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我国电气火灾监控系统的应用及问题分析发布时间:2015-12-07 10:54:40

 随着社会和经济的发展、科技进步和人民生活水平不断提高,电能已广泛应用到社会生产和社会生活。我国经济迅速发展和人均用电量的逐年增长使我国电气火灾呈上升趋势;尤其是近些年来易燃易爆场所电气火灾事故频发,使人民生命和财产造成重大损失。电气配电电路和电器设备的绝缘使用了大量塑料、橡胶等易燃物品,在配电设备和线路运行中,过载、短路、漏电、接触不良、雷击和静电原因都可能产生高温、高热或故障电弧,从而导致电气火灾发生。电气火灾已经成为火灾的“第一杀手”,严重威胁着人民的生命和财产安全。特别是在特大火灾中,电气火灾所占比例更大。

  进入二十一世纪,我国对电气火灾开始重视,首先在2005年颁布了GB 14287-2005《电气火灾监控系统》产品的国家标准,之后又重新修订了GB 50116-2005《火灾自动报警系统设计规范》、GB 50166-2007《火灾自动报警系统施工及验收规范》两项国家强制标准,对电气火灾监控系统产品从生产、设计、施工和验收所有环节均做了详细的规定,电气火灾监控系统产品就正式在全国推广应用起来。同时,随着新版《建规》GB 50016-2014(2015.5.1实施)的出台,如何提升建筑物抗御火灾的能力,从源头上消除火灾隐患,预防和减少火灾事故成为重点热议的问题,相应的,对电气火灾监控系统提出了更高的要求。

  电气火灾监控系统概述

  电气火灾监控系统是基于防火监控探测器、运行于计算机的工业软件/硬件系统。通过对配电回路和用电的漏电、过电流、温升等火灾危险参数实施监控和管理,从而达到预防电气火灾的发生。从国外市场状况和国家及各省政策可以看出,独立式火灾探测报警器产品即将迎来一个巨大的市场,为广大群众带来更多的安全保障。

  电气火灾监控探测器的设置原则是,应配置在低压配电系统末级配电柜进线或出线端,监控该级至终端用户的线路和设备。目前,电气火灾监控系统较之传统的技术手段的确是一大技术进步,但依然存在诸多不足,存在很大的改进空间。中国电气火灾监控系统产品市场才刚刚开始,市场空间将会非常惊人,是未来安全用电产品黄金增长点。

  (一)电气火灾监控系统定义

  电气火灾监控系统是基于防火监控探测器、运行于计算机的工业软件/硬件系统。通过对配电回路和用电的漏电、过电流、温升等火灾危险参数实施监控和管理,从而达到预防电气火灾的发生。

 电气火灾监控探测器的设置原则是,应配置在低压配电系统末级配电柜进线或出线端,监控该级至终端用户的线路和设备。所谓“末级配电柜”,是指位于配电系统某一路分支线到若干个终端用户之间的配电柜;例如楼层配电柜、场所区域配电柜、功能专区配电柜、设备专用配电柜等。

  (二)电气火灾监控系统作用

  电气火灾监控系统适用于办公楼宇、宾馆饭店、企业厂房及居民住宅配电线路的电气火灾监控。电气火灾监控器是针对配电线路对地漏电进行有效监控,防止由于电气线路对地漏电产生电气火灾的独立监控单元。它与配电线路中的断路器配合使用达到对地漏电短路进行有效监控保护。

  (三)电气火灾监控系统行业整体市场概况

  随着城市中高层住宅的迅速崛起和人们生活水平的不断提高,家用电器的普及达到了前所未有的程度,城市居民用电量的成倍增长使得电气火灾也随之剧增,从上世纪八十年代起,电气火灾便逐渐成为各类火灾中的主角。据公安部消防局提供的《中国火灾统计年鉴》数据显示:2011年,全国共接报火灾12.5417万起,死亡1108人,受伤571人,直接财产损失20.6亿元。其中电气火灾3.796万起,电气火灾事故一直是居于整个火灾事故首位,占到总数的30.27%,由电气火灾造成的损失尤为惨重。

  电气火灾监控报警系统对于提前预测火灾或者及时对火灾进行报警,减少人们生命财产损失,减少火灾的社会危害方面都发挥了不可忽视的作用,受到了市场的欢迎,电气防火监控系统成为减少电气火灾的主要防范手段。但是在国家标准《高层民用建筑设计防火规范》(以下简称高规)和《建筑设计防火规范》里,对是否安装电气火灾监控系统是以“宜”安装来表示的。

  电气火灾监控系统能准确监控电气线路的故障和异常,并及时记录和保存,能发现电气火灾的隐患,及时报警提醒相关人员消除这些隐患。随着社会大众对防范电气火灾重要性认识的逐步增强和众多电气火灾监控设备的生产厂家不断改善设备性能,广大用户必将从安装电气火灾监控系统中受益。中国电气火灾监控系统产品市场才刚刚开始,市场空间将会非常惊人,是未来安全用电产品黄金增长点。目前从事相关电气火灾监控厂家全国大约有100多家。

 电气火灾监控系统的基本组成及工作原理

  基本组成

  电气火灾监控系统的基本组成包括:电气火灾监控设备、剩余电流式电气火灾监控探测器以及测温式电气火灾监控探测器。其中剩余电流式电气火灾监控探测器又由监控探测器和剩余电流互感器组成,而测温式电气火灾监控探测器由监控探测器和测温传感器组成。该系统能够对被保护电气线路中的电流、剩余电流、温度进行监视,并及时发现电气火灾隐患,预防电气火灾发生。

  监控原理

  电气火灾监控系统集监视、报警、控制、集中管理于一体,监控探测器一般挂接在总线的支路上,接受主控制器的命令,并传送全部信息。主控制器处理接收来的数据,监测被探测电气线路单相、三相电流,漏电电流,温度等参数的变化。当参数异常时,剩余电流互感器、温度传感器等终端探测头对信息进行采集,并送到监控探测器里,超出设定值时即发出报警信号,同时输送到监控设备中,经进一步识判定,当确认可能会发生火灾时,监控主机发出火灾报警信号,报警指示灯亮,发出报警音响,并在液晶显示屏上显示报警信息,值班人员迅速进行检查处理,将报警信息发送到集中控制台,还可与消防火灾监控设备、119火警指挥中心位机连接。

  以剩余电流式电气火灾监控探测器为例,漏电监控报警主要是利用装在被监控配电线路上的剩余电流互感器检测线路上的漏电流来实现。剩余电流互感器本质上是一个高灵敏的电流互感器,它能检测出配电线路上小到几毫安或十几毫安的微小漏电流,而漏电流检测则是依据剩余电流原理来确定的。当配电线路中3条相线和1条零线共同穿过剩余电流互感器的铁芯线圈时,在正常情况下它们的电流矢量和为零,则互感器的线圈不会感应出任何电流;但当任何一条相线或者零线有一部分电流在互感器之后分流到大地(即漏电),此时在互感器处它们的电流矢量和就不为零了,而互感器的线圈也就感应出相应的漏电电流,故称为剩余电流。把检测到的剩余电流处理后与监控装置设定值进行比较,一旦达到和超过设定值,与剩余电流互感器连接的电气火灾监控探器即发出漏电报警,并同时输出脱扣跳闸信号切断相应故障线路电源。

  电气火灾监控系统的必要性

  电气火灾产生的原因

  在电气事故引发的火灾中,其主要原因有四点:漏电引发火灾、短路引发火灾、过负荷引发火灾和接触电阻过大引发火灾。其中短路发生时由于电流变化较大,普通的电流保护器就能产生动作来切断电气线路。而漏电和接触电阻过大所产生的故障电流很小,使一般的保护开关电器不能有效地及时动作,有实验表明,略大于0.5A的漏电电弧产生的局部高温可达2000℃,存在着较大的火灾危险性。

  电气火灾监控系统的特点

  电气火灾监控系统与其它保护系统相比,具有以下几个特点:漏电监控方面属于先期预报警系统,在没有发生火灾前早期预警,是为了避免损失,而传统火灾自动报警系统是在火灾发生时报警,是为了减少损失;传统的漏电断路器侧重于人身安全的防护,其主要作用就是保护人身安全的,它在用电线路泄漏电流超过人身安全值时立刻切断电源,电气火灾监控侧重于防范电气火灾,它能探知电路中微小的泄露电流,了解电路绝缘状态的变化,对电气火灾做出预报;电气火灾监控系统可以对电路中的温度进行检测,当发现局部接触电阻过大引起高温时能及时报警,检测内容更加全面。所以,电气火灾监控系统和其它保护系统在预防电气火灾方面可以相互配合,但不能相互替代。

  相关规范的要求

  我国20世纪90年代就已经开始对接地故障电气火灾做出防范规定,例如JGJ/T 16-1992《民用建筑电气设计规范》、GB 50054-1995《低压配电设计规范》等。2005~2006年,GB 5004-95(2005年版)《高层民用建筑设计防火规范》(以下简称《高规》)、GB 50016-2006《建筑设计防火规范》(以下简称《建规》)中增加了漏电火灾报警系统的规定。《高规》第9.5.1条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。《建规》第11.2.7条规定在影剧院、馆所、仓库、住宅小区、医院、商店、学校等场所宜设置剩余电流动作电气火灾监控系统。

  为了进一步明确漏电火灾报警系统的系统构成、系统设计、设备选择、系统供电、线路敷设等要求,国家标准GB 14278-2005《电气火灾监控系统》明确提出了“电气火灾监控系统”的定义,并将电气火灾监控系统细化为三部分:电气火灾监控设备、剩余电流式电气火灾监控探测器、测温式电气火灾监控探测器。强制性国标GB 13955-2005《剩余电流动作保护装置的安装和运行》强调了剩余电流动作保护装置在防止因接地故障而引起的电气火灾的防护作用,要求在建筑物内安装剩余电流动作火灾监控系统。另外,对电器产品、燃气用具的安装、使用及其线路、管路的设计、敷设、维护保养、检测不符合消防技术标准和管理规定的,《消防法》还规定了相应的法则来保障电气火灾监控系统相关规范的实施。

电气火灾监控系统市场规模及应用领域

  (一)电气火灾监控系统市场规模

  电气火灾监控探测器配置在低压配电系统末级配电柜进线或出线端,例如楼层配电柜、场所区域配电柜、功能专区配电柜、设备专用配电柜等等。根据ICTresearch的研究,随着我国对智能电网投入力度的增加,2012年中国低压配电柜总量规模135亿元。低压配电柜平均价格为5000元,2012年市场需求272.24万个配电柜,按照每个配电柜可安装8个电气火灾监控点,目前在没有法规强制安装的情况下,估计有20%的场所安装有电气火灾监控系统。因此与每年增加的低压配电柜数量相对应的每年新增电气火灾监控系统的市场规模在30.38亿元左右。另外一部分市场为旧建筑新安装电气火灾监控系统,新建和旧建筑改造市场规模的比例大约在7比3,因此推断出全年的电气火灾监控系统市场规模为43.40亿元。

  (二)电气火灾监控系统行业技术应用现状

  电气火灾监控系统能准确、全天候地监测电气线路中的漏电、温度等参数的变化。当线路中发生异常时,可迅速发出报警信号并准确定位故障点,通知电气专业人员及时排查电气火灾隐患,将电气火灾消灭在萌芽状态。电气火灾监控系统较之传统的技术手段的确是一大技术进步,但依然存在诸多不足,存在很大的改进空间。

  1.功能单一。偏重于状态监测及报警保护,缺乏故障诊断、故障分析、趋势预测等智能分析功能。

  2.监测面窄。偏重于配电线路漏电及温度的点式探测,缺乏电缆温度的分布式、线式探测;偏重于对低压设备的状态监测,缺乏对高压设备的状态监测;偏重民用建筑电气火灾的预防,忽视了工业领域的预防。

  3.网络化水平低。并非完全网络化的全数字系统,对外缺乏网络接口,无法实现信息的对外共享发布,无法组建远程监测及管理系统。

  4.智能化未实现。未全部实现数字化及智能化,不符合物联网的技术方向;同时系统缺乏智能分析功能,只局限在监测层级,不符合设备状态监测领域的技术水平。

  5.可视化不足。监测报警手段传统单一,缺少图形化及其他更为直观的监测报警手段。

  电气火灾监控系统行业技术发展趋势

  针对以上提出的电气火灾监控的特点,电气火灾监控未来发展方向为:

  (1)数字网络化系统。基于全数字化的组成单元,通过总线连接,构建功能一体化分布式的网络系统,不仅是硬件间的网络连接,同时实现软件功能组件的分布配合。

  (2)功能一体化系统。基于高低压电气网络,实现点/线式状态探测,实现对高低压电气设备、电缆、配电网络接点、分布式温度和漏电电流等电气安全状态参数的全方位监测。不仅适用于民用建筑电气火灾综合防控,同样适用于工业场所的电气火灾防控。

  (3)智能信息化系统。

        实现组成单元的智能化,实现功能的智能化(包括智能诊断、智能分析及智能预测等)。同时对外提供网络接口,实现信息的远程发布和监测。

  (4)安全可视化系统。在传统文字监测及声光报警手段的基础上,提供直观的图形监控及多媒体报警手段,实现电气火灾隐患的一目了然。主要包括状态监控可视化、故障定位可视化、故障报警可视化、故障分析可视化。

 在应用电气火灾监控系统中应注意的问题

  加强电气火灾监控技术的应用

  在新建、改建、扩建或建筑内部装修等工程中,按照有关规定合理设计、选择、安装电气火灾监控系统的产品,推广电气火灾监控技术。公安机关消防机构在进行备案抽查、消防审核、和工程验收时严格把关,在消防专项整治工作中,对存在电气火灾隐患的单位,监督单位设置电气火灾监控装置整改电气火灾隐患,对电气线路老化的要责令更换,对超负荷用电的要责令其改正,达到消除电气火灾隐患,提高电气线路和设备运行安全性。

  注意电气火灾监控系统的选型

  在针对不同的建筑场所进行电气火灾监控系统安装时,首先要解决一个产品的选型问题,电气火灾监控系统的产品应满足:GB 14287.1《电气火灾监控设备》、GB 14287.2《剩余电流式电气火灾监控探测器》、GB 14287.3《测温式电气火灾监控探测器》中相关的要求。从目前国内火灾监控系统的产品市场来看,其监控探测器的结构形式主要有三种类型:即多功能漏电开关型、分离配置型、分离配置整合型。

  多功能漏电开关型

  多功能漏电开关型电气火灾监控系统监控探测器除了自身应有的剩余电流探测(或温度探测)、报警功能外,又扩展多项功能,例如:过电流、过电压、延时送电、防雷、欠压、组网实现远程集中监控等。该类型具有保护功能多、接线少、整体度高的优点。但是由此产生的缺点是:结构复杂、成本加大、故障率偏高,特别是信号的监控、探测、分析、处理、报警、通信、联动接口等电路与ABC三相主电(或单相)回路的间隔距离太近,易遭受强电磁场的干扰,降低产品性能的稳定可靠性。另外在安装使用上也不太方便,如新建工程则需要和配电箱(柜)厂家沟通协商合理组装,但对改造工程中已经成形并使用中的配电箱(柜)则更不适用。

分离配置型

  该类型中电气火灾监控设备与电气火灾监控探测器(包括终端探测头剩余电流互感器、温度传感器)分离配置。即通过监控探测器(终端探测头)采样配电柜内导电母线中的电流和漏电流信号,经内置单片机系统分析处理后,应用二总线通信约定,上报消防控制室或值班室里的电气火灾监控设备,且进一步分析处理后,进行所需要联动控制,从而完成该系统应有的功能。这种系统分工明确、结构简单、成本少、故障率偏低,不含电源控制开关,不串入配电系统,只通过剩余电流互感器(或测温探头)取样信号,性能稳定可靠。不足之处是:监控设备与监控探测器、监控探测器与终端探测头之间需要敷设信号线及2芯脱扣控制线。此种类型产品无论是在新工程还是改造工程上使用,都比较方便。

分离配置整合型

  分离配置整合型是电气火灾监控设备与电气火灾监控探测器(包括终端探测头)分离配置型的一种特殊类型。它与分离配置型不同的是:其总线直接使用普通火灾报警系统的二总线,省去集中控制器和上位机,由火灾报警控制器整合电气火灾监控探测器(包括终端探测头)探测报警功能后一并控制。该类型优点在于成本下降,消防中心一体化监控,界面统一,管理方便。但是这种组合,相对复杂的火灾报警系统故障率偏高,则直接影响着电气火灾监控系统,使得系统的稳定可靠性降低,甚至于造成瘫痪。

  安装电气火灾监控系统的注意事项

  首先,监控设备以及系统的报警信号等,应设在消防控制室或有人值班的场所,方便人们管理维护和及时发现火灾隐患。其次,配电柜的安装、布线、设置剩余电流式电气火灾监控探测器的报警值时必须按照有关技术规定的要求,防止因为安装的失误导致系统无法正常运行,达不到预防电气火灾的目的。最后,电气火灾监控系统探测器检测点的设置也至关重要,如设计得不合理,会造成误报率很高,严重削弱电气火灾监控系统的使用效果。电气火灾监控系统探测器的布点,首先应对建筑物内的防火分区做出合理的布置设计,再依据防火分区布置给电气火灾监控系统划分出适当的探测区域、保护范围。

  随着技术的不断进步,电气火灾监控系统的功能更加完备,已经具备了用电安全管理、控制、保护、分析、记录于一体等智能化优点,且已被广泛地应用于智能小区、大型商场、医院及公共高层建筑等场合进行漏电火灾监控。同时为了能使剩余电流式电气火灾监控系统稳定运行,在设计和应用时应考虑电力配电系统的特性,选用性能可靠和技术先进的监控系统,这样就能大幅降低相关应用场合的漏电火灾发生率。

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