如何基于剩余電流原理設計防火探測與監控系統?

　　如何基于剩余電流原理設計防火探測與監控系統?

　　剩余電流與泄漏電流及其關(guān)系

　　什么是剩余電流?剩余電流是“同一時(shí)刻，在電氣裝置中的電氣回路給定點(diǎn)處的所有帶電體電流值(即瞬時(shí)值)的代數和”，其英文譯名為“residual current”。眾所周知，對稱(chēng)三相交流電流，任一時(shí)刻不同相導體的電流代數值，或零或正或負，其和總是為“零”，即對稱(chēng)三相交流電流瞬時(shí)值之和為零。

　　什么是泄漏電流?泄漏電流是“正常運行狀況下，在不期望的可導電路徑內流過(guò)的電流”，其英文譯名為“l(fā)eakage current”。該術(shù)語(yǔ)中“不期望的可導電路徑”概念寬泛，本文特指“從帶電部件流入大地”，即泄漏電流是指所謂的對地泄漏電流：“無(wú)絕緣故障，從設備的帶電部件流入大地的電流”。約定俗成，本文將其略去“對地”二字，稱(chēng)之為“泄漏電流”。

　　正常泄漏電流不引起火災

　　正常泄漏電流是平均分布的，這種平均分布的泄漏電流可以分為平均線(xiàn)式分布的泄漏電流和平均點(diǎn)式分布的泄漏電流。

　　平均線(xiàn)式分布的泄漏電流是指沿線(xiàn)路平均泄漏的電流，是由于相導體存在的對地分布電容引起的。

　　平均點(diǎn)式分布的泄漏電流是指各變、配、用電設備以“點(diǎn)”形式存在的很小的泄漏電流。

　　由此可見(jiàn)，正常泄漏電流是線(xiàn)路和用電設備分布平均的泄漏電流，其集合量可能達到數百毫安以上，但分布平均的泄漏電流非常微小，所以正常泄漏電流再大，只是集合量大，并非某一點(diǎn)集中的大電流，因此沒(méi)有足夠大的能量引發(fā)火災，不是火災的隱患。

　　接地故障電流可引燃可燃物

　　接地故障電流是因絕緣故障而流入大地的電流，其典型特征是“點(diǎn)熱積聚效應”。

　　由于電氣故障或設備老化在某一點(diǎn)發(fā)生，這種接地故障不全是金屬性的。非金屬性接地故障的泄漏電流在能量積聚過(guò)程中，將使對地電流緩慢地或突然增加。

　　具有“點(diǎn)熱積聚效應”的泄漏電流，其300 mA的能量是一個(gè)什么概念呢?300mA的電流相當于一只75 W的白熾燈泡發(fā)出的熱量。

　　GB 50016 - 2014《建筑設計防火規范》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《建規》)提供了一組白熾燈表面溫度烤燃可燃物的溫度試驗數據——75 W的白熾燈泡，以臥式埋入稻草中2min可以烤至其著(zhù)火。這就是300mA“點(diǎn)熱積聚效應”所能引燃可燃物的能量。

　　剩余電流與接地故障的關(guān)系

　　造成剩余電流的原因主要來(lái)源于如下幾種情況：線(xiàn)路不對稱(chēng)、負載不對稱(chēng)和諧波。

　　這三種主要情況，無(wú)論是線(xiàn)路或負載不對稱(chēng)還是諧波均為供電系統的正常運行時(shí)的狀態(tài)，不應作為故障報警信息，只要采取合適的糾正措施，正常剩余電流值是比較小的，在整定剩余電流報警的閾值時(shí)完全可以躲過(guò)。

　　接地故障是引發(fā)大增量剩余電流的主因。由于接地故障是供配電系統一種嚴重的不平衡狀態(tài)，由此引發(fā)的剩余電流在正常剩余電流基礎上大幅度疊加。

　　力排俗稱(chēng)“漏電”的誤導

　　“剩余電流”是一技術(shù)性術(shù)語(yǔ)，尤其“剩余”二字專(zhuān)業(yè)性強，而“漏電”一詞普遍讓人感覺(jué)較為直觀(guān)淺顯，易理解。

　　因此，2005年國家標準在向國際標準靠攏后，雖然將漏電保護斷路器改為剩余電流保護斷路器，但坊間乃至專(zhuān)業(yè)場(chǎng)合還是一直延用“漏電”作為“剩余電流”的俗稱(chēng)或代名詞，還是一直把“剩余電流保護斷路器”習慣性地稱(chēng)為“漏電保護斷路器”。

　　在技術(shù)上，用“漏電”去認識“剩余電流”嚴重缺乏電氣內涵的滲透力。

　　因此，當采用“漏電開(kāi)關(guān)”“漏電斷路器”等約定俗成的習慣性用語(yǔ)時(shí)，務(wù)必排除用“漏電”替代“剩余電流”的概念性干擾，保持專(zhuān)業(yè)定力，以免被誤導甚至曲解。

　　“系統”設置對象

　　如果把上述“剩余電流”的概念弄清楚，那么設計一個(gè)層次化的電氣火災監控(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“系統”)應當就水到渠成了。

　　以往各種標準規范只是籠統圈定各類(lèi)電氣火災監控探測器的設置，而到底在什么建筑，建筑物內的哪些場(chǎng)所需要設置剩余電流式電氣火災監控探測器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“探測器”)模糊不清。

　　基于“剩余電流”原理，對“系統”做出層次化的架構設計規定，將其分為兩個(gè)層級。其中具體明確了“系統”設置對象的“建筑物”，并將其作為配置“探測器”的第一級，然后繼續識別該建筑物內的具體“場(chǎng)所”，再將其作為配置“探測器”的第二級。

　　對第一層級而言，重要的是要在眾多的建筑物中識別篩選出那些屬于使用性質(zhì)重要、發(fā)生電氣火災危險性大的建筑物。

　　住宅、公寓在《119號令》中不作為公安機關(guān)消防自審自驗的對象，在《規程》中沒(méi)被列在第3.2. 1條“應”設置的范圍內，而是涵蓋在第3. 2. 2條第1款的“一類(lèi)高層民用建筑”的“宜”設置規定中。這里的“一類(lèi)高層民用建筑”是針對一類(lèi)高層居住(住宅、公寓)建筑的。

　　需要特別指出，住宅、公寓雖不在《119號令》重點(diǎn)監管范圍內，應當根據下列相關(guān)規范作“系統”設置：

　　a. GB 50368 - 2005《住宅建筑規范》第8. 5. 2條“住宅供配電應采取措施防止因接地故障等引起的火災”(強條)。

　　b. JGJ 16 - 2008《民用建筑電氣設計規范》第13. 12. 2條“…… 住宅，應設接地故障報警并應符合本規范第7. 6. 7條的規定?！?/p>

　　c. GB 50096 - 2011《住宅設計規范》第8. 7. 2條第6款“每幢住宅的總電源進(jìn)線(xiàn)應設剩余電流動(dòng)作保護或剩余電流動(dòng)作報警?！?/p>

　　d. GB 50054 - 2011《低壓配電設計規范》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《低配》)第6. 4. 1條“當建筑物配電系統符合下列情況時(shí)，宜設置剩余電流監測或保護電器，其應動(dòng)作于信號或切斷電源：1 配電線(xiàn)路絕緣損壞時(shí)，可能出現接地故障;2 接地故障產(chǎn)生的接地電弧，可能引起火災危險?！?/p>

　　對第二層級而言，關(guān)鍵的是要在《規程》第3. 2節已經(jīng)確定需要設置“系統”的建筑物基礎上，繼而識別“火災危險性或火災影響大或兩者兼備的場(chǎng)所”作為“探測器”的設置部位，即電氣火災隱患監測點(diǎn)。

　　《規程》第3. 3節“探測器設置部位”在識別監測點(diǎn)時(shí)，查找了第3. 2. 1、3. 2. 2條所列建筑物相關(guān)建筑設計(防火)規范，逐一汲取其理論，著(zhù)力以“人員密集(1. 0人 /m2)、人員較密集且可燃物多、可燃物多”為原則，篩選出并認定其中那一些屬于使用性質(zhì)重要、發(fā)生電氣火災危險性大，尤其是滿(mǎn)足“300 mA泄漏電流能引燃可燃物”這一因果關(guān)系的建筑物內部的具體場(chǎng)所，將其列為第3. 3. 1、3. 3. 2條，并相應作出“供配電回路應 / 宜設置電氣火災監控點(diǎn)”的規定，以便“直接”“有效”從這些場(chǎng)所獲取火災隱患信號。

　　”系統“應是預警的

　　從“直接”“有效”的設置理念來(lái)看，“系統”是把所感知的低于能夠引燃可燃物的最高閾值作為系統的“有效”動(dòng)作報警值。

　　也就是說(shuō)，“系統”報警只說(shuō)明環(huán)境具備了引燃可燃物的必要條件，但不是充分條件，只有同時(shí)具備貼近甚至是緊貼可燃物而且經(jīng)過(guò)一段溫升時(shí)間的能量聚集，方能釀成火災。

　　“系統”的動(dòng)作報警值無(wú)論在“BE2”場(chǎng)所，還是在民用建筑的應用，對火災隱患的反映判斷 “提前量”都很大，所以該“系統”應是預警的，“系統”的動(dòng)作應作用于信號而不應該也不必要作用于斷開(kāi)電源。

　　為正常供電設置監測點(diǎn)

　　當必須以切斷電源的方法，才能確定其是否為泄漏電流隱患線(xiàn)路的時(shí)候，這些線(xiàn)路，尤其是重要負荷線(xiàn)路，應當配置剩余電流式電氣火災監測點(diǎn)。