吴春红
安科瑞电气股份有限公司 上海 嘉定

 

1 项目概况
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，本工程所有配电房的出线均配置漏电火灾报警系统。该系统主要包括系统主机、现场监控器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。系统在各个配电房的出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于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
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，独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
主要是针对配电房的出线回路安装安科瑞嵌轨式电气火灾探测器ARCM200BL-J4\J8\J16，通过嵌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。产品采用先进的微控制器技术，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，当剩余电流值越限时能够发出声光报警，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，首先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，必须将其改造为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**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(**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，只作火灾监控报警用。
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。
参考文献

[1].任致程 周中. 电力电测数字仪表原理与应用指南[M]. 北京. 中国电力出版社. 2007. 4
[2].周中.电力仪表在大型公共建筑电能分项计量中的应用[J].现代建筑电气 2010. 6
[3].公安部沈阳消防研究所. GB 50116 - 2013 火灾自动报警系统设计规范 ［S］. 北京： 中国计划出版社， 2014
[4].公安部消防局. 消防**技术实务 ［M］. 北京：机械工业出版社， 2014.

 

作者简介：
吴春红，女，本科  安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为智能电网供配电
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