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电气火灾监控系统和剩余电流保护装置设计探讨一

发表日期:2013-07-02文章来源:武汉华天世纪科技发展有限公司

1 我国的火灾事故概况

近年来电气火灾事故居高不下,根据国家相关统计资料,从1993 年~2002年的重特大火灾的起因统计及电气火灾起因统计表(详见表1、表2)中所列数据可以看出重特大电气火灾形成的主要原因是短路、过热和接触不良,供电线路上的电线电缆老化引起的因素占首位。

2005年十大火灾中死亡人数最多的两起:吉林省辽源市中心医院特大火灾,汕头华南宾馆特大火灾均为电气引起的火灾。为此,国内有关专家呼吁尽快采取有效的技术防范措施,遏制电气火灾上升的趋势。政府有关部门也非常重视,相继制定和修改了相关规范,要求在建筑工程项目中设置漏电火灾报警系统,以预防电气火灾发生,减少人民生活和国家财产损失。

2 电气火灾的起因和防范措施

接地故障能引起人身电击,也能引起电气火灾,要比一般短路具有更大的起火危险性。接地故障火灾可以通过三种过程起火。

(1)故障电流起火

一般相线间或相线与中性线之间短路时的短路电流通路,是经回路的金属导线形成的。因为,短路回路的阻抗小(其阻抗可以忽略不计),短路电流大,短路点常被熔焊,一般短路时由断路器、熔断器迅速切断故障电路而不致造成火灾。

接地故障回路的环节较多,除PE 线、PEN 线外,还有金属设备外壳、敷设管槽以及电气装置外的导电部分,而TT系统还以大地为通路;接地回路中的连接端子通常具有较大的接触电阻,因此接地故障电流比单相短路电流小得多,不能使过流保护电器及时切断故障。接地故障往往以电弧的形式出现,而电弧作为一个大阻抗,它限制故障电流流过,使过流保护电器难以动作,不能保护故障线路。电弧的局部温度很高,2A的电弧温度可以超过2000℃,0.5A 的电弧能量即可引燃近旁可燃物质起火,所以不大的接地故障电流往往能导致一场大火灾。

(2)PE(PEN)线接线端子连接接触不良起火

当发生接地故障时,在接线端子处需通过接地故障电流,由于接线端因接触不良而产生大接触电阻,限制了故障电流通过,使过流保护电器不能及时切断电源,连接端子处的接触电阻产生的高温或接触不良引起的电火花则往往能引燃近旁的可燃物质起火。

(3)故障电压起火

接地故障除产生故障电流外,还能使电器装置的外露导电部分带对地故障电压,这就是通常引起电击事故的接触电压。此电压如不及时消除,它将沿PE线或PEN线传导而散布。如果和带地电位的水、暖管道或金属构件等磕碰打火,在聚集大量可燃物质的火灾危险场所很容易引燃起火。故障电压可以来自电气装置内部,也可以来自电气装置外部,因此它作为起火源可引起多处火灾,所以说接地故障是最多发生的一种短路,它可以引起多处起火,而线路首端的过流保护往往不能有效地将故障线路切断。因此这种接地故障是十分危险的电气火灾起因。

(4)接地故障火灾的防范措施

防止接地故障火灾首先应尽量防止线路绝损坏而导致接地故障发生,同时应当采取以下防护措施:

◆在建筑物电流总进线处安装漏电电流保护器,由接地故障产生的剩余电流,可用漏电保护装置将它检测出来,并有效地将故障电路及时切断或发出报警信号到消防控制中心;

◆ 在建筑物电气装置内实施等电位连接;

◆ 提高PEN 线和PE 线的连接质量;

◆ 正确设定PEN 线和PE 线的截面。

3 国家相关设计规范对设计的要求

(1)《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95(2005 版)摘录:

9.5 漏电火灾报警系统

9.5.1 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。

9.5.2 漏电火灾报警系统应具有下列功能:

9.5.2.1 探测漏电电流、过电流等信号,发出声光信号报警,准确报出故障线路地址,监视故障点的变化。

9.5.2.2 储存各种故障和操作试验信号,信号存储时间不应少于12 个月。

9.5.2.3 切断漏电线路上的电源,并显示其状态。

9.5.2.4 显示系统电源状态。

(2)历经多次修订2006年12月1日正式发布的《建筑设计防火规范》GB50016-2006 中要求:第11.2.7 下列场所宜设置剩余电流动作电气火灾监控系统:

1)按一级负荷供电且建筑高度大于50m 的乙、丙类厂房和丙类仓库。

2)按二级负荷供电且室外消防用水量大于30L/S 的厂房(仓库)。

3)按二级负荷供电的剧院、电影院、商店、展览馆、广播电视楼、电信楼、财贸金融楼和室外消防用水量大于25L/S的其它公共建筑。

4)国家级文物保护单位的重点砖木或木结构的古建筑。

5)按一级、二级负荷供电的消防用电设备。

(3)《民用建筑电气设计规范》2005 修改稿(送审稿)中:

第12.3 低压配电系统的电击防护部分;

第12.3.5 剩余电流动作保护的设置应符合

下列规定:

A、下列建筑的电源进线处宜设置剩余电流

火灾报警器:

1)住宅、公寓等居住建筑。

2)医院及疗养院。

3)剧场、影院等大型娱乐场所。

4)图书馆、博物馆、美术馆等大型文化场所,商场、超市等场所。

5)地下汽车停车场。

B、剩余电流动作保护装置的动作电流宜按

下列数值选择:

1)在用作直接接触保护(或基本保护,电击保护)的附加防护时,在交流50~100Hz 时,剩余动作电流不超过30mA。

2)医疗电气设备不超过10mA。

3)为防范电气火灾危险,在限制布线系统中故障电流引起后果的地方,额定剩余电流动作值不超过0.5A(500mA)。

C、为确保消防电源的连续供电,消防电气设备的剩余电流动作保护装置,只发信号而不自动切断电源。

(4)配套国家新的产品标准:《电气火灾监控系统》GB14287-2005及《剩余电流动作保护装置安装和运行》GB1395.5-2005(2006-06-01实施)。

A 、《剩余电流动作保护装置安装和运行》GB1395.5-2005。

B、《电气火灾监控系统》GB14287.1-2005:第一部分,电气火灾监控设备。

C、《电气火灾监控系统》GB14287.2-2005:第二部分,剩余电流式电气火灾监控探测器。

D、《电气火灾监控系统》GB14287.3-2005:

第三部分,测温式电气火灾监控探测器。国标《剩余电流动作保护装置的安装和运行》GB13955-2005(自2005年12月1日起实施)中全部技术性内容均为强制性条文,在该标准中提出了电气火灾防范措施及方法的要求。GB13955-2005 明确提出:“企事业单位的建筑物和住宅应采用分级保护,建筑物电源

端的剩余电流保护装置应满足防电气火灾的功能要求。”对于“城镇配电网,在用电单位内采用分级保护时,还应考虑采用防电气火灾的剩余电流保护装置。”标准中的引言、术语和定义中的3.26、分级保护中的4.4.5等处,都强调了安装剩余电流保护装置对防止接地故障引起电气火灾的作用,并对在建筑物内安装剩余电流动作火灾监控装置及动作参数都作了明确规定,在附录中有安装剩余电流动作火灾监控装置的模式图。第4.1对电气火灾的防护1)为防止电气设备或线路因绝缘损坏形成接地故障引起的电气火灾,因装设接地故障超过预定值时,能发出报警信号或自动切断电源的剩余电流保护装置。

2)为防止电气火灾发生而安装剩余电流动作电气火灾监控系统时,应对建筑物内防火区域做出合理的分布设计,确定适当的控制保护范围。

3)为防止电气火灾发生而安装的剩余电流动作电气火灾监控系统,其剩余动作电流的预定值和预定动作时间,应满足分级保护的动作特性相配合的要求。第4.2 分级保护低压供用电系统中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,剩余电流保护装置应采用分级保护。

1)分级保护方式的选择应根据用电负荷和线路具体情况的需要,一般可分两级或三级保护。各级剩余电流保护装置的动作电流值与动作时间应协调配,实现具有动作选择性的分级保护。

2)剩余电流保护装置的分级保护应以末端保护为基础。住宅和末端用电设备必须安装剩余电流保护装置。末端保护上一级保护的保护范围应根据负荷分布的具体情况确定其保护范围。

3)为防止配电线路发生接地故障导致人身电击事故,可根据线路的具体情况,采用分级保护。

4)配电线路电源端的剩余电流保护装置的

动作特性应与线路末端保护协调配合。

5)企事业单位的建筑物和住宅应采用分级保护,建筑物电源端的剩余电流保护装置应满足防电气火灾的功能要求。

第4.3 安装剩余电流保护装置的部位问题

1)属于I类移动式电气设备的及手持式电动工具的场所。

2)机关、学校、宾馆、饭店、企事业单位和住宅等电源插座及插座回路。

3)医院中可能直接接触人体的电气医用设备。

4)公共场所的应急照明、楼道照明、消防设备电源、防盗报警系统的电源,其他可允许停电的特殊设备和场所,均应安装报警式剩余电流保护装置。

(5)《住宅设计规范》GB50096-1999(2003版)中规定:每幢住宅的总电源进线断路器,应具有漏电保护功能;除空调电源插座外,其它电源插座电路应设置漏电保护装置。带有漏电保护功能的断路器对电弧性短路电流有很高的动作灵敏度,能及时切断电源,防止电气火灾发生。

4 漏电火灾报警系统的几个设计问题

4.1设计应用范围的探讨根据以上各种规范中规定的应用范围,在实际设计中还存在一定的难度,主要是如何掌握设防范围的分寸问题。设防范围广了,经济上有一定压力,设防范围窄了又担心事故隐患造成不安全。我们经过几个工程的设计,根据对规范的理解,提出以下意见:高层建筑内火灾危险性大,人员密集的公共建筑、商业、办公、综合楼,一类高层住宅楼等场所,按二级负荷供电的剧院、超市、大型娱乐场所、电影院、商场、展览馆、广播电视楼、电信楼、财贸金融楼等场所,住宅、公寓等居住建筑,医院、疗养院,地下汽车库,以上建筑物的照明、插座回路、消防电源、安防电源等部位的

配电系统,应设置漏电火灾报警系统,对动力回路可按需要适当设置。

4.2 关于探测信号及监控方式问题

(1)在“高规”中要求准确报出故障线路地址,监视故障点的变化,探测漏电电流、过电流等信号,切断漏电线路上的电源,显示系统电源状态。

按上述要求必须设置能切断和探测故障的探测信号和能电动分合用的断路器。为了减少故障停电范围,准确报出故障线路地址,及时发现火灾隐患部位,应以楼层、防火分区或重要部位、场所为故障点设置漏电火灾报警装置。主要在线路上设置报警式漏电报警探测器,而主开关则采用带分励脱扣器和报警触点的断路器,当达到漏电电流动作值时,即由集中控制器发出控制指令,切断故障线路电源,由报警触点返回动作信号到消防中心的集中控制器,这样设置及控制方式是可以满足“高规”要求的。

(2)对于住宅每幢(或高层每单元)设置的带漏电保护功能的漏电开关,当发生漏电故障后,漏电开关动作跳闸,辅助报警触点可以将动作信号返回到消防中心,可以显示系统电源状态。但这种保护方式却不能反映故障点故障电流的变化值,仅是一个开关量,而不是模拟量信号。因此我们认为对住宅类建筑的漏电火灾报警系统可以在小区内组成通信网络系统,集中管理小区的漏电火灾报警系统。对小高层或高层住宅供电干线系统的监控,尚应在每路干线供电电源前端设置报警式漏电火灾报警探测器,以监控系统中过电流、漏电电流变化值。否则就不能完全满足“高规”的监控要求。

(3)对大型公用建筑、高层综合楼,医院等建筑,应设置2~3级保护装置:第一级保护设在树干式干线的前端电线处。第二级保护应设在楼层配电箱处。对配电保护级别高的重要场所、部位,可以设置第三级保护。对放射式配电系统应设一级保护,即设在设备配电箱进线部位。


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