Acrel-6000电气火灾监控系统在内蒙古农业大学工科实验楼的应用
徐霜
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定
摘要：建筑电气火灾作为一种灾害，在经济迅速发展的形势下，给国家财产和人民的生命安全造成的损失也与日俱增。据统计，80 %以上的火灾为建筑火灾，而电气则是引发建筑火灾的首要因素。为预防接地故障引起的电气火灾，国家和各地区已经制定了相关电气火灾防范的强制规定。在各种人员密集型场所安装电气火灾监控系统可以有效的预防电气火灾的发生。本文通过介绍安科瑞Acrel-6000/B电气火灾监控系统在内蒙古农业大学工科实验楼项目中的应用，简析相关国家标准和设计规范，概述电气火灾监测系统在电气火灾预防方面的具体架构以及其优越性。
0. 前言
公安部消防局《中国火灾统计年鉴》显示：近十年的火灾事故中，电气火灾居首位，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。
公共建筑电气火灾预防主要难点有以下几个方面：
0.1 配电系统的电缆一般都在桥架内，当线缆老化并发生漏电时，若没有系统的预警，现场管理人员无从查找故障点。
0.2 电气火灾隐患产生非常隐蔽，无论在时间上还是在空间上都无迹可寻。
0.3 本建筑性质为公共建筑，对配电系统的稳定可靠性、配电系统安全性要求都很高，电气火灾隐患的预防就显得十分重要。
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内蒙古农业大学工科实验楼项目中的应用，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
内蒙古农业大学是内蒙古自治区重点大学，教育部西部重点建设十四所高校之一，国家林业局和自治区人民政府合作共建高校，国家西部大开发“一省一校”重点支持建设的大学，国家“中西部高校基础能力建设工程”高校，国家"特色重点学科项目"建设高校，“卓越农林人才教育培养计划”试点高校。校园位于内蒙古自治区历史文化名城--呼和浩特市，被誉为塞外“花园式高等学府”。内蒙古农业大学成立于1952年，是内蒙古自治区成立最早的本科高等学校，是国家大学生文化素质教育基地院校之一，国家级大学生校外实践教育基地院校，是国家草业学会会长单位之一，截至2014年5月，学校总占地面积1.5万亩，其中教学科研用地1万亩，教学行政用房面积45.7万平方米，标准田径场（馆）4个，图书馆建筑面积3万平方米，此次需要做电气火灾监控的工科实验楼共计地下一层，地上八层，总面积达40000平方米，楼内有3个强电竖井，共有69个配电回路需要做漏电流监控。作为公共建筑，其人员密集度高、对其安用电安全性要求较高，且在电力配电系统稳定运行的要求也是非常严格的。
鉴于以上项目情况，为了监控整个配电系统是否存在电气火灾隐患，现须根据本项目的情况设计一套电气火灾监控系统。
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，本工程所有照明、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
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:GB14287.1-2005《电气火灾监控设备》、 GB14287.2-2005《剩余电流式电气火灾监控探测器》、GB14287.3-2005《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，也是系统的最上层部分。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50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ARCM300-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,为能耗管理提供精确的数据。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 GB14287.2-2005《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 终端探测器选用导轨式电气火灾探测器，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/220V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，适用于城镇和农村第一级和第二级保护。
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(第一级保护)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，只作火灾监控报警用。
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