浅谈电气火灾监控系统的设计

安科瑞电气股份有限公司 上海 嘉定 201801 姜雷杰

　　摘要 近年来，各种电气设备及家用电器的使用量大幅增加，相应的电气火灾事故也随之增加，电气火灾数量已经接近火灾总数的30%，位列各类火灾的首位。由火灾所造成的损失已经给社会经济和人民生命财产造成了巨大的损失，电气火灾监控系统对预防电气火灾起到至关重要的作用。

　　关键词：电气火灾;接地故障;漏电电流;分级保护

　　1 用途、基本组成及原理

　　1.1 用途

　　电气火灾就是指配电线路及电气设备由于设计、安装、使用不当或者接触不良、短路等原因而引起的火灾。其中，短路所引起的火灾的概率最高，而短路又可分为一般性短路和接地故障。一般性短路，是指供电线路之间由于绝缘性能降低，从而导致的相线与相线、相线与零线之间的短路;接地故障，是指相线与接地导体、相线与大地之间的短路，它是由于相线与接地导体、相线与大地之间的绝缘性下降所导致的。根据统计，因为接地故障而引起的火灾占短路原因而引起火灾的绝大多数，它是较为常见的电气火灾起因。此外漏电电流使得部分的电流流入大地，造成了能源浪费;当人体接触到故障电压引起触电电击，危及生命安全。低压配电系统短路故障示意图，如图1所示。

　　

 

 

图1 低压配电系统短路故障

　　发生故障时，在漏电的故障点处和导体不良的连接处会局部产生异常的高温或电火花、电弧，这种电弧具有比较大的阻抗和压降，它限制了故障电流的通过，从而使得电流保护器不能动作，而数百毫安的电弧所产生的局部高温可达2000℃以上，导致附近的可燃物高温烤燃着火从而引起了火灾。

　　为了能够预防和减少电气火灾，必须能够在线检测AC220/380V供电线路的绝缘状态，以此来杜绝漏电和各种短路故障的发生。电气火灾监控系统就是用来实时监测供电线路的绝缘状态并实施报警的，当电气线路或者电气设备一旦漏电并超过额定保护值时，报警器立即发出声光报警信号并显示出漏电电流的大小。因为从发生接地电弧故障到引燃起火以致火势蔓延需要一定的时间，这就有足够多的时间去检查并排除故障，从而能够有效地避免电气火灾的发生或者将损失控制在较小的范围之内。为了保证供电的连续性，报警时通常不切断电源，这样就可以避免电源开关跳闸而引起整栋建筑物的停电。为了确保安全，在紧急情况下可以再去切断供电电源。

　　1.2 监控系统的组成

　　(1)系统组成

　　电气火灾监控系统是由漏电探测装置与监控设备所组成的。漏电探测装置是由电流互感器、漏电探测器构成。监控探测器与监控设备之间通常是以有线的方式相连接的。电气火灾监控系统示意图，如图2所示。

　　

 

图2 电气火灾监控系统

 

　　(2) 电流互感器检测电流的基本原理

　　如图3所示，若导线中流过的电流为i1,i1在其周围将产生电磁场，电磁场的强弱与导线中电流的大小成正比。电流互感器是高导磁率器件，把它置于电磁场中，在其次级线圈中将会感应出交变电流i2,i2=i1/n，n为互感器次级线圈的匝数，由此可见i2与i1是成正比的。

　　

 

　　图3 电流互感器提取电流信号

　　(3)监控系统组成和工作原理

　　监控系统分为漏电探测装置与监控设备。漏电探测装置使用电流互感器提取漏电信号，经过信号放大、AC/DC变换、A/D变换、CPU处理之后，送至输出级。输出信号经过总线后通往监控设备。监控设备接收的漏电信号经过CPU处理后，送往报警器、显示器、控制信号输出级。报警器由报警指示灯、蜂鸣器组成，显示器使用LED数码管、LCD液晶显示屏显示出漏电电流的大小及所有相关的信息，控制信号输出级输出各种报警及控制信号，以切断供电的电源及附加的报警等。监控设备有存储及打印的功能，可供随时查询。系统框图如图4所示。

　　一个电气系统的输入、输出端电流值，当无任何损失时，其流入及流出的相量和为零，也就是无漏电电流;如果这个电气系统有电流泄漏，这个系统的电流相量和就不为零，对外有了泄漏电流，系统中便产生了漏电电流。漏电电流是由AKH-0.66L系列电流互感器检测出的，AKH-0.66L系列电流互感器将信息传送到ARCM系列监控探测器里，经放大、A/D转换、CPU对变化的幅值进行分析、判断，并与报警设定值进行比较，一旦超出设定值则发出报警信号，同时也传送到Acrel-6000系列监控设备中，再经监控设备进一步识别、判定，当确认可能会发生火灾时，监控设备发出火灾报警信号，点亮报警指示灯，发出报警声响，同时在液晶显示屏上显示火灾报警等信息。值班人员则根据以上显示的信息，迅速到事故现场进行检查处理，并将报警信息发送到集中控制台。

　　

 

　　图4 监控系统组成原理方框图

　　2 监控系统主要技术特点

　　(1)电气火灾监控系统常年不间断地被用来实时监测低压配电系统的绝缘状态，以掌握线路或者用电设备电气绝缘的变化情况，测量漏电电流的大小，从而能够有效地避免因为接地故障而产生火花电弧引起的电气火灾。

　　(2)报警的同时能够明示漏电的位置，容易查找出故障点，报警的同时并不切断电源，避免因为突然断电而造成的不必要的损失和不良的社会影响。

　　(3)漏电形成的局域网，通过远程来报警，实现了科学的安全化的管理。

　　3 电气火灾监控系统的应用设计

　　3.1 安装位置

　　(1)分级保护

　　为了缩小发生人身电击事故和接地故障切断电源时引起的停电范围，通常在供电线路的不同地点安装不同型号的剩余电流动作保护装置，以形成分级保护。根据用电负载及线路情况，一般分两级或三级保护。图5所示的分级保护模式是一般形式的保护，适用于农村电网、中小型配电变压器(160kVA以下)供电的架空配电网，其主要的负载多为农副业加工及居民生活用电。

　　

 

　　图5 中小型电网三级保护示意图

　　(2)剩余电流动作断路器(漏电断路器)和电气火灾监控系统

　　在上述的剩余电流动作保护装置系统中，安装剩余电流动作断路器是可以起到分级保护作用的。但是一旦发生了剩余电流超过额定电流值从而切断电源时，因为停电造成重大的经济损失及不良的社会影响的电气装置或场所，是不能够安装剩余电流动作断路器的，比如公共场所的消防应急灯具电源、消防应急照明系统、消防设备电源、消防水泵、消防电梯等等。

　　3.2 接地故障监测

　　对于接地形式为TN-S的配电系统，可以检测系统的总体绝缘状态，即检测系统的总漏电电流。电流互感器安装于变压器接地线中(如图6所示)以提取漏电的信号，探测器、报警器(监控设备)安装于相应的位置处。

　　

 

　　图6 TN-S系统的总漏电电流检测

　　4　主要表计功能及选型方案

　　主要表计功能及选型方案如图7所示。

　　

 

　　图7 主要表计功能及选型方案

　　5 结 语

　　随着我国智能电网的发展，如今保护预防性电气火灾监控产品也将不仅仅应用在高层楼宇设计之中，它必将融入家用电气安防领域。为了使电气火灾监控系统能够正常运行，达到火灾前期及时预报警的目的，应严格按照标准执行，在性能设计和工程应用中必须严格把关，避免出现不必要的问题，从而影响系统功能的稳定运行。

　　参考文献

　　[1] GB13955-2005. 剩余电流动作保护装置安装和运行[S]

　　[2] 郭仲礼. 低压电工实用技术. 北京：机械工业出版社，1998.

　　[3] 连理枝. 低压断路器及其应用. 北京：中国电力出版社，2002.

　　[4] 安科瑞电气股份有限公司产品选型手册2013.1版.

　　作者简介：

　　姜雷杰，男，工学硕士，安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向:电气安全。技术交流：0510-86179968 传真：0510-86179975 手机：18860995108 QQ:2880157873