田智嘉 張曦 李猛

摘要：電氣設(shè)備及電氣線路引發(fā)的電氣火災(zāi)比例呈增長的趨勢，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)是電氣系統(tǒng)早起預(yù)警、早期防范火災(zāi)故障隱患的有效手段。針對不同的建筑電氣性質(zhì)和類別，設(shè)置不同的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)是電氣火災(zāi)防范的重點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：電氣火災(zāi)監(jiān)控;剩余電流探測器;測溫式探測器;電弧故障探測器;大數(shù)據(jù)

1 引言

隨著現(xiàn)代建筑規(guī)劃的復(fù)雜化、綜合化程度的提高，建筑電氣的應(yīng)用負(fù)荷、線路敷設(shè)也越來越復(fù)雜，越來越難于管理。據(jù)統(tǒng)計分析，電氣火災(zāi)事故的起火原因中，由于電氣線路故障引起的火災(zāi)事故達(dá)到51.35%，用電電器不良引起的火災(zāi)事故達(dá)到15.32%，電氣設(shè)備和用電設(shè)備故障引起的火災(zāi)事故分別達(dá)到12.84%和10.81%，照明電器故障引起的火災(zāi)事故達(dá)到8.56%。

2 電氣火災(zāi)原因分析

從統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯而易見，電氣火災(zāi)的預(yù)警防范主要應(yīng)從電氣線路和電氣設(shè)備兩方面做好防火措施。

2.1電氣線路引發(fā)火災(zāi)原因分析

電氣線路引發(fā)的電氣火災(zāi)除了由于外部火源或火種直接引燃，主要是由于電氣線路自身運(yùn)行過程中出現(xiàn)短路、過載或接地故障，產(chǎn)生電弧、間隙式電火花或電纜過熱等現(xiàn)象，從而引發(fā)電氣火災(zāi)。諸如，電線電本身產(chǎn)品質(zhì)量較差，達(dá)不到其標(biāo)稱的額定荷載量，長期使用過程中電氣線路線纜老化，電氣負(fù)荷增大，導(dǎo)致線纜連接處等薄弱部位過熱，長期積累造成突發(fā)性的電火花產(chǎn)生，從而引發(fā)火災(zāi)。亦或，電氣線路接觸電阻過大以及漏電流超標(biāo)、線路故障處發(fā)生間隙化電弧，從而產(chǎn)生火災(zāi)。可見，電氣火災(zāi)的發(fā)生主要是由量的累積到瞬間質(zhì)的轉(zhuǎn)變，日常過程中對電氣線路運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測十分重要。

2.2用電設(shè)備引發(fā)火災(zāi)原因分析

用電設(shè)備故障也是引起電氣火災(zāi)的重要因素。用電設(shè)備主要為兩大設(shè)備：一是照明類設(shè)備，二是動力類設(shè)備。照明類電器應(yīng)用過程中往往都伴有大量的高溫和熱輻射，安裝和使用不當(dāng)是引起火災(zāi)事故的主要原因之一。此外，由于照明電器本身質(zhì)量原因?qū)е碌臏厣惓?，產(chǎn)生異常電弧也是引起電氣火災(zāi)的一個重要原因。動力類設(shè)備主要是指具有轉(zhuǎn)化、傳導(dǎo)和調(diào)整功能的設(shè)備，如電動機(jī)、變壓器或發(fā)電機(jī)等設(shè)備。動力類設(shè)備在使用過程中，常常因?yàn)楣ぷ鳡顟B(tài)異常導(dǎo)致鐵芯、繞組等部件發(fā)熱，而其保護(hù)裝置又未能可靠保護(hù)作用從而引發(fā)電氣火災(zāi)。動力類設(shè)備引發(fā)火災(zāi)故障的原因主要有以下幾個方面：①過載②缺相運(yùn)行③接觸不良④絕緣損壞⑤接地不良⑥機(jī)械摩擦。

3 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置方法

由于電氣火災(zāi)的防范措施不是某一個具體部位的預(yù)防，而是從線路線纜到用電設(shè)備終端的系統(tǒng)化防范，是從電源側(cè)到用電設(shè)備終端的系統(tǒng)化防范，是從電源側(cè)到用電負(fù)荷側(cè)的分級化防范，是從線路線纜溫度剩余電流到用電負(fù)荷電弧監(jiān)測功能化防范。電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)由電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備和各類型電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器組成，主要是通過線路剩余電流式電氣火災(zāi)探測器、測溫式電氣火災(zāi)探測器及故障電弧探測器等監(jiān)控設(shè)備，對被保護(hù)對象的閾值狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。當(dāng)被保護(hù)電氣線路或用電負(fù)荷側(cè)的閾值參數(shù)超過報警設(shè)定值時，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)能發(fā)出監(jiān)控報警聲、光信號，顯示報警值和報警部位。電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)組成如圖1所示。

就整個低壓配電系統(tǒng)而言，電氣火災(zāi)監(jiān)控的防范及保護(hù)方式應(yīng)是分級保護(hù)預(yù)警。從電源出線端到線網(wǎng)末端，按照線路和負(fù)載的重要性、負(fù)載的性質(zhì)和預(yù)防對象的不同要求，實(shí)行分級設(shè)置的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)更能發(fā)揮優(yōu)勢。電氣火災(zāi)監(jiān)控分級預(yù)警系統(tǒng)圖如圖2所示。

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)置要求及管理便捷化的延伸也是電氣防火措施中的重要內(nèi)容。一級監(jiān)測閾值的設(shè)定，在一級母線保護(hù)系統(tǒng)中應(yīng)考慮到被監(jiān)測線路和設(shè)備三相負(fù)荷分配不能完全平衡可能存在正常的泄漏電流值。由于一級母線端屬于接近變壓器接地端，泄漏電流值應(yīng)按 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 確定。

Id┄┄┄┄┄ ? 監(jiān)測范圍內(nèi)配電系統(tǒng)單項(xiàng)最大自然泄漏值;

KC┄┄┄┄┄ ? 剩余電流經(jīng)濟(jì)可靠系數(shù)，KC=0.4;

Ier┄┄┄┄┄ ? 剩余電流額定報警值。

按三相不平衡下限85%和上限115%，負(fù)荷功率為100kVA～2000kVA時在一級母線、二級主干線、三級末端的允許正常電流泄漏值分別為以下數(shù)值。

根據(jù)上述公式，在一級母線剩余電流額定報警值應(yīng)按照60mA、300mA、500mA、1000mA設(shè)定。

二級主干線監(jiān)測閾值的設(shè)定。由于負(fù)荷故障和負(fù)荷不均均分配剩余電流值>300mA值，接觸電阻變大會引起電氣火災(zāi)。

三級末端負(fù)荷的監(jiān)測閾值的設(shè)定，按照動作特性是保護(hù)電流動作時間的關(guān)系。一般選定為30mA·S，其報警閾值30mA÷0.4=99mA，故此三級末端值應(yīng)≥100mA。在三級末端負(fù)荷要對電弧閾值進(jìn)行設(shè)定。在1s內(nèi)探測器檢測到14個以上半周期的故障電弧波形時，其2s內(nèi)持續(xù)檢測到28個以上半周期故障電弧時，需應(yīng)在15s內(nèi)發(fā)出報警信號。

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)中溫度額定報警閥值得設(shè)定為65℃、85℃、105℃。線路線纜在工作時都會發(fā)熱，溫度過高會導(dǎo)致銅、銅鍍銀、鋁這些導(dǎo)電材料的物理、化學(xué)性能變化，力學(xué)性能和電氣性能的下降，如果長期超過閾值就會引起火災(zāi)。

電纜的長期工作允許溫度及溫升關(guān)系如下：橡皮絕緣電線明敷的載流量A ? ? ?=65℃、橡皮絕緣電線穿鋼管敷設(shè)的載流量A ? ? ?=65℃、聚氯乙烯絕緣電線明敷的載流量

A ? ? ?=65℃、塑料絕緣軟線明敷的載流量A ? ? ? =85℃、耐熱礦物聚氯乙烯銅芯電線的載流量A ? ? ? =105℃，故此電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)中溫度額定報警閥值得設(shè)定為65℃、85℃、105℃。

電流的熱效應(yīng)引起的火災(zāi)：接觸電阻過大導(dǎo)致電流的熱效應(yīng)，焦耳楞次定律 ? ? ? ? ? ? ? 電流通過電阻產(chǎn)生的熱量與電流的平方，與電阻和通電時間成正比。如2.5mm2的銅鋁導(dǎo)線在交接情況下，通過鋁導(dǎo)線額定電流時其接頭溫度可達(dá)65℃，通過2倍額定電流時接頭溫度可達(dá)307℃，通過3倍額定電流時接頭溫度可達(dá)749℃。在接觸電阻過大的情況下，長期通電破壞絕緣引起燃燒。

以上基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)的探測通過協(xié)議的方式達(dá)成軟件數(shù)據(jù)化的管理，即能達(dá)到電氣火災(zāi)真正的預(yù)警管控，那么電氣安全云控管理系統(tǒng)，必須是在標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用的基礎(chǔ)上充分結(jié)合消防行業(yè)、電力行業(yè)、和安全監(jiān)察管理特性，采用B/S多層技術(shù)架構(gòu)將會造成信息孤島的用電設(shè)備狀態(tài)、配電線路狀態(tài)、配電開關(guān)元件狀態(tài)、完全整合在一個平臺上，才能夠?qū)崿F(xiàn)平臺對所有跨建筑跨行業(yè)跨區(qū)域數(shù)據(jù)信息之間的共享和關(guān)聯(lián)，并和手機(jī)、語音設(shè)備、移動手持終端等硬件設(shè)備與系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時交互，才能夠從根本上幫助用電主體單位全面通過技防落實(shí)安全生產(chǎn)責(zé)任，才能夠真正實(shí)現(xiàn)用電安全大數(shù)據(jù)管理，大數(shù)據(jù)分析，大數(shù)據(jù)排查隱患的功能，解決實(shí)際工作中人力不足、專業(yè)化不夠的現(xiàn)實(shí)狀況。

4基于電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)施大數(shù)據(jù)火災(zāi)防范所應(yīng)具備的云平臺系統(tǒng)

消防數(shù)據(jù)管理云平臺是針對所有各類型建筑量身定制真正意義上的配電側(cè)安全用電管理平臺，是要結(jié)合建筑應(yīng)用消防設(shè)施和配電設(shè)施后總結(jié)的成功管控經(jīng)驗(yàn)，及數(shù)據(jù)支撐條件下形成的用電專業(yè)化管理軟件，適用客戶涵蓋了所有區(qū)域建筑的380V以下配電設(shè)施的全方位監(jiān)控和隱患防范。

消防數(shù)據(jù)管理云平臺基于大數(shù)據(jù)融合后的云計算，只要有互聯(lián)網(wǎng)的地方就可通過瀏覽器登陸使用，平臺應(yīng)具備的最大特點(diǎn)是“高度整合、全面關(guān)聯(lián)”，平臺橫向整合不同建筑性質(zhì)的用電狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)測和縱向整合三級配電系統(tǒng)不同級別的用電監(jiān)測。

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消防數(shù)據(jù)管理云平臺的優(yōu)勢在于平臺包含單元的兼容性和可擴(kuò)展性，可以根據(jù)建筑的用電性質(zhì)和規(guī)模，選擇性的監(jiān)控用電設(shè)備的電壓、電流、溫度、絕緣、漏電、電弧等技術(shù)參數(shù)。在使用平臺過程中，隨時可根據(jù)用電需求的變化和增加的各類探測器，在原有平臺功能的基礎(chǔ)上擴(kuò)展相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集功能，并不需要頻繁更換平臺設(shè)置，真正做到系統(tǒng)”分則獨(dú)秀，合則完美”。

平臺具有垂直權(quán)限管理，可以根據(jù)客戶規(guī)模和監(jiān)管模式選擇用電設(shè)施的管控權(quán)限，故障報警推送按照安全事故管理處置法則管理，即維護(hù)基層工作人員的積極性，又體現(xiàn)事故應(yīng)急狀態(tài)下的快速響應(yīng)，徹底消除信息孤島和安全用電管理死角。

5 結(jié)語

綜上所述，基于電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的火災(zāi)防范是建立在大數(shù)據(jù)融合基礎(chǔ)上的新型模式，要根據(jù)分級預(yù)警模式設(shè)定相對應(yīng)的火災(zāi)溫度預(yù)警閾值、剩余電流預(yù)警閾值和電弧周期閾值，形成能夠預(yù)防電氣火災(zāi)發(fā)生的立體監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。

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作者簡介：

田智嘉，男，碩士，應(yīng)急管理部沈陽消防研究所研究實(shí)習(xí)員，研究方向：消防電子、檢測技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化等方面的研究工作。