電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)與電氣火災防護

周毅飛 張芷銘

摘要：在社會發(fā)展水平不斷提升的背景下，人們的用電量逐漸攀升，電氣火災發(fā)生率也有所上升，只有做好火災監(jiān)控與防護工作才能夠保障用電安全。基于此，針對電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)與電氣火災防護進行了分析，以期優(yōu)化電氣火災防護效果。在查閱并分析相關資料后發(fā)現(xiàn)，靈活應用現(xiàn)代化監(jiān)控與防護手段有利于降低電氣火災發(fā)生概率，保障人們的人身安全。因此，在開展電氣火災防范工作時應根據(jù)實際需求設計完善的電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)并不斷提高電氣設計水平、加強針對性防護。

關鍵詞：電氣火災；監(jiān)控系統(tǒng)；火災防護

中圖分類號：X913.4? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：2096-1227（2023）09-0004-03

經過調查研究發(fā)現(xiàn)，電氣火災事故發(fā)生量逐年攀升，對社會安全與穩(wěn)定產生了較大威脅。而靈活應用信息技術手段與智能化設備有利于全面監(jiān)控電氣火災，為電氣火災的防護提供支持，因此需要提高對監(jiān)控系統(tǒng)與防護措施的重視程度，從而減少電氣火災的發(fā)生概率。

1 電氣火災概述

1.1? 概念

電氣火災主要指電氣線路、用電設備、供配電設備等出現(xiàn)故障性/非故障性釋放熱能且引燃本體或其他可燃物而引發(fā)的火災，多發(fā)生在建筑物當中，可能會演變?yōu)橹靥卮蠡馂氖鹿?，具有較大的危險性[1]。

1.2? 原因

電氣火災主要是由短路、電阻過大以及過載等因素造成的。第一，短路。短路指的是不同電位的導電部分直接金屬性連接或經過小阻抗連接在一起，主要包括金屬性短路與電弧性短路，是引發(fā)電氣火災的關鍵原因之一[2]。例如，一些電氣設備在運行過程中可能會出現(xiàn)短路等問題，這會導致短路點附近出現(xiàn)電弧與電火花，繼而引燃附近的可燃物品進而造成電氣火災。第二，電阻過大。這一問題指的是導線與導線、導線與配用電設備之間在連接時出現(xiàn)接觸電阻過大的問題且使局部產生高溫、電弧，繼而引燃附近的可燃物，主要是由接頭松動、線路連接處氧化等原因造成的。第三，過載。若導線中的電流超過安全載流量時，導線就會出現(xiàn)高溫并引燃附近可燃物，造成電氣火災。

2 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)及其設計

2.1? 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)

在用電量不斷增加的過程中，電氣火災事故發(fā)生率越來越高，利用傳統(tǒng)的保護設備已無法有效防范電氣火災，而應用電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)可有效防范火災并提高安全用電水平，所以需要充分了解電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)。

2.1.1? 原理與構成

第一，原理。電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)靈活應用了電子技術、網(wǎng)絡技術以及通信技術等，在運行過程中可以對電氣線路與電氣設備進行實時監(jiān)控，全面采集線路與設備的電流、溫度以及剩余電流等參數(shù)，并對數(shù)據(jù)信息進行過濾、放大、對比等處理，最終判斷數(shù)據(jù)指標是否超過預定值并發(fā)出相應的報警信號[3]。

第二，構成。電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)主要是由火災監(jiān)控單元、區(qū)域監(jiān)控主機、中心監(jiān)控主機以及數(shù)據(jù)庫服務器共同構成，其中火災監(jiān)控單元可以通過傳感器檢測電氣參數(shù)并經過現(xiàn)場總線將數(shù)據(jù)信息輸送至區(qū)域監(jiān)控主機中；區(qū)域監(jiān)控主機可以監(jiān)控、存儲數(shù)據(jù)并實現(xiàn)報警顯示與查詢；中心監(jiān)控主機位于監(jiān)控中心，具備通知、聯(lián)動等多個模塊；數(shù)據(jù)庫服務器是數(shù)據(jù)中心，可有效存儲數(shù)據(jù)。

2.1.2? 電氣火災監(jiān)控探測器

電氣火災監(jiān)控探測器是監(jiān)控系統(tǒng)的關鍵構成部分，可有效檢測出隱蔽性的火災風險。常用的探測器類型有剩余電流式、測溫式，不同類型探測器的主要功能不同。第一，剩余電流式探測器。這種探測器在配電線路狀態(tài)監(jiān)控中發(fā)揮著重要作用，可以及時檢測出電氣故障與火災隱患，降低電氣火災的發(fā)生概率。在應用過程中應嚴格控制探測器的使用數(shù)量以及安裝位置，從而優(yōu)化使用效果。第二，測溫式探測器。過熱問題可能會引發(fā)電氣火災，而應用測溫式電氣火災監(jiān)控探測器可有效檢測出線路過熱或接頭過熱等問題。常用的測溫式探測器有接觸式與非接觸式這2種類型，在應用時應根據(jù)火災防范需求選擇合適的類型，且需要優(yōu)先將探測器安裝在配電柜當中，提高過熱問題的檢測效率。第三，電弧式探測器。電弧所產生的能量可能會引燃周邊的可燃物，應用電弧式探測器可以有效控制配電線路的末端，充分了解電弧的產生情況，所以可以將這種類型的探測器應用在電氣系統(tǒng)中[4]。第四，測量熱解粒子式探測器。這種探測器可有效監(jiān)控電氣故障以及系統(tǒng)溫度變化情況，且可以在發(fā)生明火前進行報警，有利于減少火災的發(fā)生。

2.1.3? 電氣火災監(jiān)控設備

電氣火災監(jiān)控設備主要包括監(jiān)控主機、以太網(wǎng)模塊、觸摸屏模塊等。第一，監(jiān)控主機。監(jiān)控主機處于核心地位，具有報警聲光輸出、存儲報警記錄等功能，在系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。第二，以太網(wǎng)模塊。以太網(wǎng)傳輸具有速度快、可靠性強等優(yōu)勢，可以為數(shù)據(jù)信息的傳輸提供支持，所以需要科學選擇以太網(wǎng)模塊。第三，觸摸屏模塊。在系統(tǒng)智能化水平不斷提升的背景下，觸摸屏模塊成為系統(tǒng)的關鍵設備，有利于實現(xiàn)人機互動。在選擇觸摸屏模塊時需要充分考慮設備性能、功能以及實用性等情況。第四，存儲模塊。電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)在運行過程中需要存儲溫度、剩余電流等數(shù)據(jù)，對存儲設備的要求相對較高，所以需要選擇存儲能力強的設備。

2.2? 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)設計

在應用電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)前不僅需要了解系統(tǒng)，也需要做好系統(tǒng)的設計工作，確保系統(tǒng)符合實際需求。

2.2.1? 硬件設計

第一，監(jiān)控設備硬件總體設計。在進行電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)設計時應優(yōu)化監(jiān)控設備硬件總設計，將U盤存儲、觸摸屏、以太網(wǎng)、電源電路、復位電路等模塊納入系統(tǒng)中，并將各個模塊與監(jiān)控設備CPU連接在一起。

第二，監(jiān)控設備控制芯片。控制芯片在監(jiān)控設備中發(fā)揮著重要作用，會對電氣火災監(jiān)控產生較大影響，所以需要靈活應用單片機，提高控制效率。常用的單片機有AVR、51、PIC等不同系列，其中AVR與PIC系列的單片機具有執(zhí)行效率高等優(yōu)勢，且PIC單片機具有存儲空間大、功耗低、可靠性高等優(yōu)勢，因此可以將PIC單片機應用在監(jiān)控設備中。在明確單片機后需要做好單片機的引腳分配工作，充分發(fā)揮單片機的作用。

第三，現(xiàn)場總線電路設計。在進行現(xiàn)場總線電路設計時應做好通信芯片選擇以及電路設計等環(huán)節(jié)的工作。首先，RS-485的抗干擾能力相對較強、傳輸距離相對較遠，比較符合電氣火災監(jiān)控的需求，所以可以應用RS-485總線[5]，且需要選擇合適的控制芯片，進一步提高系統(tǒng)的傳輸速率。其次，若總線上任何一個節(jié)點出現(xiàn)故障，總線都可能無法正常運行，所以需要在總線中設置PTC自恢復保險，使PTC電阻直接保護總線。再次，電氣控制現(xiàn)場較為復雜，若電壓超過接收器的極限接收電壓就會損壞芯片，因此需要利用直流電壓轉換模塊對系統(tǒng)電源與通信芯片電源進行隔離處理。最后，需要將光耦器件應用在系統(tǒng)中并優(yōu)化光耦抗干擾電路設計。

第四，數(shù)據(jù)存儲模塊設計。這一環(huán)節(jié)包括存儲模塊設計、存儲模塊接口電路設計等內容，應根據(jù)實際需求進行設計。剩余電流值、溫度值等數(shù)據(jù)在電氣火災隱患的判斷中發(fā)揮著重要作用，只有全面存儲電氣系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息才能夠為隱患判斷提供數(shù)據(jù)支撐，所以需要靈活應用U盤，通過U盤存儲數(shù)據(jù)信息。另外，需要利用SPI接口將監(jiān)控主機系統(tǒng)與存儲模塊連接在一起，充分發(fā)揮存儲模塊的作用。

第五，觸摸屏模塊設計。觸摸屏在人機交互中具有重要作用，可以讓工作人員查詢數(shù)據(jù)并控制系統(tǒng)。在設計時需要選擇合適的智能終端，通過該終端進行控制、查詢以及顯示。且需要優(yōu)化觸摸屏與監(jiān)控主機之間的接口電路設計，通過5V直流電源直接供電。

第六，以太網(wǎng)模塊設計。在電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)中應用以太網(wǎng)模塊可以讓工作人員遠程監(jiān)測火災探測器并獲取相應的數(shù)據(jù)信息，因此應合理選擇以太網(wǎng)擴展方案，實現(xiàn)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包與單片機數(shù)據(jù)的透明傳輸。且需要進行單片機的擴展，通過擴展出的串口連接以太網(wǎng)。

2.2.2? 軟件設計

軟件設計在電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)設計中占據(jù)著重要地位，應提高對這一環(huán)節(jié)的重視程度。

第一，應優(yōu)化軟件總體設計。應將自檢程序、初始化程序納入總體設計中，通過自檢程序使監(jiān)控設備自動檢測探測器的功能，判斷探測器是否能夠正常使用，若不能便自動報警，通過初始化程序使探測器進入正常運行狀態(tài)。

第二，應優(yōu)化通信軟件設計。硬件中的現(xiàn)場總線需要通信軟件的支持，因此應優(yōu)化通信軟件設計。首先，應科學選擇通信協(xié)議。Modbus協(xié)議具有數(shù)據(jù)采集等功能，可以對主機與從機之間的工作形式進行規(guī)定與控制，所以需要將其RTU模式應用在電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的通信軟件中。其次，應優(yōu)化循環(huán)冗余校驗算法。在通信過程中，數(shù)據(jù)可能會受到分布參數(shù)、傳輸距離等多種因素的影響，很可能會出現(xiàn)一些問題，而應用循環(huán)冗余校驗這種算法可以對數(shù)據(jù)傳送進行校驗，為此需要將其應用在通信軟件中。最后，應優(yōu)化發(fā)送程序。在RTU模式中，時間會對報文間隔產生較大影響，所以需要在接收與發(fā)送程序中應用串行通信模塊。

3 電氣火災防護措施

在工作過程中需要靈活應用電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)以及各種防護手段進行電氣火災的預防，從而減少事故的發(fā)生。

3.1? 提高電氣設計水平

電氣設計會對電氣設備以及線路運行的合理性產生較大影響，只有優(yōu)化電氣設計才能夠減少電氣火災的發(fā)生，因此需要通過有效手段提高電氣設計水平。一是，在進行電氣設備以及電氣線路設計時應充分考慮環(huán)境因素以及人為因素，盡力減少設備與線路受外界環(huán)境以及人為操作等因素的影響。二是，在進行電氣設計時應不斷優(yōu)化細節(jié)設計并將電氣系統(tǒng)與電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)結合起來，直接通過監(jiān)控系統(tǒng)對電氣設備與線路進行實時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)電氣火災隱患。

3.2? 做好針對性防護工作

從上述內容來看，短路、過載等是引發(fā)電氣火災的關鍵原因，應針對這些做好相應的防護工作。第一，做好短路與過載的防護工作。在日常工作過程中應確保電氣設備與線路的絕緣層完整無損，且需要不斷提高絕緣水平，從而預防短路問題。若想達到良好的保護效果就需要在電氣系統(tǒng)中安裝含有過流保護功能的設備，使設備在電流超過安全載流量時能夠及時切斷線路，從而預防短路等問題。第二，做好接地與漏電防護工作。在預防接地與漏電等問題時，需要通過電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)處理剩余電流超標等報警信號，從而達到預防效果[6]。且需要通過RCD等保護設備及時切斷線路，提高保護水平。第三，做好接觸不良的防護工作。在應用電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)時，應科學選擇測溫式探測器且需要定期對線路連接處進行巡檢。

3.3? 做好電氣線路火災防護工作

從實際情況來看，電氣線路火災在電氣火災中的占比較高，其主要是由電氣線路選型不當?shù)纫蛩卦斐傻?，應通過有效手段進行防護。一方面，應加大防范力度。例如，應進行規(guī)范性設計并做好設計審核工作，增強線路設計的合理性；科學選擇電氣線路并做好線路質量的檢測工作，避免應用不合格的線路產品；靈活應用斷路器等保護設備。另一方面，應加大保護力度。如果出現(xiàn)電氣線路火災就需要按照相關規(guī)定切斷電源，避免出現(xiàn)帶負荷拉閘等問題且需要做好處理工作，避免造成嚴重問題。

3.4? 做好電氣照明火災防護工作

在生活生產活動不斷增加的過程中，各種電氣照明裝置的應用范圍越來越廣。與此同時，電氣照明火災的發(fā)生率也不斷上升，應加強防護。首先，應科學選擇燈具。例如，戶外場所可以應用封閉型燈具或含有防火燈座的開啟型燈具；在含有腐蝕性氣體的場所中可以應用密封型燈具；在可能會產生爆炸介質的場所中可以應用整體防爆型燈具。其次，應科學安裝燈具。大多數(shù)場所中都具有可燃物，所以在安裝燈具時應確保燈具與可燃物之間的距離在50cm以上且與地面之間的距離在2m以上，若達不到這些安全距離就需要設置防護設施[7]。再次，應靈活應用各種附件并確保附件符合照明供電系統(tǒng)對電流以及電壓的要求。最后，應合理控制電氣照明。需要優(yōu)化照明電流的分支回路并在回路中設置短路保護設施，降低出現(xiàn)短路等問題的概率。同時，在保護過程中應優(yōu)化三相負荷的平衡配置。

3.5? 加大檢查力度

相比于其他類型的火災，電氣火災具有較強的隱蔽性，所以需要加大檢查力度，及時發(fā)現(xiàn)火災隱患。應定期對電氣線路與設備進行巡視，判斷線路與設備的絕緣等各個方面是否存在老化等問題，若存在須及時更換。且需要檢查設備與線路附近是否存在可燃物，若存在須及時清理，從而有效避免火災的發(fā)生。另外，電氣火災具有較強的季節(jié)性，多發(fā)生在夏季與冬季，應做好季節(jié)性的檢查工作并調整供電負荷，及時排除電氣系統(tǒng)中的安全隱患。

4 結語

全面監(jiān)控和防護電氣火災可以保障人們的安全和社會穩(wěn)定發(fā)展，因此需要充分了解電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的原理與構成并根據(jù)實際需求優(yōu)化系統(tǒng)的軟硬件設計，同時也需要不斷提高電氣設計水平、強化針對性防護并做好線路火災、照明火災等事故的防護工作，將火災防范落實在各個環(huán)節(jié)中。

參考文獻：

[1]蔣劍鋒，楊留方，徐天奇，等.單片機與LoRa通信模塊的電氣火災探測器設計[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應用，2021，21（1）：84-87.

[2]任金偉.物聯(lián)網(wǎng)視角下醫(yī)療設備電氣安全監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].電氣自動化，2021，43（3）：24-25+47.

[3]田純.基于LoRa的智能建筑電氣火災自動報警系統(tǒng)設計[J].自動化技術與應用，2022，41（11）：65-68+91.

[4]于蘭，賈振國.基于神經網(wǎng)絡技術的電氣火災預警系統(tǒng)研究[J].自動化與儀表，2022，37（8）：19-23+35.

[5]趙月愛，郭興原.基于多源數(shù)據(jù)協(xié)同感知的電氣火災預警算法研究[J].太原理工大學學報，2021，52（6）：907-912.

[6]鄧俊，李冬，張琪，等.高層建筑施工中防火封堵材料的應用及火災預防[J].材料保護，2021，54（4）：197-198.

[7]閆家偉，張苗，宋文華.智能視頻分析技術在火災防控中的應用[J].南開大學學報（自然科學版），2021，54（3）：108-112.

Electrical fire monitoring system and electrical fire protection

Zhou Yifei1， Zhang Zhiming2

（1. Deyang Municipal Fire and Rescue Brigade， Sichuan Deyang 618300;

2. Chengdu Municipal Fire and Rescue Brigade， Sichuan Chengdu 610000）

Abstract： In the context of the continuous improvement of the level of social development， people's electricity consumption has gradually increased， and the incidence of electrical fires has also increased. Only by doing a good job of fire monitoring and protection can we ensure the safety of electricity consumption. Based on this， the electrical fire monitoring system and electrical fire protection are analyzed， hoping to optimize the effect of electrical fire protection. After consulting and analyzing the relevant data， it is found that the flexible application of modern monitoring and protection methods is conducive to reducing the probability of electrical fires and ensuring people's personal safety. Therefore， when carrying out electrical fire prevention work， a perfect electrical fire monitoring system should be designed according to actual needs， and the electrical design level should be continuously improved and targeted protection should be strengthened.

Keywords： electrical fire; monitoring system; fire protection