浅谈电气火灾监控系统的功能可靠性

发布时间：2024/4/2 11:17:19 阅读人数：2347

刘鸿鹏

安科瑞电气股份有限公司上海嘉定 201801

摘要:从建筑消防设施系统分析的角度，概述了对电气火灾监控系统(Alarm ａnd control system for electric fireprevention)在建筑设计理念上的定位、功能、电气火灾监控产品的性能要求，结合可靠性理论对独立式和非独立式电气火灾监控系统的功能可靠性进行了分析，指出了应用选型范围。

关键词:电气火灾;火灾监控系统;功能可靠性

0.引言

2008年11月14日，上海商学院的火灾导致4名学生死亡,这又一次引发了人们对于电气安全的关注。我国历年的火灾统计中,电气一直是引发火灾的主要原因。大量案例说明,电气火灾大部分是接地电弧性短路引起的火灾,即所谓“漏电火灾”。

作为降低火灾发生概率的手段，建筑设计防火规范》GB50016-2006)《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045-94(2005版))《电气火灾监控系统》(GB14287-2005)的颁布实施，为我国电气火灾技术防范注入了强大的推动力,对于遏制电气火灾、保障社会和谐发展具有重要的意义。

1 电气火灾监控系统在建筑消防设施运行可靠性系统中的定位

建筑消防设施的运行可靠性，是指建筑物、构筑物中设置的用于火灾报警、灭火、人员疏散、防火分隔、灭火救援行动等设施在火灾风险中的成功概率。它是一种动态的、多方位的衡量指标，包括对建筑消防设施正常运行的3个主要环节:设施、管理、人员。建筑消防设施若要发挥其正常作用,从时序上看，包含4个重要的环节:火灾预防、火灾探测和报警、火灾应急反应和灭火控制、火灾后处理，

建筑消防设施作为一个可维修系统,就其任务而言,其相应运行可靠性简化模型如图1所示,可划分为火灾预防和应急处理两个单元。其中，火灾应急处理单元由火灾预警、火灾应急反应、火灾控制与后处理3个子系统组成。失去控制的燃烧所形成的火灾是这两个单元全部失效造成的。其系统的可靠性是一个如图1所示的混联模型。

电气火灾监控系统是诸多火灾预防手段的一种在现行的消防规范中将其与火灾自动报警系统并行监控,并在消防控制室内设置系统主机;而火灾报警系统中的切断非消防电源是针对已经发生的火情采取的防正蔓延扩大的应急处理措施，属于火灾应急反应的范畴。上述两种系统不能混为一谈,更不能互相替代,原则上应该互相独立。但笔者认为,在充分的硬件和软件条件下,两种系统并非绝对不可以兼容或合并。

2 电气火灾监控系统的设置

2.1 系统的组成

根据GB14287-2005的定义以及工程实践经验一个完整的电气火灾监控系统应包括:

(1)作为监视控制中心的电气火灾监控设备(监控主机);

(2)若干个分布于本建筑物配电系统各关键点的监控探测器(剩余电流式和测温式);

（3)连接监控主机与各探测器的通信网络(接口、通信总线及分支线、护线管槽);

(4)确保系统信息正确传递的中继器件(地址编码/收发器、中继/隔离器、集线/分支器);

(5)运行于某种通信规约和人机交互平台的软件(中心与终端)。

根据多年的实践经验，并非任何场所的电气火灾监控(报警)系统都必须备齐上述所有部分。在总线敷设路径简单且距离不长的较小系统中，中继器件不是必需的。在监控点少于8个且场所面积小于1500m的独立区域,可以只设置能控制断路器分闸的独立式探测器,而不一定要连结成一个系统。

2.2 电气火灾监控探测器设置

电气火灾监控探测器主要包括剩余电流式和测温式,其性能要求详见《电气火灾监控系统》GB14287-2005)的第2、3部分,笔者仅就其应用进行说明

2.2.1 剩余电流式电气火灾监控探测器设置

剩余电流式电气火灾监控探测器设置部位见表1。

2.2.3 测温式电气火灾监控探测器设置

测温式电气火灾监控探测器设置应以探测电气系统重点部位异常发热为基本原则，宜设置在建筑物内高压系统的变压器柜、电容补偿柜、整流柜、转换柜等重点发热部位。宜有选择地探测1000A以上电缆接头、电缆本体、开关触点等部位。

被探测对象为绝缘体、或金属壳体已可靠接地时宜将探测器的测温探头直接固定在被探测对象的表面,采用接触式布置。也可间垫云母绝缘片固定在导电体表面。探测配电柜内部温度变化时,测温探头可采用非接触式布置，但应尽量靠近发热部件测温式电气火灾监控探测器设置部位见表2

2.3 电气火灾监控设备的系统设计要点

(1)电气火灾监控探测器数量超过8个,或场所面积大于1500m时，应将其连接成系统并设置电气火灾监控设备(以下简称“监控主机”)。

(2)“监控主机”应设置在消防控制室内或有人值班的场所,在确保“监控主机”的报警信息和故障信息能传输给消防控制室的提下，“监控主机”可以设置在保护区域附近。

(3)“监控主机”输出的报警信息和故障信息(一般是开关量)可以接入消防控制室内的火灾报警系统的显示装置,集中显示;此时火灾报警系统的软件设置应作相应匹配,使该类信息的显示与火灾报警信息和可燃气体报警信息显示有明显区别。绝大多数情况下，电气火灾“监控主机”与火灾报警系统主机同室并列放置,故不推荐合并显示。

(4)电气火灾“监控主机”的安装设置应参照火灾报警控制器的设置要求,其主电源必须是消防电源。

3 电气火灾监控系统设计的可靠性分析

可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力，可靠性的概率度量称为可靠度:产品的可靠性是关于时间的函数。其中，产品是一种通用术语,是指从系统、设备、组件到原件的任何物品;而规定的条件是指产品在其寿命周期内所处的预先规定的全部外部条件。

根据可靠性理论,可靠性分析的提是确定系统的结构,在电气火灾监控系统设计中，决定系统结构的关键是部件,即探测器的选型。

3.1 剩余电流火灾报警系统的分类

通常剩余电流式电气火灾监控探测器有非独立式和独立式两种

3.1.1 非独立式探测器

非独立式探测器能探测剩余电流，并在该剩余电流达到设定值时输出一个报警信号(电信号或机械信号),它须与监控设备连用。

简单的非独立式探测器仅由一个剩余电流互感器、一个微功率继电器(如干簧管)组成。较完善的非独立式探测器具有报警电流设定、地址编码等功能，以集中方式供电。然而,由于没有声光报警,在现场不易及时发现准确的故障线路，这使其应用受到一定的限制

3.1.2 独立式探测器

独立式探测器能探测剩余电流，并在该剩余电流达到设定值时发出一定强度的声报警和光报警信号:并予以保持,直至手动复位。除此,其还具有工作状态指示灯和自检功能。它可以单独使用。

较完善的独立式探测器具有报警电流设定、剩余电流电平显示(电流数值或设定值百分比)报警信号输出(电信号或机械触点信号)脱扣信号输出(控制断路器的脱扣器动作的机械触点信号)脱扣输出延时设定等功能。

一般来说,独立式探测器以现场220VAC方式供电,以便单独使用。如果独立式探测器采用集中24V方式供电，意味着必须要接到监控系统中，除非门为它配一个降压整流器

3.2剩余电流火灾报警系统的可靠性分析

3.2.1 供电方式的选择

针对上述两种探测器,电气火灾监控系统有集中供电和现场供电两种供电方式:

(1)集中供电方式。集中供电方式是由监控设备(主机、区域控制器)或用整流器(消防电源)产生不高于24V的直流电源,通过用电源线向系统内所有非独立探测器供电，这和火灾自动报警系统的“二总线”方式相同。集中供电方式的优点是:不管现场是否停电，探测器照样能工作;而且24V是安全电压，不会对人身造成危险。这用于火灾自动报警系统里的感烟，感温探测器等是很合适的。缺点是:一旦用电源或导线发生问题,相当数量甚至全部的探测器都停止工作另外，目电气火灾监控探测器的静态工作电流比感烟、感温探测器大数倍,为确保末端电压,就要增加用电源线的单线截面积,造成布线困难、投资增加。对每一个保护区而言,非独立漏电火灾探测器可靠工作单元的系统构成，如图2所示

(2)现场供电方式。现场供电方式是探测器在各自的配电柜内,从断路器的进线端就近取得交流电源，现场供电方式的优点是:无需用整流器和用电源线,系统网络只有通信线,布线方便,成本较低,甚至可以采用无线通讯或载波通信。缺点是:配电柜上游断电便停止工作。然而，现场供电方式的缺点无关大局，因为断电后是不会发生电气火灾的。因此,现场供电方式更适合于电气火灾监控系统。

现场供电方式的工作特点是:现场报警控制、远距离传输管理，系统的主要报警和控制功能都可以由现场独立式漏电火灾报警器来完成,采用独立式探测器使现场人员能更直接地得到报警信息。独立式漏电火灾报警器工作可靠性原理图,如图3所示

3.2.2系统的功能可靠性分析

笔者从系统可靠性设计的角度对电气火灾监控系统的功能可靠性进行分析。系统是指由一些基本组件组成的具有某种特定功能的整体。任何系统的可靠性取决于组成它们的组件的可靠性以及这些组件对该系统功能作用的影响。漏电火灾报警系统的可靠性与组成该系统的单元(或组件)的数目、单元(或组件)的可靠性以及单元(或组件)之间的相互功能关系有关。根据两种系统设计功能的不同,得到两种系统单元可靠性结构。

(1)串联系统。在串联系统中(如图4所示),任一单元的失效(或故障)均可导致系统的失效(或故障)串联系统无故障工作概率的变化与系统中的组件数有关。随着组件数目的增加,系统的可靠度降低。系统的可靠性小于其中任何组件的可靠性，系统故障的概率高于任何组件故障的概率。

4.安科瑞电气火灾监控系统

4．1概述

Acre1-6000电气火灾监控系统，是根据国家现行规范标准由安科瑞电气股份有限公司研发的全数字化独立运行的系统，已通过国家消防电子产品质量监督检验中心的消防电子产品试验认证，并且均通过严格的EMC电磁兼容试验，确保了该系列产品在低压配电系统中的安全正常运行，现均已批量生产并在全国得到广泛地应用。该系统通过对剩余电流、过电流、过电压、温度和故障电弧等信号的采集与监视，实现对电气火灾的早期预防和报警，当必要时还能联动切除被检测到剩余电流、温度和故障电弧等超标的配电回路;并根据用户的需求，还可以满足与AcreIEMS企业微电网管理云平台或火灾自动报警系统等进行数据交换和共享。

4．2应用场合

适用于智能楼宇、高层公寓、宾馆、饭店、商厦、工矿企业、国家*点消防单位以及石油化工、文教卫生、金融、电信等域。

4．3系统结构

4．4系统功能

监控设备能接收多台探测器的剩余电流、温度信息，报警时发出声、光报警信号，同时设备上红色“报警”指示灯亮，显示屏指示报警部位及报警类型，记录报警时间，声光报警一直保持，直至按设备的“复位”按钮或触摸屏的“复位”按键远程对探测器实现复位。对于声音报警信号也可以使用触摸屏“消声”按键手动消除。

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当被监测回路报警时，控制输出继电器闭合，用于控制被保护电路或其他设备，当报警消除后，控制输出继电器释放。
通讯故障报警：当监控设备与所接的任一台探测器之间发生通讯故障或探测器本身发生故障时，监控画面中相应的探测器显示故障提示，同时设备上的黄色“故障”指示灯亮，并发出故障报警声音。电源故障报警：当主电源或备用电源发生故障时，监控设备也发出声光报警信号并显示故障信息，可进入相应的界面查看详细信息并可解除报警声响。

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当发生剩余电流、超温报警或通讯、电源故障时，将报警部位、故障信息、报警时间等信息存储在数据库中，当报警解除、排除故障时，同样予以记录。历史数据提供多种便捷、快速的查询方法。

事件页面

4．5配置方案

应用场合	型号	产品照片	功能
消防控制室	Acrel-6000/B		适用于1~4条通信总线*多可连接256个探测器，可适用于壁挂安装的场所。
消防控制室	Acrel-6000/Q		适用于大型组网，壁挂式监控主机数量较多且需集中查看的场所，主要监测壁挂主机信息。
一、二低压配电	ARCM200L-Z2		三相(I、U、kW、Kvar、kWh、Kvarh、Hz、cos中)，视在电能、四象限电能计量，单回路剩余电流监测，4路温度监测，2路继电器输出，4路开关量输入，事件记录，内置时钟，点阵式LCD显示，2路独立RS485/Modbus通讯
	ARCM200L-J8		8路剩余电流监测，2路继电器输出，4路开关量输入，事件记录，内置时钟，点阵式LCD显示，1路RS485/Modbus通讯
	ARCM300-J1		1路剩余电流监测，4路温度监测，1路继电器输出，事件记录，LCD显示，1路RS485/Modbus通讯
	AAFD-□		检测末端线路的故障电弧，485通讯，导轨式安装。
	ASCP200-□		短路限流保护、过载保护、内部超温限流保护、过欠压保护、漏电监测、线缆温度监测，1路RS485通讯，1路GPRS或NB无线通讯，额定电流为0-40A可设。
	ASCP200-□		短路限流保护、过载保护、内部超温限流保护、过欠压保护、漏电监测、线缆温度监测，1路RS485通讯，1路NB或4G无线通讯，额定电流为0-63A可设。
配套附件	AKH-0.66		测量型互感器，采集交流电流信号
	AKH-0.66/L		剩余电流互感器，采集剩余电流信号
	ARCM-NTC		温度传感器，采集线缆或配电箱体温度

5.结束语

漏电火灾报警系统作为一种火灾危险预防设施其核心任务是监控电气所可能带来的火灾或漏电危险。对于非独立式探测器,因其在现场没有声、光报警和控制功能，只能在总控室的监控台上感知发生故障的线路,不便于管理人员对现场用电的管理，其功能可靠性结构制约了其在大型项目上的应用，一般建筑面积超过3000m’的建筑,不宜采用非独立式探测器。如果工程的某个局部只追求单个探测器的低成本而没有进行多面的衡量,将会使整个投资的无效性增加,性价比严重下滑,也会带来很多后续工程、使用管理、维护服务等方面的问题。

原创作者：安科瑞电子商务（上海）有限公司

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