周发斌
（陕西方圆工程设计有限责任公司），西安市710065）
摘要：电气火灾监控系统在具体设计中做法较多，笔者从规范执行角度出发，介绍电气火灾监控系统的组成及相关规范要求。对规范执行过程中存在的技术问题予以分析、梳理，提出个人看法及建议。
关键词：电气火灾；探测器；泄露电流；通信
0 引言
随着国内基础设施建设规模不断扩大，全国各地建筑火灾时有发生。据相关资料显示，在我国各类火灾事故中，因电气原因引发的火灾占火灾总数的35%以上，居于火灾的首位，而电气设备过负荷、电气线路接头不良、电气线路短路是电气引起火灾的直接原因。
电气防火设计包括：火灾自动报警及联动控制系统、电气火灾监控系统、消防应急照明与疏散指示系统、消防电源及配电系统、配电线路布线系统的防火设计。本文就电气火灾监控系统设计中所遇到的相关问题，做以探讨和分析。
1、设置依据
通常，电气火灾大部分是由于短路引起，线路短路时，短路保护器未及时动作或拒动作导致线路或设备高温过热而引发火灾。另外，低压配电线路及电气设备的老化和机械损伤，也会使得电缆、电线绝缘性能下降而产生泄漏电流。泄漏电流可引起电弧、电火花，电弧的异常温度高达2000℃以上，其中心温度可高达3000~4000℃，几百毫安的电弧能量足以引燃线路绝缘层或周围的可燃物而引起电气火灾。电气火灾监控系统能准确监控电气线路的故障和异常，及时发现电气火灾隐患，进而达到防灾减灾的目的。这是为何要设置电气火灾监控系统的理论基础。
《建筑设计防火规范》GB50016-2014(2018年版)（以下简称《建规》）第10.2.7条、《民用建筑电气设计标准》GB51348-2019（以下简称《民标》）第13.2.2条对需要设置电气火灾监控系统的建筑或场所都做了明确规定，应严格执行，本文不再赘述。
2、系统组成
《火灾自动报警系统设计规范》GB50116-2013（以下简称《火规》）第9.1.2条、《民标》第13.5.1条均明确电气火灾监控系统应由下列部分或全部设备组成：
a.电气火灾监控器、接口模块；
b.剩余电流式电气火灾探测器；
c.测温式电气火灾探测器；
d.故障电弧探测器。
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电气火灾监控系统主要组成部分
其中，监控点位较多时，应设置电气火灾监控器（主机），各探测器报警信息应上传至主机。在无消防控制室且电气火灾监控探测器设置数量不超过8只时，可采用独立式电气火灾监测探测器。设有火灾报警系统的场所，电气火灾监控系统应作为火警系统的子系统，二者之间设联网接口。
目前，国内工程设计应用较广的是剩余电流式电气火灾探测器、测温式电气火灾探测器或剩余电流+测温组合式探测器。但是，对线路中的故障电弧探测以上二者均有明显的技术缺陷。由于故障电弧具有电流相对较小、持续时间短、波形特异、温度高的特点，使得采用剩余电流探测或温度探测均较为困难，而故障电弧探测器可根据线路电流波形特征判断电弧为正常操作弧与故障电弧，具有精准判断的能力，弥补二者的不足。目前，一些厂家所生产的故障电弧探测器也只能应用于额定电流不大于63A、工作电压为AC220V的照明线路当中，对于三相用电线路仍无法满足探测要求。随着技术的不断进步和成熟，故障电弧探测器种类越来越多，适用范围越来越广，将会得到较为广泛的应用。
3、电气火灾探测器设置部位
《火规》9.2.1条：剩余电流式电气火灾监控探测器应以设置在低压配电系统首端为基本原则，宜设置在第一级配电柜（箱）的出线端。在供电线路泄漏电流大于500mA时，宜在其下一级配电柜（箱）设置。
《民标》13.5.3条：剩余电流式电气火灾探测器、测温式电气火灾探测器和电弧故障探测器的监测点应符合下列规定：
a.计算电流300A及以下时，宜在低压配电室或总配电室集中测量；300A以上时，宜在楼层配电箱进线开关下端口测量。当配电回路为封闭母线槽或预分支电缆时，宜在分支线路总开关下端口测量。
b.建筑物为低压进线时，宜在总开关下分支回路测量。
c.国家级文物保护单位、砖木或木结构重点古建筑的电源进线宜在总开关的下端口测量。
根据以上规范条文，基本可确定电气火灾探测器的设置原则，电气火灾探测器优先设在低压配电系统的首端，当首端不具备条件时，则考虑在下一级或次级配电系统设置，即分段式探测设置。但是，按什么标准确定电气火灾探测器应设在第一级配电系统（低压出线柜处）？究竟以泄漏电流值还是以回路计算电流值？两本规范的设定依据迥然不同，如何执行也给设计带来了困惑。
通常回路正常泄漏电流为供电线路与用电设备泄漏电流之和。《火规》9.2.1条规定当泄漏电流大于500mA，需考虑在下一级配电柜（箱）设置；但是回路泄漏电往往不是定值，尤其是电气设备和线路随着使用年限的增加逐步老化，相应泄漏电流值也会逐渐增大。在工程设计阶段是无法准确计算此值，只有在电气设备投入运行以后，通过探测器监测才能得出，而施工图设计阶段却需要确定好电气火灾探测器的设置部位，显然采用泄漏电流值是极不易把握的。《民标》13.5.3条提出按计算电流大小来确定探测器设置部位，相较于按泄漏电流值确定设置部位的方法更简单实用，从工程设计层面来看，可行性更好一点。
一般来说，回路电流越大，所采用的载流导体截面积也越大，相应泄漏电流值也越大，故《民标》采取了以计算电流300A为界限的划分方法。而300A的计算电流又与泄漏电流值存在着怎样的对应关系？这就不得而知了，规范未给出相应条文解释，欠缺相应的理论支撑。
由《工业与民用配电设计手册》（第四版）下册P1017表11.7-16也可看出，相同材质的线缆，随着截面积大小的增加，其单位泄漏电流值也在增大。但是，不同的绝缘材质的电线泄漏电流值也差别较大，如同等截面导体，聚氯乙烯绝缘导体泄漏电流值近似于橡皮绝缘的1.5~2倍，聚乙烯绝缘的2~3倍。同时，线缆的长度也直接决定着泄漏电流值的大小，线路越长，泄漏电流也越大。除此之外，导体敷设方式、工作温度、环境温度也会影响泄漏电流值的大小。导体敷设在干燥环境下，泄漏电流值较潮湿环境要低；导体长期工作在高温环境下，电缆运行温度升高，绝缘老化加速，泄漏电流也会较低温环境下运行要明显增大。因此，计算线缆的泄漏电流，除了需明确导体的绝缘类型、敷设长度之外，还应考虑敷设方式、温度因素影响的综合校正系数。而目前，国内相应的技术标准、规范、规程缺乏相应的参考数据，亟需完善。
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4、剩余电流报警值设定
《民标》13.5.6条：电气火灾监控系统的剩余电流动作报警值宜为300mA。
《火规》9.2.3条：选择剩余电流式电气火灾监控探测器时，应计及供电系统自然泄流的影响，并应选择参数合适的探测器；探测器报警值宜为300mA~500mA。
《低压配电设计规范》GB50054-2011 6.4.3条：为减少接地故障引起的电气火灾危险而装设的剩余电流监测或保护电器，其动作电流不应大于300mA；当动作于切断电源时，应开断回路的所有带电导体。
根据《低压配电设计规范》6.4.3的条文解释可知，剩余电流报警值定为300mA，这一数值是基于国际电工委员会第64技术委员会(IEC TC64)的技术文件中的规定，该规定认为300mA以上的电弧能量才能引起火灾，故在火灾危险场所范围内，剩余电流监测器的动作电流不宜大于300mA，而一般场所不受此值限值，可根据实际情况调整动作电流值。
《上海市民用建筑电气防火设计规程》DGJ 08-2048-2016第6.2.7条：信息采集装置的剩余电流报警整定值应能躲开正常的泄漏电流，宜能根据正常的泄漏电流自动设定报警额定值，整定值不宜大于500mA。
由以上各规范条文可看出，剩余电流报警值的设定,大致设置区间范围为300~500mA。设计人员应充分考虑探测器的使用环境；火灾危险场所，报警值应取下限值；一般性场所，报警值可适当加大。
目前国内主流厂家所生产的剩余电流式探测器可设定报警值范围较宽，一般可达到50~1000mA，设置精度为1mA，可调节，能充分满足剩余电流监测要求。
5、系统供电与通信方式
通常，监控主机设在消控室内，工作电压为AC220V，由消控室专用电源配电箱为其提供一路主用电源，主机可自带DC24V蓄电池作为备用电源。电气火灾探测器工作电压为AC220V/DC24V，采用AC220V供电时，电源线需要与通信线分开布线，不得合穿线管，成本较高，施工接线也较为麻烦，目前该类产品逐渐被DC24V供电所替代；采用DC24V电源供电时，电源线与通信线可分别设置，也可共用，且电源线与通信线可共管敷设，相应产品有四线制与二线制两种，四线制采用二芯电源线+二芯通信线，二线制采用无极性二总线（通信线兼做电源线），而后者具有明显的技术和成本优势，使用更为广泛。
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电气火灾监控系统接线图
电气火灾监控系统通信方式为总线传输，常见的几种总线通信技术有POWER BUS(无极性二总线)、CAN-BUS、RS485等，其特性比较见下表：
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6、结论
采用何种探测器、在什么部位设置探测器、如何确定剩余电流报警值以及采用哪种通信方式，应结合建筑规模、建筑类别及回路电流等方面因素来综合确定。通过以上分析，可得出以下结论：
a.回路电流较小时，探测器优先考虑靠近低压配电系统前端设置。回路电流较大时，则考虑往下一级配电系统设置。探测器设置部位按回路电流大小来确定较为可行，故障报警动作以剩余电流值整定为准，二者相结合。
b.设计中，可通过合理地确定变配电室、配电间、电井等电气设备用房位置，尽可能缩短供电半径，以降低线路上的泄露电流值，降低电气火灾报警的风险因素。
c.在民用建筑中，二总线通信技术具有施工布线简便、带载能力强、通信距离长、节省投资的优点，具有较高的性价比，适宜工程中广泛运用。
参考文献
[1]公安部天津消防研究所.GB50116-2014 建筑设计防火规范(2018年版) [S]. 北京：中国计划出版社.2018.
[2]中国建筑东北设计研究院有限公司. GB51348-2019民用建筑电气设计标准 [S].北京：中国建筑工业出版社.2019.
[3]公安部沈阳消防研究所. GB50116-2013火灾自动报警系统设计规范[S].北京：中国计划出版社.2013.
[4]中国建筑科学研究院. GB50054-2011低压配电设计规范[S].北京：中国计划出版社.2012.
[5]华东建筑设计研究总院 上海市消防局. DGJ 08-2048-2016上海市民用建筑电气防火设计规程[S].上海：同济大学出版社.2016.
[6]中国航空规划设计研究总院有限公司. 工业与民用供配电设计手册（第四版）[M].中国电力出版社.2016