非貯壓式全氟己酮自動滅火裝置在配電柜內的應用研究

摘要：在我國用電量日益攀升的情況下，為了保證用電安全，本文介紹了一種能夠在小型配電柜內進行自動探測與滅火的新型滅火裝置——非貯壓式全氟己酮滅火裝置。該滅火裝置結構簡單、體積小巧，能對初期火情精準探測并滅火。內置全氟己酮滅火劑，滅火后具有安全、環保、無污染、無殘留以及對人體無傷害的特點，同時也是一種良好的絕緣材料。非貯壓式全氟己酮滅火裝置的出現，成功解決了在小型配電柜內高效自動探測與滅火的問題。

關鍵詞：非貯壓；配電柜；全氟己酮；自動探測；高效滅火

引言

隨著經濟的發展和社會的進步，人類對于電能的需求量越來越大。伴隨著電力設施數量的增加，加之電力場所消防事故頻頻發生，消防安全問題日益嚴峻。配電柜是一種高集成度的設備，配電柜內發生火災的后果非常嚴重。配電柜內部包括各種電氣元件和線路。線路的接頭部分基本集中在配電柜內，短路電弧和火花、線路過載、接觸不良等都是配電柜起火的重要原因。一旦這些設備發生火災，不僅會直接燒毀設備本身，還會導致整個電力系統癱瘓，給生產和生活帶來極大不便。電氣火災因其隱蔽性、隨機性、突發性、易蔓延性等特點，一旦發生，極易造成人員傷亡。配電柜內的滅火對滅火劑提出了新的要求。要在保證滅火效果的同時，避免對配電柜內其他正常工作的元器件造成二次污染和損害。因此，配電柜內使用的滅火劑需要具有高效的滅火能力和絕緣性，滅火后不產生污染、殘留和腐蝕。本文介紹了一種結構簡單、成本低廉、體積小、性能穩定可靠的線性感溫火災探測器式非貯壓滅火裝置。全氟己酮作為滅火劑，能迅速滅火，對配電柜內的元器件無損害，非常適合于小型配電柜柜內的消防安全防護。

一、非貯壓式全氟己酮滅火裝置的結構組成

非貯壓式全氟己酮滅火裝置的結構組成有很多種類型，結構原理上基本相似，主要包括：線型感溫探測器、多孔噴頭、彎頭、筒體（產氣裝置、推動活塞、藥劑）、控制模塊。

（一）線型感溫火災探測器

線型感溫火災探測器是一種能夠探測線路周圍火災參數的探測器。這種探測器在世界范圍內應用廣泛。從觸發條件來分類，可分為定溫型、差溫型、差定溫型探測器；從工作方式來分類，可分為不可恢復式、可恢復式感溫探測器。在非貯壓式全氟己酮滅火裝置中一般配置有鎧裝感溫電纜。這種感溫電纜一般是定溫型，有多種探測溫度類型可以選擇，常用的溫度種類有85℃、105℃、138℃等，可以根據防護對象的實際工作溫度進行選擇。這種鎧裝感溫電纜外表皮包裹金屬編織層，具有高強度的耐磨性，同時金屬包裹編織層也能有效減少外界的電磁干擾，具有較強的抗干擾性。此外，該感溫電纜具有較強的韌性、方便安裝、結構簡單、可靠性強等諸多優點。

（二）筒體

筒體是非貯壓全氟己酮自動滅火裝置的重要組成結構，材質通常為鋁合金或不銹鋼，筒體頂端可以根據要求連接不同型號的噴頭。外部通常為圓柱體或長方體，筒體裝置內部有活塞、滅火藥劑、產氣裝置等。在裝置觸發時，產氣裝置能夠產生氣體推動活塞，活塞在產氣裝置的推動下將滅火藥劑推出筒體，滅火藥劑通過噴頭霧化成水霧狀噴出。該筒體裝置沒有復雜的組成結構，通常為長方體或圓柱狀，尺寸能夠做到和正常成年人的小臂大小，藥劑容量可以做到200毫升甚至更小，非常適合在小型化配電柜內進行滅火，可以粘貼安裝或抱箍固定安裝，非常方便運輸攜帶。

（三）控制模塊

非貯壓式全氟己酮滅火裝置的控制模塊相當于信號收發裝置，將探測器反饋的探測信號轉換為氣體發生裝置的觸發信號。控制模塊內部通常有內置電源或直接連接電源。電池型：定期1年—2年更換電源；直接連接電源型：終身免維護，維護成本極低。控制模塊有內置和外置的區別，內置控制模塊通常和筒體為一體式；外置控制模塊和筒體分開，在功能和原理上大同小異。外置控制模塊外表來看是一個長方體的金屬盒子，金屬盒子內部主要是電源、線路板等裝置，結構簡單，可靠性高。

二、非貯壓式全氟己酮滅火裝置的工作原理

（一）線型感溫探測器的工作原理

線型感溫探測器主要分為開關量式和模擬量式兩種。在火災探測方面，通常采用的是開關量式探測器。開關量式線型感溫探測器的內部結構通常為2根或3根用熱敏材料絕緣包裹的導體，熱敏絕緣材料遇火受熱后不能將導體完全包裹，導體之間相連，導線之間瞬間導通，電阻瞬間降為零。滅火裝置配備的線性感溫火災探測器在配電柜內通常是以“S”形分布在各組電氣模塊單元之間，如圖3所示。如果設備運行異常，溫度出現明顯變化或者出現火情，配電柜內溫度達到探測器的探測溫度時，包裹導體的熱敏絕緣材料遇高溫發生形變，不能將導體完全包裹，導致導體短接，輸出開關量信號給控制模塊，觸發裝置。這樣就能對溫度變化實現精準探測，在火災發展初期實現滅火，防止火勢蔓延。

（二）非貯壓式筒體的工作原理及全氟己酮的滅火原理

非貯壓式全氟己酮滅火裝置的筒體主要由產氣裝置、活塞、滅火藥劑、噴頭等組成，如圖4所示。當筒體底部的產氣裝置接收到來自控制模塊的觸發信號時，底部的產氣裝置就會瞬間產生高壓氣體向上推動活塞，活塞向上推動筒體內部的全氟己酮滅火藥劑，通過噴頭進行釋放。

當筒體內部的全氟己酮被釋放出來時，全氟己酮通過噴頭的霧化作用被霧化成小液滴。全氟己酮沸點為49℃左右，遇熱后迅速氣化成全氟己酮氣體，在密閉的配電柜空間內部迅速彌散，吸收大量熱量。全氟己酮氣體能夠在空氣中迅速下沉，隔絕空氣中的氧氣，通過物理窒息進行滅火。在滅火時，全氟己酮還會發生化學反應，破壞火源中燃燒物的化學鍵，奪取了燃燒可用的自由基，從而阻斷了燃燒所發生的鏈式反應，達到滅火效果^[1]。

三、配電柜滅火裝置全氟己酮劑量計算

（一）全氟己酮滅火濃度的計算

全氟己酮進行滅火，需要達到一定的滅火濃度，通常為4%—6%，因此非貯壓式全氟己酮滅火裝置在進行滅火時需要根據防護空間的體積和密閉程度進行藥劑量計算。相對封閉的配電柜內全氟己酮設計濃度通常為10%以下，在非貯壓式全氟己酮滅火裝置設計和選型時，其滅火劑設計用量按式（1）（2）（3）^[2]計算：

M=VS×C1100-C1 （1）

M=ρV（2）

S=00664+0000274×T（3）

M代表滅火劑設計用量（Kg）；C代表滅火設計濃度（%）；V代表防護區的凈容積（m3）；ρ代表常溫狀態下（20℃）全氟己酮的密度為16g/cm3。T防護區的環境溫度，通常情況Ｔ＝20；S代表滅火劑在101KPa和防護區最低環境溫度下的比容（m/Kg），通常情況T=20，S=007188。

（二）在小型配電柜柜中的應用計算

非貯壓式滅火裝置在觸發時瞬間噴發，在極短的時間內作用于活塞，活塞向上將藥劑全部推出。非貯壓式全氟己酮滅火裝置的主要功能是在小空間內進行滅火。一般用于小型設備中，目前常見的非貯壓式全氟己酮滅火裝置主要有容量為200ml和500ml兩種。假設配電柜的密封狀態為完全密封，根據公式（1）（2）（3）進行計算^[3]：

M200=ρV =16×200=320g=032kg

V200最大防護理想狀態=M×S×100%-C1C1

=032×007188×100%-4%4%≈055m3

假設配電柜的密封狀態為相對密閉，根據公式（1）（2）（3）進行計算：

V200通常防護=M×S×100%-C1C1

=032×00718×100%-6%6%≈036m3

V200最小防護=M×S×100%-C1C1

=032×007188×100%-10%10%≈021m3

根據公式計算完全密封狀態下200ml容量的非貯壓式全氟己酮滅火裝置的最大防護容積為055m3。然而，這種狀態是不存在的。200ml非貯壓式全氟己酮滅火裝置通常用于防護容積為055m3＞V≥021m3之間的配電柜。通過與200ml容量的滅火裝置相同的計算過程，可以計算500ml容量滅火裝置的參數。

M500=16×500=800g=08kg

V500最大防護理想狀態≈138m3

V500通常防護≈09m3

V500最小防護≈052m3

根據公式計算完全密封狀態下500ml容量的非貯壓式全氟己酮滅火裝置的最大防護容積為138m3。500ml非貯壓式全氟己酮滅火裝置通常用于防護容積為138m3＞V≥052m3之間的配電柜。

四、總結與展望

（一）總結

通過對非貯壓式全氟己酮滅火裝置的結構組成和滅火原理的介紹，非貯壓式全氟己酮滅火裝置作為一種可以用于小型配電柜的新型滅火裝置，具有諸多優點。簡單的結構組成和小巧的體積，使其能夠在小型配電柜內部空間進行安裝固定，發揮柜內自動探測和滅火功能。通過線型感溫探測器對早期火情進行感溫探測，能夠將火情及時撲滅，盡可能減少火災對電力系統造成的影響。與此同時，滅火裝置中的全氟己酮滅火藥劑具有良好的絕緣性、穩定性和無色、無味、無污染的特點，在空氣低流通的空間內發揮出良好的滅火效果，特別適合在配電柜等密閉性比較好的場所進行滅火。全氟己酮滅火劑既能保證其滅火效果，又能發揮無殘留和無污染的特性，避免類似七氟丙烷等氫氟烴類滅火劑滅火后長時間不降解問題^[4]。更重要的是，全氟己酮正常滅火濃度下不會對人體造成傷害，是一種名副其實的綠色滅火劑。

（二）展望

非貯壓式全氟己酮滅火裝置作為一種先進的滅火設備，在火災防控領域得到廣泛應用。目前電力系統的消防安全防護主要是通過對電力房進行整體防護。這種滅火方式只有在火情發展到一定程度時才能被探測到。即使火情能被撲滅，已經對電力系統產生了不小影響。非貯壓式全氟己酮滅火裝置的線性感溫火災探測器通過對單體電力柜甚至單個用電設備的情況進行探測，特別適用于電力柜等空間狹小的設備火災。通過合理計算、選型、安裝，非貯壓式全氟己酮滅火裝置對于提升電力柜內自動探測和滅火能力有重要作用，具有廣泛的工程推廣和實際應用價值。

參考文獻

[1]《一種非貯壓式全氟己酮滅火裝置》專利CN112915442A.

[2]《預制式全氟己酮滅火裝置》團體標準T/CECS 10171-2022.

[3]《全氟己酮滅火系統技術規范》團體標準T/XXXX—2022.

[4]《1230全氟己酮滅火劑-任重道遠，未來可期！》.消防資源網，2023.

作者簡介：申宇（1970— ），男，漢族，吉林四平人，本科，研究方向：瓦斯發電、光伏發電、風力發電、消防安全。