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通过电气火灾监控系统在施工、调试运行时所出现的问题,分析了故障点的排查结果及相应的处理方案,结果表明增设的电气火灾监控系统发挥了应有的预警作用,供电线路非正常泄漏电流产生的原因也可以通过故障点的排查结果来判定。


应某大学后勤管理处要求,对该校部分年代久远的多层木结构学生宿舍群进行增设火灾自动报警系统的设计。针对木结构建筑的特殊性及现场勘查情况,笔者认为电气火灾发生的危险性很大,在与业主商议后,另增设一套电气火灾监控系统。


由于是既有建筑,现场供电线路接线很不规范,施工和调试中出现很多问题,泄漏电流过大,以至于业主曾打算废弃该系统,后来通过各方努力,排查出故障点,问题都得到很好的解决。而且排查结果也证明,增设的电气火灾监控系统发挥了应有的预警作用。另外,供电线路非正常泄漏电流产生的原因也可以通过故障点的排查结果一探端倪。


1 项目概况


该多层木结构学生宿舍群地上共 5 层,总建 筑面积约为 5 000 m2,大约有 120 间宿舍,配公用卫生间,生活热水由设于室外的空气源热泵提供。供电电压为 380 V /220 V,由就近变电所引来 2 路电源,低压配电接地型式采用 TN-C-S 系统,配电方式均采用放射式。


供配电系统简易接线示意图如图 1 所示。

供配电系统简易接线示意图9.jpg

2 电气火灾监控系统设计方案


采用独立式电气火灾监控探测器,该探测器 自带声光报警、剩余电流值显示及通信联网功能,且通过室外通信线与学校消控室图形显示装置联网,以使消控室工作人员能及时收到报警信息及故障信息。电气火灾监控系统接线方案如图 2 所示。

智慧用电安全监控系统_副本2.jpg

参考文献[1]第 22。 2。 9 条说明“住宅部分建筑面积 < 4 500 m2( 三相配电) 时,每栋住宅的总电源进线断路器的剩余动作电流为300 mA”,设计按每路电源进线处设置一处电气火灾监控探测点( 见图 1) ,设计报警值为 300 mA。


3 施工、调试出现的问题及故障点的排查结果


原有 PEN 线重复接地示意如图 3 所示,由于PE 线接在剩余电流互感器后端,当发生接地故障时 IΔ = IL1 + IL2 + IL3 + IN = 0,无法检测出泄漏电流。改造后 PEN 线重复接地示意图如图 4 所示,IΔ = IL1 + IL2 + IL3 + IN = Ik1,简单地说就是 PE线应避开电流互感器,电气火灾监控探测器才能正常工作。

原有 PEN 线重复接地示意图5.jpg

改造后 PEN 线重复接地示意图0.jpg

接线完成后进行调试,结果表明剩余电流值高达 3 000 mA,报警器蜂鸣不止。现场查勘时也无法进行诊断,后施工单位把其中一个探测器改接至 1F 电表箱处,并分时段进行数据采集。进户总箱及楼层总箱分时段采集的剩余电流数据如表 1 所示。

进户总箱及楼层总箱分时段采集的剩余电流数据2.jpg

由表 1 中可见,剩余电流大小与宿舍用电高峰、低谷有所关联,但都维持高位,基本可以排除 学生自带用电设备的影响,应是配电线路的问题。业主方初期认为大楼目前供电正常,对电气火灾监控系统剩余电流报警值是否偏高提出质疑。此时,厂家提出该探测器可以设置 1 000 mA基础剩余电流及 1 000 mA 报警剩余电流, 即 最大报警剩余电流阈值可为 2 000 mA,如按此做法装设于每层出线处,放宽剩余电流报警阈值,可以实现电气火灾监控探测器正常工作时不报警,但该做法不符合 GB 50116—2013《火灾自动报警系统设计规范》中报警剩余电流值不宜大 于 500 mA 的要求。


对整个大楼配电线路进行系统排查的工作量很大,业主方曾打算放弃电气火灾监控系统的使用。后经各方讨论及学校水电中心的支持,采用剩余电流钳形表由总箱到末端逐级检测的方案,具体由学校水电中心实施。剩余电流钳形表如图 5 所示。

剩余电流钳形�?.jpg

经过近一周的排查,具体故障点及检修前后剩余电流如表 2 所示。

具体故障点及检修前后剩余电�?.jpg

由表 2 可以发现,剩余电流故障原因基本上都是施工不规范引起的。特别需要注意的是,除了常规相线接地故障外,中性线绝缘受损引起的剩余电流同样不容忽视。该项目中 5F 淋浴间线路发生剩余电流的中性线已呈焦黑色( 电击) ,有很大的火灾隐患。


按表 2 整改后的剩余电流数据,1F ~3F 建筑面积约为3 000 m2,折算下来每1 000 m2 约为3. 8 mA,4F ~5F 建筑面积约为 2 000 m2,剩余电流除去室外空气源热泵线路的 80 mA,折算下来每 1 000 m2约为 20 mA。此数据没有普遍意义,但可供类似性质项目设计剩余电流报警值时参考。


4 电气火灾监控探测器的设置


有关电气火灾监控探测器的设置,GB 50116—2013《火灾自动报警系统设计规范》第 9. 2. 1 条规定“剩余电流式电气火灾监控探测器应以设置在低压配电系统首端为基本原则,宜设置在第一级配电柜( 箱) 的出线端。在供电线路泄漏电流大于500 mA 时,宜在其下一级配电柜( 箱) 设置”,并没有给出具体的设置原则,问题是设计之初电气 设计师如何能估算正常泄漏电流大小。

常用电器的泄漏电流参考�?.jpg

查阅很多资料,唯一可供参考的数据是文献[3]中的 3 个表格,如表 3 ~ 表 5 所示。表 4和表 5 还是沿用文献[3]中的数据,上海、广东的电气火灾监控地方规范也是摘抄这版的数据,不仅数据严重偏少,而且由于设计之初不确定因素很多( 例如二次装修设计场所) ,很难应用到工程设计中去。

单相及三相线路穿管敷设电线泄漏电流参考�?.jpg

电动机的泄漏电流参考�?.jpg

由于缺乏可供参考的正常泄漏电流值,设计时也无法估算,目前都是设计师自行设置电气火灾监控探测器。


电气火灾监控系统的实际应用已有十多年, 已有大量投入运行的项目可供采集泄漏电流数据,故可以参照负荷密度的做法,通过数据分析对不同性质建筑物的不同类型负荷的正常泄漏电流也做成泄漏电流密度参考表,对电气设计会很有帮助。

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