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劉鴻鵬

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要:從建筑消防設施系統分析的角度，概述了對電氣火災監控系統(Alarm and control system for electric fireprevention)在建筑設計理念上的定位、功能、電氣火災監控產品的性能要求，結合可靠性理論對獨立式和非獨立式電氣火災監控系統的功能可靠性進行了分析，指出了應用選型范圍。

關鍵詞:電氣火災;火災監控系統;功能可靠性

0.引言

2008年11月14日，上海商學院的火災導致4名學生死亡,這又一次引發了人們對于電氣安全的關注。我國歷年的火災統計中,電氣一直是引發火災的主要原因之一。大量案例說明,電氣火災大部分是接地電弧性短路引起的火災,即所謂“漏電火災”。

作為降低火災發生概率的手段，建筑設計防火規范》GB50016-2006)《高層民用建筑設計防火規范》(GB50045-94(2005版))《電氣火災監控系統》(GB14287-2005)的頒布實施，為我國電氣火災技術防范注入了強大的推動力,對于遏制電氣火災、保障社會和諧發展具有重要的意義。

1 電氣火災監控系統在建筑消防設施運行可靠性系統中的定位

建筑消防設施的運行可靠性，是指建筑物、構筑物中設置的用于火災報警、滅火、人員疏散、防火分隔、滅火救*援行動等設施在火災風險中的成功概率。它是一種動態的、多方位的衡量指標，包括對建筑消防設施正常運行的3個主要環節:設施、管理、人員。建筑消防設施若要發揮其正常作用,從時序上看，包含4個重要的環節:火災預防、火災探測和報警、火災應急反應和滅火控制、火災后處理，

建筑消防設施作為一個可維修系統,就其任務而言,其相應運行可靠性簡化模型如圖1所示,可劃分為火災預防和應急處理兩個單元。其中，火災應急處理單元由火災預警、火災應急反應、火災控制與后處理3個子系統組成。失去控制的燃燒所形成的火災是這兩個單元全部失效造成的。其系統的可靠性是一個如圖1所示的混聯模型。

電氣火災監控系統是諸多火災預防手段的一種在現行的消防規范中將其與火災自動報警系統并行監控,并在消防控制室內設置系統主機;而火災報警系統中的切斷非消防電源是針對已經發生的火情采取的防正蔓延擴大的應急處理措施，屬于火災應急反應的范疇。上述兩種系統不能混為一談,更不能互相替代,原則上應該互相獨立。但筆者認為,在充分的硬件和軟件條件下,兩種系統并非絕對不可以兼容或合并。

2 電氣火災監控系統的設置

2.1 系統的組成

根據GB14287-2005的定義以及工程實踐經驗一個完整的電氣火災監控系統應包括:

(1)作為監視控制中心的電氣火災監控設備(監控主機);

(2)若干個分布于本建筑物配電系統各關鍵點的監控探測器(剩余電流式和測溫式);

（3)連接監控主機與各探測器的通信網絡(接口、通信總線及分支線、護線管槽);

(4)確保系統信息正確傳遞的中繼器件(地址編碼/收發器、中繼/隔離器、集線/分支器);

(5)運行于某種通信規約和人機交互平臺的軟件(中心與終端)。

根據多年的實踐經驗，并非任何場所的電氣火災監控(報警)系統都必須備齊上述所有部分。在總線敷設路徑簡單且距離不長的較小系統中，中繼器件不是必需的。在監控點少于8個且場所面積小于1500m的獨立區域,可以只設置能控制斷路器分閘的獨立式探測器,而不一定要連結成一個系統。

2.2 電氣火災監控探測器設置

電氣火災監控探測器主要包括剩余電流式和測溫式,其性能要求詳見《電氣火災監控系統》GB14287-2005)的第2、3部分,筆者僅就其應用進行說明

2.2.1 剩余電流式電氣火災監控探測器設置

剩余電流式電氣火災監控探測器設置部位見表1。

2.2.3 測溫式電氣火災監控探測器設置

測溫式電氣火災監控探測器設置應以探測電氣系統重點部位異常發熱為基本原則，宜設置在建筑物內高壓系統的變壓器柜、電容補償柜、整流柜、轉換柜等重點發熱部位。宜有選擇地探測1000A以上電纜接頭、電纜本體、開關觸點等部位。

被探測對象為絕緣體、或金屬殼體已可靠接地時宜將探測器的測溫探頭直接固定在被探測對象的表面,采用接觸式布置。也可間墊云母絕緣片固定在導電體表面。探測配電柜內部溫度變化時,測溫探頭可采用非接觸式布置，但應盡量靠近發熱部件測溫式電氣火災監控探測器設置部位見表2

2.3 電氣火災監控設備的系統設計要點

(1)電氣火災監控探測器數量超過8個,或場所面積大于1500m時，應將其連接成系統并設置電氣火災監控設備(以下簡稱“監控主機”)。

(2)“監控主機”應設置在消防控制室內或有人值班的場所,在確保“監控主機”的報警信息和故障信息能傳輸給消防控制室的前提下，“監控主機”可以設置在保護區域附近。

(3)“監控主機”輸出的報警信息和故障信息(一般是開關量)可以接入消防控制室內的火災報警系統的顯示裝置,集中顯示;此時火災報警系統的軟件設置應作相應匹配,使該類信息的顯示與火災報警信息和可燃氣體報警信息顯示有明顯區別。絕大多數情況下，電氣火災“監控主機”與火災報警系統主機同室并列放置,故不推薦合并顯示。

(4)電氣火災“監控主機”的安裝設置應參照火災報警控制器的設置要求,其主電源必須是消防電源。

3 電氣火災監控系統設計的可靠性分析

可靠性是指產品在規定的條件下和規定的時間內完成規定功能的能力，可靠性的概率度量稱為可靠度:產品的可靠性是關于時間的函數。其中，產品是一種通用術語,是指從系統、設備、組件到原件的任何物品;而規定的條件是指產品在其壽命周期內所處的預先規定的全部外部條件。

根據可靠性理論,可靠性分析的前提是確定系統的結構,在電氣火災監控系統設計中，決定系統結構的關鍵是部件,即探測器的選型。

3.1 剩余電流火災報警系統的分類

通常剩余電流式電氣火災監控探測器有非獨立式和獨立式兩種

3.1.1 非獨立式探測器

非獨立式探測器能探測剩余電流，并在該剩余電流達到設定值時輸出一個報警信號(電信號或機械信號),它須與監控設備連用。

最簡單的非獨立式探測器僅由一個剩余電流互感器、一個微功率繼電器(如干簧管)組成。較完善的非獨立式探測器具有報警電流設定、地址編碼等功能，以集中方式供電。然而,由于沒有聲光報警,在現場不易及時發現準確的故障線路，這使其應用受到一定的限制

3.1.2 獨立式探測器

獨立式探測器能探測剩余電流，并在該剩余電流達到設定值時發出一定強度的聲報警和光報警信號:并予以保持,直至手動復位。除此,其還具有工作狀態指示燈和自檢功能。它可以單獨使用。

較完善的獨立式探測器具有報警電流設定、剩余電流電平顯示(電流數值或設定值百分比)報警信號輸出(電信號或機械觸點信號)脫扣信號輸出(控制斷路器的脫扣器動作的機械觸點信號)脫扣輸出延時設定等功能。

一般來說,獨立式探測器以現場220VAC方式供電,以便單獨使用。如果獨立式探測器采用集中24V方式供電，意味著必須要接到監控系統中，除非專門為它配一個降壓整流器

3.2剩余電流火災報警系統的可靠性分析

3.2.1 供電方式的選擇

針對上述兩種探測器,電氣火災監控系統有集中供電和現場供電兩種供電方式:

(1)集中供電方式。集中供電方式是由監控設備(主機、區域控制器)或專用整流器(消防電源)產生不高于24V的直流電源,通過專用電源線向系統內所有非獨立探測器供電，這和火災自動報警系統的“二總線”方式相同。集中供電方式的優點是:不管現場是否停電，探測器照樣能工作;而且24V是安全電壓，不會對人身造成危險。這用于火災自動報警系統里的感煙，感溫探測器等是很合適的。缺點是:一旦專用電源或導線發生問題,相當數量甚至全部的探測器都停止工作另外，目前電氣火災監控探測器的靜態工作電流比感煙、感溫探測器大數倍,為確保末端電壓,就要增加專用電源線的單線截面積,造成布線困難、投資增加。對每一個保護區而言,非獨立漏電火災探測器可靠工作單元的系統構成，如圖2所示

(2)現場供電方式。現場供電方式是探測器在各自的配電柜內,從斷路器的進線端就近取得交流電源，現場供電方式的優點是:無需專用整流器和專用電源線,系統網絡只有通信線,布線方便,成本較低,甚至可以采用無線通訊或載波通信。缺點是:配電柜上游斷電便停止工作。然而，現場供電方式的缺點無關大局，因為斷電后是不會發生電氣火災的。因此,現場供電方式更適合于電氣火災監控系統。

現場供電方式的工作特點是:現場報警控制、遠距離傳輸管理，系統的主要報警和控制功能都可以由現場獨立式漏電火災報警器來完成,采用獨立式探測器使現場人員能更直接地得到報警信息。獨立式漏電火災報警器工作可靠性原理圖,如圖3所示

3.2.2系統的功能可靠性分析

筆者從系統可靠性設計的角度對電氣火災監控系統的功能可靠性進行分析。系統是指由一些基本組件組成的具有某種特定功能的整體。任何系統的可靠性取決于組成它們的組件的可靠性以及這些組件對該系統功能作用的影響。漏電火災報警系統的可靠性與組成該系統的單元(或組件)的數目、單元(或組件)的可靠性以及單元(或組件)之間的相互功能關系有關。根據兩種系統設計功能的不同,得到兩種系統單元可靠性結構。

(1)串聯系統。在串聯系統中(如圖4所示),任一單元的失效(或故障)均可導致系統的失效(或故障)串聯系統無故障工作概率的變化與系統中的組件數有關。隨著組件數目的增加,系統的可靠度降低。系統的可靠性小于其中任何組件的可靠性，系統故障的概率高于任何組件故障的概率。

4.安科瑞電氣火災監控系統

4．1概述

Acre1-6000電氣火災監控系統，是根據國家現行規范標準由安科瑞電氣股份有限公司研發的全數字化獨立運行的系統，已通過國家消防電子產品質量監督檢驗中心的消防電子產品試驗認證，并且均通過嚴格的EMC電磁兼容試驗，確保了該系列產品在低壓配電系統中的安全正常運行，現均已批量生產并在全國得到廣泛地應用。該系統通過對剩余電流、過電流、過電壓、溫度和故障電弧等信號的采集與監視，實現對電氣火災的早期預防和報警，當必要時還能聯動切除被檢測到剩余電流、溫度和故障電弧等超標的配電回路;并根據用戶的需求，還可以滿足與AcreIEMS企業微電網管理云平臺或火災自動報警系統等進行數據交換和共享。

4．2應用場合

適用于智能樓宇、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業、國家*點消防單位以及石油化工、文教衛生、金融、電信等域。

4．3系統結構

4．4系統功能

1. 監控設備能接收多臺探測器的剩余電流、溫度信息，報警時發出聲、光報警信號，同時設備上紅色“報警”指示燈亮，顯示屏指示報警部位及報警類型，記錄報警時間，聲光報警一直保持，直至按設備的“復位”按鈕或觸摸屏的“復位”按鍵遠程對探測器實現復位。對于聲音報警信號也可以使用觸摸屏“消聲”按鍵手動消除。

1. 當被監測回路報警時，控制輸出繼電器閉合，用于控制被保護電路或其他設備，當報警消除后，控制輸出繼電器釋放。

2. 通訊故障報警：當監控設備與所接的任一臺探測器之間發生通訊故障或探測器本身發生故障時，監控畫面中相應的探測器顯示故障提示，同時設備上的黃色“故障”指示燈亮，并發出故障報警聲音。電源故障報警：當主電源或備用電源發生故障時，監控設備也發出聲光報警信號并顯示故障信息，可進入相應的界面查看詳細信息并可解除報警聲響。

1. 當發生剩余電流、超溫報警或通訊、電源故障時，將報警部位、故障信息、報警時間等信息存儲在數據庫中，當報警解除、排除故障時，同樣予以記錄。歷史數據提供多種便捷、快速的查詢方法。

4．5配置方案

5.結束語

漏電火災報警系統作為一種火災危險預防設施其核心任務是監控電氣所可能帶來的火災或漏電危險。對于非獨立式探測器,因其在現場沒有聲、光報警和控制功能，只能在總控室的監控臺上感知發生故障的線路,不便于管理人員對現場用電的管理，其功能可靠性結構制約了其在大型項目上的應用，一般建筑面積超過3000m’的建筑,不宜采用非獨立式探測器。如果工程的某個局部只追求單個探測器的低成本而沒有進行多面的衡量,將會使整個投資的無效性增加,性價比嚴重下滑,也會帶來很多后續工程、使用管理、維護服務等方面的問題。