(shù)值為I△N≥510 mA的情況下，觸發(fā)操作斷開配電電路系統(tǒng)； FD相關裝置的警報預設的數(shù)值以及斷開回路的啟動數(shù)值在某個區(qū)間內能夠調整，可以解決在正常和特殊情況漏電時由于標準、條文和相關規(guī)范造成的與實際管理過程中的矛盾。

6.2 在住宅建筑中實際應用狀況

如果住宅建筑是高層商住樓并且裝有火災警報裝置的情況下，該類住宅中FD控制以及警報聯(lián)動模式的操作方式和前面所述的方式一致。值得注意的是FD系統(tǒng)的漏電保護斷開電流的數(shù)值必須依靠實際情況進行考慮，在操作過程中，如果某部FD系統(tǒng)設備監(jiān)控的房間數(shù)量比較大，并且常規(guī)的漏電電流數(shù)值達到550 mA檔位的時候，漏電保護斷開電流值取550 mA也就無法滿足實際需求了，要調節(jié)FD系統(tǒng)監(jiān)控房間的數(shù)量進行應對。所以設計FD系統(tǒng)的閾值可調及參數(shù)可視，每部FD系統(tǒng)設備監(jiān)控戶數(shù)既可以保證特殊漏電時不會出現(xiàn)火情，又可以使民眾日常生活用電合理地波動。

7 結論

建筑中的防火漏電保護RCD配置是很有必要的，卻不是獨立存在的。隨著建筑物電氣裝置系統(tǒng)的完善，新型設備的相繼面世，新舊的標準條款改變和更替，常規(guī)的方案已經(jīng)無法滿足新時期的需求，相關系統(tǒng)的設計實踐需要持續(xù)地歸納改善其相關解決方案，以適應建筑電氣系統(tǒng)的發(fā)展和更新，更好地保障人民群眾生命及財產的安全。