剩余电流式电气火灾监控器安装使用常见问题的探讨

2012-07-30李成波张学文

智能建筑电气技术 2012年3期

万聪 / 李成波 / 范可/ 张学文

1. 武汉理工大学, 湖北武汉 430070； 2. 中南建筑设计院，湖北武汉 430071； 3. 武汉华天世纪科技发展有限公司，湖北武汉 430070

1 引言

目前我国使用剩余电流式电气火灾监控器已有10多年的历史。依据公安部消防局电气火灾原因技术鉴定中心的统计资料，自从应用剩余电流式电气火灾监控器以来，我国的电气火灾中接地电弧性短路（剩余电流）造成的火灾事故已大为减少，证明我国引用国外使用剩余电流式电气火灾监控器的经验起到了初步的成效。但相比日本、欧美在20世纪70～80年代就已开始使用剩余电流式电气火灾监控器，还是比较落后。在我国虽现有《GB14287.1-2005 电气火灾监控系统第一部分：电气火灾监控设备》、《GB14287.2-2005电气火灾监控系统第二部分：剩余电流式电气火灾监控探测器》、《GB 14287.3-2005电气火灾监控系统第一部分：测温式电气电气火灾监控探测器》三部相关的产品标准及《GB50045-95高层民用建筑设计防火规范》设计规范，但还没有相对完整的《电气火灾监控系统设计、施工及验收规范》的国家规范出台，造成现在有产品标准、有设计规范，无施工和验收规范的状况。在施工不规范的条件下影响了剩余电流式电气火灾监控器的正确使用，也阻碍了该产品的进一步推广和发挥应有的社会效益。

2 监控原理

剩余电流式电气火灾监控器由两部分组成：

1）电气火灾监控器

采集剩余电流互感器的模拟信号，经单片机数字处理并按预先设定阀值进行评估分析，实时地将相关监控数据上传给监控设备（监控主机），当超过监控报警阀值时，监控器发出声、光报警信号；

2）剩余电流互感器

剩余电流互感器的基本原理是基于基尔霍夫电流定律，即流入电路中任一节点的复电流的代数和等于零，即ΣI=0。在测量时，三相线A、B、C与中性线N一起穿过互感器，通过检测三相的电流矢量和，即剩余电流Io，Io=IA+IB＋IC。在线路与电气设备正常的情况下（假定不考虑不平衡电流，无接地故障，且不考虑线路、电器设备正常工作的泄漏电流），理论上各相电流的矢量和等于零，剩余电流互感器的输出端无电压信号输出。当发生绝缘下降或接地故障时的各相电流的矢量和不为零，故障电流使剩余电流互感器的环形铁芯中产生磁通，剩余电流互感器输出电压信号，从而测出剩余电流。在实际情况中，线路电流中总会有在一定量的谐波电流，因为谐波电流的不对称性，造成剩余电流互感器检测实际电路的进出电流不可能平衡；线路和电气设备也都有一定的固有正常的泄漏电流，故实际的电气线路都存在正常的剩余电流。所以在设计和使用剩余电流式电气火灾监控器时，剩余电流报警值要设定为线路固有泄露电流的2倍，且不大于1000mA。这样也是为了保证剩余电流式电气火灾监控器在使用时能灵敏地实时监控线路的接地漏电故障，又不因为线路有固有泄露电流造成误报的理论依据。

3 安装和使用的常见问题

剩余电流式电气火灾监控器的正确使用重点还在于剩余电流互感器的安装，因为笔者在大量的调试过程中总结发现，凡是系统有误报或非正常报警的都与剩余电流互感器没有正确安装和使用有关。大致可以分为以下几类情况：

（1）零线没有和三相相线一起穿过剩余电流互感器。这时测得的电流不是剩余电流，而是零序电流。随着负载不平衡电流的增大很快就超过报警设定值，监控器进行报警。

图2 零线未和相线一起穿过互感器

如果三相不平衡电流减少到低于报警设定值时，监控器又恢复正常。

（2）零线方向穿反。零线和三相相线不是同一方向穿过剩余电流互感器，在北京的某一工程中，就出现大量的这种错误。

这个工程中剩余电流互感器是安装在配电柜出线分回路上的，安装工人为了穿线方便，就把零线反方向穿过互感器。这样测得的电流就是2倍的零序电流，报警监控肯定不正常。

（3）被监测节点不规范。也就是说剩余电流互感器监测的电流并没有真实地反应被监控电路总的三相电流矢量和与总的零序电流矢量之和。

在某一家具卖场工程中，发现有一配电箱的监控器经常报警，做了大量的检查却没有发现异常，但在排查故障时偶尔发现只要楼梯灯一亮监控器就报警。分析原因可能是所接零线不是本配电箱的零线，排查结果与分析相符。被监测电路不完整的情况有：以剩余电流互感器为分界线，应接互感器出线侧的相线而接互感器进线侧零线或应接互感器出线侧的零线而接互感器进线侧的相线；或是将被监测电路的相线或零线接到别的电路。被监测电路必须保证完整性和独立性，才能正确地监测该线路的剩余电流。

图4 被检测电路不规范

(4) 重复接地。穿过互感器的零线和地线相接短路，这类以局部重复接地最为常见，检查和排除故障比较困难。

操作时需要拆开配电箱柜的总零线和地线，用万用表逐一排除分路重复接地的故障。现场故障现象表现为：断开所有的空气开关监控器还报警，用钳形表并联检测剩余电流互感器的测量电路确实有电流存在。这是因为零线电位总是高于地线零电位AC2～20V左右，所有重复接地处零线到地线确有电流存在。

(5) 不同电位的零线短接。在某工程设计和施工中为节省资金，将4极的双电源转换开关改为3极的双电源转换开关。并在双电源的两个进端各设置有剩余电流互感器，本柜一通电，监控器开始工作就报警。排查其原因是这个供电系统中采用两台变压器分别作为主备电源供电，两个变压器的接地和零线是独立的，两零线之间有AC10V左右的电位差。当将双电源4极开关改为3极开关后，两个不等电位的零线就接在一起了，两零线间就有电流。必须用4极的双电源转换开关将保证零线和三相一起切换，避免被监测电路不完整的现象。