关于剩余电流式电气火灾监控系统的研发分析

梁泽豪

摘 要：随着生产、生活用电的不断增长，我国电气火灾事故发生率不断上升，基于此，本文简单概括了剩余电流式电气火灾监控系统研究，并详细论述了剩余电流式电气火灾监控系统的终端设计，希望由此能够为相关业内人士带来一定启发。

关键词：剩余电流；电气火灾；火灾监控系统

前言：电气设备安装量的增多大大提升了现代人们生活的便利程度，但在笔者的实际调研中发现，电气设计失误、布线方式混乱、工程非正规操作、电气设备质量不一、用户使用不当等情况广泛存在于我国各地，而这些都有可能引发电气火灾，而为了尽可能降低电气火灾的发生几率，正是本文围绕剩余电流式电气火灾监控系统研发开展具体研究的原因所在。

1.剩余电流式电气火灾监控系统研究

在剩余电流检测中，主要依靠相应的探测单元完成电流检测，在三相电路中，在没有设备出现接地故障、漏电等质量问题时，三相的电流矢量和（即剩余电流）为零，而如果设备出现接地故障、漏电等情况，故障电流会导致三相的电流矢量和不再为零[1]，因此本文研究的剩余电流式电气火灾监控系统即可通过检测三相电流的矢量和来判断是否存在漏电风险。

为保证剩余电流式电气火灾监控系统实用性，研究的开展严格遵循了GB14287.2标准，由此保证了剩余电流式电气火灾监控系统的非独立性，如保护线路剩余电流情况达到报警设定值，系统即可在短时间内自动发送报警信息，由此工作人员能够在尽可能短的时间内发现故障隐患，火灾等风险事故的发生、蔓延自然将得到较好抑制。

2.剩余电流式电气火灾监控系统的终端设计

2.1硬件设计

2.1.1电源设计

剩余电流式电气火灾监控系统由主备两个电源组成，分别为市电电源和锂电池，当系统掉电时监控程序将自动将电池作为系统的主电源并同时发出故障警报，而当电源顺利切换会市电时，警报会自动解除，这一功能的实现源于市电电源、锂电池、电源管理模块共同组成的UPS电源，由此即可保证剩余电流式电气火灾监控系统能够实现全天候运行[2]。

2.1.2人机交互设计

人机交互部分是剩余电流式电气火灾监控系统户直接与监控设备接触的部分，其硬件设计质量将会直接影响设备性能。在人机交互部分设计中，相关人员需要重点关注以下内容：

（1）由于监控系统对系统的运行环境较为严格，因此对硬件设备的综合性能提出了更高要求。因此在系统设计阶段，选择了12864显示器、YG12864-D液晶显示模块，同时选择了STM32F030型号的主控芯片，由此即可满足设计需要。

（2）在操作剩余电流式电气火灾监控系统时，应该充分考虑“系统操作简单”的基本原则来对系统操作流程进行规范。所以在设计过程中，该系统一共具有24个按键，包括各种数字按键与功能按键。不同功能按键所对应的系统功能存在明显的区别，例如专门控制二总线通信开启/关闭情况的按钮、读取各种报警信息的按钮等，确保其中的关键功能能够在短时间内实现，提高监控系统的运行质量。

2.1.3传感器选择

傳感器的主要功能是隔开高电压系统、将高电压系统中的电流按照固定比例进行分化，以此方可满足剩余电流式电气火灾监控系统获取准确剩余电流数据资料的需要。因此，在传感器的选择中，必须要考虑传感器的功能特性，能够满足监控系统自动化控制的要求。针对这一要求，本系统中选择了CTZ6-080型传感器，其输入与输出的比值为2000：1，并且具有良好的隔离耐压处理性能。

2.1.4剩余电流检测设计

为提升剩余电流式电气火灾监控系统综合性能，采用了8路剩余电流信号分别进入8路I/V变换电路的剩余电流检测方案，图1对该方案进行了直观展示，该方案具备结构简单、节省I/O资源等优势。系统选择了CTZ6-080型传感器用于剩余电流检测，该传感器即可利用基尔霍夫电流定律判断电流相量和是否发生改变，而结合磁通量变化产生的感应电动势，即可通过测量零序互感器实现高质量的剩余电流大小测量。值得注意的是，考虑到零序互感器输出信号较为微弱的交流电流信号，采用了I/V变换电路对其进行转换，考虑到系统选择的多路开关的设计方案，选择了无源I/V变换电路与高精度金属膜电阻，为防止电压过大导致后级电路破坏，为该电路配备了稳压管，图2为无源I/V变换电路示意图，其中RJ7为电阻、D2为稳压管，C2、C4、RJ4则组成立滤波电路滤除高频信号（π型）。

图 1 使用多路开关的设计方案

图 2 无源I/V变换电路示意图

2.2剩余电流式电气火灾监控系统的软件设计

软件是监控系统的核心，在软件设计过程中，必须要根据具体的功能模块划分界定软件功能，由此方可保证剩余电流式电气火灾监控系统要求得到较好满足，其设计要点如下所示：

（1）报警警示功能。当探测器检测到系统线路出现异常情况时，监控设备能够在第一时间反馈故障信息，并通过显示屏实时展示故障报警信息，同时发出声响、闪光等报警，引起工作人员注意；在报警信息消失后，工作人员能够通过相对应功能按键实现故障信息检索。

（2）故障指示功能。故障指示功能能够快速指示监控系统中的故障情况，并显示故障的具体内容，如监控系统出现电源故障、通讯故障，即可通过故障指示功能详细展示故障具体表现，并以声响、闪光的方式发出警报。

（3）打表功能。在监控系统发现电气火灾风险后，系统会自动记录火灾风险报警信息，并同时将信息储存在系统数据库中，工作人员可以通过打表功能快速打印火灾风险信息，由此即可满足相关研究需要。从功能定位角度开展分析发现，打表功能不仅能够较好服务于电气火灾风险信息的提取，同时还能够实现自身系统故障的信息提取。

结论：综上所述，本文研究的剩余电流式电气火灾监控系统可较好服务于建筑物安全保障系统。而在此基础上，研究涉及的电源设计、人机交互设计、传感器选择等内容，则从硬件与软件两个角度对剩余电流式电气火灾监控系统进行的深入剖析，直观展示了本文的研究思路。因此，在电气火灾监控系统相关的理论研究和实践探索中，本文内容可发挥一定参考作用。

参考文献：

[1]聂天乙，曾文淇.浅谈电气火灾监控系统的应用[J].电子世界，2017（14）：171.

[2]刘宏业.浅析剩余电流式电气火灾监控系统的功能及设计[J].科技与创新，2014（22）：11.

[3]中华人民共和国国家标准《GB14287.2》-2014.