电气线路火灾报警监测及分析

王晓杰

（鲤城区建设局）

摘要：根据相关法规、规范要求．通过对电气火灾成因的分析，就电气线路火灾监控系统中配电线路漏电报警、配电线路和设备的温度报警以及中性线断线报警的原理进行了阐述。提出电气火灾监控系统应以线路漏电检测和报警为主，结合负荷特性和运行状况，在配电设备和线路的适当部位(如变压器、电气竖井内的电缆桥架和电缆夹层等)增加温度监控器。通过对电气线路故障和涉电意外的前期预警，达到预防电气火灾的发生。

关键词：电气线路火灾；电气火灾监控报警系统；电气火灾监控系统剩余电流保护装置

一、前言：

当今世界，电能已经成为社会生产和人们生活必不可少的主要能源。随着我国经济的腾飞，电气化时代已悄然而至。然而，电力一方面造福了人类，一方面又会对人员及设备构成威胁。

由于电气安全管理体系和法规建设不健全、电气操作和使用不当等诸多方面的原因，自二十世纪八十年代以来，我国电气火灾隐患及其发生率一直居高不下，每年约占火灾总起数的26%，年均损失约占总损失的36%，与“用火不慎”并列为诸火灾原因之首，给国民经济和人民生活造成巨大的损失。

近几年来，全国火灾事故数量呈上升趋势。从上世纪八十年代起，电气火灾便逐渐成为各类火灾中的“主角”。有关资料显示，到2008年，全国发生的电气火灾比10年前翻了一番，高达1万次，占各类火灾事故的30%以上。而到了2011年，已占各类火灾事故的35%以上。在农村火灾原因中，电气火灾列第二位；在城市火灾原因中，电气火灾则被排在了第一的位置。

二、电气线路火灾隐患的主要成因

电气线路火灾是由于电气方面原因产生的火源而引起的火灾，一般是指各种发、送、变、配、用电设备及线路在带电运行状态下，由于非正常的原因，在电能转化为热能的过程中引燃可燃物而导致的火灾。还包括静电和雷电引起的火灾。除违章操作等偶然性原因外，相当一部分电气火灾是由于电气系统存在隐患并长期未被发现，特别是各种不同原因造成的局部过热或火花放电，在某种环境条件下导致周围可燃物被点燃，蔓延成灾。因此，需要定期对电气系统进行防火安全检查，及时发现和消除危险隐患。

电气线路火灾形成主要分为过热型和放电型两种，具体成因可分为如下：

1接地电弧性短路

电气短路可分为相间短路和单相接地短路。相间短路一般能够产生较大的短路电流，该短路电流使过流保护装置动作，及时切断电源，较少发生电弧性短路。单相接地短路可分为金属性短路和电弧性短路。金属性短路起火的危险并不大。主要因为短路电流大，过流保护装置在短路电流的作用下短时间内切断电源。而电弧性短路由于故障点接触不良，未被熔融而迸发出电弧或电火花。由于发生电弧性短路的故障点阻抗较大，它的短路电流并不大，断路器难以动作(保险丝一般不会被熔断)，从而使电弧持续存在。据测，仅略大于0.5A的电流产生的电弧温度即可高达2000℃--3000℃，足以引燃任何可燃物，而且电弧的维持电压低至20V时仍可使电弧连续稳定存在，难以熄灭。这种短路电弧常成为电气火灾的点火源。因此，接地电弧性短路是最危险且多发的电气火灾起因。

2电气线路中的谐波电流

由于电气技术的发展，非线性负荷的电气设备日益增多，例如气体放电灯、电视机、计算机、微波炉、变频调速设备等。这类设备的负荷电流含有多次谐波电流，这些谐波电流进入公用电网可引起电源电压畸变、波形失真、损耗增加，并可使电气线路(特别是中性线N)过载发热，加速绝缘老化而存在火灾隐患。中性线过载发热的原因是：在三相平衡负载中3次谐波(9次、15次谐波等)在各相中的分量是彼此同相的，在中性线内不是互相抵消而是相互叠加的，(其他正序、负序谐波分量在中性线中可相互抵消，)叠加后的中性线电流可能超过相线电流，甚至达到近2倍的中性线电流，造成中性线过热而埋下电气火灾隐患。如果三相负载不平衡，中性线再叠加上不平衡电流后发热将更为严重。一些发达国家为此充分放大了中性线截面，甚至取为相线截面的两倍。而在我国一些地方，中性线截面仍按习惯做法，只取相线截面的1/2甚至1/3。如果三相负载不平衡比较严重并且存在较大的谐波电流，那么，在不平衡电流及谐波电流的作用下，可能使中性线损坏甚至烧断，引起电气设备的绝缘受损，易使单相设备烧坏，甚至发生火灾。

3电气设备过负荷

当电流通过导线时，由于导线有电阻存在，便会引起导线发热。所谓过负荷（即过载）,是指电气设备或导线的功率和电流超过了其额定值。由于电气设备或导线的绝缘材料，大都是可燃材料，属于有机绝缘材料的有油、纸、麻、丝和棉的纺织品、树脂、沥青、漆、塑料、橡胶等。只有少数属于无机材料，例如陶瓷、石棉和云母等是不易燃材料。过载使导体中的电能转变成热能，当导体和绝缘物局部过热，达到一定温度时，就会引起火灾。我国不乏这样的惨痛教训：电线电缆上面的木装板被过载电流引燃，酿成公共场所的巨大火灾。

4旧建筑的老化电气线路

旧建筑中大量使用铝芯电线、电缆，电气线路设计过于节约，线路容量偏低，线路老化严重，引发相当多的火灾事故，是发生电气火灾的非常重要原因。

三、电气线路火灾报警系统的定位

目前用于电力计量、执行操作和实施保护的通用电工产品已十分成熟，能有效防止由于线（相）间金属性短路故障和长时间过载发热引起电气火灾。但这基本上是属于被动预防。电气线路火灾报警系统则是针对接地电弧性短路故障，具有辅助性的主动预防功能，起到监控和预警的作用。

电气线路火灾报警系统本质上是立足预防为主，专门针对电气线路故障和涉电意外的前期预警系统，火灾自动报警系统主要解决的是各种火灾发生之后的报警，同时启动消防联动控制系统对火灾区域内的人员进行快速和有序疏散，并对火灾区域实施扑救。

四、电气线路火灾监控报警系统组成及原理

我国电气线路火灾在各类火灾中占有相当大的比例，针对我国电气火灾居高不下的特点，国家已制定了防患电气线路火灾方面的专门法律，从源头上预防电气火灾的发生。相继出台了《高层民用建筑设计防火规范》(GB 50045-95，2005年版)和《建筑设计防火规范》(GB 50016—2006) ，条文中均明确要求在建筑物内安装电气线路火灾监控报警系统。

电气火灾监控系统(由电气火灾监控设备、剩余电流式电气火灾监控探测器、测温式电气火灾监控探测器三部分组合而成)主要解决的是对电气火灾的预防和控制。隔离故障线路，重要性质负荷线路报警等。不包括对人身安全的直接及间接接触电击防护功能。系统采用HUB (集线器)星形结构布线，总线采用超五类8芯UTP(非屏蔽双绞线)，与火灾自动报警系统分开且独立敷设，因此其和火灾自动报警系统为并列关系．也可成为火灾自动报警系统的一个子系统。仅仅实时提供火灾监控探测器对配电线路、配电设备和大型用电设备所监测的数据采集和传输。

根据国际消防资料和近年来国内电气火灾案例分析，由于电气线路电弧性接地故障引起的火灾比例最大，因此配电线路的漏电监控是电气火灾系统中的重要部分。

对线路的漏电监控，首先应了解保护对象火灾危险性，同时明确工程配电系统组成、接地型式和负荷对象性质。对线路漏电电流监控器设定值有下列要求：报警值不应小于20mA，不应大于1000mA，且监控器的报警值应在报警设定值的80％～100％之问，对疑似预警的剩余电流额定值均不宜低于正常运行实测泄漏电流值3～4倍且不宜大于100～300mA，报警的剩余电流额定值均不宜低于正常泄漏电流值的2倍且不宜大于300～500mA。报警原理如方框图。

配电线路的漏电监控保护即剩余电流式电气火灾监控探测器安装位置一般设置于一级或二级保护处。随着建筑物的体量增加和建筑物内供电对象多样性。一般建筑物内配电线路的漏电监控保护以三级保护为主。第三级通常为线路末端，因是线路末端原则上仍应使用传统无延时的漏电保护器。漏电动作电流小于30mA，高灵敏度、快速动作型，主要用于防人身触电保护。第二级设在楼层配电箱进线处和动力设备问内配电柜进线处，动力回路监控器漏电电流报警值为50～100mA；照明回路监控器漏电电流值100～200mA，最后按实际正常泄漏电流值2倍确定，且不宜大于300～500mA。第二级设置的漏电监控器主要功能以预警为主(准确报出故障线路地址和隐患部位)，尽量避免采用漏电自动脱扣保护，因为从发生故障到烤燃起火以至成灾，需要一个相当长的时间．因此发出报警后完全有时间查出故障线路和妥善处理故障回路。

建筑物总进线处为第一级，第一级设置的监控器一般仅用于漏电报警，其漏电电流值可设定为400～800mA。因此，火灾监控系统对配电线路的漏电应以报警为主。

配电线路和大型用电设备除有漏电监控报警外，还应根据负荷运行情况和线路敷设的环境因素，以探测电气系统重点部位异常发热为基本原则，在关键位置增设温度监测报警，如在电气竖井内设置温度监控器动态检测电缆和插接式母线温升情况等。配电设备的温度报警主要对干式变压器设置高温报警．以上报警信号送至电气线路火灾监控系统。选用温度报警方式时，应根据线路和设备所提供的耐热特性及允许温升的资料设定温度报警参数．其值一般规定为小于允许耐热温度5℃。

五、电气线路火灾监控系统的设置

根据GB14287-2005的定义，以及工程实践经验，一个完整的电气线路火灾监控系统应包括：

1、作为监视控制中心的电气线路火灾监控设备（监控主机），一般设置于消控中心；

2、各防火分区的电气线路火灾监控区域报警监控设备（区域主机），一般设置于各防火分区人员疏散出口位置；

3、各个分部于建筑物配电系统关键点的监控探测器（剩余电流式和测温式），可采用独立式或非独立式两种，一般设置于供电配电箱柜内；

4、连接监控主机与各探测器的通讯网络（接口、通讯总线及分支线、护线管槽）；

5、确保系统信息正确传递的中继器件（地址编码/收发器、中继/隔离器、集线/分支器）；

6、用于通讯约定和人机交流的互助平台软件（中心与终端）。

当然并非任何场所都必须配齐上述部分。在监控点少于12个的独立区域，则可仅设置区域报警系统。(回路监控报警系统示意如图。)

六、电气线路火灾报警系统的功能

1实时监控：对监控区域的漏电流进行实时监控，在监控器和中央监控计算机上实时显示各监控区域配电线路的漏电流值、预报警阀值、报警动作值、报警动作时间、故障区域地址和报警状态；在中央监控计算机上显示漏电流变化曲线和记录各项参数及状态；

2区域监控和组网监控：可由独立监控器对保护区域内的对地漏电流进行监控，也可将各区域监控分级组网集中监控；对于剩余电流预报警阀值和报警动作值、报警动作时间多档可调，既可现场设置也可远程设置；

3预报警功能：当实时漏电电流超过额定剩余电流预报警阀值时，蜂鸣器报警、报警指示灯闪烁；操作人员可及时在报警区域排查漏电故障点，排除漏电故障，从而将火灾隐患消灭在萌芽状态；

4漏电保护功能：可根据不同区域现场和实际情况要求设置剩余电流报警动作值和动作时间，以满足区域漏电保护要求，避免越级跳闸或大面积跳闸；当实时漏电电流超过额定剩余电流报警动作值时，报警输出可使断路器脱扣切断电源；

5强切功能：当消防控制室在确认火灾后，能通过控制按钮切断有关部位的非消防电源。

6查询功能：可通过查询功能查看发生报警的累计次数；

7通讯功能：通过RS-485总线连接，采用MODBUS协议可实现监控器与计算机之间的数据传输。

七、结束语

随着社会的发展及电力的广泛应用，电气安全不仅已成为各国电气操作与维护人员消除安全生产隐患、防止伤亡事故、保障职工健康及顺利完成各项任务的重要工作内容，同时也是电气专业工作者首要面临并着力解决的课题，电气线路火灾监控系统是一个联网的整体装置，是一个完整的系统工程。特别是在火灾发生前，能对配电线路、变配电设备、重要用电设备的电流(以线路漏电电流为主)和温度变化进行检测，以及对隐患和故障部位的地址进行报警。因此，电气线路火灾监控系统根据保护对象的火灾危险程度不同，结合工程的配电系统和负荷特性确定保护等级情况；以线路漏电检测和报警为主，同时可依据负荷特性和运行状况，对配电设备和线路适当的部位增加温度监控器，如变压器、电气竖井内的电缆桥架和电缆夹层等，提高系统的可靠比。此外，在配电设计时还应充分考虑线路负荷增长因素和敷设条件对载流量的影响，选择足够的中性线截面，合理选配剩余电流动作保护装置。

参考文献

1. 《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T 16  2008）
2. 《低压配电设计规范》（GB50054-95）
3. 《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045-95）（2005版）
4. 《电气火灾监控系统》（GB14287-2005）
5. 《火灾自动报警系统设计规范》（GB500116-98）

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