電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)ACS-E的設(shè)置方案詳細分析

電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器的定義

    國度標(biāo)準(zhǔn)GB14287-2005《電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)》**部分的3.3中，“電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器”（Detectorsforelectricfireprotection）被定義為：“探測被保護線路中的剩余電流、溫度等電氣火災(zāi)危險參數(shù)變化的探測器”。

    GB14287-2005規(guī)定：電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器以探測參數(shù)區(qū)分有“剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器”（GB14287-2005第二部分）和“測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器”（GB14287-2005第三部分）兩種；以工作方式區(qū)分有獨立式探測器（具有監(jiān)控報警功能的探測器）和非獨立式探測器兩類。

    可見，剩余電流和溫度在GB14287-2005中被認為是電氣火災(zāi)技術(shù)防范的重點。事實上，接地電弧性短路、設(shè)備或連接點溫度過高是電氣火災(zāi)發(fā)生的主要原因。

    基于電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器的定義，剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器的任務(wù)僅在于防范電氣火災(zāi)，與GB16917-1997所規(guī)范的RCBO（剩余電流動作斷路器，即“漏電開關(guān)”）在防護功能、技術(shù)參數(shù)、結(jié)構(gòu)要求等方面有很大區(qū)別。RCBO更側(cè)重于人身安全的防護。兩者應(yīng)當(dāng)配合使用，但不能相互替代。

    對電流、電壓及其他電力參數(shù)的計量監(jiān)控和故障防護，現(xiàn)有的電工器件已十分成熟。在電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器上添加這些功能（例如GB50045-94（2005版）《高規(guī)》的“過電流探測”），筆者認為只是擴展性的，并非必要。當(dāng)然，如果在某些場合用戶確實需要同時具備過電流、異常電壓報警，則又另當(dāng)別論。

    幾個相關(guān)的概念

    在討論剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器的設(shè)置之前，有必要先弄清以下概念：

    “剩余電流”：交流供電線路相線（La、Lb、Lc）與中性線N的電流的矢量和。當(dāng)沒有發(fā)生單相接地故障時，無論三相負載平衡與否，此矢量和的理論值為零（實際上還存在著線路與設(shè)備的正常泄漏電流）；當(dāng)發(fā)生接地故障時，剩余電流為接地故障電流和正常泄漏電流的矢量和。

    “零序電流”：交流供電線路相線（La、Lb、Lc）的電流的矢量和。當(dāng)沒有發(fā)生接地故障時，此矢量和的理論值等于中性線N電流的值。當(dāng)發(fā)生接地故障時，零序電流為相線（La、Lb、Lc）的電流、接地故障電流和正常泄漏電流三者的矢量和；這時，它與中性線N電流是不相等的。

    “正常泄漏電流”：在無絕緣故障的情況下，從設(shè)備的帶電部件流入大地的電流。這種電流往往是由非純阻性的阻抗引起的，是某些設(shè)備固有的工作特性決定的、在一定范圍內(nèi)允許的。

    “接地故障電流”：由于絕緣故障或通過非預(yù)期負載而流入大地的電流。通俗習(xí)慣稱為“漏電電流”。這種電流是相線對地發(fā)生電弧性短路而產(chǎn)生的。一般認為，在非可燃物質(zhì)環(huán)境下，100mA以下尚不構(gòu)成火災(zāi)危險。

    “剩余電流互感器”：探測供電線路剩余電流的互感器，它的一次回路是相線（La、Lb、Lc）和中性線N。即相線和中性線同時、同向穿過窗口。剩余電流互感器的主要要求是mA級的高精度、40A以上的抗過載能力。

    “零序電流互感器”：探測供電線路零序電流的互感器，它的一次回路是相線（La、Lb、Lc）。即所有相線同時、同向穿過窗口。如果用于單相，效果與普通電流互感器（C.T）相同。

    剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器的任務(wù)是要正確檢測出供電線路和設(shè)備的接地故障電流并及時發(fā)出報警，實際上所探測的是被保護區(qū)域的剩余電流。目前剩余電流式探測器基本上都采用剩余電流互感器作為探測元件。GB14287.2-2005《剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器》中規(guī)定的測試方法，就是針對這種互感器型式的。如果誤為“零序電流互感器”，則是概念上的混淆。

    如果我們用一個零序電流互感器、再在中性線N上用一個普通電流互感器，然后設(shè)法把它們的輸出作矢量差，也能探測出剩余電流。這也可作為某些特殊情況下的剩余電流探測方法。

    剩余電流式探測器的固有缺陷

    作為電氣火災(zāi)技術(shù)防范的重要手段，剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器在現(xiàn)實發(fā)生的多數(shù)情況下可以檢測出供電線路和設(shè)備的接地故障電流。但是，我們在設(shè)計應(yīng)用中還必須清醒地認識到：由于剩余電流檢測的原理所制約，它在三相電路中存在著不可忽視的探測接地故障電流的盲區(qū)。

    在單相電路中，或三相電路里只有一相的相線通過故障阻抗Za接地時，在正常泄漏電流可以忽略不計的情況下，剩余電流互感器所探測到的，的確就是接地故障電流。這時，剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器的作用沒有問題。

    但是，當(dāng)三相電路有兩相或三相同時存在接地故障，那么剩余電流互感器探測到的是所有各相的工作電流、接地故障電流和中性線電流的矢量和。由于三相相位差120°，因此探測出來的剩余電流iΔ的值必然小于各相接地故障電流（iΔa、iΔb、iΔc）的代數(shù)值之和（見圖1c）。例如在特殊情況下，如果三相同時存在相等值的接地故障電流（不論這些電流有多大），剩余電流將為0。這時，剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器將不能正確檢測出這些接地故障電流。如果使用RCBO，則會出現(xiàn)拒動。

    我們不能因此而否定剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器的作用。畢竟出現(xiàn)這些情況并不是經(jīng)常的，況且在預(yù)防電氣火災(zāi)的范疇內(nèi)，無須非常精確地測出剩余電流的數(shù)值。但是，終究存在著漏洞；作為設(shè)計和使用者，應(yīng)該盡量避免這些情況的發(fā)生。

    對交流接地故障電流的探測，除了剩余電流式外，還可以采用其他方式的技術(shù)，例如電流鑒相式、電流分離式、復(fù)合式等進行彌補或改進，盡量縮小或消除盲區(qū)，使之更加可靠有效。這固然需要生產(chǎn)廠家不斷研發(fā)更為完善的探測器（筆者淺見宜稱為“接地故障電流電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器”），但相關(guān)的國度標(biāo)準(zhǔn)也有必要作進一步的補充和規(guī)范。

    剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器的設(shè)置

    以筆者的經(jīng)驗，循以下步驟可能可以較為合理而快捷地作出剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器的設(shè)置方案。

    1、取得供配電系統(tǒng)圖

    電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控對象是供配電系統(tǒng)，供配電系統(tǒng)圖是電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計基礎(chǔ)。不掌握本項目供配電系統(tǒng)的全局，就無法進行合理的設(shè)置。

    供配電系統(tǒng)圖應(yīng)包括高壓配電圖、低壓配電圖（干線圖和區(qū)域圖）、配電柜結(jié)線圖。我們可以從這些圖中了解到市電供給的路數(shù)、變壓器柜和電容補償柜及轉(zhuǎn)換柜的數(shù)量和容量、各節(jié)點的電流大小、各段電纜的型號和走向、各配電柜及柜內(nèi)主要斷路器的型號容量以及電纜或銅排的尺寸和結(jié)線方式、各區(qū)域的用電性質(zhì)和功率。

    對于改造項目，即使無法取得原始設(shè)計圖，也應(yīng)在業(yè)主配合下實地勘察，力求對供配電系統(tǒng)有盡可能詳實的了解。

    2、分析電力線路系統(tǒng)的適用性

    按照相關(guān)規(guī)范要求，建設(shè)項目的區(qū)域低壓配電系統(tǒng)應(yīng)是TN-S系統(tǒng)，即“三相五線制”。在工程實踐中，往往從節(jié)省投資出發(fā)，把供電干線設(shè)計成TN-C形式的三相四線，然后以樹干形或放射形分布出去。從整個配電系統(tǒng)來看，則成為TN-C-S系統(tǒng)。

    較老舊的建筑，其低壓配電系統(tǒng)多是TN-C系統(tǒng)，即“三相四線制”。

    剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器適合安裝在TN-S系統(tǒng)或局部TN-C-S系統(tǒng)，及TT系統(tǒng)的場所。要在TN-C系統(tǒng)設(shè)置剩余電流式探測器，就必須對原線路進行適當(dāng)?shù)母脑臁?/p>

    不管干線是哪種系統(tǒng)形式，在需要設(shè)置剩余電流式探測器的低壓配電柜安裝時，都應(yīng)當(dāng)在配電柜內(nèi)把出線轉(zhuǎn)換成TN-S系統(tǒng)或TT系統(tǒng)，并且要確保出線的N線不重復(fù)接地（筆者將在下一續(xù)篇詳談剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器的安裝）。

    3、布點設(shè)置

    剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器的設(shè)置原則是，應(yīng)配置在低壓配電系統(tǒng)末級配電柜進線或出線端，監(jiān)控該級至終端用戶的線路和設(shè)備。

    所謂“末級配電柜”，是指位于配電系統(tǒng)某一路分支線到若干個終端用戶之間的配電柜；例如樓層配電柜、場所區(qū)域配電柜、功能專區(qū)配電柜、設(shè)備專用配電柜等等。

    在供電末級正常泄漏電流不大于200mA，且上一級的正常泄漏電流不大于500mA，仍符合設(shè)置剩余電流探測器條件時，宜在其上一級供電配電柜處也設(shè)置，這樣可以對兩級之間的線路和設(shè)備實施監(jiān)控保護。例如“-2FZ”、“-1FZ”，**也設(shè)置。而“AK1”的下級柜很多，“AC1”是較大的動力負載，它們的正常泄漏電流很可能超過500mA，如果豎井內(nèi)電纜防護及安裝良好，則不一定設(shè)置。

    對于一級及以上保護級別的對象，例如“1FZ”、“2FZ”是人流密集的商場的樓層總柜，應(yīng)安排設(shè)置，與“1F1”、“2F1”……等下級柜配合組成兩級探測監(jiān)控。

    在以上分析的基礎(chǔ)上，于系統(tǒng)圖上初步標(biāo)示出需要設(shè)置剩余電流探測器的配電柜。

    4、復(fù)查精簡

    根據(jù)供配電系統(tǒng)圖設(shè)計的各配電柜的負載性質(zhì)、功率、保護配置，核查是否確有必要設(shè)置剩余電流探測器。

    例如，“18FK”的負載是中央空調(diào)機組，該機組配套的控制箱已安裝RCBO并有報警裝置，這里就可精簡。

    使用安全電壓供電的電氣設(shè)備、一般環(huán)境條件下使用的具有加強絕緣（雙重絕緣）的電氣設(shè)備、使用隔離變壓器且二次側(cè)為不接地系統(tǒng)供電的電氣設(shè)備，可不安裝剩余電流探測器。

    復(fù)查精簡這一步驟不可或缺。筆者認為，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)中探測器在必要的地方一定要設(shè)，但應(yīng)當(dāng)力求少而精，盡量使每個探測器充分發(fā)揮作用，減少構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)的探測器數(shù)量。這對提高投資效能、保證系統(tǒng)可靠性、方便運行管理都是必要的。

    5、設(shè)置探測器參數(shù)

    剩余電流式探測器的基本參數(shù)是報警電流值和控制斷路器脫扣的延遲時間。

    ⑴報警電流值

    ??正常運行時的泄漏電流**值的2倍，但不應(yīng)大于1O00mA。

    被保護電氣線路和設(shè)備正常運行時的泄漏電流值，在供電系統(tǒng)設(shè)計時就應(yīng)根據(jù)該線路和設(shè)備的產(chǎn)品國標(biāo)基本確定下來，并以此為依據(jù)，設(shè)計報警電流值。例如，某區(qū)域設(shè)計有100個照明點，全部使用國度推廣的節(jié)能照明燈具，每個合格電子鎮(zhèn)流節(jié)能燈的標(biāo)準(zhǔn)泄漏電流極值是0.5mA。加上其他用電器，估算該區(qū)域正常運行時的泄漏電流將有80mA，那么該區(qū)域配電柜的剩余電流式探測器的報警電流值應(yīng)設(shè)計為150～200mA。

    雖然報警電流值還需要在現(xiàn)場具體設(shè)定，但如果發(fā)現(xiàn)實際的泄漏電流比設(shè)計估算的正常泄漏電流大很多，就要注意是否有不合格設(shè)備或錯誤施工（如線路絕緣不良、共零、TN-S系統(tǒng)N線重復(fù)接地等）。報警電流的設(shè)計值有助于防止將故障泄漏電流當(dāng)成正常泄漏電流，從而埋下隱患。

    兩級或多級探測監(jiān)控的報警電流值應(yīng)設(shè)計為具選擇特性，即上游探測器的報警電流設(shè)計值至少是下游探測器中知名的報警電流設(shè)計值的1.5倍，但不應(yīng)大于1O00mA。

    ⑵斷路器脫扣的延遲時間

    電氣火災(zāi)監(jiān)控是前期預(yù)警系統(tǒng)，出現(xiàn)漏電報警后只要能及時處理，不致于立刻發(fā)生火災(zāi)。一般情況下，探測器只用于報警，尤其是用于消防電源線路。

    如要求發(fā)生接地故障時必須自動切斷保護對象的供電，則應(yīng)注意上下級的動作時間配合，以免造成大范圍的停電。例如圖6中各樓層配電柜“3F0～17F0”，它們的負載分別是本層的若干終端用戶（住宅、寫字樓或其他），各終端用戶配電箱均裝有剩余動作電流30mA、動作時間0.1秒的RCBO。為避免一戶發(fā)生嚴(yán)重漏電導(dǎo)致整層斷電，樓層配電柜的探測器的脫扣信號輸出延遲時間應(yīng)設(shè)計為0.5秒。同樣，若“-2F1”、“-2F2”設(shè)計脫扣時間為0.5秒，則“-2FZ”應(yīng)設(shè)計為1秒。

    在需要自動切斷供電或通過監(jiān)控主機遙控斷電的場合，配電系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)選擇配備有能與探測器脫扣信號輸出配合的分勵脫扣器的斷路器。如果只需要遙控斷電，可把探測器脫扣信號輸出的延遲時間設(shè)為無限長。

    6、確定探測器供電方式

    目前電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器有兩種供電方式：集中供電和現(xiàn)場供電。

    集中供電方式是由監(jiān)控設(shè)備（主機、區(qū)域控制器）或?qū)Ｓ谜髌鳎ㄏ离娫矗┊a(chǎn)生不高于24V的直流電源，通過專用電源線向系統(tǒng)內(nèi)所有探測器供電，這和火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的“二總線”方式相同。它的優(yōu)點是不管現(xiàn)場是否停電，探測器照樣能工作；而且24V是安全電壓，不會出現(xiàn)人身危險。這用于火災(zāi)自動報警系統(tǒng)里的煙感、溫感探測器等是很合適的。它的缺點是一旦專用電源或?qū)Ь€發(fā)生問題，相當(dāng)數(shù)量甚至全部的探測器都停止工作。另外，目前電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器的靜態(tài)工作電流比煙感、溫感探測器大數(shù)倍，假如為10mA，250個監(jiān)控點則需要電流2.5A以上，為保證末端電壓，專用電源線的單線截面就要有1.5mm平方米，造成布線困難、投資增加。

    現(xiàn)場供電方式是探測器在各自的配電柜內(nèi)，從斷路器的進線端就近取得交流電源。它的優(yōu)點是無需專用整流器和專用電源線，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)只有通訊線，布線較方便，投資較節(jié)省，甚至可以采用無線通訊或載波通訊。它的缺點是配電柜上游斷電便停止工作。

    筆者認為，現(xiàn)場供電方式的缺點無關(guān)大局。因為沒電便不會發(fā)生電氣火災(zāi)，即使此地的電氣火災(zāi)探測器暫時停止工作也沒有關(guān)系。顯然現(xiàn)場供電方式更適合于電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)