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我國電氣火災監控系統的應用及問題分析發布時間：2015-12-07 10:54:40
隨著社會和經濟的發展、科技進步和人民生活水平不斷提高，電能已廣泛應用到社會生產和社會生活。我國經濟迅速發展和人均用電量的逐年增長使我國電氣火災呈上升趨勢;尤其是近些年來易燃易爆場所電氣火災事故頻發，使人民生命和財產造成重大損失。電氣配電電路和電器設備的絕緣使用了大量塑料、橡膠等易燃物品，在配電設備和線路運行中，過載、短路、漏電、接觸不良、雷擊和靜電原因都可能產生高溫、高熱或故障電弧，從而導致電氣火災發生。電氣火災已經成為火災的“第一殺手”，嚴重威脅著人民的生命和財產安全。特別是在特大火災中，電氣火災所占比例更大。
進入二十一世紀，我國對電氣火災開始重視，首先在2005年頒布了GB 14287-2005《電氣火災監控系統》產品的國家標準，之后又重新修訂了GB 50116-2005《火災自動報警系統設計規范》、GB 50166-2007《火災自動報警系統施工及驗收規范》兩項國家強制標準，對電氣火災監控系統產品從生產、設計、施工和驗收所有環節均做了詳細的規定，電氣火災監控系統產品就正式在全國推廣應用起來。同時，隨著新版《建規》GB 50016-2014(2015.5.1實施)的出臺，如何提升建筑物抗御火災的能力，從源頭上消除火災隱患，預防和減少火災事故成為重點熱議的問題，相應的，對電氣火災監控系統提出了更高的要求。
電氣火災監控系統概述
電氣火災監控系統是基于防火監控探測器、運行于計算機的工業軟件/硬件系統。通過對配電回路和用電的漏電、過電流、溫升等火災危險參數實施監控和管理，從而達到預防電氣火災的發生。從國外市場狀況和國家及各省政策可以看出，獨立式火災探測報警器產品即將迎來一個巨大的市場，為廣大群眾帶來更多的安全保障。
電氣火災監控探測器的設置原則是，應配置在低壓配電系統末級配電柜進線或出線端，監控該級至終端用戶的線路和設備。目前，電氣火災監控系統較之傳統的技術手段的確是一大技術進步，但依然存在諸多不足，存在很大的改進空間。中國電氣火災監控系統產品市場才剛剛開始，市場空間將會非常驚人，是未來安全用電產品黃金增長點。
(一)電氣火災監控系統定義
電氣火災監控系統是基于防火監控探測器、運行于計算機的工業軟件/硬件系統。通過對配電回路和用電的漏電、過電流、溫升等火災危險參數實施監控和管理，從而達到預防電氣火災的發生。
電氣火災監控探測器的設置原則是，應配置在低壓配電系統末級配電柜進線或出線端，監控該級至終端用戶的線路和設備。所謂“末級配電柜”，是指位于配電系統某一路分支線到若干個終端用戶之間的配電柜;例如樓層配電柜、場所區域配電柜、功能專區配電柜、設備專用配電柜等。
(二)電氣火災監控系統作用
電氣火災監控系統適用于辦公樓宇、賓館飯店、企業廠房及居民住宅配電線路的電氣火災監控。電氣火災監控器是針對配電線路對地漏電進行有效監控，防止由于電氣線路對地漏電產生電氣火災的獨立監控單元。它與配電線路中的斷路器配合使用達到對地漏電短路進行有效監控保護。
(三)電氣火災監控系統行業整體市場概況
隨著城市中高層住宅的迅速崛起和人們生活水平的不斷提高，家用電器的普及達到了前所未有的程度，城市居民用電量的成倍增長使得電氣火災也隨之劇增，從上世紀八十年代起，電氣火災便逐漸成為各類火災中的主角。據公安部消防局提供的《中國火災統計年鑒》數據顯示：2011年，全國共接報火災12.5417萬起，死亡1108人，受傷571人，直接財產損失20.6億元。其中電氣火災3.796萬起，電氣火災事故一直是居于整個火災事故首位，占到總數的30.27%，由電氣火災造成的損失尤為慘重。
電氣火災監控報警系統對于提前預測火災或者及時對火災進行報警，減少人們生命財產損失，減少火災的社會危害方面都發揮了不可忽視的作用，受到了市場的歡迎，電氣防火監控系統成為減少電氣火災的主要防范手段。但是在國家標準《高層民用建筑設計防火規范》(以下簡稱高規)和《建筑設計防火規范》里，對是否安裝電氣火災監控系統是以“宜”安裝來表示的。
電氣火災監控系統能準確監控電氣線路的故障和異常，并及時記錄和保存，能發現電氣火災的隱患，及時報警提醒相關人員消除這些隱患。隨著社會大眾對防范電氣火災重要性認識的逐步增強和眾多電氣火災監控設備的生產廠家不斷改善設備性能，廣大用戶必將從安裝電氣火災監控系統中受益。中國電氣火災監控系統產品市場才剛剛開始，市場空間將會非常驚人，是未來安全用電產品黃金增長點。目前從事相關電氣火災監控廠家全國大約有100多家。
電氣火災監控系統的基本組成及工作原理
基本組成
電氣火災監控系統的基本組成包括：電氣火災監控設備、剩余電流式電氣火災監控探測器以及測溫式電氣火災監控探測器。其中剩余電流式電氣火災監控探測器又由監控探測器和剩余電流互感器組成，而測溫式電氣火災監控探測器由監控探測器和測溫傳感器組成。該系統能夠對被保護電氣線路中的電流、剩余電流、溫度進行監視，并及時發現電氣火災隱患，預防電氣火災發生。
監控原理
電氣火災監控系統集監視、報警、控制、集中管理于一體，監控探測器一般掛接在總線的支路上，接受主控制器的命令，并傳送全部信息。主控制器處理接收來的數據，監測被探測電氣線路單相、三相電流，漏電電流，溫度等參數的變化。當參數異常時，剩余電流互感器、溫度傳感器等終端探測頭對信息進行采集，并送到監控探測器里，超出設定值時即發出報警信號，同時輸送到監控設備中，經進一步識判定，當確認可能會發生火災時，監控主機發出火災報警信號，報警指示燈亮，發出報警音響，并在液晶顯示屏上顯示報警信息，值班人員迅速進行檢查處理，將報警信息發送到集中控制臺，還可與消防火災監控設備、119火警指揮中心位機連接。
以剩余電流式電氣火災監控探測器為例，漏電監控報警主要是利用裝在被監控配電線路上的剩余電流互感器檢測線路上的漏電流來實現。剩余電流互感器本質上是一個高靈敏的電流互感器，它能檢測出配電線路上小到幾毫安或十幾毫安的微小漏電流，而漏電流檢測則是依據剩余電流原理來確定的。當配電線路中3條相線和1條零線共同穿過剩余電流互感器的鐵芯線圈時，在正常情況下它們的電流矢量和為零，則互感器的線圈不會感應出任何電流;但當任何一條相線或者零線有一部分電流在互感器之后分流到大地(即漏電)，此時在互感器處它們的電流矢量和就不為零了，而互感器的線圈也就感應出相應的漏電電流，故稱為剩余電流。把檢測到的剩余電流處理后與監控裝置設定值進行比較，一旦達到和超過設定值，與剩余電流互感器連接的電氣火災監控探器即發出漏電報警，并同時輸出脫扣跳閘信號切斷相應故障線路電源。
電氣火災監控系統的必要性
電氣火災產生的原因
在電氣事故引發的火災中，其主要原因有四點：漏電引發火災、短路引發火災、過負荷引發火災和接觸電阻過大引發火災。其中短路發生時由于電流變化較大，普通的電流保護器就能產生動作來切斷電氣線路。而漏電和接觸電阻過大所產生的故障電流很小，使一般的保護開關電器不能有效地及時動作，有實驗表明，略大于0.5A的漏電電弧產生的局部高溫可達2000℃，存在著較大的火災危險性。
電氣火災監控系統的特點
電氣火災監控系統與其它保護系統相比，具有以下幾個特點：漏電監控方面屬于先期預報警系統，在沒有發生火災前早期預警，是為了避免損失，而傳統火災自動報警系統是在火災發生時報警，是為了減少損失;傳統的漏電斷路器側重于人身安全的防護，其主要作用就是保護人身安全的，它在用電線路泄漏電流超過人身安全值時立刻切斷電源，電氣火災監控側重于防范電氣火災，它能探知電路中微小的泄露電流，了解電路絕緣狀態的變化，對電氣火災做出預報;電氣火災監控系統可以對電路中的溫度進行檢測，當發現局部接觸電阻過大引起高溫時能及時報警，檢測內容更加全面。所以，電氣火災監控系統和其它保護系統在預防電氣火災方面可以相互配合，但不能相互替代。
相關規范的要求
我國20世紀90年代就已經開始對接地故障電氣火災做出防范規定，例如JGJ/T 16-1992《民用建筑電氣設計規范》、GB 50054-1995《低壓配電設計規范》等。2005～2006年，GB 5004-95(2005年版)《高層民用建筑設計防火規范》(以下簡稱《高規》)、GB 50016-2006《建筑設計防火規范》(以下簡稱《建規》)中增加了漏電火災報警系統的規定?！陡咭帯返?.5.1條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?！督ㄒ帯返?1.2.7條規定在影劇院、館所、倉庫、住宅小區、醫院、商店、學校等場所宜設置剩余電流動作電氣火災監控系統。
為了進一步明確漏電火災報警系統的系統構成、系統設計、設備選擇、系統供電、線路敷設等要求，國家標準GB 14278-2005《電氣火災監控系統》明確提出了“電氣火災監控系統”的定義，并將電氣火災監控系統細化為三部分：電氣火災監控設備、剩余電流式電氣火災監控探測器、測溫式電氣火災監控探測器。強制性國標GB 13955-2005《剩余電流動作保護裝置的安裝和運行》強調了剩余電流動作保護裝置在防止因接地故障而引起的電氣火災的防護作用，要求在建筑物內安裝剩余電流動作火災監控系統。另外，對電器產品、燃氣用具的安裝、使用及其線路、管路的設計、敷設、維護保養、檢測不符合消防技術標準和管理規定的，《消防法》還規定了相應的法則來保障電氣火災監控系統相關規范的實施。
電氣火災監控系統市場規模及應用領域
(一)電氣火災監控系統市場規模
電氣火災監控探測器配置在低壓配電系統末級配電柜進線或出線端，例如樓層配電柜、場所區域配電柜、功能專區配電柜、設備專用配電柜等等。根據ICTresearch的研究，隨著我國對智能電網投入力度的增加，2012年中國低壓配電柜總量規模135億元。低壓配電柜平均價格為5000元，2012年市場需求272.24萬個配電柜，按照每個配電柜可安裝8個電氣火災監控點，目前在沒有法規強制安裝的情況下，估計有20%的場所安裝有電氣火災監控系統。因此與每年增加的低壓配電柜數量相對應的每年新增電氣火災監控系統的市場規模在30.38億元左右。另外一部分市場為舊建筑新安裝電氣火災監控系統，新建和舊建筑改造市場規模的比例大約在7比3，因此推斷出全年的電氣火災監控系統市場規模為43.40億元。
(二)電氣火災監控系統行業技術應用現狀
電氣火災監控系統能準確、全天候地監測電氣線路中的漏電、溫度等參數的變化。當線路中發生異常時，可迅速發出報警信號并準確定位故障點，通知電氣專業人員及時排查電氣火災隱患，將電氣火災消滅在萌芽狀態。電氣火災監控系統較之傳統的技術手段的確是一大技術進步，但依然存在諸多不足，存在很大的改進空間。
1.功能單一。偏重于狀態監測及報警保護，缺乏故障診斷、故障分析、趨勢預測等智能分析功能。
2.監測面窄。偏重于配電線路漏電及溫度的點式探測，缺乏電纜溫度的分布式、線式探測;偏重于對低壓設備的狀態監測，缺乏對高壓設備的狀態監測;偏重民用建筑電氣火災的預防，忽視了工業領域的預防。
3.網絡化水平低。并非完全網絡化的全數字系統，對外缺乏網絡接口，無法實現信息的對外共享發布，無法組建遠程監測及管理系統。
4.智能化未實現。未全部實現數字化及智能化，不符合物聯網的技術方向;同時系統缺乏智能分析功能，只局限在監測層級，不符合設備狀態監測領域的技術水平。
5.可視化不足。監測報警手段傳統單一，缺少圖形化及其他更為直觀的監測報警手段。
電氣火災監控系統行業技術發展趨勢
針對以上提出的電氣火災監控的特點，電氣火災監控未來發展方向為：
(1)數字網絡化系統。基于全數字化的組成單元，通過總線連接，構建功能一體化分布式的網絡系統，不僅是硬件間的網絡連接，同時實現軟件功能組件的分布配合。
(2)功能一體化系統?；诟叩蛪弘姎饩W絡，實現點/線式狀態探測，實現對高低壓電氣設備、電纜、配電網絡接點、分布式溫度和漏電電流等電氣安全狀態參數的全方位監測。不僅適用于民用建筑電氣火災綜合防控，同樣適用于工業場所的電氣火災防控。
(3)智能信息化系統。
實現組成單元的智能化，實現功能的智能化(包括智能診斷、智能分析及智能預測等)。同時對外提供網絡接口，實現信息的遠程發布和監測。
(4)安全可視化系統。在傳統文字監測及聲光報警手段的基礎上，提供直觀的圖形監控及多媒體報警手段，實現電氣火災隱患的一目了然。主要包括狀態監控可視化、故障定位可視化、故障報警可視化、故障分析可視化。
在應用電氣火災監控系統中應注意的問題
加強電氣火災監控技術的應用
在新建、改建、擴建或建筑內部裝修等工程中，按照有關規定合理設計、選擇、安裝電氣火災監控系統的產品，推廣電氣火災監控技術。公安機關消防機構在進行備案抽查、消防審核、和工程驗收時嚴格把關，在消防專項整治工作中，對存在電氣火災隱患的單位，監督單位設置電氣火災監控裝置整改電氣火災隱患，對電氣線路老化的要責令更換，對超負荷用電的要責令其改正，達到消除電氣火災隱患，提高電氣線路和設備運行安全性。
注意電氣火災監控系統的選型
在針對不同的建筑場所進行電氣火災監控系統安裝時，首先要解決一個產品的選型問題，電氣火災監控系統的產品應滿足：GB 14287.1《電氣火災監控設備》、GB 14287.2《剩余電流式電氣火災監控探測器》、GB 14287.3《測溫式電氣火災監控探測器》中相關的要求。從目前國內火災監控系統的產品市場來看，其監控探測器的結構形式主要有三種類型：即多功能漏電開關型、分離配置型、分離配置整合型。
多功能漏電開關型
多功能漏電開關型電氣火災監控系統監控探測器除了自身應有的剩余電流探測(或溫度探測)、報警功能外，又擴展多項功能，例如：過電流、過電壓、延時送電、防雷、欠壓、組網實現遠程集中監控等。該類型具有保護功能多、接線少、整體度高的優點。但是由此產生的缺點是：結構復雜、成本加大、故障率偏高，特別是信號的監控、探測、分析、處理、報警、通信、聯動接口等電路與ABC三相主電(或單相)回路的間隔距離太近，易遭受強電磁場的干擾，降低產品性能的穩定可靠性。另外在安裝使用上也不太方便，如新建工程則需要和配電箱(柜)廠家溝通協商合理組裝，但對改造工程中已經成形并使用中的配電箱(柜)則更不適用。
分離配置型
該類型中電氣火災監控設備與電氣火災監控探測器(包括終端探測頭剩余電流互感器、溫度傳感器)分離配置。即通過監控探測器(終端探測頭)采樣配電柜內導電母線中的電流和漏電流信號，經內置單片機系統分析處理后，應用二總線通信約定，上報消防控制室或值班室里的電氣火災監控設備，且進一步分析處理后，進行所需要聯動控制，從而完成該系統應有的功能。這種系統分工明確、結構簡單、成本少、故障率偏低，不含電源控制開關，不串入配電系統，只通過剩余電流互感器(或測溫探頭)取樣信號，性能穩定可靠。不足之處是：監控設備與監控探測器、監控探測器與終端探測頭之間需要敷設信號線及2芯脫扣控制線。此種類型產品無論是在新工程還是改造工程上使用，都比較方便。
分離配置整合型
分離配置整合型是電氣火災監控設備與電氣火災監控探測器(包括終端探測頭)分離配置型的一種特殊類型。它與分離配置型不同的是：其總線直接使用普通火災報警系統的二總線，省去集中控制器和上位機，由火災報警控制器整合電氣火災監控探測器(包括終端探測頭)探測報警功能后一并控制。該類型優點在于成本下降，消防中心一體化監控，界面統一，管理方便。但是這種組合，相對復雜的火災報警系統故障率偏高，則直接影響著電氣火災監控系統，使得系統的穩定可靠性降低，甚至于造成癱瘓。
安裝電氣火災監控系統的注意事項
首先，監控設備以及系統的報警信號等，應設在消防控制室或有人值班的場所，方便人們管理維護和及時發現火災隱患。其次，配電柜的安裝、布線、設置剩余電流式電氣火災監控探測器的報警值時必須按照有關技術規定的要求，防止因為安裝的失誤導致系統無法正常運行，達不到預防電氣火災的目的。最后，電氣火災監控系統探測器檢測點的設置也至關重要，如設計得不合理，會造成誤報率很高，嚴重削弱電氣火災監控系統的使用效果。電氣火災監控系統探測器的布點，首先應對建筑物內的防火分區做出合理的布置設計，再依據防火分區布置給電氣火災監控系統劃分出適當的探測區域、保護范圍。
隨著技術的不斷進步，電氣火災監控系統的功能更加完備，已經具備了用電安全管理、控制、保護、分析、記錄于一體等智能化優點，且已被廣泛地應用于智能小區、大型商場、醫院及公共高層建筑等場合進行漏電火災監控。同時為了能使剩余電流式電氣火災監控系統穩定運行，在設計和應用時應考慮電力配電系統的特性，選用性能可靠和技術先進的監控系統，這樣就能大幅降低相關應用場合的漏電火災發生率。
