建筑漏電火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

賈立忠 錢紅海 范敏杰

1 概述

我國是建筑電氣火災(zāi)發(fā)生率較高的國家。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，在我國發(fā)生的火災(zāi)中由于電氣線路故障引發(fā)的火災(zāi)占到30%。而在西方發(fā)達(dá)國家，電氣火災(zāi)在所有火災(zāi)的比例不到10%?？梢娢覈陬A(yù)防電氣引發(fā)火災(zāi)方面的任務(wù)很艱巨。由于電氣線路故障引發(fā)的火災(zāi)主要有以下幾種原因:1)由于線路絕緣損壞發(fā)生相間短路，線路保護(hù)裝置由于種種原因沒有動(dòng)作或者動(dòng)作不及時(shí)，短路產(chǎn)生的熱量引燃了線路或線路附近的可燃物。2)由于線路過負(fù)荷導(dǎo)致線路過熱引起火災(zāi)。3)由于接地故障電弧引起火災(zāi)。大部分的建筑電氣火災(zāi)是由于第三種原因引起的。漏電火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)是專門為預(yù)防接地故障引發(fā)的火災(zāi)而設(shè)置的。漏電火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)又稱剩余電流火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)。通過檢測配電線路的剩余電流對發(fā)生的接地故障發(fā)出報(bào)警或動(dòng)作，以避免發(fā)生火災(zāi)。設(shè)置該系統(tǒng)的目的是為了早期發(fā)現(xiàn)火災(zāi)隱患，早報(bào)警，以便采取措施，消除故障隱患，將火災(zāi)消滅在萌芽階段。

2 漏電火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的原理、組成

根據(jù)基爾霍夫電流定律，回路中流入某一節(jié)點(diǎn)的電流向量和為零，配電線路在正常情況下，PE線無電流，通過某點(diǎn)的電流向量和為零(見圖1)。

圖1 正常情況下漏電探測原理

即:I1+I2+I3+In=0。

當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí)，根據(jù)基爾霍夫電流定律有I1+I2+I3+In=ΔI(見圖2)。這時(shí)，電流探測線圈便可以探測到電流ΔI。這就是漏電探測的基本原理。

圖2 發(fā)生接地故障時(shí)漏電探測原理

漏電火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)一般由剩余電流探測器、控制通信模塊、主機(jī)組成，見圖3。

圖3 漏電火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)組成

由探測器探測漏電電流再經(jīng)控制通信模塊經(jīng)二總線傳輸給主機(jī)，主機(jī)負(fù)責(zé)監(jiān)測各個(gè)線路的漏電電流、報(bào)警信號，主機(jī)顯示器可以顯示出現(xiàn)漏電異常的線路位置。記錄并保存故障信息。值班人員根據(jù)主機(jī)顯示的信息，派人到現(xiàn)場排除故障或遠(yuǎn)程切斷電源。探測器一般設(shè)在配電室配出線或者層配電箱總進(jìn)線處，控制通信模塊一般在探測器附件配電箱內(nèi)安裝，主機(jī)設(shè)在消防控制室或有人值班的房間。獨(dú)立型的火災(zāi)漏電報(bào)警控制器一般不包括主機(jī)，僅由一個(gè)或若干個(gè)探測器、控制報(bào)警器組成。獨(dú)立型火災(zāi)報(bào)警控制器可以組成一個(gè)小系統(tǒng)，可以將火災(zāi)漏電報(bào)警加入到火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中，在火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中顯示火災(zāi)漏電報(bào)警信號。

3 漏電火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)的設(shè)置

關(guān)于建筑物是否應(yīng)設(shè)置漏電火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)，需綜合考慮以下四方面因素:1)建筑物的性質(zhì);2)火災(zāi)的危害性;3)建筑物發(fā)生火災(zāi)后人員疏散的難易;4)火災(zāi)后撲救難度。我國現(xiàn)行規(guī)范在綜合考慮上述四個(gè)因素后，兼顧設(shè)置漏電火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)所產(chǎn)生的成本，再確定是否設(shè)置火災(zāi)漏電報(bào)警控制系統(tǒng)。

我國《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定:對于火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)保護(hù)對象為特級的建筑物，其配電系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置漏電火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)。對于火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)保護(hù)對象為一級的建筑物宜設(shè)置漏電火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)。對于火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)保護(hù)對象為二級的建筑物應(yīng)設(shè)接地故障報(bào)警。規(guī)定中的“宜設(shè)置”指的是允許稍有選擇，在條件許可時(shí)首先應(yīng)這樣做。也就是說，只要在條件允許的情況下，就應(yīng)該設(shè)置。從該規(guī)范的條文可以看出，該規(guī)范是根據(jù)建筑物作為火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)保護(hù)對象的分級來確定是否需設(shè)置防火漏電報(bào)警系統(tǒng)。而火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)保護(hù)對象的分級考量的因素就是前述的四個(gè)因素。

《建筑物設(shè)計(jì)防火規(guī)范》規(guī)定下列情況宜設(shè)置漏電火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng):按一級負(fù)荷供電且建筑高度大于50 m的乙、丙類廠房和丙類倉庫;按二級負(fù)荷供電且室外消防用水量大于30 L/s的廠房(倉庫);按二級負(fù)荷供電的劇院、電影院、商店、展覽館、廣播電視樓、電信樓、財(cái)貿(mào)金融樓和室外消防用水量大于25 L/s的其他公共建筑物;國家級文物保護(hù)單位的重點(diǎn)磚木或木結(jié)構(gòu)的古建筑;按一級、二級負(fù)荷供電的消防用電設(shè)備。

顯然，該規(guī)范通過考量建筑物的供電負(fù)荷等級及室外消防用水量來確定是否設(shè)置漏電火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。建筑物的用電負(fù)荷等級與建筑物的性質(zhì)、重要程度及室外消防用水量均有關(guān)系，室外消防用水量的大小又與火災(zāi)后的危害與撲救難度、人員疏散難易有關(guān)。因此，雖然該規(guī)范的規(guī)定與《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定考量的條件不同，但其本質(zhì)上是相同的，仍然是考慮了前述的四個(gè)因素。

《高層民用建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定:高層建筑物內(nèi)火災(zāi)危險(xiǎn)性大、人員密集等場所宜設(shè)置漏電火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。該規(guī)范對設(shè)置漏電火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)規(guī)定較為簡單，什么是火災(zāi)危險(xiǎn)性大、人員密集等場所，對這個(gè)問題的回答，仍然需要綜合考慮前述建筑物的四個(gè)因素。在具體執(zhí)行中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)對建筑物的性質(zhì)、火災(zāi)的危害性、建筑物發(fā)生火災(zāi)后人員疏散的難易及火災(zāi)后撲救難度進(jìn)行分析研究，綜合考慮這四個(gè)因素，進(jìn)而確定是否設(shè)置漏電火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。該規(guī)范對漏電火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的功能規(guī)定的較為詳細(xì)。漏電火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)具有如下的功能:

探測漏電電流、過電流等信號，發(fā)出聲光信號報(bào)警，準(zhǔn)確報(bào)出故障線路地址，監(jiān)視故障點(diǎn)的變化。

切斷漏電線路上的電源，并顯示狀態(tài)。

顯示系統(tǒng)電源狀態(tài)。

4 漏電火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的參數(shù)整定

在正常情況下，配電網(wǎng)絡(luò)存在一定的泄漏電流，為保證在正常運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)不因正常泄漏電流而動(dòng)作，漏電火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)的漏電動(dòng)作電流整定值應(yīng)為線路正常泄漏電流的2.5倍～4倍，且不大于0.5 A。由于配電線路末端設(shè)置的防間接人身電擊的漏電保護(hù)器動(dòng)作時(shí)間不大于0.4 s，為了與之配合，漏電火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)應(yīng)有不小于0.4 s且不大于1 s的動(dòng)作延時(shí)。

正常情況下，配電網(wǎng)絡(luò)的泄漏電流由線路泄漏電流和設(shè)備泄漏電流組成，即:

其中，ΔIm為總泄漏電流;∑ΔI1為所有線路泄漏電流;∑ΔI2為所有設(shè)備泄漏電流。

線路的泄漏電流大小與導(dǎo)線的絕緣材料有很大關(guān)系。以聚氯乙烯為絕緣材料的導(dǎo)線，其泄漏電流是聚乙烯絕緣導(dǎo)線的2倍～3倍。因此設(shè)計(jì)中采用聚乙烯絕緣導(dǎo)線取代聚氯乙烯導(dǎo)線可以減少正常泄漏電流。

由于實(shí)際工程中，線路及設(shè)備眾多，為了得到總體的泄漏電流而將各個(gè)線路及設(shè)備的泄漏電流相加是非常繁瑣的。一般情況下，我們可以根據(jù)建筑物的性質(zhì)、面積來估算一個(gè)泄漏電流值。若單位面積泄漏電流為ΔId，建筑物的面積為A，則總的泄漏電流ΔIm為:ΔIm=ΔId×A。

單位面積的泄漏電流為:

筆者根據(jù)式(1)和式(2)計(jì)算了曾經(jīng)設(shè)計(jì)的一些建筑物的單位面積的泄漏電流，供設(shè)計(jì)時(shí)參考，結(jié)果見表1。

表1 建筑物單位面積泄漏電流ΔId計(jì)算結(jié)果

根據(jù)建筑物的單位面積泄漏電流，可以估算出建筑物大概的泄漏電流值，再根據(jù)估算的泄漏電流值來確定漏電報(bào)警的整定電流值。

5 結(jié)語

當(dāng)今，隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，越來越多的高樓大廈拔地而起，人員和財(cái)產(chǎn)越來越集中。建筑設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)更多的關(guān)注建筑安全。漏電火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)是預(yù)防建筑物電氣火災(zāi)非常有效的手段，它對由于接地故障引起的電氣火災(zāi)具有很好的預(yù)防作用，應(yīng)當(dāng)高度重視。在設(shè)計(jì)中嚴(yán)格按照國家規(guī)范執(zhí)行，科學(xué)合理的設(shè)置漏電火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，建筑電氣火災(zāi)必然會(huì)不斷減少。隨著漏電火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)越來越多的應(yīng)用在建筑中，將來的建筑必然會(huì)更加安全。

[1]GB 50016-2006，建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S］.

[2]JGJ 16-2008，民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范[S］.

[3]GB 50045-95，高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S］.

[4]GB 50116-98，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警設(shè)計(jì)規(guī)范[S］.

[5]毛世音.淺談漏電電氣火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)方案[J］.山西建筑，2008，34(33):200-201.

[6]中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊[Z］.2005.