防火漏电保护技术和自动报警系统关联的设计

陈滢百

（青岛市消防救援支队，山东 青岛 266071）

0 引言

相关研究人员在我国大量的电气类火情事故中归纳总结了相关案例，发现建筑物电气类设备的故障导致的情况较多。经过详细的研究，电气设备的接地问题中电弧类对地出现短路情况也是导致电气类火情的主要原因之一。电弧类的对地短路现象和常规的相间短路相比，其明显的区别为故障部分回路的阻抗值比较大，因此故障电流相对比较小，无法应用一般的保护装置例如断路装置或者熔断装置来第一时间断开电源。通常来讲，国际IBC标准系统以及国内的相关电气类规范规定了有关电路系统内设置RCD（即为剩余电流动作保护器），以此来预防相关的电气类火灾的发生[1]。

1 电网系统中的漏电保护相关技术

漏电保护技术指的是在电网中的漏电电流达到某个预先设定的数值的情况下，可以自动断开电源或者进行警报信号发送的一类用电安全的保护方案。一般来讲，在低压的供电网络中的漏电保护技术能够防止人员出现触电伤亡的事故；虽然在高压的供电网络中无法完全杜绝人员出现触电的伤亡情况，但是能够提升供电网络及相关设备的安全性。因此，高压供电网络中将此方案称为单相接地。一般来讲，漏电保护系统的设定值是：低压供电网络主要的目标为防止人员触电的伤亡情况；高压供电网络的主要目的为相关设备的安全以及防止相关故障扩大。

2 建筑物中火灾的自动警报装置简介

建筑物中的火灾自动警报装置的组成为触发设备、火情警报设备、联动输出设备及具有辅助功能的设备等，相关装置能够在火情出现的初始阶段，将火焰燃烧时发出的烟及热能等物理量信息通过火情探测装置转换为电信号，传送到火情警报控制装置，并且用声音或者灯光的模式对整体建筑发送信号，通知建筑内部的人员及时撤离，控制装置可以记录火情出现的具体位置及时间等信息，保证建筑内部的相关人员可以第一时间发现火灾，并迅速采取适当的措施，在火情刚开始时就进行灭火，尽量降低由于火灾导致的生命及财产损失，是民众与火情斗争的得力帮手[2]。火灾自动警报装置如图1所示。

图1 火灾自动警报装置

3 建筑物中的防火RCD装置简介

3.1 防火RCD装置定义

RCD装置指的是剩余电流动作保护装置（Residual Current Device）：在通常的作业情况下，连通负载装置及阻断电流的流通；然而当电路中的剩余电流处于特定的情况下达到了相关保护装置设定的数值时，就能引发触头发生动作进而阻断电路的一类保护装置。剩余电流动作保护装置属于侦测电路剩余电流及连通和阻断电路电流的相关元器件的综合体。

3.2 防火RCD装置的工作原理

一旦建筑物中的电气设备出现漏电的情况，就会出现电流及电压信号异常的现象。漏电保护器经过对于异常电流及异常电压信号的检测，借助信号处理技术，发出相关指令使相关机构进行工作，应用开关装置快速断开电源，根据相关故障电流进行反应的漏电保护器是电流式漏电保护器，根据相关故障电压进行反应的是电压式漏电保护器。目前，我国广泛使用的是电子式剩余电流动作保护装置，国际上广泛使用的是电磁式剩余电流动作保护装置[3]。

3.3 防火RCD装置作用

剩余电流动作保护装置是一类漏电保护器。其主要作用有如下4点：1） 预防由于漏电事故导致的单相式电击安全事故。2） 预防由于漏电事故导致的火情及相关装置燃烧的安全事故。3） 检测及断开各类单相接地安全故障。4） 某些漏电保护器还能够用于电路过压、电流过载、电路欠压及电压缺相的防护。

4 漏电导致的火灾危害性

4.1 漏电技术研究

根据熔断装置的技术特点，假如经过人工修改使其技术参数提高，或是采用纯铜保险丝进行替换熔断装置的保险丝，在这样的状况下，无法充分起到过流保护的效果；问题可能出现在装置末端，检查距离较大，在出现问题的回路中，相关回路阻抗较大，在短路的回路中的电流比较小，无法触发熔断装置相关的工作；假如相关熔断装置的容量参数比较大，保险丝额定电流大于漏电电流，熔断装置就无法进行工作；如果接地系统不符合相关的法律法规，使系统内部出现较大的接地电阻，就会使回路中的电流减小，无法触发熔断装置进行工作；针对采用的自动保护式开关装置，假如开关无法正常工用，或是预先设定的电流较大，使自动保护开关装置没有出现进一步动作；对于接地保护线，在对于接线端子实施接线的进程中，发生接线不牢固的状况，此时接触电阻数值较大，对发生故障电路形成了制约，最后导致熔断装置无法正常工作。

4.2 供电网络导致电气火灾的原因分析

供电网络出现漏电电流或者故障位置接触不良，都有可能引发火灾。通常来讲，针对故障位置的接触情况，经常出现接触不牢固的情况，从而导致接触位置电阻数值较大，漏电保护器不能产生动作，并且在某种程度上可能会产生电弧。根据有关试验数据可知，针对0.55 A的电流量，该产生的电弧最高温度可能高于2100 ℃，在此种状况下，可能引燃周边所有易燃物质。针对保护装置的零线和地线，在其接线端子位置，可能出现连接不牢固的状况，从而引起火灾。根据电路保护装置的地线，该接线端子位置可能发生连接不牢固的状况，在这种状态下回路电阻数值较大，尽管相关供电网络可以正常工作，但是很难找到故障位置。在接线端子位置假如存在漏电的状况，相关位置就会产生较大的电阻数值，导致相关供电装置局部发热的情况，在接线端子位置出现电弧状况，或者是温度较高的状况，这种情况下容易引燃周边的易燃物质，或是烧毁某些供电设备，例如开关插座等，在发生漏电导致的火灾的种类中，底座材质为木料的起火情况是非常普遍的[4]。

4.3 对防火RCD相关装置的选用过程存在的问题进行研究

针对RCD装置的整定数值来讲，在有关的配电系统设计标准中有过清晰明确的要求，针对RCD整定数值的设定及选取，可以在0～0.55进行选择；在相关的住宅建筑设计标准中，规定住宅必须配备电源主线路的断路装置，并且具备漏电保护的功能；在相关的电气系统设计标准中，针对RCD装置的整定数值的设定，规定能够在5 mA～310 mA进行选择。按照电气设备防火的层面上的要求来研究，建筑物中配备RCD装置是非常必要的工作，并且是一类非常有效的解决方案。不过在实际的现场施工作业过程中，针对RCD装置的整定数值的取值，是无法精确把控的。电气装置和相关线路在正常工作的状况下，假如泄漏电流数值和RCD装置的整定数值一致，或大于RCD装置的整定数值，RCD设备将可能进行进一步的操作，从而阻断供电线路。RCD继电保护装置如图2所示。

图2 RCD继电保护装置

5 科技防火解决方案

5.1 漏电保护装置

现阶段，在某些住宅建筑中的供电网络中仍然存在漏电电流的保护的隐患，出现故障时，供电网络如果无法第一时间断开电源装置，将会导致电弧或者短路电流一直存在进而引起燃烧。漏电保护装置对于回路中的漏电电流有较高的敏感程度，能够在50 ms左右的时间段内迅速断开电路，有效杜绝火情的产生。与此同时在卫生间或游泳池等非常潮湿的区域，相关人员可能由于皮肤电阻的减小进而导致触电情况，安装漏电保护装置能够显著降低此种状况发生的概率。据调查研究，电压220 V，电流取值为280 mA的漏电保护装置能够有效地杜绝电气类火情的产生。

5.2 无人机火灾监测简述

无人机遥控相关技术指的是一类无人机设备飞行，远程监测和远程感知，数据信息通信及卫星全球定位功能于一身，可以实现自动收集有关数据，进行相关数据信息的处理，数字化建模及遥感图像生成的技术。城市建筑的消防线上监控相关的无人机遥控监测相关技术能够用于完成火情预警的目标。常规的消防监控工作是相关人员需要抵达现场进行观察，该方案显著缺陷主要有耗时耗力及信息收集不完善。使用无人机进行火情监控工作能够在应对现场问题的情况下自主评估火情出现的位置，并进行灾情相关参数信息的计算，使用现场数字沙盘，能够为事故现场的火情的指挥提供准确性较强的根据，并且最大限度地降低了消防相关人员的现场抢险的危险。

6 电气类火灾中漏电保护和火灾自动警报装置关联设计问题的研究

一般来讲，消防安全系统中的火情自动警报装置被誉为消防任务中的哨兵，由于该装置的存在，使得建筑物在火情出现的早期就可以迅速取得相关信息的预警，将火情扑灭在萌发的阶段，获得相对比较理想的结果。通过上述描述，相关技术人员是否可以把预防电气类火情的漏电保护系统归结到火情自动警报装置内进行统一的协调管控，可否开发一类相关产品、研发一类设备把电气方面防火漏电保护系统的工作机理进行转变，不仅应用了开关阈值操作的单一的模式断开供电线路，而且应用了监控系统泄漏电流、过电压等参数信息逐级警报的操作模式：如果应用了高限时然后断开供电回路的智慧化模式，肯定是满足相关要求的。然而使用普通的断路装置附带漏电保护系统的RCD模式是无法符合上述要求的[5]。普遍的火情警报及消防联动系统装置如图3所示。下面根据工程实例进行讨论。

图3 火情警报及消防联动系统装置

6.1 大型建筑物中配备火灾自动警报系统的情况

某大型公共建筑物，每层楼约有20间办公室，规划设计在所有的楼层的照明系统中配备3台FD型号的漏电综合保护装置用于电气类火情防护工作（FD型号的产品有漏电、过流、过电压、断相和低电压等多类保护条件的设置），每部FD设备监控8间办公室的范围。根据漏电保护的区间线路以及用电装置的正常泄漏电流情况进行分析研究和测算工作，一般来讲，常规的泄漏电流数值的区间为I△N≤250 mA。FD设置工作需要设置相关参数数值：1） 把 FD设备在相关建筑物中设置为消防联动控制过程的装置之一。2） 设置FD漏电电流阈值为I△N≥310 mA时发出警报信号随即传输到火情自动警报装置：提示消防指挥中心的相关值班人员迅速排查配电系统并且第一时间清除相关的隐患。3） 设置FD漏电阈值的数值为I△N≥510 mA的情况下，触发操作断开配电电路系统； FD相关装置的警报预设的数值以及断开回路的启动数值在某个区间内能够调整，可以解决在正常和特殊情况漏电时由于标准、条文和相关规范造成的与实际管理过程中的矛盾。

6.2 在住宅建筑中实际应用状况

如果住宅建筑是高层商住楼并且装有火灾警报装置的情况下，该类住宅中FD控制以及警报联动模式的操作方式和前面所述的方式一致。值得注意的是FD系统的漏电保护断开电流的数值必须依靠实际情况进行考虑，在操作过程中，如果某部FD系统设备监控的房间数量比较大，并且常规的漏电电流数值达到550 mA档位的时候，漏电保护断开电流值取550 mA也就无法满足实际需求了，要调节FD系统监控房间的数量进行应对。所以设计FD系统的阈值可调及参数可视，每部FD系统设备监控户数既可以保证特殊漏电时不会出现火情，又可以使民众日常生活用电合理地波动。

7 结论

建筑中的防火漏电保护RCD配置是很有必要的，却不是独立存在的。随着建筑物电气装置系统的完善，新型设备的相继面世，新旧的标准条款改变和更替，常规的方案已经无法满足新时期的需求，相关系统的设计实践需要持续地归纳改善其相关解决方案，以适应建筑电气系统的发展和更新，更好地保障人民群众生命及财产的安全。