淺談剩余電流電氣火災報警系統及其重要性

劉一薇

摘 要：對于建筑電氣從業人員來說，能夠在建筑工程建設之中盡早監測到著火的可能性，避免火災的發生，盡可能地減少火災及其對人類造成的危害，是我們工作的重中之重。而起火原因中因為漏電引起的火災比例又占到大多數，因此為了避免此類火災發生，在進行建筑電氣設計時，引入了剩余電流火災報警系統。

關鍵詞：電氣火災；剩余電流

1 引言

火災是最經常、最普遍的威脅公眾安全和社會發展的主要災害之一。對于建筑電氣從業人員來說，能夠在建筑工程建設之中盡早監測到著火的可能性，避免火災的發生，盡可能地減少火災及其對人類造成的危害，是我們工作的重中之重。而起火原因中因為漏電引起的火災比例又占到大多數，因此為了避免此類火災發生，在進行建筑電氣設計時，引入了剩余電流火災報警系統。自從事建筑電氣設計工作，遇到多起因漏電引起火災的工程實例，引起了我對這個課題的重視。所以本文希望通過分析漏電導致火災的原因、剩余電流火災報警系統在工程中使用的原理及電氣行業引入此系統的依據和重要性，從自身行業的角度找到解決漏電火災危險的一種辦法。

2 漏電火災產生原因

剩余電流的概念及漏電火災產生原因：

剩余電流是低壓配電線路中各相（含中性線）電流矢量和不為零的電流，即人們常說的漏電電流。三相四線配電線路正常運行時，即使三相負載不平衡，剩余電流只是線路泄露電流，但當某一相發生接地故障時，則檢測的三相電流加中性電流的相量和不為零，而等于接地故障電流。

在漏電火災中絕大部分均為接地故障電弧起火。單相線路接地故障的現象一部分是顯露的，如單相斷線、導搭接接地體。而其中大部分故障現象是隱蔽的，這是因為導線的絕緣層的絕緣電阻不合格，由于絕緣電阻過大產生剩余電流。在剩余電流集中流入大地點（接地體）便會發生高熱，一旦在流入大地點有易燃物，經高溫作用便會產生燃燒。導線的剩余電流一般為mA級，線路的過電流保護（過負荷保護和短路保護）無法動作發揮保護作用。

短路的形成一般有兩種，一是由導體間直接接觸，短路點往往被熔焊的金屬短路，另一種則是上述以電弧為通路的電弧性短路。前者短路電流以若干kA計，金屬線芯產生高溫以至熾熱，絕緣被劇烈氧化而自燃，起火危險甚大，但是短路電流能使斷路瞬時動作切斷電源，火災往往得以避免。后者因短路電弧長時間延續，而電弧局部溫度可高達3000～4000℃，容易烤燃附近可燃物質起火，由于接地故障引起的短路電流較小，不足以使斷路器動作跳閘切斷電源，所以電弧性短路引起火災危險遠大于金屬性短路。

3 剩余電流火災報警系統

根據之前的論述，接地故障電弧起火引起的火災是電氣火災主要誘發的原因，為了防止此類火災的發生引入了剩余電流火災報警系統。剩余電流火災報警系統不再是分散設置的單個剩余電流報警器或傳統剩余電流開關，應該是一個聯網的整體裝置，是一個整體的系統。

3.1 剩余電流火災報警系統的組成

剩余電流火災報警系統一般由剩余電流傳感器、溫度傳感器、火災監控模塊、剩余電流火災監控主機及遠程聲光報警器（或其他可報警設備）組成。

根據建筑功能的界定和人員密集程度，危險等級，實際工程使用情況，報警系統可分為整體式和分體式，分體式則只需要在需要的配電系統箱柜的位置就地裝置傳感器和顯示控制器即可。

剩余電流傳感器：探測器的傳感器為零序電流互感器，零序電流互感器探測剩余電流的基本原理是基于基爾霍夫電流定律即流入電路中任一節點的復電流的代數和等于零，即ΣI=0。在測量時，三相線A、B、C與中性線N一起穿過零序電流互感器，通過檢測三相的電流矢量和，即零序電流Io，Io=IA+IB+IC。在線路與電氣設備正常的情況下（對零序電流保護假定不考慮不平衡電流，無接地故障，且不考慮線路、電器設備正常工作的泄漏電流），理論上各相電流的矢量和等于零，零序電流互感器二次側繞組無電壓信號輸出。當發生絕緣下降或接地故障時的各相電流的矢量和不為零，故障電流使零序電流互感器的環形鐵芯中產生磁通，二次側繞組感應電壓并輸出電壓信號，從而測出剩余電流。考慮電氣線路的不平衡電流、線路和電氣設備正常的泄漏電流，實際的電氣線路都存在正常的剩余電流，只有檢測到剩余電流達到報警值時才報警。

在不同的接地系統中剩余電流傳感器的安裝方式不同：

（1）TN-S系統：剩余電流傳感器可在全系統中使用，其相線及N線均穿過剩余電流互感器線圈。（2）TN-C系統：剩余電流傳感器一般不可在全系統中使用，只能就末端部位采用，其保護線（PE）需在剩余電流傳感線圈前端接入。（3）TN-C-S系統：剩余電流傳感器一般不可在全系統中使用，只能就末端部位采用，其保護線（PE）需在剩余電流傳感線圈前端接入。（4）TT系統：剩余電流傳感器可在全系統中使用，其相線及N線均穿過剩余電流互感器線圈。（5）IT系統：剩余電流傳感器可在全系統中使用，其相線及N線均穿過剩余電流互感器線圈。

溫度傳感器：用于測量①線路長期過流溫升及高次諧波電流代數和疊加所引起的中性線長期溫升，②電動機及大型用電設備的異常溫升，③配電箱（柜）的異常溫升。

監控模塊：剩余電流火災監控模塊和傳感器加起來又叫做電氣火災探測器，置于配電箱柜內，為前端設備。用于現場傳感器數據采集、存儲、處理、顯示、報警及確認，并將信號傳到主機，同時可就地控制。

剩余電流火災監控主機：工程中一般將此設備位于消防控制室內，參看其他設計院工程時，也看到將剩余電流火災報警系統與火災自動報警系統聯絡，共成一套火災報警體系的作法。這種作法將兩套火災報警系統關聯，更好的達到監視火災危險情況的效果。

3.2 設計中的注意事項

（1）電氣火災監控系統的報警信號應設在消防控制室或有人值班的場所；電氣火災監控系統可自成系統，當并入火災自動報警系統時，應采用獨立顯示器。

（2）重要線路，包括消防、安防、應急電源、通道照明線路及不容許停電的重要場所，根據GBl39554.6規定，應安裝純報警式剩余電流探測報警器，報警但不切斷電源（不控制脫扣），既保證了用電安全又保證了供電的不間斷性。

4 在工程中應用的重要性

4.1 現行國家規范中提到剩余電流火災報警系統的條款

（1）GB50054—2011《低壓配電設計規范》中第6.4.1條

（2）GB50016—2014《建筑設計防火規范》中第10.2.7條

（3）《民用建筑電氣設計規范》JGJ16-2008中第13.12.1條

在2011年發行的新版規范中，特別增加了此章節，在新規范講座中，規范的編制人也特意強調了剩余電流火災防護的問題。可見業內對此系統之重視。

4.2 身邊工程火災實例

近幾年來，一直在從事廠房設計，接觸到許多老舊廠房的改造，火災事故頻發，而且多為漏電火災。

上個月親身調研了某老舊廠房起火，現場狀況慘不忍睹。經調查起火原因為線路老化導致的漏電火災。廠房性質為丙類庫房，按照現行規范應設置剩余電流火災報警系統，但是原設計未設置此系統。起火時間為凌晨3點鐘，消防控制室并未及時發現火情，火情蔓延非常迅速，到火災撲滅廠房已因鋼筋燒毀變形，廠房屋頂塌陷，所幸未造成人員傷亡，但是為企業帶來了巨大的財產損失。

通過此案例可以看出增加漏電火災報警系統的重要性和必然性。也應該足以引起人們對漏電火災的重視。

5 結語

在火災危險性大、人員密集的場合中的重要低壓配電回路中對運行狀態的電氣設備進行量化檢測，安裝剩余電流火災報警系統，是防止產生剩余電流火災的必要措施，對降低我國電氣火災數量有著積極的意義。

目前市面上已經能見到此類產品的推廣，但是產品能達到的實際效果和質量，是否真的能夠達到人們的預期，實現應有功能，還有待工程中實踐的考驗。這也同時要求規范出臺的同時，國家相關部門對產品質量進行監督。