电气火灾监控探测器与保护电器的探讨

　　0引言
GB50016-2014《建筑设计防火规范》（2018年版）中明确了需要设置电气火灾监控系统的场所，GB14287-2014系列标准《电气火灾监控系统》、GB50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》、GB51348-2019《民用建筑电气设计标准》的不断更新为电气火灾监控系统的具体做法提供了依据。电气火灾监控器、剩余电流式电气火灾探测器、测温式电气火灾探测器、故障电弧探测器组成的系统已能实现电气火灾的预警作用。下面笔者就如何正确、完善选择电气火灾监控系统设备组成和如何设定合适的探测器报警值进行阐述。同时，本文通过比选和分析电弧故障保护电器、限流式电气防火保护器的设备特性，归纳建议使用这两种设备的场所。
　　1系统设备组成部分
根据GB51348-2019第13.5.1条，电气火灾监控系统应由电气火灾监控器、接口模块、剩余电流式电气火灾探测器、测温式电气火灾探测器、故障电弧探测器中的部分或全部设备组成。根据目前相关产品制造厂家提供的产品信息，可以了解到电弧故障保护电器、限流式电气防火保护器可以接入电气火灾监控系统，并将电弧故障、短路等故障信号反馈至电气火灾监控器，实现实时监测。系统示意拓扑图见图1。
　　2剩余电流式、测温式电气火灾探测器的选择及参数设置
2.1探测器组合的选择
在GB14287-2014系列标准、GB50116-2013、GB51348-2019第13.5.1条的条文关于系统定义时均规定剩余电流式、测温式电气火灾探测器为电气火灾监控系统的组成部分，但未明确常规的项目中是取其中一种探测，还是两种探测需同时设置。然而GB51348-2019第13.5.2条规定：非消防负荷的配电回路中设置电气火灾监控系统时，电气火灾监控系统应检测配电线路的剩余电流和温度，当超过限定值时应报警；同时第13.5.1条的条文说明提到：可根据配电线路火灾危险性分别设置不同的电气火灾探测器，例如大型商场的照明配电线路可采用电弧故障探测器+测温式探测器，动力负荷的配电线路可采用剩余电流式探测器+测温式探测器组式电气火灾监控系统。
其中测温式探测器不可或缺，因此笔者认为，常规项目设计中除了特殊场所采用电弧故障探测器、限流式电气防火保护器外，非消防动力负荷的电气火灾监控均应同时选用剩余电流式+测温式探测器或者其组合一体式设备。根据目前制造厂商的制造能力，组合一体式探测器设备已非常成熟，产品图示见图2。
GB51348-2019同时对监测点设置位置作了相应要求：计算电流300A及以下时，宜在变电所低压配电室或总配电室集中测量；300A以上时，宜在楼层配电箱进线开关下端口测量；当配电回路为封闭母线槽或预制分支电缆时，宜在分支线路总开关下端口测量；建筑物为低压进线时，宜在总开关下分支回路上测量；国家级文物保护单位、砖木或木结构重点古建筑的电源进线，宜在总开关的下端口测量。
2.2探测器报警值的选择
多本规范、标准中均有明确要求，剩余电流式电气火灾探测器的动作报警值为300mA，实际设计中按此选择即可。
而测温式火灾探测器的动作报警值宜按所选线缆导体最高耐温的70%～80%设定，导体绝缘在没有损坏前报警。导体最高耐温需要根据导体的选型查阅相关图集、手册资料确定。
导体长期允许最高工作温度可查询《工业与民用供配电设计手册》（第四版）表9.3-1与GB50217-2018《电力工程电缆设计标准》附录A。
例如：某非消防负荷总进线回路选用1kV的交联聚乙烯绝缘电力电缆时，测温式火灾探测器的动作报警值可以整定为90×70%=63摄氏度。
　　3故障电弧探测器与电弧故障保护电器
故障电弧是由于电气线路或设备中绝缘老化破损、电气连接松动、空气潮湿、电压电流急剧升高等原因引起空气击穿所导致的气体游离放电现象。这些看似微不足道的隐患，一旦触发，可能产生严重后果。故障电弧产生的高温足以引发火灾，但常规的断路器往往无法捕捉到这种特殊的电流波动，使得火灾防控变得极为困难。更进一步，电弧还可能导致电压波动和电流突变，严重损害用电设备的稳定性，因此故障电弧的监测及消除极其重要。
故障电弧探测器能探测被保护电气线路中产生的故障电弧，对接入线路中的故障电弧（包括故障并联电弧、故障串联电弧、异常状态）进行及时有效的检测，通过内置电路及软件对下级线路的故障电弧情况进行分析处理，判断下级终端线路的状态。当检测到线路中存在引起火灾的故障电弧时，可以在现场发出声光警报，并将报警信息传输至电气火灾监控器主机，可帮助值班人员迅速查明电气故障发生的区域，以便及时消除电气火灾隐患，实现预警火灾发生的目的。
目前设备制造厂家的产品已多元化，故障电弧+剩余电流+测温式探测器组合的一体式设备能同时满足对故障电弧、剩余电流以及导体温度的同时监测。组合式故障电弧探测器系统示意图见图3。
电弧故障保护电器是故障电弧探测器的升级设备，在具有故障电弧监测和报警功能的基础上，装置会迅速切断电源，防止火势蔓延，同时具有传统断路器的短路、过载、剩余电流、过/欠电压等保护功能。这种装置与传统的火灾监控系统有所不同，它更倾向于主动防护，而非仅仅报警，提高防火保护的时效性。
故障电弧探测器主要用于大型商场、批发市场、图书馆、档案馆、地铁、展厅、博物馆、高度大于12m的空间等场所末端配电箱出线回路中，这些场所高大空间多、人员密集，易发生电气火灾，且一旦发生火灾损失重大。而超市、档口式家电商场、批发市场用电设备杂乱，图书馆、档案馆、博物馆等文物保护场所的易燃珍贵物品多，幼儿园、养老院等场所活动的人员行动不便或无火险意识，这些场所建议都采用电弧故障保护电器，一旦识别出异常，迅速切断电源。
　　4限流式电气防火保护器
限流式电气防火保护器、断路器、熔断器都属于短路保护产品，现阶段最为常见的短路保护产品依然是断路器和熔断器，其成本低，能实现一定的保护作用，但由于设备本身的特性，断路器和熔断器的分断速度为ms级别，相对较慢。线路短路电流大，短路点短路能量迅速聚集，ms级别的分断速度可能无法完全起到保护作用，即在保护设备还未能产生保护动作时，就可能会产生电弧火花，产品过热也可能引燃附近的可燃物，在易燃易爆且需要供电的场所很容易引发火灾事故，易燃易爆危险场所十分有必要使用限流式保护器。在GB51348-2019中规定：储备仓库、电动车充电等场所的末端回路应设置限流式电气防火保护器。限流式电气防火保护器系统示意图见图4。限流式电气防火保护器又称作短路灭弧保护器，采用大功率MOS管作为开关元器件，当线路发生短路故障时，能在150μs内实现快速限流保护，有效预防极短时间过流导致的火灾风险，并消灭故障电弧，最大程度降低因过流引起的电气事故。限流式电气防火保护器、断路器、熔断器的性能区别见表1。
限流式电气防火保护器在使用过程中需要注意以下几个方面：首先，应根据实际需要选用合适的额定电流值和额定短路断电容量的保护器；其次，保护器应安装在各回路的前端（仅断路器的后方），以保障电气设备的安全；另外，还需要定期检查保护器的工作状态和性能，并进行必要的维护和更换。
　　5结语
根据我国近些年的火灾统计，电气故障原因引发的火灾占比居于首位，电气火灾的监测与故障及时解除仍是消防安全的重中之重。本文通过对规范、标准的研究，对电气火灾监控探测器及保护电器的分析，为同行在电气火灾监控系统设计时提供参考。
期待未来科学技术不断前行，孵化更先进的监控设备产品，为电气消防安全、供电可靠性提供更有力的支撑。