减少剩余电流式电气火灾监控系统误报警研究

张应腾, 常立强

(1.珠海派诺科技股份有限公司, 广东 珠海 519085;2.中国建筑设计研究院有限公司, 北京 100089)

0 引 言

随着我国经济的高速发展,人们的生活水平逐步提高,各行各业的用电量呈现出稳步上升趋势,与之而来的电气火灾问题也愈发严重,根据《火灾统计年鉴》,近年电气火灾在各类火灾事件中占比高达34%,位于所有火灾原因之首。

各行各业都开始关注电气火灾的监控和预防,电气火灾监控系统逐步成为了消防中必不可少的监控系统。特别是目前,国家刚刚对电气火灾的产品标准和设计规范都进行了更新,加强了对产品的技术要求及设计的规范性,显示出电气火灾监控愈发重要。电气火灾监控主要分为剩余电流式、测温式及故障电弧式电气火灾监控系统。目前广泛使用的剩余电流式电气火灾监控系统主要依靠对回路中剩余电流进行实时采样,计算有效值,然后与预先设置的报警阈值进行比较,若实时值大于阈值,则进行报警处理,反之回路处于正常状态。这种形式的报警系统在前期得到了广泛的应用和实施,但根据长期现场应用反馈来看,此种方式实际运用存在较多测量不准及误报警情况。

1 电气火灾监控系统目前的问题分析

根据对各类现场的研究发现,引起剩余电流式电气火灾监控系统误报警的原因主要有三大类。

(1) 现场用电设备本身具有一定的泄漏电流,当回路中用电设备众多时,不同设备工作引起固有泄漏电流不同,造成对剩余电流测量不准确,测量值中包含部分泄漏电流。

(2) 当回路中有谐波源存在时,如变频器等设施,高次谐波会对剩余电流测量造成影响,导致测量结果波动。

(3) 目前国内部分施工现场人员参差不齐,施工不规范,PE线和N线混用,导致测量不准确。

这三类原因可以总结为两大因素,固有泄漏电流Ig(测量结果中不随时间变化或者随时间变化缓慢的部分)和波动泄漏电流Id(在测量结果中不断波动变化部分)。

当前的电气火灾监控系统均采用固定阈值模式,即在设备出厂或者系统初始运行时,设定固定的报警阈值,在系统运行的过程中,理论情况下,剩余电流超过此阈值时,对外发出报警信号。理论情况下剩余电流如图1所示。

实际现场由于设备本身泄漏电流、谐波源及接线因素等的影响,造成在没有漏电发生的情况下,测量结果也可能不会为零,而是如图1前半部分,将剩余电流基值抬高至某一水平。而随负载设备的投入、切断、运行等状态的变化,测量结果除了在固有泄漏电流,还包含部分变化部分,见图1中波动变化部分,所以对测量结果不做任何处理,并采用固定报警阈值。固定报警阈值时剩余电流如图2所示。

图2(a)中,阈值设置过小,由于负载固有泄漏电流值已经接近报警阈值,在负载设备启动或运行的过程中,波动的泄漏电流相叠加,即可造成测量值超过设定阈值,从而造成系统误报警,而此时回路中可能并没有真正的漏电情况发生。

图2(b)中,阈值设置过大,在系统中有漏电发生时,会因为漏电值不及设定阈值,而导致系统漏报警。

由于现场的复杂性,要人为地去调整报警阈值,变得不具操作性,所以要排除误报及漏报,需要从混乱的测量结果中提取出真正的剩余电流信号[1-2]。

2 具备调节功能的电气火灾监控系统

为了使电气火灾报警系统报警更加精确,对电气火灾报警系统的阈值设定方法进行了改良,采用动态阈值的形式,系统报警阈值不再是固定不变的设定值,而是根据实时的泄漏电流测量结果不断进行修正。首先,报警阈值中剔除固有泄漏电流的影响,即报警阈值是在固有泄漏电流的基础上加安全阈值得到;其次,波动泄漏电流增大时,报警阈值自动提高,泄漏电流变小时,报警阈值自动调低,对实时测量结果动态跟踪,排除固有泄漏电流及其波动对报警的影响。在此基础上自动修正而来的阈值,仅对系统中真正的剩余电流产生反应。采用动态阈值时的剩余电流如图3所示。报警阈值随测量结果实时更新,只在真正漏电发生时,才触发报警阈值,系统发出漏电报警[3-4]。

对图3动态阈值设置的形式稍作变通,即将固有泄漏电流及其波动实时从测量结果中剔除,即可得到还原真正的剩余电流。这样做的好处是,可以继续采用固定方式设置阈值。动态阈值设置的形式稍作变通后的剩余电流如图4所示。

3 结 语

减少剩余电流式电气火灾监控系统误报警及漏报警的根本要点在于,排除负载固有泄漏电流及其变动对测量结果的影响,可以通过报警阈值动态跟踪固有泄漏电流的方式,也可以通过从测量结果中剔除其影响的方式实现。通过现场测试,改进的电气火灾监控系统可以大量减少误报及漏报情况。

通过监测线路中剩余电流的变化情况,作为预防电气火灾手段在国民生活中发挥了重要作用,但其仅能作为一种早期预防系统。测温式电气火灾监控系统通过测量线缆及箱体的温度变化情况来预警电气火灾,相比而言,其预警更加准确。最近逐渐发展起来的故障电弧测量及热解粒子技术,通过分析线路中是否有电弧现象,以及通过分析空气中热解粒子的变化情况,可以更加精确地预警电气火灾。