Acrel-6000電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)在內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)工科實(shí)驗(yàn)樓的應(yīng)用
徐霜
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定
摘要:建筑電氣火災(zāi)作為一種災(zāi)害,在經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的形勢下,給國家財產(chǎn)和人民的生命安全造成的損失也與日俱增。據(jù)統(tǒng)計(jì),80 %以上的火災(zāi)為建筑火災(zāi),而電氣則是引發(fā)建筑火災(zāi)的首要因素。為預(yù)防接地故障引起的電氣火災(zāi),國家和各地區(qū)已經(jīng)制定了相關(guān)電氣火災(zāi)防范的強(qiáng)制規(guī)定。在各種人員密集型場所安裝電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)可以有效的預(yù)防電氣火災(zāi)的發(fā)生。本文通過介紹安科瑞Acrel-6000/B電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)在內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)工科實(shí)驗(yàn)樓項(xiàng)目中的應(yīng)用,簡析相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)規(guī)范,概述電氣火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)在電氣火災(zāi)預(yù)防方面的具體架構(gòu)以及其優(yōu)越性。
0. 前言
公安部消防局《中國火災(zāi)統(tǒng)計(jì)年鑒》顯示:近十年的火災(zāi)事故中,電氣火災(zāi)居首位,且所占比例在30%,且逐年呈上升趨勢,造成的損失十分慘重。事實(shí)上,電氣火災(zāi)已成為消防安全的主要致災(zāi)因素,不僅次數(shù)多、損失大,而且多年來一直居高不下。
公共建筑電氣火災(zāi)預(yù)防主要難點(diǎn)有以下幾個方面:
0.1 配電系統(tǒng)的電纜一般都在橋架內(nèi),當(dāng)線纜老化并發(fā)生漏電時,若沒有系統(tǒng)的預(yù)警,現(xiàn)場管理人員無從查找故障點(diǎn)。
0.2 電氣火災(zāi)隱患產(chǎn)生非常隱蔽,無論在時間上還是在空間上都無跡可尋。
0.3 本建筑性質(zhì)為公共建筑,對配電系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性、配電系統(tǒng)安全性要求都很高,電氣火災(zāi)隱患的預(yù)防就顯得十分重要。
針對以上幾個方面,安科瑞電氣股份有限公司以其自主研發(fā)的ARCM系列電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器為基礎(chǔ),通過對RS485總線技術(shù)、終端微機(jī)軟件顯示技術(shù)的集成,研發(fā)了安科瑞Acrel-6000/B電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)后臺在顯示各個探測點(diǎn)位數(shù)據(jù)的同時,還提供越限聲光報警、人性化的界面等功能。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了配電系統(tǒng)的24小時無人實(shí)時監(jiān)控,減少了人力成本,提高了電氣火災(zāi)隱患的排除效率。
本文就電氣火災(zāi)系統(tǒng)在內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)工科實(shí)驗(yàn)樓項(xiàng)目中的應(yīng)用,簡單介紹安科瑞Acrel-6000/B電氣火災(zāi)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用和其實(shí)際意義。
1. 項(xiàng)目概況
內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)是內(nèi)蒙古自治區(qū)重點(diǎn)大學(xué),教育部西部重點(diǎn)建設(shè)十四所高校之一,國家林業(yè)局和自治區(qū)人民政府合作共建高校,國家西部大開發(fā)“一省一!敝攸c(diǎn)支持建設(shè)的大學(xué),國家“中西部高;A(chǔ)能力建設(shè)工程”高校,國家"特色重點(diǎn)學(xué)科項(xiàng)目"建設(shè)高校,“卓越農(nóng)林人才教育培養(yǎng)計(jì)劃”試點(diǎn)高校。校園位于內(nèi)蒙古自治區(qū)歷史文化名城--呼和浩特市,被譽(yù)為塞外“花園式高等學(xué)府”。內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)成立于1952年,是內(nèi)蒙古自治區(qū)成立最早的本科高等學(xué)校,是國家大學(xué)生文化素質(zhì)教育基地院校之一,國家級大學(xué)生校外實(shí)踐教育基地院校,是國家草業(yè)學(xué)會會長單位之一,截至2014年5月,學(xué)?傉嫉孛娣e1.5萬畝,其中教學(xué)科研用地1萬畝,教學(xué)行政用房面積45.7萬平方米,標(biāo)準(zhǔn)田徑場(館)4個,圖書館建筑面積3萬平方米,此次需要做電氣火災(zāi)監(jiān)控的工科實(shí)驗(yàn)樓共計(jì)地下一層,地上八層,總面積達(dá)40000平方米,樓內(nèi)有3個強(qiáng)電豎井,共有69個配電回路需要做漏電流監(jiān)控。作為公共建筑,其人員密集度高、對其安用電安全性要求較高,且在電力配電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的要求也是非常嚴(yán)格的。
鑒于以上項(xiàng)目情況,為了監(jiān)控整個配電系統(tǒng)是否存在電氣火災(zāi)隱患,現(xiàn)須根據(jù)本項(xiàng)目的情況設(shè)計(jì)一套電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。
針對本項(xiàng)目的特性,為預(yù)防接地故障引起的電氣火災(zāi),結(jié)合本工程的重要性,本工程所有照明、動力配電系統(tǒng)均配置漏電火災(zāi)報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)主機(jī)、現(xiàn)場監(jiān)控器以及數(shù)據(jù)集中控制器。漏電火災(zāi)報警主機(jī)設(shè)置在消防控制室。系統(tǒng)在各個樓層豎井配電箱的進(jìn)線設(shè)置漏電火災(zāi)探測器,對該處的漏電電流進(jìn)行監(jiān)控,當(dāng)探測到配電回路漏電電流大于300mA、工作電流超過時限設(shè)定的報警值時,即發(fā)出聲光報警信號,準(zhǔn)確報出故障點(diǎn)地址,監(jiān)視故障點(diǎn)變化,顯示其狀態(tài),對設(shè)備用電回路僅給出報警信號,不切斷其電源。
2. 參照標(biāo)準(zhǔn)
鑒于公共建筑發(fā)生火災(zāi)容易造成人員生命財產(chǎn)損失。為了加大電氣火災(zāi)監(jiān)控防范的力度,近年來,國家相繼制訂或修改了一批相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范已經(jīng)對電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)提出了具體的要求,本項(xiàng)目中選用的安科瑞Acrel-6000/B電氣火災(zāi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參照的標(biāo)準(zhǔn)主要有:
2.1 GB50045-95(2005版)《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》,其中在條文9.5.1里規(guī)定:高層建筑內(nèi)火災(zāi)危險性大、人員密集等場所宜設(shè)置漏電火災(zāi)報警系統(tǒng)。
2.2 國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑電氣火災(zāi)預(yù)防要求和檢測方法》有關(guān)條文也明確要求“應(yīng)在電源進(jìn)線端設(shè)置自動切斷電源或報警的剩余電流動作保護(hù)器。
2.3 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的產(chǎn)品應(yīng)滿足:GB14287.1-2005《電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備》、 GB14287.2-2005《剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器》、GB14287.3-2005《測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器》
2.4 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的安裝和運(yùn)行應(yīng)滿足GB13955-2005《剩余電流動作保護(hù)裝置安裝和運(yùn)行》
2.5 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的供電應(yīng)滿足GB50052《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求
2.6 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足《電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法》的要求(暫行規(guī)定)
3. 系統(tǒng)架構(gòu)及設(shè)計(jì)
電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)鋱D
3.1 站控管理層
站控管理層針對電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的管理人員,是人機(jī)交互的直接窗口,也是系統(tǒng)的最上層部分。安科瑞電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)充分考慮到用戶的操作習(xí)慣,和持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行,參照的相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。主機(jī)主要由監(jiān)控軟件、觸摸屏、UPS電源、打印機(jī)等設(shè)備組成。將現(xiàn)場的各類數(shù)據(jù)信息進(jìn)行計(jì)算、分析、處理,并以圖形、數(shù)顯、聲音、指示燈等方式反應(yīng)給終端管理人員。使管理人員能夠?qū)崟r掌握系統(tǒng)動態(tài),且實(shí)現(xiàn)故障信息可追循,信息可導(dǎo)出等功能。
鑒于本項(xiàng)目中儀表點(diǎn)位以及數(shù)據(jù)量的規(guī)模,現(xiàn)為項(xiàng)目配置安科瑞Acrel-6000/B主機(jī),本主機(jī)的具體參數(shù)見下文介紹。
3.2 網(wǎng)絡(luò)通訊層
本項(xiàng)目中的所有儀表須嚴(yán)格按照手拉手的形式連接,且所有的通訊總線須沿著弱電橋架鋪設(shè)。本項(xiàng)目的儀表分布在樓層強(qiáng)電間配電柜。
本項(xiàng)目的數(shù)據(jù)總線設(shè)計(jì)為兩根總線,獨(dú)立的總線便于后期系統(tǒng)的維護(hù),發(fā)生漏電流報警時也可以根據(jù)后期我方提供的點(diǎn)檢表快速定位故障回路,快速排除故障。
現(xiàn)場電氣火災(zāi)探測器通過雙絞線(ZR-RVSP2*1.0)以手拉手方式進(jìn)行通訊連接,每根總線的儀表數(shù)量在50只以內(nèi)。
3.3 現(xiàn)場設(shè)備層
本項(xiàng)目中主要是針對樓層配電箱的進(jìn)線回路安裝安科瑞導(dǎo)軌式電氣火災(zāi)探測器ARCM300-J1,通過導(dǎo)軌式電氣火災(zāi)探測器實(shí)時監(jiān)控配電回路的漏電流大小來顯示整個配電系統(tǒng)的工作狀態(tài)。
ARCM系列剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器,是針對 0.4kV 以下的TT、TN 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的,通過對配電回路的剩余電流、導(dǎo)線溫度等火災(zāi)危險參數(shù)實(shí)施監(jiān)控和管理,從而預(yù)防電氣火災(zāi)的發(fā)生,并實(shí)現(xiàn)了對多種電力參數(shù)的實(shí)時監(jiān)測,為能耗管理提供精確的數(shù)據(jù)。產(chǎn)品采用先進(jìn)的微控制器技術(shù),集成度高,體積小巧,安裝方便,集智能化,數(shù)字化,網(wǎng)絡(luò)化于一身,是建筑電氣火災(zāi)預(yù)防監(jiān)控、系統(tǒng)絕緣老化預(yù)估等的理想選擇。產(chǎn)品符合 GB14287.2-2005《電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng) 第2部分:剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器》的標(biāo)準(zhǔn)要求。
4. 系統(tǒng)特點(diǎn)和工作原理
鑒于本項(xiàng)目的規(guī)模,項(xiàng)目電氣火災(zāi)檢測點(diǎn)位的實(shí)際情況。無論在終端剩余電流探測器還是后臺主機(jī)都是根據(jù)本項(xiàng)目的實(shí)際情況來進(jìn)行設(shè)計(jì)的。
4.1 本項(xiàng)目的系統(tǒng)特點(diǎn)可總結(jié)為一下3點(diǎn):
4.1.1 終端探測器選用導(dǎo)軌式電氣火災(zāi)探測器,方便安裝、節(jié)省成本、便于后期維護(hù)。
4.1.2 RS485總線連接方便,可操作性強(qiáng)?偩布線時走的是弱電橋架,不會受到強(qiáng)電的影響,確保的整個系統(tǒng)的通訊穩(wěn)定。
4.1.3 考慮到本項(xiàng)目中儀表數(shù)據(jù)量,客戶要求。本項(xiàng)目的主機(jī)選用壁掛式。壁掛式主機(jī)界面簡潔,系統(tǒng)操作方便,適合本項(xiàng)目中的配電間環(huán)境和客戶的相關(guān)操作要求。
4.2 電氣火災(zāi)系統(tǒng)工作原理
4.2.1 剩余電流測量是根據(jù)基爾霍夫電流定律:在同一時刻,電路中流入和流出一個節(jié)點(diǎn)的電流矢量和為零。以TN-S系統(tǒng)為例,將A/B/C/N同時穿過剩余電流互感器,當(dāng)系統(tǒng)未發(fā)生漏電時,流入和流出剩余電流互感器的電流矢量和為零,此時,剩余電流互感器感應(yīng)出的二次電流也為0;當(dāng)某相對大地發(fā)生漏電,此時流入和流出剩余電流互感器的電流矢量和不再為零,其大小等于從大地流走的電流即漏電流。此漏電信號通過剩余電流互感器的二次接線傳輸至電氣火災(zāi)探測器,經(jīng)運(yùn)算放大、A/D轉(zhuǎn)換后送入CPU,經(jīng)過一系列算法后,對變化的幅值進(jìn)行分析、判斷,并與報警設(shè)定值進(jìn)行比較,若超出定值則發(fā)出聲光報警信號并上送至后臺電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備。
4.2.2 終端探測器負(fù)責(zé)監(jiān)測各個回路的剩余電流值,將剩余電流值的數(shù)據(jù)傳輸至系統(tǒng)主機(jī)。終端探測器還負(fù)責(zé)其監(jiān)測回路剩余電流值的實(shí)時顯示,同時能夠設(shè)置限值,當(dāng)剩余電流值越限時能夠發(fā)出聲光報警,提醒管理人員及時維護(hù)、整改。
4.2.3 儀表通過RS485總線將數(shù)據(jù)傳輸至系統(tǒng)主機(jī),系統(tǒng)主機(jī)將上傳數(shù)據(jù)通過圖形、報表、事件記錄等形式反映整個系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。
5. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)和方法
5.1 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主要監(jiān)測剩余電流和溫度兩類對象,在設(shè)計(jì)時應(yīng)注意的基本要點(diǎn)
5.1.1 關(guān)于剩余電流
由于剩余電流監(jiān)測的原理采用了基爾霍夫電流定律,所以,對所應(yīng)用的低壓配電系統(tǒng)形式有一定要求。目前,可以應(yīng)用剩余電流互感器的低壓配電系統(tǒng)有:TT系統(tǒng),IT系統(tǒng),TN-S系統(tǒng),不能使用在TN-C系統(tǒng)中。對將要設(shè)計(jì)安裝電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的用戶,不管是新工程或舊工程改造項(xiàng)目,首先要調(diào)查核實(shí)該用戶低壓配電系統(tǒng)的系統(tǒng)接地形式是什么,否則,設(shè)計(jì)安裝剩余電流互感器的點(diǎn)位進(jìn)行檢測是根本無法施行的。
關(guān)于AC220V單相供電系統(tǒng),剩余電流互感器只要套住L/N兩根電源線即可,但要求中性線N此后不容許再接地。對于AC380V三相供電系統(tǒng),由于有三相三線制、三相四線制、三相五線制等使用狀況,則根據(jù)具體情況將剩余電流互感器同時套住A/B/C三相電源線,或同時套住A/B/C/N線。同理,要求中性線N此后不許再接地,保護(hù)線PE不得穿過互感器。
在系統(tǒng)接地的形式為TN-C型時工業(yè)自動化網(wǎng),必須將其改造為TN-S型、TN-C-S型或局部TT型系統(tǒng)后,才可以安裝剩余電流檢測裝置。
5.1.2 關(guān)于溫度
溫度測量與系統(tǒng)接地的形式無關(guān),主要考慮包括線纜在內(nèi)的低壓配電裝置中關(guān)鍵部位的溫度,一般在二級保護(hù)的線路中應(yīng)用。溫度探頭Pt100可采用接觸式布置法,當(dāng)被檢測對象為絕緣體時,宜將探測器的溫度傳感器直接設(shè)置在被探測對象的表面。當(dāng)被檢測對象為配電柜內(nèi)部溫度變化時,可采用非接觸式布置,靠近發(fā)熱部件。
5.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的點(diǎn)位分配
根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB13955-2005《剩余電流動作保護(hù)裝置安裝和運(yùn)行》4.4條中關(guān)于分級保護(hù)的規(guī)定,安裝剩余電流火災(zāi)監(jiān)控裝置時,點(diǎn)位分配原則的步驟是:
5.2.1 研究分析被控低壓AC380V/220V配電線路的相關(guān)圖紙,將建筑電氣的分布情況調(diào)查核實(shí),確定配電設(shè)備(如配電柜、箱、盤、電纜等重要設(shè)備)的位置,把每一個監(jiān)控探測器分配到相應(yīng)的配電設(shè)備上,以此來確定探測器的數(shù)量,避免重設(shè)浪費(fèi)。
5.2.2 確定分級保護(hù)。為了縮小發(fā)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(diǎn)安裝三級(或兩級)不同容量的剩余電流保護(hù)裝置,以形成分級保護(hù)。根據(jù)用電負(fù)載及線路情況,一般分兩級或三級保護(hù),適用于城鎮(zhèn)和農(nóng)村第一級和第二級保護(hù)。
其中,重要線路應(yīng)包括安防、消防、應(yīng)急電源、通道照明線路及不容許停電的重要場所。
5.2.3 二級保護(hù)中,所有開關(guān)處都要設(shè)置安裝剩余電流火災(zāi)監(jiān)控探測器,即在線路的電源端(第一級保護(hù))和分支首端(第二級也稱為末端保護(hù))都要安裝剩余電流探測器,并接入電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng),只作火災(zāi)監(jiān)控報警用。
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