电气防火保护器在高校学生宿舍的应用研究

2022-05-10丁树歧副研究员晨助理研究员贾水库研究员

安全 2022年4期

丁树歧副研究员王晨助理研究员贾水库研究员

(1.北京物资学院，北京 101149；2.北京科技大学，北京 100083)

0 引言

《建筑设计防火规范》(GB 51348-2019)中，第13章中13.2.2明确规定[1]：“建筑面积大于3 000m2的旅馆建筑、商场和超市，应设置电气火灾监控设备”。

高校大学生宿舍一般都建于2019年以前，且建筑面积绝大多数都大于3 000m2，由于2015年及以前“建筑设计防火规范”中并没有要求设置电气火灾监控设备，因此高校建设学生宿舍时都没有考虑安装电气火灾监控设备。但高校学生宿舍人员密集、电器种类多、可燃物多、火灾载荷大，电气线路容量不断增加，而宿舍配电设备老化，学生违规用电、超负荷用电等时有发生，这些现象极易引起火灾事故，且可能造成大量学生伤亡和重大财产损失。

例如，2003年11月24日，俄罗斯人民友谊大学的学生宿舍发生重大火灾事故，过火面积超过1 000m2，共造成大学生死亡41人、受伤171人，包括中国留学生死亡11人、受伤38人，失火原因是学生大功率电器造成宿舍电线短路故障引起；2008年11月14日，我国上海商学院学生宿舍602房间发生较大火灾，共造成4名女学生高坠死亡，火灾原因是学生在宿舍使用“热得快”大功率电器，线路短路引燃周围可燃物； 2017年5月15日，我国天津中医药大学的学生宿舍发生较大火灾事故，造成整个学生宿舍化为灰烬，火灾原因是宿舍电线线路老化，学生在正常使用中宿舍楼顶线路短路引发火灾。因此，高校学生宿舍电气火灾监控设备安装十分必要和重要，可以有效降低高校学生宿舍的火灾风险。

1 高校学生宿舍用电分析及火灾风险

1.1 高校学生宿舍用电特点

(1)配电系统。高校大学生宿舍配电系统一般分为集中配电方式和分布式配电方式2种。集中配电方式是指由宿舍管理员可对学生每间宿舍直接进行供电控制，学生违规用电时可直接进行断电操作；分布式配电方式是指在学生宿舍楼每层均设置配电柜，且每个宿舍房间外墙(或宿舍内)安装内有总断路器和分断路器的入户箱，可以分别对不同供电回路进行控制。

(2)用电情况。高校学生宿舍用电以照明、墙插、空调和卫生间用电为主，但其用电时间有所不同。

照明用电。一般为一只25～40W的白炽灯或LED灯具，现在国内大多普及使用LED灯，一天用电15h以上。

墙插座用电。一般一间宿舍住宿人数为4-6人，内部墙上最少安装4-6个插座，一般会多于6个插座，且多为10A三孔3C插座，每天使用时间超过16h，有的甚至24h使用。

空调用电。一般每间宿舍均配有1匹或1.5匹的热分体空调，其使用的插座多为16A独立三孔墙上插座。使用时间多集中在夏季和入冬前，夏季使用时间每天不超过16h，冬季有时达24h。

卫生间用电。一般包括照明和加热取暖用的“浴霸”，“浴霸”功率较大，一般为300～500W或1 500W，个别高校还安装有电加热淋浴器，功率可达3 000W。

(3)用电负载电器种类。宿舍内用电电器主要有充电类、计算机类、电热类、照明类和小电机类，其产生火灾风险的几率与线路及产品质量有较大关系。

充电类。多为手机充电器、充电宝等，工作电流不大，即使6个充电器同时工作也不会超过2A，有的宿舍24h都有充电器、充电宝等处于充电状态。

计算机类。台式、笔记本、ipad等。一台计算机功率在350W左右，电流在1.6A左右，个别宿舍此类用电设备24h处于开机状态。

电热类。热得快、电热水壶、电褥子、电暖气、电吹风等，一般“热得快”功率2 200～3 000W，工作电流可达10A；电吹风常见于女生宿舍，一般功率为600～1 300W。

照明类。LED台灯、可调式台灯等电器功率虽小，但产品的质量不合格率较高。

小电动机类。主要是20～50W小功率风扇，夏季学生宿舍普遍存在，虽工作电流在0.25A以内，但经常使用，此类产品质量不合格率突出。

1.2 高校学生宿舍电气火灾风险

全国绝大多数高校学生宿舍内都安装了限电器或限电电表，当学生使用电器工作电流达到或超过某安全规定数值时，电路就会自动切断电源，以此来实现对高校学生宿舍用电安全的管理。学生宿舍每年的年电检，无法实现全检，也只是进行抽检，不能有效保障全年学生宿舍的安全。学生宿舍可燃物多，导致火灾载荷大；人员密集，使电气线路容量不断增加，而配备设备老化不能满足容量要求；学生违规用电、超负荷用电时有发生等，极易引起火灾事故，易造成学生宿舍大量人员伤亡和重大财产损失。再之，许多高校学生宿舍为高层建筑，消防设施不完善，火灾发生后，学生疏散也存在较大困难。高校学生宿舍已成为高校安全重点中的重点。通过调查、梳理和分析，高校学生宿舍各种电气安全风险主要来源以下5个方面：

(1)线路短路。当宿舍内用电线路发生破损或用电负载发生故障时会导致线路短路，瞬间产生巨大电流，造成线路快速升温碳化，形成火灾隐患，可能会发展成为电气火灾。

(2)线路过载。当宿舍内使用大功率电器或多个电器同时使用超过线路额定电流值时，造成线路快速升温碳化，形成火灾隐患。过载一般由用电器引起，当用电器有故障或使用不当时，会产生过载现象，例如：当充电器给电池充电时，如果电池内部存在故障，会引起充电电流增大，超出额定电流，如果电流续增大，会出现短路故障，最终发展成电气火灾。

(3)故障电弧。当用电线路内插排和用电设备内部由于导线绝缘老化、接触不良、线束内部断裂等原因发生的短时打火现象被称为故障电弧，尤其是使用劣质插座时经常产生故障电弧。故障电弧产生时伴有局部千度左右的高温，极易点燃周围的可燃物，形成电气火灾。

(4)电器故障。电器类故障一般为局部短路或断路，断路使设备不能工作；但是局部短路则可能使短路部分电路过热，容易引燃周围的易燃物品，形成电气火灾。

(5)非常规用电。学生在宿舍或多或少都存在违规使用电器具现象。全国绝大多数高校学生宿舍中采用了限电措施，当宿舍用电量超过一定的数值后自动断电。但随着科学技术的发展，个别企业生产出“反限电器”设备，使得学生宿舍内能够使用大功率电器，不会被限电器发现。这样导致，学生宿舍可以使用大功率电器，从而造成用电器过热、线路过热、超载、短路等，引燃周围可燃物，形成电气火灾。

2 高校学生宿舍电气火灾监控系统

中国建筑科学研究院防火所联合北京海博等专业研发团队以预防电气火灾为己任，研究探索“剩余电流随动技术”“热解粒子探测技术”。这项技术通过传感技术，有效地解决了建筑中配电设备和电器过热、线路过热、线路超载、线路短路时提前预警等问题，获得公安部消防局科技一等奖，并在国内率先展开相关科学研究，发明温感、热解粒子等传感器设备，并将这些产品规范纳入国家标准，为国内电气防火事业做出巨大贡献。北京海博公司联合北京高校保卫学会学术部设立课题，将“剩余电流随动技术”“热解粒子探测技术”等科研成果运用到学生宿舍中，开发创新出学生宿舍电气防火保护器，以此产品为主构建形成学生宿舍电气火灾监控系统。

监控系统可以对高校各种类型的电气火灾进行预判、预警，可以在未发生实际电气火灾前预判出电气火灾的风险，提前报警给系统管理人员，对提高大学生宿舍的安全有重大的作用。

2.1 电气火灾监控系统架构

(1)系统构成。由电气火灾保护器和监控主机等组成的电气火灾监控系统，如图1。

图1 电气火灾保护器和监控主机等组成的电气火灾监控系统

监控分机可以输出1-6条总线，每条总线可以驱动60个电气火灾保护器，一栋宿舍楼少于360个房间，可以直接使用这个系统；多于360个房间，对分机进行扩展后即可使用这个系统。上位机安装在消防中控室，上位机与各个监控分机的通信可以利用校园局域网、光纤或无线方式。上位机可以连接32台监控分机，如果需要连接更多的监控分机，可以对上位机进行扩展，组成更大的系统。

(2)系统性能。监控分机安装在学生宿舍管理员处(值班室)，管理员可以随时监控楼内各个宿舍用电情况，在监控分机上可以观察到楼内宿舍的用电情况，包括正常用电、违规用电、断电、温度报警、故障电弧报警、过电压、欠电压等多种情况，并在分机的屏幕上可直接显示每一个房间的用电情况。

(3)技术指标。系统的主要技术指标如下：

温度报警设定范围：40～150℃，通常设定为80℃报警(电线温度达到320℃时才会燃烧起火)。

电弧持续时间：20ms～10s可调，根据实际情况设定。

过电压：240V。

欠电压：187V。

过电流：1～10A可调，通常设定在6A以上。

短路：1～32A可调，通常设定不超过10A。

2.2 系统的信息推送功能

当系统在分机上报警或报故障后，将立即进行处理，根据故障或报警的分类，将会推送信息给相关人员，以便不同故障或报警得到及时处理，使供电系统快速恢复正常工作。

(1)推送给电路维修人员。当发生过电压、欠电压、短路、过载、温度过高、故障电弧等，会及时发送给电路维修人员，使电路维修人员准确掌握发生问题的楼号和房间号，及时进行故障维修。

(2)推送给宿管人员。当发生违规用电报警时，会及时推送信息给宿管人员，由宿管人员进行查证，并采取适当措施，消除隐患，排除违规用电，使供电正常。

(3)推送给安全保卫部门。宿管人员处理的违规用电情况、电路维修人员处理电路故障的信息及处理结果将及时推送给安全保卫部门。

2.3 系统报警的处置

(1)电气故障的处理。当电气故障信息推送到电路维修人员时，由维修人员及时进行维修，使供电恢复正常，保证宿舍的正常用电。同时把维修好的信息上传给宿管人员和上级主管。

(2)违规用电的处理。当发现有违规用电时，宿管人员应及时进行查证，按照宿舍管理有关规定进行处理，记录违规用电房间号和个人，将处理情况报学生管理部门及上级主管。

(3)电气火灾隐患处理后反馈信息和记录。为便于检查和纠正用电中发生的问题，需要对电路故障、报警和违规用电等情况进行记录，同时定期进行总结，发现规律性问题及时改正，以便今后更好地实现学生宿舍的安全用电管理。

3 电气火灾监控系统在高校的应用

电气火灾监控系统已经在北京科技大学、北京交通大学、国际关系学院、北京体育大学、北京建筑大学等学校开展安装试运行半年多时间，设备及系统运行稳定，很少出现误报和漏报现象，同时对于学生违规使用大功率电器问题得到了有效抑制，现阶段已取得良好效果，获得高校高度认可，有效提升了高校对学生宿舍电气火灾“可防可控”的信心。