再谈电气火灾监控系统(ACS-E)的设置.pdf

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1、再谈电气火灾监控系统（ACS-E）的设置 再谈电气火灾监控系统（ACS-E）的设置 广东省 潮州市 MS 电子技术应用研究所 麦时豪【提要】本文是电气火灾监控系统（ACS-E）的设置的续篇。电气火灾监控系统设计的主要内容是：探测器的布点设置、探测器的选型和安装、监控主机和监控系统网络拓扑及结构。本文重点阐述笔者对电气火灾监控系统中剩余电流式电气火灾监控探测器布点设置的经验体会 电气火灾监控探测器的定义 电气火灾监控探测器的定义 国家标准 GB14287-2005电气火灾监控系统第一部分的 3.3 中，“电气火灾监控探测器”（Detectors for electric fire protect

2、ion）被定义为：“探测被保护线路中的剩余电流、温度等电气火灾危险参数变化的探测器”。GB14287-2005 规定：电气火灾监控探测器以探测参数区分有“剩余电流式电气火灾监控探测器”（GB14287-2005 第二部分）和“测温式电气火灾监控探测器”（GB14287-2005 第三部分）两种；以工作方式区分有独立式探测器（具有监控报警功能的探测器）和非独立式探测器两类。可见，剩余电流和温度在 GB14287-2005 中被认为是电气火灾技术防范的重点。事实上，接地电弧性短路、设备或连接点温度过高是电气火灾发生的主要原因。基于电气火灾监控探测器的定义，剩余电流式电气火灾监控探测器的任务仅在于防

3、范电气火灾，与GB16917-1997 所规范的 RCBO（剩余电流动作断路器，即“漏电开关”）在防护功能、技术参数、结构要求等方面有很大区别。RCBO 更侧重于人身安全的防护。两者应当配合使用，但不能相互替代。对电流、电压及其他电力参数的计量监控和故障防护，现有的电工器件已十分成熟。在电气火灾监控探测器上添加这些功能（例如 GB50045-94（2005 版）高规的“过电流探测”），笔者认为只是扩展性的，并非必要。当然，如果在某些场合用户确实需要同时具备过电流、异常电压报警，则又另当别论。几个相关的概念 几个相关的概念 在讨论剩余电流式电气火灾监控探测器的设置之前，有必要先弄清以下概念：“剩

4、余电流剩余电流”：交流供电线路相线（La、Lb、Lc）与中性线 N 的电流的矢量和。当没有发生单相接地故障时，无论三相负载平衡与否，此矢量和的理论值为零（实际上还存在着线路与设备的正常泄漏电流）；当发生接地故障时，剩余电流为接地故障电流和正常泄漏电流的矢量和。“零序电流零序电流”：交流供电线路相线（La、Lb、Lc）的电流的矢量和。当没有发生接地故障时，此矢量和的理论值等于中性线 N 电流的值。当发生接地故障时，零序电流为相线（La、Lb、Lc）的电流、接地故障电流和正常泄漏电流三者的矢量和；这时，它与中性线 N 电流是不相等的。“正常泄漏电流正常泄漏电流”：在无绝缘故障的情况下，从设备的带电

5、部件流入大地的电流。这种电流往往是由非纯阻性的阻抗引起的，是某些设备固有的工作特性决定的、在一定范围内允许的。“接地故障电流接地故障电流”：由于绝缘故障或通过非预期负载而流入大地的电流。通俗习惯称为“漏电电流”。这种电流是相线对地发生电弧性短路而产生的。一般认为，在非可燃物质环境下，100mA 以下尚不构成火灾危险。“剩余电流互感器剩余电流互感器”：探测供电线路剩余电流的互感器，它的一次回路是相线（La、Lb、Lc）和中性线 N。即相线和中性线同时、同向穿过窗口。剩余电流互感器的主要要求是 mA 级的高精度、40A 以上的抗过载能力。“零序电流互感器零序电流互感器”：探测供电线路零序电流的互感

6、器，它的一次回路是相线（La、Lb、Lc）。即所有相线同时、同向穿过窗口。如果用于单相，效果与普通电流互感器（C.T）相同。剩余电流式电气火灾监控探测器的任务是要正确检测出供电线路和设备的接地故障电流并及时发出报警，实际上所探测的是被保护区域的剩余电流。目前剩余电流式探测器基本上都采用剩余电流互感器作为探测元件。GB14287.2-2005剩余电流式电气火灾监控探测器中规定的测试方法，就是针对这种互感器型式的。如果误为“零序电流互感器”，则是概念上的混淆。如果我们用一个零序电流互感器、再在中性线 N 上用一个普通电流互感器，然后设法把它们的输出作矢量差，也能探测出剩余电流。这也可作为某些特殊情

7、况下的剩余电流探测方法。-1-剩余电流式探测器的固有缺陷 剩余电流式探测器的固有缺陷 作为电气火灾技术防范的重要手段，剩余电流式电气火灾监控探测器在现实发生的多数情况下可以检测出供电线路和设备的接地故障电流。但是，我们在设计应用中还必须清醒地认识到：由于剩余电流检测的原理所制约，它在三相电路中存在着不可忽视的探测接地故障电流的盲区。在单相电路中，或三相电路里只有一相的相线通过故障阻抗 Za 接地时（如图 1a），在正常泄漏电流可以忽略不计的情况下，剩余电流互感器所探测到的，的确就是接地故障电流。这时，剩余电流式电气火灾监控探测器的作用没有问题。图 1 接地故障 但是，当三相电路有两相或三相同时

8、存在接地故障（如图 1b），那么剩余电流互感器探测到的是所有各相的工作电流、接地故障电流和中性线电流的矢量和。由于三相相位差 120，因此探测出来的剩余电流 i的值必然小于各相接地故障电流（ia、ib、ic）的代数值之和（见图 1c）。例如在特殊情况下，如果三相同时存在相等值的接地故障电流（不论这些电流有多大），剩余电流将为 0。这时，剩余电流式电气火灾监控探测器将不能正确检测出这些接地故障电流。如果使用 RCBO，则会出现拒动。我们不能因此而否定剩余电流式电气火灾监控探测器的作用。毕竟出现这些情况并不是经常的，况且在预防电气火灾的范畴内，无须非常精确地测出剩余电流的数值。但是，终究存在着漏洞

9、；作为设计和使用者，应该尽量避免这些情况的发生。对交流接地故障电流的探测，除了剩余电流式外，还可以采用其他方式的技术，例如电流鉴相式、电流分离式、复合式等进行弥补或改进，尽量缩小或消除盲区，使之更加可靠有效。这固然需要生产厂家不断研发更为完善的探测器（笔者浅见宜称为“接地故障电流电气火灾监控探测器”），但相关的国家标准也有必要作进一步的补充和规范。剩余电流式电气火灾监控探测器的设置 剩余电流式电气火灾监控探测器的设置 以笔者的经验，循以下步骤可能可以较为合理而快捷地作出剩余电流式电气火灾监控探测器的设置方案。1、取得供配电系统图 1、取得供配电系统图 电气火灾监控系统的监控对象是供配电系统，供

10、配电系统图是电气火灾监控系统的设计基础。不掌握本项目供配电系统的全局，就无法进行合理的设置。供配电系统图应包括高压配电图、低压配电图（干线图和区域图）、配电柜结线图。我们可以从这些图中了解到市电供给的路数、变压器柜和电容补偿柜及转换柜的数量和容量、各节点的电流大小、各段电缆的型号和走向、各配电柜及柜内主要断路器的型号容量以及电缆或铜排的尺寸和结线方式、各区域的用电性质和功率。对于改造项目，即使无法取得原始设计图，也应在业主配合下实地勘察，力求对供配电系统有尽可能详实的了解。2、分析电力线路系统的适用性 2、分析电力线路系统的适用性 按照相关规范要求，建设项目的区域低压配电系统应是 TN-S 系

11、统，即“三相五线制”。在工程实践中，往往从节省投资出发，把供电干线设计成 TN-C 形式的三相四线，然后以树干形或放射形分布出去。从整个配电系统来看，则成为 TN-C-S 系统。较老旧的建筑，其低压配电系统多是 TN-C 系统，即“三相四线制”。剩余电流式电气火灾监控探测器适合安装在 TN-S 系统或局部 TN-C-S 系统，及 TT 系统的场所。要在 TN-C系统设置剩余电流式探测器，就必须对原线路进行适当的改造。-2-图 2、图 3、图 4、图 5 分别是剩余电流式探测器在 TN-S 系统、TN-C 系统、TN-C-S 系统、TT 系统中的安装示意图。图 2 剩余电流式探测器在 TN-S

12、系统中的安装方式 图 3 剩余电流式探测器在 TN-C 系统中的安装方式 图 4 剩余电流式探测器在 TN-C-S 系统中的安装方式 图 5 剩余电流式探测器在 TT 系统中的安装方式 不管干线是哪种系统形式，在需要设置剩余电流式探测器的低压配电柜安装时，都应当在配电柜内把出线转换成 TN-S 系统或 TT 系统，并且要确保出线的 N 线不重复接地（笔者将在下一续篇详谈剩余电流式电气火灾监控探测器的安装）。-3-3、布点设置 3、布点设置 剩余电流式电气火灾监控探测器的设置原则是，应配置在低压配电系统末级配电柜进线或出线端，监控该级至终端用户的线路和设备。所谓“末级配电柜”，是指位于配电系统某

13、一路分支线到若干个终端用户之间的配电柜；例如楼层配电柜、场所区域配电柜、功能专区配电柜、设备专用配电柜等等。以图 6（此图仅为简略示意图）所示的某工程低压配电系统为例。在这个系统中，各个二次配电柜可以认为是“末级配电柜”。这些二次柜原则上都应设置剩余电流探测器。一次配电柜 二次配电柜 终端配电箱BT 变压器柜 CB 电容补偿柜 -2F1-2 层动力 1 -2F2-2 层动力 2 -2FZ-2 层总配电柜-2F3-2 层照明 -1F1-1 层动力 -1FZ-1 层总配电柜-1F2-1 层车库 XF1 消防控制室 XF 消防电源柜 XF2 消防动力 1FZ1 层总配电柜1F1,1F2,1F3,1F

14、4 1层商场分区 2FZ2 层总配电柜2F1,2F2,2F3 2层商场分区 3F0 3 层住宅 3F1 3 层平台 AK1A 幢总配电柜4F017F0 417 层住宅 18FT A 幢电梯 AC1A 幢动力柜 18FK A 幢中央空调 AK2B 幢总配电柜 图 6 某工程低压配电系统示意图 在供电末级正常泄漏电流不大于 200mA，且上一级的正常泄漏电流不大于 500mA，仍符合设置剩余电流探测器条件时，宜在其上一级供电配电柜处也设置，这样可以对两级之间的线路和设备实施监控保护。例如“-2FZ”、“-1FZ”，最好也设置。而“AK1”的下级柜很多，“AC1”是较大的动力负载，它们的正常泄漏电流

15、很可能超过 500mA，如果竖井内电缆防护及安装良好，则不一定设置。对于一级及以上保护级别的对象，例如“1FZ”、“2FZ”是人流密集的商场的楼层总柜，应安排设置，与“1F1”、“2F1”等下级柜配合组成两级探测监控。在以上分析的基础上，于系统图上初步标示出需要设置剩余电流探测器的配电柜。4、复查精简 4、复查精简 根据供配电系统图设计的各配电柜的负载性质、功率、保护配置，核查是否确有必要设置剩余电流探测器。例如，“18FK”的负载是中央空调机组，该机组配套的控制箱已安装RCBO并有报警装置，这里就可精简。使用安全电压供电的电气设备、一般环境条件下使用的具有加强绝缘（双重绝缘）的电气设备、使用

16、隔离变压器且二次侧为不接地系统供电的电气设备，可不安装剩余电流探测器。-4-复查精简这一步骤不可或缺。笔者认为，电气火灾监控系统中探测器在必要的地方一定要设，但应当力求少而精，尽量使每个探测器充分发挥作用，减少构成监控系统的探测器数量。这对提高投资效能、保证系统可靠性、方便运行管理都是必要的。5、设置探测器参数 5、设置探测器参数 剩余电流式探测器的基本参数是报警电流值和控制断路器脱扣的延迟时间。报警电流值 报警电流值 报警电流设定值不宜小于被保护电气线路和设备正常运行时的泄漏电流最大值的 2 倍，但不应大于 1O00mA。被保护电气线路和设备正常运行时的泄漏电流值，在供电系统设计时就应根据该

17、线路和设备的产品国标基本确定下来，并以此为依据，设计报警电流值。例如，某区域设计有 100 个照明点，全部使用国家推广的节能照明灯具，每个合格电子镇流节能灯的标准泄漏电流极值是 0.5mA。加上其他用电器，估算该区域正常运行时的泄漏电流将有 80mA，那么该区域配电柜的剩余电流式探测器的报警电流值应设计为 150200mA。虽然报警电流值还需要在现场具体设定，但如果发现实际的泄漏电流比设计估算的正常泄漏电流大很多，就要注意是否有不合格设备或错误施工（如线路绝缘不良、共零、TN-S 系统 N 线重复接地等）。报警电流的设计值有助于防止将故障泄漏电流当成正常泄漏电流，从而埋下隐患。两级或多级探测监

18、控的报警电流值应设计为具选择特性，即上游探测器的报警电流设计值至少是下游探测器中最大的报警电流设计值的 1.5 倍，但不应大于 1O00mA。断路器脱扣的延迟时间 断路器脱扣的延迟时间 电气火灾监控是前期预警系统，出现漏电报警后只要能及时处理，不致于立刻发生火灾。一般情况下，探测器只用于报警，尤其是用于消防电源线路。有些一旦断电可能造成更大损失的场所，例如图 6 的 1、2 层商场、“XF”、“XF1”、“XF2”、“-1F2”、“-2F3”等配电柜，也不宜设置自动断电。如要求发生接地故障时必须自动切断保护对象的供电，则应注意上下级的动作时间配合，以免造成大范围的停电。例如图 6 中各楼层配电

19、柜“3F017F0”，它们的负载分别是本层的若干终端用户（住宅、写字楼或其他），各终端用户配电箱均装有剩余动作电流 30 mA、动作时间 0.1 秒的 RCBO。为避免一户发生严重漏电导致整层断电，楼层配电柜的探测器的脱扣信号输出延迟时间应设计为 0.5 秒。同样，若“-2F1”、“-2F2”设计脱扣时间为 0.5秒，则“-2FZ”应设计为 1 秒。在需要自动切断供电或通过监控主机遥控断电的场合，配电系统设计时应选择配备有能与探测器脱扣信号输出配合的分励脱扣器的断路器。如果只需要遥控断电，可把探测器脱扣信号输出的延迟时间设为无限长。6、确定探测器供电方式 6、确定探测器供电方式 目前电气火灾监

20、控探测器有两种供电方式：集中供电和现场供电。集中供电方式是由监控设备（主机、区域控制器）或专用整流器（消防电源）产生不高于 24V的直流电源，通过专用电源线向系统内所有探测器供电，这和火灾自动报警系统的“二总线”方式相同。它的优点是不管现场是否停电，探测器照样能工作；而且 24V是安全电压，不会出现人身危险。这用于火灾自动报警系统里的烟感、温感探测器等是很合适的。它的缺点是一旦专用电源或导线发生问题，相当数量甚至全部的探测器都停止工作。另外，目前电气火灾监控探测器的静态工作电流比烟感、温感探测器大数倍，假如为 10 mA，250 个监控点则需要电流 2.5A以上，为保证末端电压，专用电源线的单线截面就要有 1.5mm2，造成布线困难、投资增加。现场供电方式是探测器在各自的配电柜内，从断路器的进线端就近取得交流电源。它的优点是无需专用整流器和专用电源线，系统网络只有通讯线，布线较方便，投资较节省，甚至可以采用无线通讯或载波通讯。它的缺点是配电柜上游断电便停止工作。笔者认为，现场供电方式的缺点无关大局。因为没电便不会发生电气火灾，即使此地的电气火灾探测器暂时停止工作也没有关系。显然现场供电方式更适合于电气火灾监控系统。【附言】笔者所写的这些文字，仅是经验之谈。应网友之约，将陆续浅谈关于电气火灾监控系统设置的其他体会，尽量少谈理论、多谈实践。相关的资料案例，请访问