浅谈电气火灾监控系统在煤矿高层公寓中的应用

煤矿公寓是人员高度密集的场所，是职工休息、学习、生活的重要地方。公寓火灾安全管理事关职工人身和财产安全，其安全状况关系到煤矿正常的生产和生活秩序；关系到煤矿和社会的稳定。近年来，随着社会的不断发展、科学技术的快速进步、人们生活水平的逐步改善，煤矿公寓的用电状况发生了巨大变化，公寓内使用的电器种类繁多，用电负荷剧增，造成电气火灾事故隐患增多，而公寓一旦发生电气火灾事故，其严重性和危害性远高于其它场所。因此通过高科技手段对公寓电气火灾做到早期预警、预报，使电气火灾的预防达到有的放矢，做到防患于未然，具有重大的现实和社会意义。

1.煤矿公寓电气线路火灾的主要形式

1.1.短路火灾

        电气线路中的裸导体或绝缘导线的绝缘保护层破损后由于各种原因造成相线与相线、相线与零线、相线与保护线的连接，在回路中引起电流瞬间骤然变大的现象叫短路。短路时在短路点产生强烈的火花和电弧，同时由于系统阻抗突然减小、电流突然变大，在极短的时间内会产生很大的热量，大大超过了线路正常工作时的发热量，这个热量不仅能使绝缘层燃烧，而且能使金属熔化，引起邻近的易燃、可燃物质燃烧，从而造成火灾。

1.2.过载火灾

        电流通过导线流动时，会使导线发热，温度升高。在电气线路中，允许连续通过而不至于使导线过热的电流量称为安全载流量，当导线中出现流过的电流超过安全载流量的现象时就叫过载。一般导线允许工作温度为65度，如果导线流过的电流超过了安全载流量，容易引起导线的温度不断升高，会使导线绝缘层加速老化，甚至损坏；当严重过载时，甚至会引起导线的绝缘层发生燃烧，并能引燃导线附近的可燃物，甚至进一步引发短路，从而造成火灾事故。

1.3.漏电火灾

        在电力系统中因为某种原因造成带电导体的绝缘损坏，绝缘电阻显著下降时，发生在不同电位导体之间，如导线之间，导线与大地之间有非正常电流流过的现象叫漏电。漏电可使导体局部带电，会给人们造成严重的或致命的触电危害；同时当漏电发生时，漏泄的电流如遇电阻较大的部位时，会产生局部高温，致使附近的可燃物着火，从而引起火灾；此外，在漏电点产生的漏电火花，电弧、过热高温等同样也会引起火灾。

1.4.接触不良火灾

        导体相互连接时，连接的地方都有接头，在接头的接触面上形成的电阻称为接触电阻。接头的接触形式大体分为点接触，线接触和面接触，一方面由于接触面的凹凸不平或接触面接触压力不够，金属导体间的实际接触面减小，接触面附近有效的导电截面大大缩小，因而导致接触电阻的变大，另一方面金属导体接触面在空气中可能形成一层导电性能很差的氧化膜附着于表面，也可以使接触电阻变大，线路接通电源之后，电流通过导线、接头和设备就会发热，这是正常现象。如果接头做得好，接触电阻不大，连接点的发热量就小，可以保持正常温度。如果接头接得不好，造成接触部位的接触电阻变大，在一定电流下，就会在此处产生大量的热量，形成高温。因此，接触电阻较大的连接位置就会强烈发热，使温度急剧升高使金属导体变色甚至熔化或引起导线绝缘层的燃烧，以致造成附近的可燃物质燃烧引起火灾。

1.5.谐波火灾

        在理想的电力系统中，电流和电压都是纯粹的正弦波。所谓谐波，即在交流电网中，由于大量非线性电气设备如节能灯、荧光灯、计算机、镇流器、UPS电源等的投入运行，其电压电流波形已不是完全的正弦波波形，而是不同程度发生了畸变。在三相负荷平衡的低压配电系统中，当每相所载电流相等时，中性线中没有电流；当三相负荷不均衡时，经过矢量合成以后的电流才流过中性线，一般都小于相线上电流。利用这一特点，中性线导线截面一般比相线减少一半或与相线相同，以利节约材料。当相线中含有三次谐波时，谐波电流将在中性线上叠加，而非相互抵消，严重时谐波电流甚至超过相线电流，以3倍于相线的电流通过中性线，使中性线电流大大超过其安全电流值，当负载不平衡时，中性线过载会更严重。这种状态下就有可能造成导线过热引起线路周围可燃物起火或中性线熔断，形成中性点偏移，造成各相电压不平衡，烧坏线路中接人的电器设备进而引发火灾。

2.电气火灾监控系统介绍

2.1.系统特点

        电气火灾监控系统是一种新型的以预防为特点的实时监控系统。电气火灾监控系统与传统火灾自动报警系统不同的是，传统火灾自动报警系统是在火灾发生后为了减少损失，而电气火灾监控系统早期报警是为了避免损失，所以其特点是作用于电气火灾发生前，探测配电系统的漏电电流、异常温度等相关异常参数，当达到设定限值时发出报警，在电气火灾形成前排除隐患或切断故障电路，可以显著降低发生电气火灾的机率。

2.2.基本组成

        根据国家标准GBl4287—2005《电气火灾监控系统》以及相关规范《电气火灾监控系统的设计方法》，电气火灾监控系统主要由报警监控主机、剩余电流式电气火灾监控探测器、温度探测器、传感器组成。其中，报警监控主机放置在消防监控中心或值班室内，剩余电流式电气火灾监控探测器和传感器安装在现场配电柜、箱内。其中，剩余电流式电气火灾监控探测器又由监控探测器和剩余电流互感器所组成。测温式电气火灾监控探测器由监控探测器和测温传感器所组成。

2.3.工作原理

        电气火灾监控系统是基于监控探测器、运行于计算机的软件／硬件系统，通过对配电回路的漏电电流、过电流、温升等火灾危险参数实施监控和管理，从而达到预防发生电气火灾的目的。其基本原理是，当电气设备中的电流、温度等参数发生异常或突变时，终端探测器利用电磁感应原理、温度效应的变化对该信息进行采集输送到监控探测器，并与报警设定值进行比较，一旦超出设定值则发出报警信号，同时也输送到监控设备中，再经监控设备进一步识别、判定，当确认可能会发生火灾时，监控主机发出火灾报警信号，点亮报警指示灯，发出报警音响，同时在显示屏上显示火灾报警地址等信息。当必要时还能联动切除被检测到剩余电流超标或温度异常的配电回路、同时也可以与火灾自动报警系统或配电监控系统等进行数据交换和共享。值班人员则根据以上显示的信息，通知专业人员迅速到事故现场进行检查处理。

2.3.1  剩余电流互感器工作原理

        剩余电流是指流过剩余电流动作保护装置主回路电流瞬时值的矢量和。剩余电流互感器是剩余电流式电气火灾监控探测器的基本模块，当回路中的电流矢量和不为零时，互感器的二次侧产生电流信号，对该电流信号进行采集处理后就可得到该回路中的实际剩余电流值，考虑电气线路的不平衡电流，线路和电气设备正常的自然泄漏电流，因此实际电气线路都存在正常的剩余电流，只有当检测的剩余电流达到报警设定值时才报警。

2.3.2  测温式电气火灾监控探测器工作原理

        铂电阻温度传感器是利用金属铂在温度变化时自身电阻值也随之改变的特性来测量温度的，适用于各种狭小空间高精度测温领域，可以对现场的温度进行连续测量，能够有效的防止电线、电缆发热导致的电气火灾。

3.电气火灾监控系统在煤矿公寓应用中的注意事项

3.1.确定煤矿公寓低压配电系统的接地型式及电气火灾监控系统的保护分级

        低压配电系统的接地形式有TN—S型、TN—C型、TN—C—S型、TT型、IT型。按照相关规范要求，电气火灾监控探测器适合安装在TN—S系统或局部TN—C—S系统及，TT系统的场所。

        根据煤矿公寓低压配电系统的设置和具体设备的配电情况，电气火灾监控报警系统可采用叁级或两级保护，叁级保护分为末端保护、中端保护和首端保护；两级保护分为末端保护和首端保护。

        末端保护：末端保护的主要目的是防止人身触电事故，是对火灾防护的补充。末端保护通常采用无延时漏电断路器，不纳人电气火灾监控报警系统的集中监视和控制。

        中端保护：中端保护主要是对低压配电系统中末端线路和末端线路上的设备进行保护。通常采用电气火灾报警系统检测漏电电流及异常温度。

        首端保护：首端保护是对低压配电系统中进户线路、主配电馈出线路及设备进行保护。本级保护同样由电气火灾监控报警系统实现。

        通常在煤矿公寓设置剩余电流式电气火灾监控探测器的原则是，在新建高层煤矿公寓中应采用叁级保护，在低压配电室的各馈出回路配置首端保护；楼层配电柜、区域配电柜等处配置中端保护；在终端配电箱处配置末端保护。

3.2.分析配电系统图确定监控探测器的安装位置

        电气火灾监控系统的监控对象是供配电系统，供配电系统图是电气火灾监控系统的设计基础。研究分析煤矿公寓低压配电系统的相关图纸，可以了解煤矿公寓供配电系统的具体供配电方式、回路数、各区域的用电性质和功率、各配电柜内主要断路器的规格型号、电缆或铜排的截面尺寸及载流量等信息。通过对煤矿公寓电气设备的分布情况进行调查核实，确定配电设备的位置，根据系统设计需要把每一个监控探测器分配到相应的配电设备上，并以此来确定需要安装的探测器数量。

3.3.电气火灾监控系统的信息检测与传感器安装原则

        电气火灾监控系统的信息检测，主要有漏电电流和温度两种检测方法。

        线路漏电电流的检测对于交流单相供电系统，只要两根电源线L、N穿过剩余电流互感器即可，对于交流三相供电系统，L1、L2、L3、N线需同时穿过，此后要求中性线不允许再接地，保护PE线不得穿过剩余电流互感器。

        温度检测是对配电设备有异常发热现象为基本原则进行检测的，当需要对重要场所的配电箱、柜内部及导体连接部位监测温度时，宜设置测温式电气火灾探测器。当被检测对象为绝缘体时，宜采用接触式布置，将探测器直接设置在被探测对象的表面。当需要对配电柜内部温度变化进行监测时，可靠近发热部件，采用非接触式布置。

3.4.固有自然泄漏电流估算及协调配合分级设置报警值

        电气火灾监控系统的报警设定值应综合考虑配电系统及用电设备的自然泄漏电流，同时遵照剩余电流报警设定值要大于被测回路自然泄漏电流值的原则。被保护电气线路和设备正常工作时的自然泄漏电流值，能够根据经验计算公式并参照线路和设备常用自然泄漏电流值基本确定下来，并以此数值为依据，初步设计报警电流值。后确定实际的报警设定值，还需要具体安装调试时在现场进行数据实测检验。如果发现实测泄漏电流比设计估算的正常自然泄漏电流大很多，需要注意是否有不规范错误施工或设备质量不合格等情况发生。

        剩余电流式电气火灾监控系统的报警值设置范围，按照国家标准的规定，应在20mA--1000mA之间，报警值应在设定值的80％一100％之间。因此按照要求，一般将总进户电源处的剩余电流动作值设定为400--800mA，分支电源馈出线路上的剩余电流动作值设定为100--400mA。电气火灾监控探测器的报警设定值，应不小于被保护电气线路和设备的自然泄漏电流大值的2倍，且不大于1000mA。在两级或多级监控探测系统中，报警电流设定值应设计为具有选择性，即上级探测器的报警电流设定值至少是下级探测器中大的报警电流设定值的1．5倍，但不应大于1000mA。