Acrel-6000/B電氣火災監控系統在上海118廣場項目中的應用
徐霜
（安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定）
摘要：醫院、酒店、倉庫、住宅小區、購物中心等人員密集場所、配電系統復雜繁多、社會關注度高，其電氣火災預防十分重要。鑒于這些場所人員密集的特性，國家和各地區已經制定了相關電氣火災防范的強制規定。而在上述的各種人員密集型場所安裝電氣火災監控系統可以有效的預防電氣火災的發生。本文通過介紹安科瑞Acrel-6000/B電氣火災監控系統在上海118廣場項目中的應用，簡析相關國家標準和設計規范，概述電氣火災監測系統在電氣火災預防方面的具體架構以及其優越性。
0 前言
近十年的火災事故中，電氣火災居首位，且年均發生次數占火災年均總發生次數的27%，占重特大火災總發生次數的80%，且損失占火災總損失的53%，而發達國家每年電氣火災發生次數占總火災發生次數的8%~13%。事實上，電氣火災已成為消防安全的主要致災因素，不僅次數多、損失大，而且多年來一直居高不下。為了保護人民生命財產安全，早預防、及時排除電氣火災安全隱患就成為當下電氣火災預防的有效措施，其中電氣火災的預防主要還是通過檢測線路的漏電流以及其線路溫的實時值，通過限值報警等措施來提醒管理人員及時排除故障。
購物中心類場所電氣火災預防主要有以下幾個方面：
(1) 電氣火災一般初起于電氣柜、電纜橋架等內部，當火蔓延至設備及電纜表面時，已形成較大火勢，此時火勢往往不容易被控制，故而預防便十分重要。
(2) 購物中心類場所店面分布密集，階段時間內人員密集程度高，若是發生火災，人員疏散難度大，容易造成人員傷亡。
(3) 購物中心類場所各種商品較多，火災會給商家帶來較大的經濟損失。
安科瑞電氣股份有限公司自主研發的研發的安科瑞Acrel-6000/B電氣火災監控系統能夠實時監測各個重要回路的漏電流等參量來實現電氣火災的預防。本系統后臺在顯示各個探測點位數據的同時，還提供越限聲光報警、人性化的界面等功能。本系統實現了配電系統的24小時無人實時監控，減少了人力成本，提高了電氣火災隱患的排除效率。
本文就電氣火災系統在上海118廣場項目中的應用，簡單介紹安科瑞Acrel-6000/B電氣火災系統的實際應用和其實際意義。
1 項目概況
上海118廣場集高星級酒店、寫字樓、百貨主力店、大賣場、餐廳飲食、娛樂場所為一體的開放式購物中心。
本項目主要是針對上海118廣場各個樓層配電柜的進線回路設計電氣火災監控系統，通過對進線回路的實時監測，實現電氣火災故障的預防和及時排查。本次設計范圍主要是上海118廣場的樓層配電箱進線回路。
針對本項目的特性，在樓層配電柜的進線回路安裝安科瑞研發的ARCM系列剩余電流式電氣火災監控探測器。電氣火災監控系統須實時監測重要回路的剩余電流值、箱體回路的實時溫度，監測的數據實時傳輸至后臺主機，當發生剩余電流值越限、溫度越限時，后臺能進行聲光報警，同時后臺能夠和消防火災報警系統實現消防聯動。
2 參照標準
鑒于購物中心等公共建筑發生火災容易造成人民生命財產損失的特性。為了提高管理人員的電氣火災監控防范的意識，減少因電氣火災故障而引發的火災事故。近年來，國家相繼制訂或修改了一批相關標準規范。相關的標準規范已經對電氣火災監控系統提出了具體的要求，本項目中選用的安科瑞Acrel-6000/B電氣火災系統的設計參照的標準主要有：
(1)．GB50045-95(2005版)《高層民用建筑設計防火規范》，其中在條文9.5.1里規定:高層建筑內火災危險性大、人員密集等場所宜設置漏電火災報警系統。
(2)．國家標準《建筑電氣火災預防要求和檢測方法》有關條文也明確要求“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。
(3)．電氣火災監控系統的產品應滿足:GB14287.1-2005《電氣火災監控設備》、 GB14287.2-2005《剩余電流式電氣火災監控探測器》、GB14287.3-2005《測溫式電氣火災監控探測器》
(4)．電氣火災監控系統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》
(5)．電氣火災監控系統的供電應滿足GB50052《供配電系統設計規范》的要求
(6)．電氣火災監控系統的設計應滿足《電氣火災監控系統的設計方法》的要求(暫行規定)
3 系統架構及設計
電氣火災監控系統拓撲圖
1）站控管理層
站控管理層針對電氣火災監控系統的管理人員，是人機交互的直接窗口，也是系統的最上層部分。安科瑞電氣火災監控系統主機充分考慮到用戶的操作習慣，和持續穩定運行，參照的相應的國家標準和規范。主機主要由監控軟件、觸摸屏、UPS電源、打印機等設備組成。將現場的各類數據信息進行計算、分析、處理，并以圖形、數顯、聲音、指示燈等方式反應給終端管理人員。使管理人員能夠實時掌握系統動態，且實現故障信息可追循，信息可導出等功能。
鑒于本項目中儀表點位以及數據量的規模，現為項目配置安科瑞Acrel-6000/B主機，本主機的具體參數見下文介紹。
2）網絡通訊層
本項目中的所有儀表須嚴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。本項目的儀表分布在樓層強電間電氣火災監控探測。
本項目的數據總線設計為兩根總線，獨立的總線便于后期系統的維護，發生漏電流報警時也可以根據后期我方提供的點檢表快速定位故障回路，快速排除故障。
現場電氣火災探測器通過雙絞線（ZR-RVSP2*1.0）以手拉手方式進行通訊連接，每根總線的儀表數量在20只左右。
3）現場設備層
本項目中主要是針對樓層配電箱的進線回路安裝安科瑞嵌入式電氣火災探測器，通過嵌入式電氣火災探測器實時監控配電回路的漏電流大小來顯示整個配電系統的工作狀態。
ARCM系列剩余電流式電氣火災監控探測器，是針對 0.4kV 以下的TT、TN 系統設計的，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實施監控和管理，從而預防電氣火災的發生，并實現了對多種電力參數的實時監測,為能耗管理提供精確的數據。產品采用先進的微控制器技術，集成度高，體積小巧，安裝方便，集智能化，數字化，網絡化于一身，是建筑電氣火災預防監控、系統絕緣老化預估等的理想選擇。產品符合 GB14287.2-2005《電氣火災監控系統 第2部分：剩余電流式電氣火災監控探測器》的標準要求。
4 系統特點和工作原理
鑒于本項目的規模，項目電氣火災檢測點位的實際情況。無論在終端剩余電流探測器還是后臺主機都是根據本項目的實際情況來進行設計的。
本項目的系統特點可總結為一下3點：
(1).終端探測器選用嵌入式電氣火災探測器，方便安裝、節省成本、便于后期維護。
(2).RS485總線連接方便，可操作性強。總線布線時走的是弱電橋架，不會受到強電的影響，確保的整個系統的通訊穩定。
(3).考慮到本項目中儀表數據量，客戶要求。本項目的主機選用壁掛式。壁掛式主機界面簡潔，系統操作方便，適合本項目中的配電間環境和客戶的相關操作要求。
電氣火災系統工作原理
(1).剩余電流測量是根據基爾霍夫電流定律：在同一時刻，電路中流入和流出一個節點的電流矢量和為零。以TN-S系統為例，將A/B/C/N同時穿過剩余電流互感器，當系統未發生漏電時，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，經運算放大、A/D轉換后送入CPU，經過一系列算法后，對變化的幅值進行分析、判斷，并與報警設定值進行比較，若超出定值則發出聲光報警信號并上送至后臺電氣火災監控設備。
(2).終端探測器負責監測各個回路的剩余電流值，將剩余電流值的數據傳輸至系統主機。終端探測器還負責其監測回路剩余電流值的實時顯示，同時能夠設置限值，當剩余電流值越限時能夠發出聲光報警，提醒管理人員及時維護、整改。
(3).儀表通過RS485總線將數據傳輸至系統主機，系統主機將上傳數據通過圖形、報表、事件記錄等形式反映整個系統的運行狀態。
5 系統設計注意事項和方法
5.1 電氣火災監控系統主要監測剩余電流和溫度兩類對象，在設計時應注意的基本要點
(1)關于剩余電流
由于剩余電流監測的原理采用了基爾霍夫電流定律，所以，對所應用的低壓配電系統形式有一定要求。目前，可以應用剩余電流互感器的低壓配電系統有：TT系統，IT系統，TN-S系統，不能使用在TN-C系統中。對將要設計安裝電氣火災監控系統的用戶，不管是新工程或舊工程改造項目，首先要調查核實該用戶低壓配電系統的系統接地形式是什么，否則，設計安裝剩余電流互感器的點位進行檢測是根本無法施行的。
關于AC220V單相供電系統，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，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，保護線PE不得穿過互感器。
在系統接地的形式為TN-C型時工業自動化網，必須將其改造為TN-S型、TN-C-S型或局部TT型系統后，才可以安裝剩余電流檢測裝置。
(2)關于溫度
溫度測量與系統接地的形式無關，主要考慮包括線纜在內的低壓配電裝置中關鍵部位的溫度，一般在二級保護的線路中應用。溫度探頭Pt100可采用接觸式布置法，當被檢測對象為絕緣體時，宜將探測器的溫度傳感器直接設置在被探測對象的表面。當被檢測對象為配電柜內部溫度變化時，可采用非接觸式布置，靠近發熱部件。
5.2 系統設計中的點位分配
根據國家標準GB13955-2005《剩余電流動作保護裝置安裝和運行》4.4條中關于分級保護的規定，安裝剩余電流火災監控裝置時，點位分配原則的步驟是：
(1)研究分析被控低壓AC380V/220V配電線路的相關圖紙，將建筑電氣的分布情況調查核實，確定配電設備(如配電柜、箱、盤、電纜等重要設備)的位置，把每一個監控探測器分配到相應的配電設備上，以此來確定探測器的數量，避免重設浪費。
(2)確定分級保護。為了縮小發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安裝三級(或兩級)不同容量的剩余電流保護裝置，以形成分級保護。根據用電負載及線路情況，一般分兩級或三級保護，適用于城鎮和農村第一級和第二級保護。
其中，重要線路應包括安防、消防、應急電源、通道照明線路及不容許停電的重要場所。
(3)二級保護中，所有開關處都要設置安裝剩余電流火災監控探測器，即在線路的電源端(第一級保護)和分支首端(第二級也稱為末端保護)都要安裝剩余電流探測器，并接入電氣火災監控系統，只作火災監控報警用。
(4)溫度檢測是以配電設備異常時發熱為基本原則而進行的。
① 變壓器低壓側出線端子、變壓器體溫(風溫、油溫、水溫)測試點、負荷開關觸頭。
② 各配電柜(箱)的進出母線接點、自動開關(斷路器、刀開關)觸頭、大電流導線集中部位、線纜駁接點。
③ 母聯柜主接點、刀開關觸頭。
④補償電容器接線端子、轉換開關觸頭。
6 系統參數的配置
6.1 報警值設置范圍
本項目中現場儀表的剩余電流報警值設置在300mA，關于剩余電流值的設置在相關的國家標準都有詳細的規定。
依據國家標準GB14287.2-2005中的規定，剩余電流式電氣火災監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.一般在實際現場，設置剩余電流式電氣火災監控探測器的報警值，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最大值的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及用電設備的正常泄漏電流。
6.2 關于電纜溫升報警設定參考，根據《電力電纜設計規范》對電纜有關溫度的規定
(1)60℃以上高溫場所應按經受高溫及其持續時間和絕緣類型要求，選用耐熱聚氯乙烯、交聯聚乙烯或乙丙橡皮絕緣等耐熱型電纜100℃以上高溫環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)電纜持續允許載流量的環境溫度應按使用地區的氣象溫度多年平均值確定，并應符合規定。在戶內電纜溝敷設時，環境溫度為場所最熱月的日最高溫度平均值另加5℃.
(3)電纜所承受溫升與敷設及散熱條件有關。
7 主要設備參數
上海118廣場電氣火災監控系統由電氣火災監控裝置Acrel-6000/B、漏電火災探測器ARCM200L-J1、漏電流互感器AKH-0.66L組成。關于儀表和互感器在此就不多做介紹，相關資料可登陸安科瑞官網查詢。
7.1主要技術參數
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，維持監控設備工作時間 ≥4小時
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