ARCM系列電氣火災監控探測器的設計和應用
裴善勇1 林思和1
1上海安科瑞電氣股份有限公司 上海市201801
摘要：本文對電氣火災的產生原因進行了分析，列出了電氣火災監控防范的相關標準。簡述了ARCM200剩余電流式電氣火災探測器的設計原理以及該產品在2010年廣州亞運會海心沙項目系統中的實際應用。并分析了電氣火災監控系統應用中應注意的問題。
關鍵字：剩余電流;電氣火災監控探測器;亞運會
近年來，我國國民經濟的高速增長，各行業用電量的大幅度增加，同時伴隨著電氣火災也呈現逐年上升的趨勢，給國民經濟和人民生命財產造成巨大損失。而接地故障火災是最常見的多發電氣火災。為避免接地故障引發的火災，在建筑電氣中已開始廣泛使用電氣火災監控系統。電氣火災監控系統能準確監測電氣線路的故障和異常狀態，能發現電氣火災的火災隱患，及時報警提醒工作人員去消除這些隱患。 國家也頒布了相應的標準來規范電氣火災監控系統，例如《建筑設計防火規范》GB50016-2006，《高層民用建筑設計防火規范》GB50045-2005，《電氣火災監控系統》GB 14287等。本文介紹了ARCM系列電氣火災監控探測器的設計原理，及在廣州亞運會海心沙場館中實際應用。
一、電氣火災分析
電氣火災的發生有以下原因：電火花與電弧;電氣設備或電氣線路上產生高溫導致;由于線路端子導線與端子接觸不良產生的危險高溫。
數據統計發現電氣火災的引發有一半是由于接地故障造成的。接地故障的發生主要是由于電氣線路的絕緣層老化，導致絕緣性能降低，從而在帶電導線和大地、電氣設備金屬外殼間產生剩余電流(又稱泄露電流或漏電流)，由于接地故障回路阻抗大，往往會產生微小的電弧型放電，電弧放電產生熱量加劇線路絕緣老化。絕緣老化、剩余電流、微小放電三者之間產生惡性循環，放電電弧達到一定程度時(幾百毫安的剩余電流電弧產生的局部高溫可達2000℃以上)，高溫引燃周圍的可燃物而引起火災。而配電系統中的電流保護器在微弱的放電打火過程中無法動作，而發生動作切斷電源時火災已經發生，未能在火災發生前及時切斷。
這類電氣火災的引發是由于非正常的剩余電流所引發的。故需要有專門檢測線路中剩余電流的裝置，來實時地監測配電系統的絕緣情況，繼而實現該類電氣火災的提前預警，達到消除火災隱患的目的。
二、原理描述：
電氣火災監控系統中主要的元件為剩余電流式電氣火災監控探測器。探測器通過剩余電流互感器實現對剩余電流信號的檢測，如圖1 所示。根據基爾霍夫電流定律 (KCL) 可知從電源端流出的電流會等于流回的電流，其相量形式如下：
在圖1 中，將三相導線及N線全部穿過剩余電流互感器，檢測的電流為
，而剩余電流為
，即：
由于二次電流大小與一次電流(
)呈一定的比例關系，就可以通過測量剩余電流互感器二次側的電流來測量一次側的剩余電流。根據檢測到的剩余電流大小,探測器可通過預先設定的程序發出各種指令,或切斷電源,或發出報警信號等。
圖1 剩余電流檢測
上海安科瑞股份有限公司生產的ARCM200/300剩余電流式電氣火災探測器產品采用32位MCU實現，功能主要包括多路剩余電流和溫度測量、報警、顯示、存儲、人機交互和通訊等。基本工作原理如下：
圖2 硬件設計原理框圖
剩余電流互感器將感應出來的信號傳輸到剩余電流采集模塊，經過信號的轉換濾波后MCU利用片內AD模塊對各個通道的信號量進行AD采樣，并進行相應的數學運算，完成信號的精確測量，再按設置的保護參數，進行報警保護處理。同時MCU根據探測器的狀態，來控制LED數碼管顯示、數據計算\存儲、外部通訊、鍵盤菜單操作、繼電器開關動作、蜂鳴器報警等工作。
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