田智嘉 張曦 李猛

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

關(guān)鍵詞：電氣火災監(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)劃的復雜化、綜合化程度的提高，建筑電氣的應用負荷、線路敷設也越來越復雜，越來越難于管理。據(jù)統(tǒng)計分析，電氣火災事故的起火原因中，由于電氣線路故障引起的火災事故達到51.35%，用電電器不良引起的火災事故達到15.32%，電氣設備和用電設備故障引起的火災事故分別達到12.84%和10.81%，照明電器故障引起的火災事故達到8.56%。

2 電氣火災原因分析

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

2.1電氣線路引發(fā)火災原因分析

電氣線路引發(fā)的電氣火災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。諸如，電線電本身產(chǎn)品質(zhì)量較差，達不到其標稱的額定荷載量，長期使用過程中電氣線路線纜老化，電氣負荷增大，導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。亦或，電氣線路接觸電阻過大以及漏電流超標、線路故障處發(fā)生間隙化電弧，從而產(chǎn)生火災?？梢?，電氣火災的發(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行狀態(tài)的監(jiān)測十分重要。

2.2用電設備引發(fā)火災原因分析

用電設備故障也是引起電氣火災的重要因素。用電設備主要為兩大設備：一是照明類設備，二是動力類設備。照明類電器應用過程中往往都伴有大量的高溫和熱輻射，安裝和使用不當是引起火災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＃a(chǎn)生異常電弧也是引起電氣火災的一個重要原因。動力類設備主要是指具有轉(zhuǎn)化、傳導和調(diào)整功能的設備，如電動機、變壓器或發(fā)電機等設備。動力類設備在使用過程中，常常因為工作狀態(tài)異常導致鐵芯、繞組等部件發(fā)熱，而其保護裝置又未能可靠保護作用從而引發(fā)電氣火災。動力類設備引發(fā)火災故障的原因主要有以下幾個方面：①過載②缺相運行③接觸不良④絕緣損壞⑤接地不良⑥機械摩擦。

3 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)設置方法

由于電氣火災的防范措施不是某一個具體部位的預防，而是從線路線纜到用電設備終端的系統(tǒng)化防范，是從電源側(cè)到用電設備終端的系統(tǒng)化防范，是從電源側(cè)到用電負荷側(cè)的分級化防范，是從線路線纜溫度剩余電流到用電負荷電弧監(jiān)測功能化防范。電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)由電氣火災監(jiān)控設備和各類型電氣火災監(jiān)控探測器組成，主要是通過線路剩余電流式電氣火災探測器、測溫式電氣火災探測器及故障電弧探測器等監(jiān)控設備，對被保護對象的閾值狀態(tài)進行實時監(jiān)測。當被保護電氣線路或用電負荷側(cè)的閾值參數(shù)超過報警設定值時，電氣火災監(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，電氣火災監(jiān)控的防范及保護方式應是分級保護預警。從電源出線端到線網(wǎng)末端，按照線路和負載的重要性、負載的性質(zhì)和預防對象的不同要求，實行分級設置的電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)更能發(fā)揮優(yōu)勢。電氣火災監(jiān)控分級預警系統(tǒng)圖如圖2所示。

電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的設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)測閾值的設定，在一級母線保護系統(tǒng)中應考慮到被監(jiān)測線路和設備三相負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，泄漏電流值應按 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 確定。

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

KC┄┄┄┄┄ ? 剩余電流經(jīng)濟可靠系數(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按照60mA、300mA、500mA、1000mA設定。

二級主干線監(jiān)測閾值的設定。由于負荷故障和負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。

三級末端負荷的監(jiān)測閾值的設定，按照動作特性是保護電流動作時間的關(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≥100mA。在三級末端負荷要對電弧閾值進行設定。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，需應在15s內(nèi)發(fā)出報警信號。

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

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℃，故此電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)中溫度額定報警閥值得設定為65℃、85℃、105℃。

電流的熱效應引起的火災：接觸電阻過大導致電流的熱效應，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的銅鋁導線在交接情況下，通過鋁導線額定電流時其接頭溫度可達65℃，通過2倍額定電流時接頭溫度可達307℃，通過3倍額定電流時接頭溫度可達749℃。在接觸電阻過大的情況下，長期通電破壞絕緣引起燃燒。

以上基礎的數(shù)據(jù)的探測通過協(xié)議的方式達成軟件數(shù)據(jù)化的管理，即能達到電氣火災真正的預警管控，那么電氣安全云控管理系統(tǒng)，必須是在標準化應用的基礎上充分結(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、語音設備、移動手持終端等硬件設備與系統(tǒng)進行實時交互，才能夠從根本上幫助用電主體單位全面通過技防落實安全生產(chǎn)責任，才能夠真正實現(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，解決實際工作中人力不足、專業(yè)化不夠的現(xiàn)實狀況。

4基于電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)實施大數(shù)據(jù)火災防范所應具備的云平臺系統(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)合建筑應用消防設施和配電設施后總結(jié)的成功管控經(jīng)驗，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，平臺應具備的最大特點是“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。

消防數(shù)據(jù)管理云平臺是一個精準服務安全用電的平臺，有別于泛而不精的交叉性平臺系統(tǒng)，平臺真正通過電氣監(jiān)測，電氣預警檢查，電氣遠程控制方法來評價各類建筑用電的安全性評估和有效解決安全生產(chǎn)中用電安全問題。

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上擴展相應的數(shù)據(jù)采集功能，并不需要頻繁更換平臺設置，真正做到系統(tǒng)”分則獨秀，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，即維護基層工作人員的積極性，又體現(xiàn)事故應急狀態(tài)下的快速響應，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，基于電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的火災防范是建立在大數(shù)據(jù)融合基礎上的新型模式，要根據(jù)分級預警模式設定相對應的火災溫度預警閾值、剩余電流預警閾值和電弧周期閾值，形成能夠預防電氣火災發(fā)生的立體監(jiān)測網(wǎng)絡。

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基金項目：遼寧省重點研發(fā)計劃項目“地鐵車輛火災防控技術(shù)研究及產(chǎn)業(yè)化應用”（2019020107-JH2/103）

作者簡介：

田智嘉，男，碩士，應急管理部沈陽消防研究所研究實習員，研究方向：消防電子、檢測技術(shù)、標準化等方面的研究工作。