電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用-基于安科瑞產(chǎn)品方案

摘要

電能在人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)、生活中發(fā)揮著重要作用，為了預(yù)防并減少電氣火災(zāi)事故的發(fā)生，設(shè)計(jì)了一種有效的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。本文介紹了安科瑞Acrel-6000電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，該系統(tǒng)通過ARCM系列電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器、AAFD系列故障電弧探測器、ASCP系列限流式保護(hù)器等多種終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電線路的剩余電流、溫度、故障電弧等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測和報(bào)警，提醒工作人員及時(shí)維修配電線路，從而消除火災(zāi)隱患，減少人員及財(cái)產(chǎn)損失。
關(guān)鍵詞：電氣火災(zāi)監(jiān)控；安科瑞；ARCM；剩余電流；故障電弧

一、引言

電氣火災(zāi)產(chǎn)生的主要原因有過載、短路、雷電、漏電、諧波電流、誤操作、接觸不良、電氣線路設(shè)計(jì)負(fù)荷與使用負(fù)荷不匹配以及設(shè)備自身因素等，其中由漏電引起的電氣火災(zāi)占據(jù)了很大部分。為了監(jiān)測漏電流，需要設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測到漏電流達(dá)到預(yù)警值時(shí)立即報(bào)警，避免漏電流引起電氣火災(zāi)。

安科瑞電氣股份有限公司作為國內(nèi)的智能電網(wǎng)用戶端解決方案提供商，研發(fā)了Acrel-6000系列電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)符合GB 14287-2014《電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)》國家標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用于智能樓宇、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業(yè)、國家消防單位以及石油化工、文教衛(wèi)生、金融、電信等領(lǐng)域。

二、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的組成概述

安科瑞Acrel-6000電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主要由3個(gè)部分組成，即電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備（主機(jī)）、電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器以及電氣火災(zāi)傳感器。Acrel-6000/B電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備負(fù)責(zé)接收、記錄各監(jiān)控探測器上傳的報(bào)警信號(hào)，同時(shí)發(fā)布報(bào)警信息，提醒值班人員進(jìn)行檢查。ARCM系列電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場電氣參數(shù)并進(jìn)行現(xiàn)場報(bào)警，同時(shí)將采集到的信號(hào)及報(bào)警信息上傳至監(jiān)控設(shè)備。各類傳感器負(fù)責(zé)采集所監(jiān)控回路的剩余電流、溫度、故障電弧及過電流信號(hào)，并通過系統(tǒng)總線將信號(hào)上傳至監(jiān)控探測器。

安科瑞電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主要通過多種終端設(shè)備對(duì)所監(jiān)控回路進(jìn)行信號(hào)采集，按照采集信號(hào)類型的不同可分為剩余電流監(jiān)測、溫度監(jiān)測、故障電弧探測以及限流式保護(hù)。利用基爾霍夫電流定律，通過剩余電流互感器測量剩余電流。

正常情況下，A、B、C三相電流的矢量和與N相電流大小相等方向相反，此時(shí)PE線中的電流為0，也就是漏電流為0。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，此時(shí)A、B、C、N各相在剩余電流互感器中的感應(yīng)電流相互抵消，流過剩余電流互感器的電流為0。當(dāng)配電線路中某些原因?qū)е翧、B、C某相或中性線中有電流泄露到大地時(shí)，則A、B、C三相電流的矢量和與N相電流大小不相等，此時(shí)流過剩余電流互感器中的電流矢量和不為0，也就是剩余電流不為0。根據(jù)此原理，可通過剩余電流互感器中電流的大小來間接分析配電線路中的漏電情況。

我國低壓配電系統(tǒng)中存在著不同的接地系統(tǒng)，受檢測原理限制，剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器不適用于所有的情況。在設(shè)置剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器時(shí)，應(yīng)根據(jù)配電系統(tǒng)的不同進(jìn)行區(qū)別對(duì)待。安科瑞ARCM系列探測器適用于TT、IT、TN-S等多種接地系統(tǒng)。

由于回路中的漏電流會(huì)引起溫度升高，溫度達(dá)到一定程度時(shí)會(huì)引起火災(zāi)，因此可以通過監(jiān)測回路中的溫度來預(yù)防電氣火災(zāi)的發(fā)生。安科瑞ARCM系列探測器支持多路溫度監(jiān)測，通過NTC溫度傳感器測量回路溫度，并將信號(hào)上傳至監(jiān)控系統(tǒng)。溫度監(jiān)測的主要部位為電纜接頭、配電柜（箱）體、母排等，溫度監(jiān)測采用直接接觸方式，可覆蓋A、B、C、N四相。

故障電弧主要由電氣設(shè)備的老化、線路連接松動(dòng)、線路絕緣層破損等因素引起，通常伴隨著大量熱量的產(chǎn)生，易引起火災(zāi)。安科瑞AAFD系列故障電弧探測器通過實(shí)時(shí)監(jiān)測回路中電壓、電流波形的變化來監(jiān)測故障電弧的發(fā)生。實(shí)際應(yīng)用中，配電線路中或多或少都會(huì)存在固有漏電。由于固有漏電的存在會(huì)直接影響報(bào)警的準(zhǔn)確性，在固有漏電大到一定程度時(shí)甚至?xí)鹣到y(tǒng)的誤報(bào)警，因此可以盡量將測量點(diǎn)設(shè)置在末端或是根據(jù)計(jì)算調(diào)整漏電流的報(bào)警閥值，從而避免固有漏電的影響。

三、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案與實(shí)現(xiàn)

3.1 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)組成方式設(shè)計(jì)

在實(shí)際應(yīng)用中，安科瑞電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主要有以下幾種組成方式。

（1）Acrel-6000/B監(jiān)控設(shè)備+ARCM系列電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器+剩余電流互感器+溫度傳感器，此方式可以同時(shí)完成對(duì)回路中剩余電流與溫度的監(jiān)測。

（2）Acrel-6000/B監(jiān)控設(shè)備+ARCM系列探測器+AAFD系列故障電弧探測器，此方式可以監(jiān)測回路中的溫度和故障電弧。

（3）在所需要監(jiān)控的點(diǎn)數(shù)不超過8個(gè)時(shí)，可不設(shè)置集中的監(jiān)控主機(jī)，采用ARCM獨(dú)立式監(jiān)控探測器獨(dú)自成系統(tǒng)或接入火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中。

（4）同一項(xiàng)目可根據(jù)負(fù)荷類型的不同采用合適的電氣火災(zāi)探測器組合，例如照明負(fù)荷可采用AAFD故障電弧探測器+測溫式探測器，動(dòng)力負(fù)荷可采用ARCM剩余電流式探測器+測溫式探測器，充電樁等特殊場所可增加ASCP限流式保護(hù)器。

3.3 電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備位置設(shè)計(jì)

由于電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)也是火警系統(tǒng)的一部分，因此Acrel-6000/B電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備可以安裝在消防控制室內(nèi)。監(jiān)控設(shè)備將報(bào)警信息和故障信息上傳至消防控制室的圖形顯示裝置或火災(zāi)報(bào)警控制器，消防控制室內(nèi)24h均有人值班，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)報(bào)警信息并及時(shí)處理故障。

除此之外，由于電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主要監(jiān)測的是配電線路中的漏電情況，而且電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的探測器和傳感器一般由開關(guān)柜廠家成套提供，因此電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備還可以安裝在變電所內(nèi)，由變電所內(nèi)的值班人員進(jìn)行管理。

安科瑞Acrel-6000/B監(jiān)控設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)：額定工作電壓AC220V（-15% ～ +10%），備用電源在主電源欠壓或停電時(shí)，維持監(jiān)控設(shè)備工作時(shí)間≥4小時(shí)，采用24小時(shí)工作制，通訊方式為RS485總線通訊，Modbus-RTU通信協(xié)議。

3.4 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)警閥值設(shè)計(jì)

根據(jù)國家規(guī)范，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的報(bào)警值需連續(xù)可調(diào)。安科瑞ARCM系列探測器的剩余電流報(bào)警閾值可在10mA～1000mA范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，溫度報(bào)警閾值可在0℃～150℃范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，剩余電流的動(dòng)作報(bào)警閥值一般設(shè)置在300mA，溫度報(bào)警值一般按照電纜耐溫的70%～80%進(jìn)行設(shè)定。

3.5 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

安科瑞Acrel-6000電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)集中管理和可視化監(jiān)控，對(duì)分散在建筑物內(nèi)的監(jiān)控器與探測器進(jìn)行遙控、遙測等操作。當(dāng)現(xiàn)場配電線路中的被探測參數(shù)超過報(bào)警閾值時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)和控制信號(hào)，并且在主機(jī)報(bào)警界面上指示報(bào)警部位。與此同時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)保存報(bào)警信息，以便后續(xù)分析總結(jié)。

四、系統(tǒng)架構(gòu)

安科瑞Acrel-6000電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式架構(gòu)，主要由站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和現(xiàn)場設(shè)備層三部分組成。

站控管理層位于系統(tǒng)的最上層，主要由Acrel-6000/B監(jiān)控主機(jī)、顯示器等設(shè)備組成，負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行集中管理和監(jiān)控。管理人員可以通過監(jiān)控主機(jī)實(shí)時(shí)查看各回路的電氣參數(shù)、報(bào)警狀態(tài)等信息，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和控制操作。安科瑞監(jiān)控軟件支持圖形化界面顯示，直觀展示各監(jiān)控點(diǎn)的位置和狀態(tài)。

網(wǎng)絡(luò)通訊層是連接站控管理層和現(xiàn)場設(shè)備層的橋梁，主要由RS485通訊總線、ANet系列智能網(wǎng)關(guān)等設(shè)備組成。現(xiàn)場設(shè)備層采集的數(shù)據(jù)通過通訊總線傳輸?shù)秸究毓芾韺樱瑫r(shí)站控管理層的控制指令也通過通訊總線下發(fā)到現(xiàn)場設(shè)備。安科瑞系統(tǒng)支持Modbus-RTU、Modbus-TCP等多種通訊協(xié)議。

現(xiàn)場設(shè)備層位于系統(tǒng)的最底層，主要由ARCM系列電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器、AAFD系列故障電弧探測器、ASCP系列限流式保護(hù)器、剩余電流互感器、溫度傳感器等設(shè)備組成，負(fù)責(zé)對(duì)配電回路的剩余電流、溫度、故障電弧等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并將數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控系統(tǒng)。

五、系統(tǒng)功能

（1）監(jiān)控報(bào)警功能：Acrel-6000監(jiān)控設(shè)備能接收多臺(tái)探測器的剩余電流、溫度信息，報(bào)警時(shí)發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào)，同時(shí)設(shè)備上紅色"報(bào)警"指示燈亮，顯示屏指示報(bào)警部位及報(bào)警類型，記錄報(bào)警時(shí)間，聲光報(bào)警一直保持，直至按設(shè)備的"復(fù)位"按鈕或觸摸屏的"復(fù)位"按鍵遠(yuǎn)程對(duì)探測器實(shí)現(xiàn)復(fù)位。對(duì)于聲音報(bào)警信號(hào)也可以使用觸摸屏"消聲"按鍵手動(dòng)消除。

（2）控制輸出功能：當(dāng)被監(jiān)測回路報(bào)警時(shí)，控制輸出繼電器閉合，用于控制被保護(hù)電路或其他設(shè)備，當(dāng)報(bào)警消除后，控制輸出繼電器釋放。部分型號(hào)探測器支持報(bào)警時(shí)自動(dòng)切斷被監(jiān)控電路的功能。

（3）故障報(bào)警功能：通訊故障報(bào)警：當(dāng)監(jiān)控設(shè)備與所接的任一臺(tái)探測器之間發(fā)生通訊故障或探測器本身發(fā)生故障時(shí)，監(jiān)控畫面中相應(yīng)的探測器顯示故障提示，同時(shí)設(shè)備上的黃色"故障"指示燈亮，并發(fā)出故障報(bào)警聲音。電源故障報(bào)警：當(dāng)主電源或備用電源發(fā)生故障時(shí)，監(jiān)控設(shè)備也發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)并顯示故障信息，可進(jìn)入相應(yīng)的界面查看詳細(xì)信息并可解除報(bào)警聲響。

（4）歷史記錄功能：當(dāng)發(fā)生剩余電流、超溫報(bào)警或通訊、電源故障時(shí)，將報(bào)警部位、故障信息、報(bào)警時(shí)間等信息存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)報(bào)警解除、排除故障時(shí)，同樣予以記錄。歷史數(shù)據(jù)提供多種便捷、快速的查詢方法，支持按時(shí)間、區(qū)域、報(bào)警類型等多種方式查詢。

（5）自檢功能：監(jiān)控設(shè)備具有自檢功能，可定期對(duì)設(shè)備的音響器件、指示燈、顯示屏等進(jìn)行自檢，確保設(shè)備正常運(yùn)行。

六、安科瑞主要產(chǎn)品介紹

6.1 ARCM系列電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器

安科瑞ARCM系列電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器是智能型探測器產(chǎn)品，既可以大量的聯(lián)機(jī)使用，也可以獨(dú)立式使用。該系列產(chǎn)品集電氣火災(zāi)監(jiān)控探測及報(bào)警功能于一體，具有漏電、過流、溫度、過壓、欠壓、缺相、偏移等檢測和報(bào)警功能，部分型號(hào)可選配報(bào)警時(shí)自動(dòng)切斷被監(jiān)控電路的繼電器輸出功能。

主要型號(hào)包括：

ARCM300T-Z-4G：智慧用電監(jiān)控裝置，支持4G無線通訊，可監(jiān)測1路剩余電流、4路溫度、電流、電壓、功率、電能等參數(shù)

ARCM300D：組合式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器，適用于0.4kV以下的TT、TN系統(tǒng)

ARCM200L-J8：8路剩余電流檢測，適用于多回路監(jiān)測場景

ARCM600系列：電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備，可連接多個(gè)探測器

產(chǎn)品特點(diǎn)：導(dǎo)軌安裝，顯示清晰；支持RS485通訊，可選配4G無線傳輸；具備事件記錄、內(nèi)置時(shí)鐘等功能；符合GB 14287-2014國家標(biāo)準(zhǔn)。

6.2 AAFD系列故障電弧探測器

安科瑞AAFD系列故障電弧探測器可監(jiān)測回路故障電弧的發(fā)生，并及時(shí)預(yù)警，提醒用戶處理，防止電弧導(dǎo)致的火災(zāi)。該產(chǎn)品可配合AF-GSM200使用并接入安全用電平臺(tái)。

產(chǎn)品特點(diǎn)：實(shí)時(shí)檢測線路中的故障電弧；支持RS485通訊；導(dǎo)軌式安裝，安裝方便；適用于商業(yè)綜合體、批發(fā)市場、學(xué)校、醫(yī)院等人員密集場所。

6.3 ASCP系列電氣防火限流式保護(hù)器

安科瑞ASCP系列電氣防火限流式保護(hù)器采用IGBT半導(dǎo)體技術(shù)與高速算法，能有效克服傳統(tǒng)斷路器、空氣開關(guān)和監(jiān)控設(shè)備存在的短路電流大、切斷短路電流時(shí)間長、短路時(shí)產(chǎn)生的電弧火花大等弊端。

主要功能：

短路限流保護(hù)：當(dāng)線路發(fā)生短路故障時(shí)，能在150μs內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速限流保護(hù)

過載限流保護(hù)：當(dāng)被保護(hù)線路的電流超過額定電流，線路過載且過載持續(xù)時(shí)間超過設(shè)定時(shí)間（3-6秒）時(shí)進(jìn)行保護(hù)

滅弧保護(hù)：通過能量控制消除電弧火花

報(bào)警聯(lián)動(dòng)：輸出聲光報(bào)警信號(hào)，并上傳至平臺(tái)

實(shí)時(shí)監(jiān)測：對(duì)線路電流進(jìn)行毫秒級(jí)采樣

主要型號(hào)：ASCP200型（單相）、ASCP300-80B型（三相，適用于40kw直流充電樁等場景）。該產(chǎn)品符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB51348-2019中關(guān)于儲(chǔ)備倉庫、電動(dòng)車充電等場所的末端回路應(yīng)設(shè)置限流式電氣防火保護(hù)器的要求。

6.4 AcrelCloud-6000安全用電管理云平臺(tái)

對(duì)于需要多站點(diǎn)集中管理或遠(yuǎn)程監(jiān)控的場景，安科瑞還提供AcrelCloud-6000安全用電管理云平臺(tái)。該平臺(tái)是針對(duì)我國當(dāng)前電氣火災(zāi)事故頻發(fā)而研發(fā)的一套電氣火災(zāi)預(yù)警和預(yù)防管理系統(tǒng)，基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算技術(shù)，通過物聯(lián)網(wǎng)傳感終端，將辦公建筑、學(xué)校、醫(yī)院、工廠、體育場館、賓館、福利院等人員密集場所的電氣安全數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)傳輸至安全用電管理服務(wù)器。

核心功能：

24小時(shí)無人化監(jiān)控：實(shí)時(shí)監(jiān)測剩余電流、短路、過溫、過載、過壓等電氣故障

多端便捷訪問：支持瀏覽器、手機(jī)APP、小程序登錄，隨時(shí)隨地查看數(shù)據(jù)

報(bào)警信息秒級(jí)推送：報(bào)警信息及時(shí)推送到相關(guān)人員手機(jī)

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析：提供豐富的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析功能，輔助決策

七、應(yīng)用案例

安科瑞電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于各類工程項(xiàng)目，包括商業(yè)綜合體、醫(yī)院、學(xué)校、工廠、住宅小區(qū)、地鐵、機(jī)場等。例如在某大型商業(yè)綜合體項(xiàng)目中，采用了Acrel-6000/B電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備+ARCM300系列探測器的配置方案，在低壓配電柜、樓層配電箱、末端配電箱分級(jí)設(shè)置探測器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)建筑配電系統(tǒng)的全面電氣安全監(jiān)控，有效預(yù)防了電氣火災(zāi)事故的發(fā)生。

在某新能源汽車充電站項(xiàng)目中，除了配置ARCM系列電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器外，還在充電樁回路中增加了ASCP系列限流式保護(hù)器，滿足了GB51348-2019標(biāo)準(zhǔn)的要求，為充電站的安全運(yùn)行提供了有力保障。

八、結(jié)束語

安科瑞Acrel-6000電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)通過ARCM系列探測器、AAFD系列故障電弧探測器、ASCP系列限流式保護(hù)器等多種終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電線路的實(shí)時(shí)監(jiān)測，提前發(fā)現(xiàn)電氣方面的火災(zāi)隱患，從而避免電氣火災(zāi)的發(fā)生，保護(hù)人們的人身財(cái)產(chǎn)安全。隨著科技的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)也越來越多地應(yīng)用于電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)中，促使電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)變得越來越智能化。安科瑞將持續(xù)創(chuàng)新，為用戶提供更加安全、可靠、智能的電氣安全的解決方案。