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通過電氣火災監控系統在施工、調試運行時所出現的問題,分析了故障點的排查結果及相應的處理方案,結果表明增設的電氣火災監控系統發揮了應有的預警作用,供電線路非正常泄漏電流產生的原因也可以通過故障點的排查結果來判定。


應某大學后勤管理處要求,對該校部分年代久遠的多層木結構學生宿舍群進行增設火災自動報警系統的設計。針對木結構建筑的特殊性及現場勘查情況,筆者認為電氣火災發生的危險性很大,在與業主商議后,另增設一套電氣火災監控系統。


由于是既有建筑,現場供電線路接線很不規范,施工和調試中出現很多問題,泄漏電流過大,以至于業主曾打算廢棄該系統,后來通過各方努力,排查出故障點,問題都得到很好的解決。而且排查結果也證明,增設的電氣火災監控系統發揮了應有的預警作用。另外,供電線路非正常泄漏電流產生的原因也可以通過故障點的排查結果一探端倪。


1 項目概況


該多層木結構學生宿舍群地上共 5 層,總建 筑面積約為 5 000 m2,大約有 120 間宿舍,配公用衛生間,生活熱水由設于室外的空氣源熱泵提供。供電電壓為 380 V /220 V,由就近變電所引來 2 路電源,低壓配電接地型式采用 TN-C-S 系統,配電方式均采用放射式。


供配電系統簡易接線示意圖如圖 1 所示。

供配電系統簡易接線示意圖9.jpg

2 電氣火災監控系統設計方案


采用獨立式電氣火災監控探測器,該探測器 自帶聲光報警、剩余電流值顯示及通信聯網功能,且通過室外通信線與學校消控室圖形顯示裝置聯網,以使消控室工作人員能及時收到報警信息及故障信息。電氣火災監控系統接線方案如圖 2 所示。

智慧用電安全監控系統_副本2.jpg

參考文獻[1]第 22. 2. 9 條說明“住宅部分建筑面積 < 4 500 m2( 三相配電) 時,每棟住宅的總電源進線斷路器的剩余動作電流為300 mA”,設計按每路電源進線處設置一處電氣火災監控探測點( 見圖 1) ,設計報警值為 300 mA。


3 施工、調試出現的問題及故障點的排查結果


原有 PEN 線重復接地示意如圖 3 所示,由于PE 線接在剩余電流互感器后端,當發生接地故障時 IΔ = IL1 + IL2 + IL3 + IN = 0,無法檢測出泄漏電流。改造后 PEN 線重復接地示意圖如圖 4 所示,IΔ = IL1 + IL2 + IL3 + IN = Ik1,簡單地說就是 PE線應避開電流互感器,電氣火災監控探測器才能正常工作。

原有 PEN 線重復接地示意圖5.jpg

改造后 PEN 線重復接地示意圖0.jpg

接線完成后進行調試,結果表明剩余電流值高達 3 000 mA,報警器蜂鳴不止。現場查勘時也無法進行診斷,后施工單位把其中一個探測器改接至 1F 電表箱處,并分時段進行數據采集。進戶總箱及樓層總箱分時段采集的剩余電流數據如表 1 所示。

進戶總箱及樓層總箱分時段采集的剩余電流數據2.jpg

由表 1 中可見,剩余電流大小與宿舍用電高峰、低谷有所關聯,但都維持高位,基本可以排除 學生自帶用電設備的影響,應是配電線路的問題。業主方初期認為大樓目前供電正常,對電氣火災監控系統剩余電流報警值是否偏高提出質疑。此時,廠家提出該探測器可以設置 1 000 mA基礎剩余電流及 1 000 mA 報警剩余電流, 即 最大報警剩余電流閾值可為 2 000 mA,如按此做法裝設于每層出線處,放寬剩余電流報警閾值,可以實現電氣火災監控探測器正常工作時不報警,但該做法不符合 GB 50116—2013《火災自動報警系統設計規范》中報警剩余電流值不宜大 于 500 mA 的要求。


對整個大樓配電線路進行系統排查的工作量很大,業主方曾打算放棄電氣火災監控系統的使用。后經各方討論及學校水電中心的支持,采用剩余電流鉗形表由總箱到末端逐級檢測的方案,具體由學校水電中心實施。剩余電流鉗形表如圖 5 所示。

剩余電流鉗形�?.jpg

經過近一周的排查,具體故障點及檢修前后剩余電流如表 2 所示。

具體故障點及檢修前后剩余電�?.jpg

由表 2 可以發現,剩余電流故障原因基本上都是施工不規范引起的。特別需要注意的是,除了常規相線接地故障外,中性線絕緣受損引起的剩余電流同樣不容忽視。該項目中 5F 淋浴間線路發生剩余電流的中性線已呈焦黑色( 電擊) ,有很大的火災隱患。


按表 2 整改后的剩余電流數據,1F ~3F 建筑面積約為3 000 m2,折算下來每1 000 m2 約為3. 8 mA,4F ~5F 建筑面積約為 2 000 m2,剩余電流除去室外空氣源熱泵線路的 80 mA,折算下來每 1 000 m2約為 20 mA。此數據沒有普遍意義,但可供類似性質項目設計剩余電流報警值時參考。


4 電氣火災監控探測器的設置


有關電氣火災監控探測器的設置,GB 50116—2013《火災自動報警系統設計規范》第 9. 2. 1 條規定“剩余電流式電氣火災監控探測器應以設置在低壓配電系統首端為基本原則,宜設置在第一級配電柜( 箱) 的出線端。在供電線路泄漏電流大于500 mA 時,宜在其下一級配電柜( 箱) 設置”,并沒有給出具體的設置原則,問題是設計之初電氣 設計師如何能估算正常泄漏電流大小。

常用電器的泄漏電流參考�?.jpg

查閱很多資料,唯一可供參考的數據是文獻[3]中的 3 個表格,如表 3 ~ 表 5 所示。表 4和表 5 還是沿用文獻[3]中的數據,上海、廣東的電氣火災監控地方規范也是摘抄這版的數據,不僅數據嚴重偏少,而且由于設計之初不確定因素很多( 例如二次裝修設計場所) ,很難應用到工程設計中去。

單相及三相線路穿管敷設電線泄漏電流參考�?.jpg

電動機的泄漏電流參考�?.jpg

由于缺乏可供參考的正常泄漏電流值,設計時也無法估算,目前都是設計師自行設置電氣火災監控探測器。


電氣火災監控系統的實際應用已有十多年, 已有大量投入運行的項目可供采集泄漏電流數據,故可以參照負荷密度的做法,通過數據分析對不同性質建筑物的不同類型負荷的正常泄漏電流也做成泄漏電流密度參考表,對電氣設計會很有幫助。

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