摘要：介绍分析剩余电流式电气火灾监控系统的特点、组成、设计依据、监控原理和实施方案，并结合上海市某大厦工程设计实例探讨该系统在高层建筑中的设置要求和应用方式，供设计人员参考。
关键词：高层建筑；漏电火灾；剩余电流式电气火灾监控系统；设计应用
0引言
近年随着各种先进及复杂的电力设备及设施在高层建筑中的广泛应用，使人们的工作效率及生活质量得到了极大的改善和提高。但由于各种原因，电力设备及设施在使用中也存在不少问题和风险，有时甚至可能是灾难性的。根据《中国火灾统计年鉴》统计，因电力设备及设施在使用过程中造成的电气火灾占全国火灾总数的近30%，给人们的生活、生产、生命和财产造成了相当大的损失，而漏电引起的火灾又是电气火灾的主要原因，因此对漏电火灾的起因及监控进行研究具有重要意义。为此本文结合工程设计实例对电气火灾监控系统及其在高层建筑中的应用进行探讨。
1漏电火灾及其成因
1.1漏电火灾
漏电火灾是指当漏电发生时，供电线路漏泄的电流在流入大地途中，遇电阻较大的部位时会产生局部高温，致使附近的可燃物着火，从而引起火灾。此外，在漏电故障点产生的漏电火花或电弧，也同样可以引燃附近的可燃物造成火灾。
1.2漏电火灾的成因
⑴由漏电电流引起的火灾。因供电线路通常会有接触不实的情况，似接而非接而形成漏电故障点，并导致接触电阻较大，使过负荷保护装置难以动作，而且会在漏电故障点处产生电弧。据实测，即使只有0.5A的电流产生的电弧温度也可达2000℃以上，足以引燃漏电故障点附近可燃物造成火灾。
⑵由零线或地线在接线端子处连接不实引起的火灾。这会导致电阻过大，然而被供电设备依然会正常工作不受影响，故漏电故障点不易被发现。一旦漏电发生，由于故障点接头松动或被腐蚀等原因导致出现高阻，连接端子处会引起高温或电弧，从而引燃漏电故障点附近可燃物造成火灾。
（3）由漏电电压引起的火灾。在漏电持续发生后，由于电流不能流散，导致阻力小的另一回路通地，沿保护接零线（接地线）传导使所有与之相连的电气装置的金属外壳带有对地电压，并向邻近低电位的供暧管、燃气管等金属构件飞弧从而成为起火源，即使仅有20V的维持电压都可使电弧连续发生，从而引燃附近可燃物造成火灾。
⑷由零线或地线的线径选择过小引起的火灾。因零线或地线的线径选择过小，当通过较大的漏电电流时，会引起导线的温度不断升高，甚至引起导线的绝缘体发生燃烧，从而引燃导线附近可燃物火灾。
2剩余电流式电气火灾监控系统原理与应用
2.1系统特点
在高层建筑中，保障防火安全的消防电子系统主要由火灾自动报警系统和剩余电流式电气火灾监控系统组成，它们分别承担不同的任务且相互独立，其关系和区别见表1。可见，在高层建筑中采用的剩余电流式电气火灾监控系统，其特点在于漏电监控方面属于早期预报警系统，与火灾自动报警系统不同的是，电气火灾监控系统可以在火灾发生前报警，从而避免损失，而火灾自动报警系统只能在确认火灾发生后减少损失。
2.2设计依据
近年来我国为加强电气火灾防范的监控力度，相继制订或修改了相关国家标准规范，为剩余电流式电气火灾监控系统的设计及应用提供了依据，主要包括：①GB50045-95（2005版）《高层民用建筑设计防火规范》第9.5.1条：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；②GB50016-2006《建筑设计防火规范》第11.2.7条：各种类型的影剧院、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；③《建筑电气火灾预防要求和检测方法》有关条文也明确要求“应在电源进线端设置自动切断电源或报警的剩余电流动作保护器”；④GB14287-2005《电气火灾监控系统》规定了相应产品必须满足的技术要求；⑤JGJ16-2008《民用建筑电气设计规范》第13.12篇规定了防火剩余电流动作报警系统设计应满足的要求。
2.3系统构成
剩余电流式电气火灾监控系统由电气火灾监控装置、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等3个最基本的设备组成。其中火灾监控探测器又由监控探测器和剩余电流互感器（分对插式、闭合式两种）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。
2.4监控原理
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测器即发出漏电报警，并同时输出脱扣跳闸信号切断相应故障线路电源。漏电检测如图1。
2.5实施方案
通过在被监控电力配电线路主开关下方安装剩余电流式电气火灾探测器和剩余电流互感器，并通过信号总线实现与电气火灾监控主机间的信息通讯来实现对电气火灾的监控，如图2。
根据工程设计的实际需要，监控系统可在整个电力系统的任何一条配电线路上安装，并承担对安装节点以下的相关电气线路和设备的漏电监控报警，起到脱扣跳闸保护的作用。同时也能根据电力设计的需要而组成二级或多级监控实施保护，并实现在相应线路漏电故障报警时有选择性地脱扣跳闸保护。
3工程设置与实例
3.1设置要求
JGJ16-2008《民用建筑电气设计规范》第13.12.3条规定：采用独立型剩余电流动作报警器且点数较少时，可自行组成系统亦可采用编码模块接入火灾自动报警系统，报警点位号在火灾报警器上显示应区别于火灾探测器编号。可见剩余电流动作报警器在电气火灾监控系统的应用中应独立配置，并能自行组成系统或作为火灾自动报警系统的一个子系统对电力配电系统因漏电可能引发的火灾实施监控报警。
系统设置主要要求如下：①具有预警功能，能在被监控参数发生异常但未达到监控报警值前发出预报警信号；②系统设计以漏电监控保护为主，而以接触式测温作为辅助手段对配电线路电缆实时温度监控；③系统监控点主要设置在第2级配电的进线或出线侧，当需采用分级保护系统时，也可在末级配电的进线侧配置，但不宜配置在末级配电出线和第1级大容量配电出线回路上；④一般采用报警不脱扣跳闸，只有在需立即切断电源以保障安全的场所才采用监控报警时输出脱扣信号跳闸，此外对过载和温度的监控只作用于报警，不联动主开关跳闸；⑤在低压配电的2、3级配电系统中，对漏电报警有分级监控要求且要采取自动跳闸的保护对象，如网吧、KTV等场所，需以不同的脱扣延时来获取自动跳闸的选择性，而上下级延时时阶不宜小于0.5s；⑥系统监控节点少于16点的小规模工程可不配置独立主机和信号总线，应选用独立型剩余电流监控探测器，通过火灾自动报警系统的编码模块将各监控节点信号接入火灾自动报警系统。
3.2工程设计实例
笔者负责设计的上海市某大厦项目，总建筑面积46456m2，地下2层，主要为车库、各种机房、库房，地上主楼29层，裙楼9层，主要为会议室、餐厅、办公用房等。建筑主体高度116.3m，结构形式为混凝土框架，属于一类建筑。根据GB50116-98《火灾自动报警系统设计规范》第3.1.1条的规定，本工程火灾自动报警系统的保护对象为特级，同时根据JGJ16-2008《民用建筑电气设计规范》第13.12.1条第1点的规定，本工程应设置防火剩余电流动作报警系统。因此在下列电力线路或设备处进行了监控点配置：①变电所低压配电重要出线回路；②楼层和地下车库防火分区照明干线配电箱的进线总开关；③应急照明区域配电箱或楼层干线配电箱的总开关；④消防水泵、消防风机、消防电梯等重要消防负荷的电源配电箱总开关；⑤客梯、空调、风机等一般电力干线配电箱的总开关；⑥厨房等火灾危险性大的场所配电箱的总开关。
本工程剩余电流式电气火灾监控系统对在火灾时仍需保持供电的消防设备、应急照明及其它不允许停电的专用供电线路只设置作用于报警不输出脱扣信号的监控节点。而在同一配电箱柜内多路配电干线首端的监控节点采用了具有多回路监控功能的设备。本系统的多回路监控能在一个共用的监控器上实现对多个配电回路的监控参数显示、操作、设定和报警等功能。本监控系统主机设置于首层的消防控制室，以独立子系统形式通过RS485通信接口与火灾自动报警系统主机实现连接，其消防控制室平面布置及监控系统分别如图3~4所示。另外，本工程电力系统接地保护采用TN-S系统，为保证其与火灾监控系统准确配合，采用了图5的连接方式。
3.3剩余电流报警动作值的设置
因监控节点剩余电流报警动作值能否正确选择关系到电力线路的可靠运行，是监控系统能否起到真正预防电气火灾发生的关键。关于剩余电流报警动作值的设置问题，目前在业界的各种学术讨论会和相关技术文章中有不同提法，普遍认为应是配电线路和用电设备正常泄漏电流的2~4倍。JGJ16-2008《民用建筑电气设计规范》第13.12.6条采用了现行IEC标准的规定，确定了防火剩余电流动作值宜为500mA，但剩余电流式电气火灾监控系统是近年的新技术，可能有不完善之处，需要在实际应用中积累经验。因此目前剩余电流报警动作值可按GB13955-2005《剩余电流动作保护装置安装和运行》的第5.7.5条：“选用的剩余电流保护装置的额定剩余不动作电流，应不小于被保护电气线路和设备的正常
运行时泄漏电流最大值的2倍”以及附录B的第B.6条：“IΔno定义为额定剩余动作电流，额定剩余不动作电流的优先值为0.5IΔno，如采用其他值时，应大于0.5IΔno”的相关条文来确定设置。一般情况下，剩余电流报警动作值宜为500mA，当回路的自然漏电流较大而无法满足测量要求时，宜采用门槛电平连续可调的剩余电流动作报警器或分段报警方式抵消自然泄漏电流的影响。因此，笔者建议剩余电流报警动作值应按不小于正常泄漏电流值的4倍来整定，且不应大于1000mA，这样设置既可保证剩余电流报警动作的可靠性，又可防止固有剩余电流造成的误报警。
4 Acre1-6000电气火灾监控系统解决方案
Acre1-6000电气火灾监控系统，是根据国家现行规范标准由3044am永利集团3044noc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，保证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。
（1）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、国家重点消防单位以及石油化工、文教卫生、金融、电信等领域。
（2）系统结构
（3）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
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
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。
（4） 配置方案
5结语
随着技术的不断进步，剩余电流式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。
【参考文献】
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[2]JGJ16-2008民用建筑电气设计规范［S］
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[4]GB13955-2005剩余电流动作保护装置安装和运行［S］
[5]GB50116-98火灾自动报警系统设计规范［S］
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