安科瑞 陳聰 周潔 陳正 于洋

摘要：本文簡述了電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的組成原理，分析了電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)在應用中的設計依據(jù)和相關(guān)規(guī)范。最后通過安科瑞剩余電流式電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)在白銀市第一人民醫(yī)院門診綜合樓項目的實例介紹，闡述了電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)功能的實現(xiàn)及其重要意義。

關(guān)鍵詞： 電氣火災；剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器；監(jiān)控系統(tǒng)；Acrel-6000/B；白銀市第一人民醫(yī)院。

0 概述

      本項目為白銀市第一人民醫(yī)院門診綜合樓變電所部分電氣火災系統(tǒng)，白銀市第一人民醫(yī)院門診綜合樓現(xiàn)場共有ARCM200BL-J4剩余電流式火災探測器8只，安裝于變電所配電柜。現(xiàn)場火災探測器采用總線方式接至消控中心的Acrel-6000/B壁掛式電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)具有安裝運輸方便、性價比高、維護方便等優(yōu)點。

1 參考標準

    近年來，國家為了加大電氣火災監(jiān)控防范的力度，相繼制訂或修改了一批相關(guān)標準規(guī)范，加強對電氣火災的預防。主要有：

    (1)．是GB50045-95(2005版)《高層民用建筑設計防火規(guī)范》，其中在條文9.5.1里規(guī)定:高層建筑內(nèi)火災危險性大、人員密集等場所宜設置漏電火災報警系統(tǒng)。

    (2)．是GB50016-2006《建筑設計防火規(guī)范》，在條文11.2.7里規(guī)定:下列場所宜設置剩余電流動作電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)。這些場所包括各種類型的影劇院、館所、倉庫、住宅小區(qū)、醫(yī)院、商店、學校等等。

    (3)．國家標準《建筑電氣火災預防要求和檢測方法》有關(guān)條文也明確要求“應在電源進線端設置自動切斷電源或報警的剩余電流動作保護器”。

    (4)．電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的產(chǎn)品應滿足:GB14287.1-2005《電氣火災監(jiān)控設備》、 GB14287.2-2005《剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器》、GB14287.3-2005《測溫式電氣火災監(jiān)控探測器》

    (5)．電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的安裝和運行應滿足GB13955-2005《剩余電流動作保護裝置安裝和運行》

    (6)．電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的供電應滿足GB50052《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》的要求

    (7)．電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的設計應滿足《電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的設計方法》的要求(暫行規(guī)定)

2 系統(tǒng)組成

    根據(jù)國家標準GB14287-2005《電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)》以及相關(guān)規(guī)范《電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的設計方法》(暫行規(guī)定)，則電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的基本組成應包括：電氣火災監(jiān)控設備、剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器以及測溫式電氣火災監(jiān)控探測器等三個基本產(chǎn)品種類所組成。

    剩余電流式電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，由站控管理層、網(wǎng)絡通訊層和現(xiàn)場設備層組成。各電氣火災監(jiān)控探測器通過屏蔽雙絞線RS485接口，采用MODBUS通訊協(xié)議總線型連接接入通訊服務器，然后通過五類線TCP/TP協(xié)議進入工業(yè)交換機，然后通過光纜到達監(jiān)控主機。

系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

1）站控管理層

    站控管理層針對電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的管理人員，是人機交互的直接窗口，也是系統(tǒng)的上層部分。主要由系統(tǒng)軟件和必要的硬件設備，如觸摸屏、UPS電源等組成。監(jiān)測系統(tǒng)軟件對現(xiàn)場各類數(shù)據(jù)信息計算、分析、處理，并以圖形、數(shù)顯、聲音、指示燈等方式反應現(xiàn)場運情況。

    監(jiān)控主機：用于數(shù)據(jù)采集、處理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。為系統(tǒng)內(nèi)或外部提供數(shù)據(jù)接口，進行系統(tǒng)管理、維護和分析工作。

    UPS：保證計算機監(jiān)測系統(tǒng)的正常供電，在整個系統(tǒng)發(fā)生供電問題時，保證站控管理層設備的正常運行。

    后臺監(jiān)控設備設置在消控中心。
2）網(wǎng)絡通訊層

    通訊介質(zhì)：系統(tǒng)主要采用屏蔽雙絞線，以RS485接口，MODBUS通訊協(xié)議實現(xiàn)現(xiàn)場設備與上位機的實時通訊。

3）現(xiàn)場設備層

    現(xiàn)場設備層是數(shù)據(jù)采集終端，主要為ARCM200BL-J4剩余式電氣火災監(jiān)控探測器。ARCM200型剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器，是針對 0.4kV 以下的TT、TN 系統(tǒng)設計的，通過對配電回路的剩余電流、導線溫度、過電流、過電壓等火災危險參數(shù)實施監(jiān)控和管理，從而預防電氣火災的發(fā)生。產(chǎn)品采用的微控制器技術(shù)，集成度高，體積小巧，安裝方便，集智能化，數(shù)字化，網(wǎng)絡化于一身，是建筑電氣火災預防監(jiān)控、系統(tǒng)絕緣老化預估等的理想選擇。產(chǎn)品符合 GB14287.2-2005《電氣火災監(jiān)控系統(tǒng) 第2部分：剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器》的標準要求。

    現(xiàn)場總線連接的分布式I/O控制器構(gòu)成數(shù)據(jù)采集終端，向數(shù)據(jù)中心上傳采集的數(shù)據(jù)。測量探測器擔負著基層的數(shù)據(jù)采集任務，其監(jiān)測的數(shù)據(jù)須完整、準確并實時傳送至監(jiān)控主機。便于運行人員監(jiān)控現(xiàn)場設備運行狀態(tài)，故障報警等情況，有效預防火災事故發(fā)生。

3 系統(tǒng)特點和工作原理

    電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的特點在于剩余電流電監(jiān)控方面屬于先期預報警系統(tǒng)。與傳統(tǒng)火災自動報警系統(tǒng)不同，電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)早期報警是為了避免損失，而傳統(tǒng)火災自動報警系統(tǒng)是為了減少損失。所以，這就是說為什么不管是新建或是改建工程項目，尤其是已經(jīng)安裝了火災自動報警系統(tǒng)的單位，仍需要安裝電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的根本原因。

    電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)測量剩余電流和溫度兩個物理量。

    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出的二次電流也為0;當某相對大地發(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探測器，經(jīng)運算放大、A/D轉(zhuǎn)換后送入CPU，經(jīng)過一系列算法后，對變化的幅值進行分析、判斷，并與報警設定值進行比較，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監(jiān)控設備。

    溫度測量采用溫度傳感器，一般采用Pt100傳感器進行測量。該種類型的溫度傳感器測溫穩(wěn)定、量程范圍大，適合在現(xiàn)場監(jiān)測線纜溫度和環(huán)境溫度使用。當溫度發(fā)生變化時，Pt100自身阻值發(fā)生同比例變化，將該電阻信號傳輸?shù)诫姎饣馂奶綔y器，經(jīng)過一系列信號轉(zhuǎn)化和運算后，將最終結(jié)果同溫度報警定值進行比較，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監(jiān)控設備。

4 系統(tǒng)參數(shù)的配置

4.1 報警值設置范圍

    依據(jù)國家標準GB14287.2-2005中的規(guī)定，剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器的報警值設置范圍在20~1000mA之間。按此要求，一般把電源總進線處的剩余電流動作值定為400~800mA，電源分支線路上的剩余電流動作值定為100~400mA.一般在實際現(xiàn)場，設置剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器的報警值，具體地說應不小于被保護電氣線路和設備的正常運行時泄漏電流值的2倍，且不大于1000mA。電氣火災探測器的報警設定值應考慮配電系統(tǒng)及用電設備的正常泄漏電流。

4.2 關(guān)于電纜溫升報警設定參考，根據(jù)《電力電纜設計規(guī)范》對電纜有關(guān)溫度的規(guī)定

    (1)60℃以上高溫場所應按經(jīng)受高溫及其持續(xù)時間和絕緣類型要求，選用耐熱聚氯乙烯、交聯(lián)聚乙烯或乙丙橡皮絕緣等耐熱型電纜100℃以上高溫環(huán)境宜選用礦物絕緣電纜。高溫場所不宜選用普通聚氯乙烯絕緣電纜。

    (2)電纜持續(xù)允許載流量的環(huán)境溫度應按使用地區(qū)的氣象溫度多年平均值確定，并應符合規(guī)定。在戶內(nèi)電纜溝敷設時，環(huán)境溫度為場所高溫度平均值另加5℃.

    (3)電纜所承受溫升與敷設及散熱條件有關(guān)。 

5 系統(tǒng)介紹

    Acrel-6000電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)是本公司自主研發(fā)的用于接收剩余電流式電氣火災探測器等現(xiàn)場設備信號，以實現(xiàn)對被保護電氣線路的報警、監(jiān)視、控制、管理的運行于計算機的工業(yè)級硬件/軟件系統(tǒng)。本系統(tǒng)應用于大型商場、生活小區(qū)、生產(chǎn)基礎、辦公大樓、商場酒店等區(qū)域的消防控制中心，對分散在建筑內(nèi)的探測器進行遙測、遙調(diào)、遙控、遙信，方便實現(xiàn)監(jiān)控與管理。本系統(tǒng)采用標準的Modbus現(xiàn)場總線將具有通信功能的探測器相互連接起來，當現(xiàn)場保護線路中的被探測參數(shù)超過報警設定值時，能發(fā)出報警信號、控制信號，能指示報警部位并保存報警信息。

主要技術(shù)參數(shù)

(1).電源：                                                            

① 額定工作電壓AC220V（-15% ～ +10%）

② 備用電源：主電源欠壓或停電時，維持監(jiān)控設備工作時間 ≥4小時

(2).工作制：

24小時工作制

(3).通訊方式：

RS485總線通訊，Modbus-RTU通信協(xié)議，傳輸距離1km，可通過中繼器延長通訊傳輸距離

(4).監(jiān)控容量：

① 監(jiān)控設備可監(jiān)控200個監(jiān)控單元（探測器）

② 可配接ARCM系列監(jiān)控探測器

(5).監(jiān)控報警項目：

① 剩余電流故障（漏電）：故障單元屬性（部位、類型）

② 溫度報警（超溫）： 故障單元屬性（部位、類型）

③ 電流故障（過流）： 故障單元屬性（部位、類型）

監(jiān)控報警響應時間： ≤30s

監(jiān)控報警聲壓級（A計權(quán)）：≥70dB／1m

監(jiān)控報警光顯示：紅色LED指示燈，紅色光報警信號應保持，直至手動復位

監(jiān)控報警聲信號：可手動消除，當再次有報警信號輸入時，能再次啟動

(6).故障報警項目：

① 監(jiān)控設備與探測器之間的通訊連接線發(fā)生斷路或短路

② 監(jiān)控設備主電源欠壓或斷電

③ 給電池充電的充電器與電池之間的連接線發(fā)生斷路或短路

故障報警響應時間：≤100s

監(jiān)控報警聲壓級（A計權(quán)）：≥70dB／1m

監(jiān)控報警光顯示：黃色LED指示燈，黃色光報警信號應保持至故障排除

故障報警聲信號：可手動消除，當再次有報警信號輸入時，能再次啟動

故障期間，非故障回路的正常工作不受影響

(7).控制輸出：

報警控制輸出：1組常開無源觸點，容量：AC250V 3A或DC30V 3A

(8).自檢項目：

① 指示燈檢查：報警、故障、運行、主電源、備用電源指示燈

② 顯示屏檢查

③ 音響器件檢查

自檢耗時 ≤60s

(9).事件記錄：

① 記錄內(nèi)容：記錄類型、發(fā)生時間、探測器編號、區(qū)域、故障描述，可存儲記錄不少于2萬條

② 記錄查詢：根據(jù)記錄的日期、類型等條件查詢

(10).操作分級：

① 日常值班級：實時狀態(tài)監(jiān)視、事件記錄查詢

② 監(jiān)控操作級：實時狀態(tài)監(jiān)視、事件記錄查詢、探測器遠程復位、設備自檢

③ 系統(tǒng)管理級：實時狀態(tài)監(jiān)視、事件記錄查詢、探測器遠程復位、設備自檢，監(jiān)控設備系統(tǒng)參數(shù)查詢、監(jiān)控設備各模塊單獨檢測、操作員添加與刪除

(11).使用環(huán)境條件：

① 工作場所：消防控制室內(nèi)、有人值班的變配電所（配電室）、有人值班的房間內(nèi)墻壁上

② 工作環(huán)境溫度：0℃～40℃

③ 工作環(huán)境相對濕度：5%～95%RH

④ 海拔高度：≤2500m

基本功能

(1).監(jiān)控報警功能：

    監(jiān)控設備能接收多臺探測器的漏電、溫度信息，報警時發(fā)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，直至按顯示屏“復位”按鈕遠程對探測器實現(xiàn)復位。對于聲音報警信號也可以使用顯示屏“消聲”按鈕手動消除。

(2).故障報警功能：

    通訊故障報警：當監(jiān)控設備與所接的任一臺探測器之間發(fā)生通訊故障時，監(jiān)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(fā)出故障報警聲音。

電源故障報警：當主電源或備用電源發(fā)生故障時，監(jiān)控設備也發(fā)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。

(3).自檢功能：

    檢查設備中所有狀態(tài)指示燈、顯示屏、喇叭是否正常。

(4).報警記錄存儲查詢功能：

    當發(fā)生漏電、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(shù)據(jù)庫中，當報警解除、排除故障時，同樣予以記錄。歷史數(shù)據(jù)提供多種便捷、快速的查詢方法。

(5).電源功能：

    當主電源發(fā)生停電、欠壓等故障時，監(jiān)控設備可自動切換到備用電源工作，當主電源恢復正常供電時，自動切回到主電源，切換過程中保證監(jiān)控設備連續(xù)平穩(wěn)運行。

(6).對探測器控制功能：

    通過監(jiān)控軟件操作，可對連接到本設備的所有探測器進行遠程復位控制。

(7).權(quán)限控制功能：

    為確保監(jiān)控系統(tǒng)的安全運行，監(jiān)控設備軟件操作權(quán)限分為三級，不同級別的操作員具有不同的操作權(quán)限。

    該系統(tǒng)自投運以來，運行良好，在預防電氣火災方面發(fā)揮了重要作用，獲得了客戶對產(chǎn)品和公司的認可與信賴。