电气火灾监控系统Acrel-6000

0 前言

  随着我国人民生活水平的不断提高，用电量不断增加，但电气火灾也随之剧增，从而也给国家经济和人民生命财产造成的损失。据《中国火灾统计年鉴》统计近年的火灾事故中，电气火灾居，且所占比例在30%，且逐年呈上升趋势，造成的损失十分惨重。事实上，电气火灾已成为消防安全的主要致灾因素，不仅次数多、损失大，而且多年来一直居高不下。

  公共建筑电气火灾产生的原因主要有以下几个方面：

  0.1 建筑物内导线使用年久失修，其绝缘层老化破损。

  0.2 建筑物内导线安装施工不规范，如导线不穿管路保护，直接埋于墙内或置于构件上。

  0.3 娱乐场所等公共活动场所在二次装修时，乱铺设电线，致使遗留火灾隐患。

  0.4 导线施工质量粗糙，偷工减料，使用钢管穿线是钢管内壁乱挂伤导线绝缘层。

  0.5 线路受自然条件影响，如空气潮湿导致导线绝缘水平下降等。

  针对以上几个方面，安科瑞电气股份有限公司以其自主研发的ARCM系列电气火灾监控探测器为基础，通过对RS485总线技术、终端微机软件显示技术的集成，研发了安科瑞Acrel-6000/B电气火灾监控系统。本系统后台在显示各个探测点位数据的同时，还提供越限声光报警、人性化的界面等功能。本系统实现了配电系统的24小时无人实时监控，减少了人力成本，提高了电气火灾隐患的排除效率。

  本文就电气火灾系统在海力士体验馆装修项目中的应用，简单介绍安科瑞Acrel-6000/B电气火灾系统的实际应用和其实际意义。  

1 项目概况

   SK海力士半导体（中国）有限公司 SK海力士半导体（中国）有限公司是由半导体企业之一的韩国SK海力士株式会社于2005年4月投资设立的半导体制造工厂，主要生产12英寸半导体集成电路芯片，应用范围涉及个人电脑、服务器、移动存储等领域。

  SK海力士半导体（中国）有限公司在锡进行了多次增资及技术升级，累计投资额达105亿美元。公司一直致力于打造世界的半导体生产基地，与此同时，认真履行企业的社会职责，积极参与公益事业，为社会谋求福利。

  针对本项目的特性，为预防接地故障引起的电气火灾，结合本工程的重要性，本工程动力配电系统均配置漏电火灾报警系统。该系统主要包括系统主机、现场监控装置以及数据集中控制器。漏电火灾报警主机设置在消防控制室。系统在各个楼层竖井配电箱的进线设置漏电火灾探测器，对该处的漏电电流进行监控，当探测到配电回路漏电电流大300mA、工作电流超过时限设定的报警值时，即发出声光报警信号，准确报出故障点地址，监视故障点变化，显示其状态，对设备用电回路仅给出报警信号，不切断其电源。

2 参照标准

  鉴于公共建筑发生火灾容易造成人员生命财产损失。为了加大电气火灾监控防范的力度，近年来，国家相继制订或修改了一批相关标准规范。相关的标准规范已经对电气火灾监控系统提出了具体的要求，本项目中选用的安科瑞Acrel-6000/B电气火灾系统的设计参照的标准主要有：

  2.1 GB50045-95(2005版)《高层民用建筑设计防火规范》，其中在条文9.5.1里规定:高层建筑内火灾危险性大、人员密集等场所宜设置漏电火灾报警系统。

  2.2 国家标准《建筑电气火灾预防要求和检测方法》有关条文也明确要求“应在电源进线端设置自动切断电源或报警的剩余电流动作保护器。

  2.3 电气火灾监控系统的产品应满足:GB14287.1-2014《电气火灾监控设备》、 GB14287.2-2014《剩余电流式电气火灾监控探测器》、GB14287.3-2014《测温式电气火灾监控探测器》

  2.4 电气火灾监控系统的安装和运行应满足GB13955-2005《剩余电流动作保护装置安装和运行》

  2.5 电气火灾监控系统的供电应满足GB50052《供配电系统设计规范》的要求

  2.6 电气火灾监控系统的设计应满足《电气火灾监控系统的设计方法》的要求(暂行规定)

3.系统架构及设计

电气火灾监控系统拓扑图

3.1 站控管理层

  站控管理层针对电气火灾监控系统的管理人员，是人机交互的直接窗口，也是系统的上层部分。安科瑞电气火灾监控系统主机充分考虑到用户的操作习惯，和持续稳定运行，参照的相应的国家标准和规范。主机主要由监控软件、触摸屏、UPS电源、打印机等设备组成。将现场的各类数据信息进行计算、分析、处理，并以图形、数显、声音、指示灯等方式反应给终端管理人员。使管理人员能够实时掌握系统动态，且实现故障信息可追循，信息可导出等功能。

  鉴于本项目中仪表点位以及数据量的规模，现为项目配置安科瑞Acrel-6000/B主机，本主机的具体参数见下文介绍。

3.2 网络通讯层

  本项目中的所有仪表须严格按照手拉手的形式连接，且所有的通讯总线须沿着弱电桥架铺设。本项目的仪表分布在楼层强电间配电柜。

  本项目的数据总线设计为两根总线，立的总线便于后期系统的维护，发生漏电流报警时也可以根据后期我方提供的点检表快速定位故障回路，快速排除故障。

  现场电气火灾探测器通过双绞线（ZR-RVSP2*1.0）以手拉手方式进行通讯连接，每根总线的仪表数量在30只以内。

3.3 现场设备层

  本项目中主要是针对楼层配电箱的进线回路安装安科瑞导轨式电气火灾探测器ARCM300L-J1，通过导轨式电气火灾探测器实时监控配电回路的漏电流大小来显示整个配电系统的工作状态。

  ARCM系列剩余电流式电气火灾监控探测器，是针对 0.4kV 以下的TT、TN 系统设计的，通过对配电回路的剩余电流、导线温度等火灾危险参数实施监控和管理，从而预防电气火灾的发生，并实现了对多种电力参数的实时监测,为能耗管理提供准确的数据。产品采用的微控制器技术，集成度高，体积小巧，安装方便，集智能化，数字化，网络化于一身，是建筑电气火灾预防监控、系统绝缘老化预估等的理想选择。产品符合 GB14287.2-2014《电气火灾监控系统 第2部分：剩余电流式电气火灾监控探测器》的标准要求。

4系统特点和工作原理

  鉴于本项目的规模，项目电气火灾检测点位的实际情况。无论在终端剩余电流探测器还是后台主机都是根据本项目的实际情况来进行设计的。

4.1 本项目的系统特点可总结为一下3点：

  4.1.1 终端探测器选用面板式电气火灾探测器，方便安装、节省成本、便于后期维护。

  4.1.2 RS485总线连接方便，可操作性强。总线布线时走的是弱电桥架，不会受到强电的影响，确保的整个系统的通讯稳定。

  4.1.3 考虑到本项目中仪表数据量，客户要求。本项目的主机选用壁挂式。壁挂式主机界面简洁，系统操作方便，适合本项目中的配电间环境和客户的相关操作要求。

4.2 电气火灾系统工作原理

  4.2.1 剩余电流测量是根据基尔霍夫电流定律：在同一时刻，电路中流入和流出一个节点的电流矢量和为零。以TN-S系统为例，将A/B/C/N同时穿过剩余电流互感器，当系统未发生漏电时，流入和流出剩余电流互感器的电流矢量和为零，此时，剩余电流互感器感应出的二次电流也为0;当某相对大地发生漏电，此时流入和流出剩余电流互感器的电流矢量和不再为零，其大小等于从大地流走的电流即漏电流。此漏电信号通过剩余电流互感器的二次接线传输至电气火灾探测器，经运算放大、A/D转换后送入CPU，经过一系列算法后，对变化的幅值进行分析、判断，并与报警设定值进行比较，若超出定值则发出声光报警信号并上送至后台电气火灾监控设备。

   4.2.2 终端探测器负责监测各个回路的剩余电流值，将剩余电流值的数据传输至系统主机。终端探测器还负责其监测回路剩余电流值的实时显示，同时能够设置限值，当剩余电流值越能够发出声光报警，提醒管理人员及时维护、整改。

  4.2.3 仪表通过RS485总线将数据传输至系统主机，系统主机将上传数据通过图形、报表、事件记录等形式反映整个系统的运行状态。   

5 系统设计注意事项和方法

5.1 电气火灾监控系统主要监测剩余电流和温度两类对象，在设计时应注意的基本要点

  5.1.1 关于剩余电流

  由于剩余电流监测的原理采用了基尔霍夫电流定律，所以，对所应用的低压配电系统形式有一定要求。目前，可以应用剩余电流互感器的低压配电系统有：TT系统，IT系统，TN-S系统，不能使用在TN-C系统中。对将要设计安装电气火灾监控系统的用户，不管是新工程或旧工程改造项目，要调查核实该用户低压配电系统的系统接地形式是什么，否则，设计安装剩余电流互感器的点位进行检测是根本无法施行的。

  关于AC220V单相供电系统，剩余电流互感器只要套住L/N两根电源线即可，但要求中性线N此后不容许再接地。对于AC380V三相供电系统，由于有三相三线制、三相四线制、三相五线制等使用状况，则根据具体情况将剩余电流互感器同时套住A/B/C三相电源线，或同时套住A/B/C/N线。同理，要求中性线N此后不许再接地，保护线PE不得穿过互感器。

  在系统接地的形式为TN-C型时工业自动化网，将其改造为TN-S型、TN-C-S型或局部TT型系统后，才可以安装剩余电流检测装置。

  5.1.2 关于温度

  温度测量与系统接地的形式无关，主要考虑包括线缆在内的低压配电装置中关键部位的温度，一般在二级保护的线路中应用。温度探头Pt100可采用接触式布置法，当被检测对象为绝缘体时，宜将探测器的温度传感器直接设置在被探测对象的表面。当被检测对象为配电柜内部温度变化时，可采用非接触式布置，靠近发热部件。

5.2 系统设计中的点位分配

  根据国家标准GB13955-2005《剩余电流动作保护装置安装和运行》4.4条中关于分级保护的规定，安装剩余电流火灾监控装置时，点位分配原则的步骤是：

  5.2.1 研究分析被控低压AC380V配电线路的相关图纸，将建筑电气的分布情况调查核实，确定配电设备(如配电柜、箱、盘、电缆等重要设备)的位置，把每一个监控探测器分配到相应的配电设备上，以此来确定探测器的数量，避免重设浪费。

  5.2.2 确定分级保护。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三级(或两级)不同容量的剩余电流保护装置，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，适用于城镇和农村级和第二级保护。

其中，重要线路应包括安防、消防、应急电源、通道照明线路及不容许停电的重要场所。

  5.2.3 二级保护中，所有开关处都要设置安装剩余电流火灾监控探测器，即在线路的电源端(级保护)和分支首端(第二级也称为末端保护)都要安装剩余电流探测器，并接入电气火灾监控系统，只作火灾监控报。

  5.2.4 温度检测是以配电设备异常时发热为基本原则而进行的。

  1)变压器低压侧出线端子、变压器体温(风温、油温、水温)测试点、负荷开关触头。

  2)各配电柜(箱)的进出母线接点、自动开关(断路器、刀开关)触头、大电流导线集中部位、线缆驳接点。

  3)母联柜主接点、刀开关触头。

  4)补偿电容器接线端子、转换开关触头。

  5.2.5 根据点位安装总数，再选择相应的壁挂。

6 系统参数的配置

6.1 报警值设置范围

  本项目中现场仪表的剩余电流报警值设置在600mA，关于剩余电流值的设置在相关的国家标准都有详细的规定。

依据国家标准GB14287.2-2014中的规定，剩余电流式电气火灾监控探测器的报警值设置范围在20~1000mA之间。按此要求，一般把电源总进线处的剩余电流动作值定为400~800mA，电源分支线路上的剩余电流动作值定为100~400mA.一般在实际现场，设置剩余电流式电气火灾监控探测器的报警值，具体地说应不小于被保护电气线路和设备的正常运行时泄漏电流大值的2倍，且不大于1000mA。电气火灾探测器的报警设定值应考虑配电系统及用电设备的正常泄漏电流。

6.2 关于电缆温升报警设定参考，根据《电力电缆设计规范》对电缆有关温度的规定

  6.2.1 60℃以上高温场所应按经受高温及其持续时间和绝缘类型要求，选用耐热聚氯乙烯、交联聚乙烯或乙丙橡皮绝缘等耐热型电缆100℃以上高温环境宜选用矿物绝缘电缆。高温场所不宜选用普通聚氯乙烯绝缘电缆。

  6.2.2 电缆持续允许载流量的环境温度应按使用地区的气象温度多年平均值确定，并应符合规定。在户内电缆沟敷设时，环境温度为场所热月的日高温度平均值另加5℃.

  6.2.3 电缆所承受温升与敷设及散热条件有关。

7 主要设备参数

  通华科技大厦装修工程项目由电气火灾监控装置Acrel-6000/B、漏电火灾探测器ARCM300L-J1漏电流互感器AKH-0.66L组成。关于仪表和互感器在此就不多做介绍，相关资料可登陆安科瑞官网http://www.acrel.cn查询。

7.1主要技术参数

7.1.1 电源：

① 额定工作电压AC220V（-15% ～ +10%）

② 备用电源：主电源欠压或停电时，维持监控设备工作时间 ≥4小时                                         

7.1.2 工作制：

24小时工作制

7.1.3 通讯方式：

RS485总线通讯，Modbus-RTU通信协议，传输距离1.2km，可通过中继器延长通讯传输距离

7.1.4 监控容量：

① 监控设备高可监控1024（须定制）个监控单元（探测器）

② 可配接ARCM系列监控探测器

7.1.5 监控报警项目：

① 剩余电流故障（漏电）：故障单元属性（部位、类型）

② 温度报警（超温）： 故障单元属性（部位、类型）

③ 电流故障（过流）： 故障单元属性（部位、类型）

监控报警响应时间： ≤30s 

监控报警声压级（A计权）：≥70dB／1m

监控报警光显示：红色LED指示灯，红色光报警信号应保持，直至手动复位 

监控报警声信号：可手动消除，当再次有报警信号输入时，能再次启动

7.1.6 故障报警项目：

① 监控设备与探测器之间的通讯连接线发生断路或短路

② 监控设备主电源欠压或断电

③ 给电池充电的充电器与电池之间的连接线发生断路或短路

故障报警响应时间：≤100s 

监控报警声压级（A计权）：≥70dB／1m

监控报警光显示：黄色LED指示灯，黄色光报警信号应保持至故障排除

故障报警声信号：可手动消除，当再次有报警信号输入时，能再次启动

故障期间，非故障回路的正常工作不受影响

7.1.7 控制输出：

报警控制输出：1组常开无源触点，容量：AC250V 3A或DC30V 3A

7.1.8 自检项目：

① 指示灯检查：报警、故障、运行、主电源、备用电源指示灯 

② 显示屏检查

③ 音响器件检查 

自检耗时 ≤60s 

7.1.9 事件记录：

① 记录内容：记录类型、发生时间、探测器编号、区域、故障描述，可存储记录不少于2万条

② 记录查询：根据记录的日期、类型等条件查询

7.1.10 操作分级：

① 日常值班级：实时状态监视、事件记录查询

② 监控操作级：实时状态监视、事件记录查询、探测器远程复位、设备自检

③ 系统管理级：实时状态监视、事件记录查询、探测器远程复位、设备自检，监控设备系统参数查询、监控设备各模块单检测、操作员添加与删除

7.1.11 使用环境条件：

① 工作场所：消防控制室内、有人值班的变配电所（配电室）、有人值班的房间内墙壁上

② 工作环境温度：0℃～40℃

③ 工作环境相对湿度：5%～95%RH

④ 海拔高度：≤2500m

7.2基本功能

7.2.1 监控报警功能：

  监控设备能接收多台探测器的漏电、温度信息，报警时发出声光报警信号，同时设备上红色“报警”指示灯亮，显示屏指示报警部位及报警类型，记录报警时间，声光报警一直保持，直至按显示屏“复位”按钮远程对探测器实现复位。对于声音报警信号也可以使用显示屏“消声”按钮手动消除。

7.2.2 故障报警功能

  通讯故障报警：当监控设备与所接的任一台探测器之间发生通讯故障时，监控画面中相应的探测器显示故障提示，同时设备上的黄色“故障”指示灯亮，并发出故障报警声音。

电源故障报警：当主电源或备用电源发生故障时，监控设备也发出声光报警信号并显示故障信息，可进入相应的界面查看详细信息并可解除报警声响。

7.2.3 自检功能

  检查设备中所有状态指示灯、显示屏、喇叭是否正常。

7.2.4 报警记录存储查询功能

  当发生漏电、超温报警或通讯、电源故障时，将报警部位、故障信息、报警时间等信息存储在数据库中，当报警解除、排除故障时，同样予以记录。历史数据提供多种便捷、快速的查询方法。

7.2.5 电源功能

  当主电源发生停电、欠压等故障时，监控设备可自动切换到备用电源工作，当主电源恢复正常供电时，自动切回到主电源，切换过程中监控设备连续平稳运行。

7.2.6 对探测器控制功能

  通过监控软件操作，可对连接到本设备的所有探测器进行远程复位控制。

7.2.7 权限控制功能

  为确保监控系统的安全运行，监控设备软件操作权限分为三级，不同级别的操作员具有不同的操作权限。

结束语

  综上所述，漏电火灾报警系统能准确检测电气线路的故障和异常状态，能发现电气火灾的火灾隐患，及时报警提醒人员去消除这些隐患。从建筑物安全角度讲，建筑物漏电火灾报警系统的设计是十分重要的内容。从长远看漏电火灾报警系统可作为火灾自动报警系统中的一个子系统，从而实现真正意义上的强弱电优化结合，构成完善的火灾自动报警系统。

参考文献

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[4].公安部消防局. 消防安全技术实务 ［M］. 北京：机械工业出版社， 2014.