建筑漏电火灾报警系统设计探讨

贾立忠 钱红海 范敏杰

1 概述

我国是建筑电气火灾发生率较高的国家。据有关统计，在我国发生的火灾中由于电气线路故障引发的火灾占到30%。而在西方发达国家，电气火灾在所有火灾的比例不到10%。可见我国在预防电气引发火灾方面的任务很艰巨。由于电气线路故障引发的火灾主要有以下几种原因:1)由于线路绝缘损坏发生相间短路，线路保护装置由于种种原因没有动作或者动作不及时，短路产生的热量引燃了线路或线路附近的可燃物。2)由于线路过负荷导致线路过热引起火灾。3)由于接地故障电弧引起火灾。大部分的建筑电气火灾是由于第三种原因引起的。漏电火灾报警控制系统是专门为预防接地故障引发的火灾而设置的。漏电火灾报警控制系统又称剩余电流火灾报警控制系统。通过检测配电线路的剩余电流对发生的接地故障发出报警或动作，以避免发生火灾。设置该系统的目的是为了早期发现火灾隐患，早报警，以便采取措施，消除故障隐患，将火灾消灭在萌芽阶段。

2 漏电火灾报警系统的原理、组成

根据基尔霍夫电流定律，回路中流入某一节点的电流向量和为零，配电线路在正常情况下，PE线无电流，通过某点的电流向量和为零(见图1)。

图1 正常情况下漏电探测原理

即:I1+I2+I3+In=0。

当发生接地故障时，根据基尔霍夫电流定律有I1+I2+I3+In=ΔI(见图2)。这时，电流探测线圈便可以探测到电流ΔI。这就是漏电探测的基本原理。

图2 发生接地故障时漏电探测原理

漏电火灾报警系统一般由剩余电流探测器、控制通信模块、主机组成，见图3。

图3 漏电火灾报警系统组成

由探测器探测漏电电流再经控制通信模块经二总线传输给主机，主机负责监测各个线路的漏电电流、报警信号，主机显示器可以显示出现漏电异常的线路位置。记录并保存故障信息。值班人员根据主机显示的信息，派人到现场排除故障或远程切断电源。探测器一般设在配电室配出线或者层配电箱总进线处，控制通信模块一般在探测器附件配电箱内安装，主机设在消防控制室或有人值班的房间。独立型的火灾漏电报警控制器一般不包括主机，仅由一个或若干个探测器、控制报警器组成。独立型火灾报警控制器可以组成一个小系统，可以将火灾漏电报警加入到火灾报警系统中，在火灾报警系统中显示火灾漏电报警信号。

3 漏电火灾报警控制系统的设置

关于建筑物是否应设置漏电火灾报警控制系统，需综合考虑以下四方面因素:1)建筑物的性质;2)火灾的危害性;3)建筑物发生火灾后人员疏散的难易;4)火灾后扑救难度。我国现行规范在综合考虑上述四个因素后，兼顾设置漏电火灾报警控制系统所产生的成本，再确定是否设置火灾漏电报警控制系统。

我国《民用建筑电气设计规范》规定:对于火灾自动报警系统保护对象为特级的建筑物，其配电系统应设置漏电火灾报警控制系统。对于火灾自动报警系统保护对象为一级的建筑物宜设置漏电火灾报警控制系统。对于火灾自动报警系统保护对象为二级的建筑物应设接地故障报警。规定中的“宜设置”指的是允许稍有选择，在条件许可时首先应这样做。也就是说，只要在条件允许的情况下，就应该设置。从该规范的条文可以看出，该规范是根据建筑物作为火灾自动报警系统保护对象的分级来确定是否需设置防火漏电报警系统。而火灾自动报警系统保护对象的分级考量的因素就是前述的四个因素。

《建筑物设计防火规范》规定下列情况宜设置漏电火灾报警系统:按一级负荷供电且建筑高度大于50 m的乙、丙类厂房和丙类仓库;按二级负荷供电且室外消防用水量大于30 L/s的厂房(仓库);按二级负荷供电的剧院、电影院、商店、展览馆、广播电视楼、电信楼、财贸金融楼和室外消防用水量大于25 L/s的其他公共建筑物;国家级文物保护单位的重点砖木或木结构的古建筑;按一级、二级负荷供电的消防用电设备。

显然，该规范通过考量建筑物的供电负荷等级及室外消防用水量来确定是否设置漏电火灾报警系统。建筑物的用电负荷等级与建筑物的性质、重要程度及室外消防用水量均有关系，室外消防用水量的大小又与火灾后的危害与扑救难度、人员疏散难易有关。因此，虽然该规范的规定与《民用建筑电气设计规范》的规定考量的条件不同，但其本质上是相同的，仍然是考虑了前述的四个因素。

《高层民用建筑设计规范》规定:高层建筑物内火灾危险性大、人员密集等场所宜设置漏电火灾报警系统。该规范对设置漏电火灾报警系统规定较为简单，什么是火灾危险性大、人员密集等场所，对这个问题的回答，仍然需要综合考虑前述建筑物的四个因素。在具体执行中，设计人员应对建筑物的性质、火灾的危害性、建筑物发生火灾后人员疏散的难易及火灾后扑救难度进行分析研究，综合考虑这四个因素，进而确定是否设置漏电火灾报警系统。该规范对漏电火灾报警系统的功能规定的较为详细。漏电火灾报警系统应具有如下的功能:

探测漏电电流、过电流等信号，发出声光信号报警，准确报出故障线路地址，监视故障点的变化。

切断漏电线路上的电源，并显示状态。

显示系统电源状态。

4 漏电火灾报警系统的参数整定

在正常情况下，配电网络存在一定的泄漏电流，为保证在正常运行时系统不因正常泄漏电流而动作，漏电火灾报警控制系统的漏电动作电流整定值应为线路正常泄漏电流的2.5倍～4倍，且不大于0.5 A。由于配电线路末端设置的防间接人身电击的漏电保护器动作时间不大于0.4 s，为了与之配合，漏电火灾报警控制系统应有不小于0.4 s且不大于1 s的动作延时。

正常情况下，配电网络的泄漏电流由线路泄漏电流和设备泄漏电流组成，即:

其中，ΔIm为总泄漏电流;∑ΔI1为所有线路泄漏电流;∑ΔI2为所有设备泄漏电流。

线路的泄漏电流大小与导线的绝缘材料有很大关系。以聚氯乙烯为绝缘材料的导线，其泄漏电流是聚乙烯绝缘导线的2倍～3倍。因此设计中采用聚乙烯绝缘导线取代聚氯乙烯导线可以减少正常泄漏电流。

由于实际工程中，线路及设备众多，为了得到总体的泄漏电流而将各个线路及设备的泄漏电流相加是非常繁琐的。一般情况下，我们可以根据建筑物的性质、面积来估算一个泄漏电流值。若单位面积泄漏电流为ΔId，建筑物的面积为A，则总的泄漏电流ΔIm为:ΔIm=ΔId×A。

单位面积的泄漏电流为:

笔者根据式(1)和式(2)计算了曾经设计的一些建筑物的单位面积的泄漏电流，供设计时参考，结果见表1。

表1 建筑物单位面积泄漏电流ΔId计算结果

根据建筑物的单位面积泄漏电流，可以估算出建筑物大概的泄漏电流值，再根据估算的泄漏电流值来确定漏电报警的整定电流值。

5 结语

当今，随着城市规模的不断扩大，越来越多的高楼大厦拔地而起，人员和财产越来越集中。建筑设计应当更多的关注建筑安全。漏电火灾报警系统是预防建筑物电气火灾非常有效的手段，它对由于接地故障引起的电气火灾具有很好的预防作用，应当高度重视。在设计中严格按照国家规范执行，科学合理的设置漏电火灾报警系统，建筑电气火灾必然会不断减少。随着漏电火灾报警系统越来越多的应用在建筑中，将来的建筑必然会更加安全。

[1]GB 50016-2006，建筑设计防火规范[S］.

[2]JGJ 16-2008，民用建筑电气设计规范[S］.

[3]GB 50045-95，高层民用建筑设计防火规范[S］.

[4]GB 50116-98，火灾自动报警设计规范[S］.

[5]毛世音.浅谈漏电电气火灾报警系统方案[J］.山西建筑，2008，34(33):200-201.

[6]中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册[Z］.2005.