淺談電氣火災監控系統的設計

更新時間：2014-11-28

技術文章

淮亞利

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

摘要 近年來，各種電氣設備及家用電器的使用量大幅增加，相應的電氣火災事故也隨之增加，電氣火災數量已經接近火災總數的30％，位列各類火災的*。由火災所造成的損失已經給社會經濟和人民生命財產造成了巨大的損失，電氣火災監控系統對預防電氣火災起到至關重要的作用。

關鍵詞：電氣火災；接地故障；漏電電流；分級保護

1 用途、基本組成及原理

1.1 用途

電氣火災就是指配電線路及電氣設備由于設計、安裝、使用不當或者接觸不良、短路等原因而引起的火災。其中，短路所引起的火災的概率zui高，而短路又可分為一般性短路和接地故障。一般性短路，是指供電線路之間由于絕緣性能降低，從而導致的相線與相線、相線與零線之間的短路；接地故障，是指相線與接地導體、相線與大地之間的短路，它是由于相線與接地導體、相線與大地之間的絕緣性下降所導致的。根據統計，因為接地故障而引起的火災占短路原因而引起火災的絕大多數，它是較為常見的電氣火災起因。此外漏電電流使得部分的電流流入大地，造成了能源浪費；當人體接觸到故障電壓引起觸電電擊，危及生命安全。低壓配電系統短路故障示意圖，如圖1所示。

圖1 低壓配電系統短路故障

發生故障時，在漏電的故障點處和導體不良的連接處會局部產生異常的高溫或電火花、電弧，這種電弧具有比較大的阻抗和壓降，它限制了故障電流的通過，從而使得電流保護器不能動作，而數百毫安的電弧所產生的局部高溫可達2000℃以上，導致附近的可燃物高溫烤燃著火從而引起了火災。

為了能夠預防和減少電氣火災，必須能夠在線檢測AC220/380V供電線路的絕緣狀態，以此來杜絕漏電和各種短路故障的發生。電氣火災監控系統就是用來實時監測供電線路的絕緣狀態并實施報警的，當電氣線路或者電氣設備一旦漏電并超過額定保護值時，報警器立即發出聲光報警信號并顯示出漏電電流的大小。因為從發生接地電弧故障到引燃起火以致火勢蔓延需要一定的時間，這就有足夠多的時間去檢查并排除故障，從而能夠有效地避免電氣火災的發生或者將損失控制在較小的范圍之內。為了保證供電的連續性，報警時通常不切斷電源，這樣就可以避免電源開關跳閘而引起整棟建筑物的停電。為了確保安全，在緊急情況下可以再去切斷供電電源。

1.2 監控系統的組成

（1）系統組成

電氣火災監控系統是由漏電探測裝置與監控設備所組成的。漏電探測裝置是由電流互感器、漏電探測器構成。監控探測器與監控設備之間通常是以有線的方式相連接的。電氣火災監控系統示意圖，如圖2所示。

圖2 電氣火災監控系統

(2) 電流互感器檢測電流的基本原理

如圖3所示，若導線中流過的電流為i1,i1在其周圍將產生電磁場，電磁場的強弱與導線中電流的大小成正比。電流互感器是高導磁率器件，把它置于電磁場中，在其次級線圈中將會感應出交變電流i2,i2=i1/n，n為互感器次級線圈的匝數，由此可見i2與i1是成正比的。

圖3 電流互感器提取電流信號

監控系統分為漏電探測裝置與監控設備。漏電探測裝置使用電流互感器提取漏電信號，經過信號放大、AC/DC變換、A/D變換、CPU處理之后，送至輸出級。輸出信號經過總線后通往監控設備。監控設備接收的漏電信號經過CPU處理后，送往報警器、顯示器、控制信號輸出級。報警器由報警指示燈、蜂鳴器組成，顯示器使用LED數碼管、LCD液晶顯示屏顯示出漏電電流的大小及所有相關的信息，控制信號輸出級輸出各種報警及控制信號，以切斷供電的電源及附加的報警等。監控設備有存儲及打印的功能，可供隨時查詢。系統框圖如圖4所示。

一個電氣系統的輸入、輸出端電流值，當無任何損失時，其流入及流出的相量和為零，也就是無漏電電流；如果這個電氣系統有電流泄漏，這個系統的電流相量和就不為零，對外有了泄漏電流，系統中便產生了漏電電流。漏電電流是由AKH-0.66L系列電流互感器檢測出的，AKH-0.66L系列電流互感器將信息傳送到ARCM系列監控探測器里，經放大、A/D轉換、CPU對變化的幅值進行分析、判斷，并與報警設定值進行比較，一旦超出設定值則發出報警信號，同時也傳送到Acrel-6000系列監控設備中，再經監控設備進一步識別、判定，當確認可能會發生火災時，監控設備發出火災報警信號，點亮報警指示燈，發出報警聲響，同時在液晶顯示屏上顯示火災報警等信息。值班人員則根據以上顯示的信息，迅速到事故現場進行檢查處理，并將報警信息發送到集中控制臺。

圖4 監控系統組成原理方框圖

2 監控系統主要技術特點

3 電氣火災監控系統的應用設計

3.1 安裝位置

(1)分級保護

為了縮小發生人身電擊事故和接地故障切斷電源時引起的停電范圍，通常在供電線路的不同地點安裝不同型號的剩余電流動作保護裝置，以形成分級保護。根據用電負載及線路情況，一般分兩級或三級保護。圖5所示的分級保護模式是一般形式的保護，適用于農村電網、中小型配電變壓器（160kVA以下）供電的架空配電網，其主要的負載多為農副業加工及居民生活用電。

圖5 中小型電網三級保護示意圖

(2)剩余電流動作斷路器（漏電斷路器）和電氣火災監控系統

在上述的剩余電流動作保護裝置系統中，安裝剩余電流動作斷路器是可以起到分級保護作用的。但是一旦發生了剩余電流超過額定電流值從而切斷電源時，因為停電造成重大的經濟損失及不良的社會影響的電氣裝置或場所，是不能夠安裝剩余電流動作斷路器的，比如公共場所的消防應急燈具電源、消防應急照明系統、消防設備電源、消防水泵、消防電梯等等。

3.2 接地故障監測

對于接地形式為TN-S的配電系統，可以檢測系統的總體絕緣狀態，即檢測系統的總漏電電流。電流互感器安裝于變壓器接地線中（如圖6所示）以提取漏電的信號，探測器、報警器（監控設備）安裝于相應的位置處。