引言

據(jù)《中國火災統(tǒng)計年鑒》顯示，近十年的火災事故中，電氣火災所占比例在30%以上，且呈逐年上升的趨勢，已成為火災的主要致災因素，引起巨大的人財物損失。電氣火災產(chǎn)生的主要原因有短路、過載、接觸電阻過大、靜電等，其中接地性電弧短路是最危險也多發(fā)的電氣火災成因，主要是由于故障點接觸不良，未被熔融而迸發(fā)出電或者電火花。而且發(fā)生電弧性短路的故障點阻抗較大，它的短路電流并不大（略大于300mA的電流即可產(chǎn)生電?。?，正常電路中設(shè)置的斷路器難以動作，而且線路電壓低至20V時電弧依然穩(wěn)定存在，致使電弧難以熄滅。此類電弧溫度高達2000-3000度以上，極易引燃周圍的可燃物體［2］，因此接地性電弧短路是導致電氣火災最難以防范的原因之一。另外，在電源的總進線處和不允許斷電的電氣設(shè)備，如消防水泵回路和公共場所的疏散照明、消防報警回路的電源等，設(shè)計時不設(shè)漏電保護開關(guān)或者漏電保護開關(guān)動作的設(shè)定值比較大，產(chǎn)生少量漏電時漏電保護器難以動作，也容易造成觸電危險或者火災危險。這些地方都需要設(shè)計電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)，當電流值越限、溫度超標時，系統(tǒng)能實現(xiàn)聲光報警，并與消防火災報警系統(tǒng)聯(lián)動，通知管理人員進行處理。

1 、電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置原理

電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)EFPS（Electric Fire Prevention System）主要是監(jiān)測供電線路的剩余電流，依據(jù)基爾霍夫電流定律（Kirhhoff‘s Current Law）進行測量：在同一時刻，電路中流入和流出同一個節(jié)點的電流矢量和為零

Ir=IrA+IrB+IrC+IrN=0

以TN-S系統(tǒng)為例，將A/B/C/N同時穿過剩余電流互感器，在設(shè)備與線路無任何漏電的理想情況下，從正方向進入和負方向流出剩余電流互感器的電流矢量和為零，此時，剩余電流互感器感應(yīng)出的二次電流也為0。

當某相發(fā)生接地故障時，其對大地發(fā)生漏電，此時流入和流出剩余電流互感器的電流矢量和不再為零，大小等于從大地流走的電流即漏電電流。此漏電電流使剩余電流互感器的環(huán)形鐵芯中產(chǎn)生磁通，其二次側(cè)感應(yīng)產(chǎn)生電流，該電流與一次側(cè)各相漏電流的矢量和成正比，經(jīng)過放大處理可視為一次側(cè)各相漏電流的矢量和。在三相電路中，零序剩余電流包括三種成分：三相不平衡電流、分布性電容電流和泄漏電流組成的正常漏電流、故障性漏電流即絕緣擊穿后漏電流。 Ir=Iilce+Irb+Ibrce，其中：Iilce固有對地漏電電流;Irb開關(guān)后對地漏電流;Ibrce突發(fā)性漏電流。

2、電氣火災監(jiān)控報警系統(tǒng)組成

電氣監(jiān)控報警系統(tǒng)EFPS（Electric Fire Prevention System）系統(tǒng)主要由監(jiān)控管理層（監(jiān)控主機IPC和電氣火災監(jiān)控設(shè)備ACDP）、現(xiàn)場探測層（電氣火災探測器RTCM和TS溫度探測器）和系統(tǒng)輔助設(shè)備（區(qū)域監(jiān)控單元ACDU和協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊PTM）組成，通過工業(yè)以太網(wǎng)和RS485總線連接在一起。系統(tǒng)應(yīng)具有超早期、高智能、小型化、高可靠性和簡單實用的特點 。當線路中的漏電電流超過報警設(shè)定值時，監(jiān)控主機發(fā)出聲光報警信號并指出報警位置，提醒管理人員及時去現(xiàn)場查看確認。同時系統(tǒng)主機將上傳數(shù)據(jù)通過圖形、報表、事件記錄等形式反映整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)。

2.1 現(xiàn)場探測層

現(xiàn)場探測層主要分為火災探測器（RTCM）和溫度探測器（TS）。電氣火災探測器（RTCM）通過零序互感器負責監(jiān)測各個回路的剩余電流和溫度等電氣火災危險參數(shù)，負責監(jiān)測和實時顯示各個回路的剩余電流值，并將剩余電流值的數(shù)據(jù)傳輸至系統(tǒng)主機，同時能夠設(shè)置剩余電流報警限值。同時，可設(shè)定地址編碼，幫助管理人員精確定位故障位置。針對電弧發(fā)出的高溫以及配電柜內(nèi)溫度的測量，電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)還可以進行溫度監(jiān)測，主要采用接觸式溫度探測器或者輻射式溫度探測器。

2.2 系統(tǒng)輔助設(shè)備

系統(tǒng)輔助設(shè)備主要指區(qū)域監(jiān)控單元（ACDU）和協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊（PTM），區(qū)域監(jiān)控單元（ACDU）可實時存儲故障及報警信息，并可對下級火災探測器的剩余電流報警值和溫度報警值等參數(shù)進行設(shè)定，還可以顯示相應(yīng)的火災探測器的信息。協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊PTM是Modbus總線和工業(yè)以太網(wǎng)之間的橋梁，傳輸數(shù)據(jù)時采用了數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，有效地解決了數(shù)據(jù)傳輸中通信距離和通信速度的悖論問題，在系統(tǒng)容量達到最大時也可以保證數(shù)據(jù)采集的實時性，它把基于RS485總線的Modbus RTU 信號轉(zhuǎn)換成基于工業(yè)以太網(wǎng)的UDP/IP信號，再傳輸給監(jiān)控主機IPC進行處理，也可將監(jiān)控主機IPC的輸出信號轉(zhuǎn)換后傳輸給火災探測器 。

2.3 監(jiān)控管理層

監(jiān)控主機IPC能顯示當前系統(tǒng)中所有的探測器狀態(tài)，自動顯示報警提示信息窗口，提醒并指示報警的具體位置和回路編號。操作人員能發(fā)出控制信號，實現(xiàn)遠程控制，并自動保存報警及故障事件和操作記錄，方便管理人員查詢，系統(tǒng)組成如圖1。

中國石油大學（華東）工科實驗樓E座（如圖2）項目是我校實驗室的聚集平臺，設(shè)備眾多，用電負荷非常大，專門在其地下室配備了一個配電站，樓上配電柜和配電箱數(shù)量很多，根據(jù)規(guī)范要求配置了電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)。在配電室內(nèi)設(shè)置了溫度監(jiān)測裝置，在主要的配電柜內(nèi)安裝了電氣火災探測器（RTCM），劃分了地下室、裙樓和主樓三個區(qū)域，使用了3個ACDU區(qū)域監(jiān)控單元，經(jīng)過PTM協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊連成一體，在消防控制中心設(shè)有監(jiān)控主機，實施遠程控制，并與消防控制中心聯(lián)動。經(jīng)過一年多的運行，其質(zhì)量可靠，及時發(fā)現(xiàn)了多起剩余電流過大的事故。

系統(tǒng)設(shè)備的測試：為了檢測系統(tǒng)的動作可靠性和準確性，我們現(xiàn)場制作了帶可調(diào)電阻和電流表的電燈回路來進行檢測。將火線串入電氣火災探測器（RTCM）而零線不串入，調(diào)節(jié)可調(diào)電阻大小電燈亮度隨之改變，電流表顯示通過電流即漏電電流的大小。通過電流表的讀數(shù)即可判斷出電氣火災探測器的靈敏度和可靠性，通過現(xiàn)場試驗驗證了該系統(tǒng)性能可靠，反應(yīng)靈敏。

3、 電氣火災監(jiān)控報警系統(tǒng)設(shè)計注意的問題

（1）由于剩余電流監(jiān)測的原理采用了基爾霍夫電流定律，故目前可以應(yīng)用的低壓配電系統(tǒng)有：TT系統(tǒng)、IT系統(tǒng)、TN-S系統(tǒng)，不能使用在TN-C系統(tǒng)中。無論對于AC220V的單相還是AC380V三相供電系統(tǒng)，都要求中性線N此后不許再接地，保護線PE不得穿過互感器。

（2）電氣火災探測器（RTCM）應(yīng)根據(jù)分級保護的原則進行安裝。根據(jù)用電負載及線路分布情況，一般在配電室內(nèi)配電柜供電總回路和樓層分配電箱處安裝火災探測器（RTCM），而在用戶室內(nèi)開關(guān)處設(shè)置漏電保護器以防止人身觸電，漏電保護器的參數(shù)根據(jù)漏電保護器的設(shè)置原理進行設(shè)置。

（3）電氣漏電監(jiān)測系統(tǒng)的溫度檢測是以配電設(shè)備異常發(fā)熱為基本原則而進行的。溫度測量主要考慮低壓配電裝置中電纜壓接等處容易產(chǎn)生電弧導致高溫，或者是電纜出配電室處電纜比較密集散熱不暢產(chǎn)生高溫，一般在二級保護的線路中應(yīng)用。主要是采用溫度探頭Pt100，當探測電纜溫度時，將溫度探頭直接設(shè)置在電纜表面。當檢測配電柜內(nèi)部的溫度時，安裝在靠近電纜壓接等處容易產(chǎn)生高溫的位置，采用非接觸式安裝。具體檢測點參考如下： 變壓器低壓側(cè)出線端子、變壓器體溫（風溫、油溫、水溫）測試點、負荷開關(guān)觸頭［8］。

（4）火災探測器（RTCM）泄漏電流報警值的設(shè)定。火災探測器（RTCM）設(shè)定時應(yīng)考慮電氣負荷的大小、用電設(shè)備的情況和用電回路的正常泄漏電流等因素。一般支路上報警設(shè)定值為300mA，配電室內(nèi)總配電柜出線等處為1000mA，但應(yīng)不小于系統(tǒng)正常運行時泄漏電流最大值的2倍。

（5）設(shè)計電氣火災監(jiān)控報警系統(tǒng)時應(yīng)慎重選擇火災探測器的報警輸出功能 。電氣監(jiān)控報警系統(tǒng)首要的要求是報警的準確性和及時性，然后才是切斷事故電源的可靠性。漏電報警只是提示某處出現(xiàn)火災隱患應(yīng)該派人進行檢修而不是立即切斷電源。漏電報警立即切斷電源將會很頻繁，會給用戶造成經(jīng)濟損失。

4 、結(jié)束語

基于信息技術(shù)的電氣火災監(jiān)控報警系統(tǒng)，通過剩余電流式火災探測器對配電回路和配電柜內(nèi)的剩余電流、導線溫度、過電流等火災危險參數(shù)實施監(jiān)控和管理，使用報警主機實現(xiàn)遠程監(jiān)控，從而預防電氣火災的發(fā)生，消除安全隱患，降低了火災損失。