摘要通过分析电气火灾的原因和危害性，明确电气防火的必要性，确定其技术防范措施； 并按照国家现行漏电防火有关规范。就智能漏电防火开关在低压配电系统中的应用进行分析与研讨，简述其内容组成和功能特点．对漏电火灾报警系统的设置范围、安装位置确定、分级保护、剩余电流与动作时间确定提出了建议．在低压配电系统中得到了实际应用。
关键词 电气防火 智能开关 功能特点 漏电火灾报警系统
1 引言
随着国民经济建设的高速发展，大型民用建筑以及高层建筑日益增多，由于低压配电系统中短路、过负载、接触不良、谐波干扰、漏电、接地故障、灯具和电热器具引燃可燃物等原因，引发的电气火灾逐年剧增，给国家经济和人民生命财产造成巨大的损失。特别是近几年来，因漏电引起的火灾接连不断地发生，而且这种火灾比起短路等引起的火灾更具隐蔽性，通常是悄悄地发生，失火后往往被短路等假象所掩盖，也难以找出真正的原因来加以防范，因此危害性也就更大。充分了解漏电火灾的危险性，加强对漏电火灾的技术防范措施，已成为当前电气防火工作的重要任务之一。本文按照国家现行漏电防火有关规范，对智能漏电防火开关(以下简称为智能开关)在低压配电系统中的应用进行分析与研讨。力求设计既满足规范要求，又使系统简捷合理实用，逐步达到规范化和标准化。并结合智能开关产品的技术性能，使其在应用中更加安全可靠，真正起到漏电防火的重要作用。
2 漏电防火有关规范的执行
为提早发现漏电，尽量避免电气火灾隐患的发生，减少给国家经济和人民生命财产造成的损失，近几年来，我国对有关防火规范进行了修订和重新编制。并针对漏电防火的有关条文进行了修编和补充，有的规范已正式颁布实施。《智能建筑设计标准》(GB／T 50314—2000)、《低压配电设计规范》(GB 50054—95)、《火灾自动报警系统设计规范》(GB 501i6—98)、 《民用建筑电气设计规范》(JGJ／T 16—92)正在修订，处于征求意见、讨论稿或报送审批阶段， 目前针对漏电防火的应用须执行的主要规范如下：
a．《高层民用建筑设计防火规范》(GB 50045—95，2005年版。以下简称为《新高规》)；
b．《剩余电流动作保护装置安装和运行》(GB13955—2005。以下简称为《漏电规》)；
c．《电气火灾监控系统第1部分：电气火灾监控设备》(GB 1 4278．1-2005，以下简称为《监控设备规》)；
d．《电气火灾监控系统第2部分：剩余电流式电气火灾监控探测器》(GB 14278．2—2005，以下简称为《监控探头规》)。
3 电气火灾的原因和危害性
我国的电气火灾大部分都是因漏电和短路而引发的．在低压配电系统中。电气线路的漏电和短路是导致电气火灾发生的根源和重要原因之一．并对国家经济和人民生命财产构成了很大的威胁．应引起大家高度的警惕和重视。
当电气线路和电气设备的绝缘受到损伤而发生漏电时．漏电所产生的电流和电压便会导致接地故障。主要是指相线对地或与地有联系的导电体之间的短路，包括相线与大地、PE线、PEN线、配电和用电设备的金属外壳、敷线钢管、桥架线槽、建筑物金属构件、上下水和采暖、通风等管道以及金属屋面、水面等之间的短路。当发生接地短路时在接地故障持续的时间内，与它有关联的电气设备和管道的外露可导电部分对地和装置外的可导电部分间存在故障电压，此电压可使人身遭受电击，也可因对地的电弧或火花引起火灾或爆炸，造成严重的经济和生命财产损失。
电气短路主要包括金属性短路和接地电弧性短路两种：金属性短路是由导体间直接接触，如相与相之间、相与N线之间短路，其短路电流大，短路点往往被高温熔焊，金属线芯产生高温以至炽热，绝缘被剧烈氧化而自燃，火灾危险甚大，但金属性短路产生的大短路电流能使断路器瞬时动作切断电源，火灾往往得以避免：接地电弧性短路是因短路电流受阻抗影响，电弧长时间延续，而电弧引起的局部温度可高达3 000～4 000℃ ，很容易烤燃附近可燃物质引起火灾，但由于接地故障引起的短路电流较小．不足以使一般断路器动作跳闸切断电源．可见接地电弧性短路引起的火灾危险远远大于金属性短路。电气短路以单相接地故障居多．电气火灾的危险则以接地电弧性短路为最严重。另外不论是TN系统还是，ITI’系统．接地故障回路的阻抗都大于带电导体短路回路的阻抗．这也是形成接地电弧性短路的一个重要原因。
4 电气防火的必要性
根据我国多年来用电情况调查。随着人均用电量不断提高．由电气引发的火灾事故也逐年剧增。已成为火灾发生的主要原因之一．并在所有火灾起因中居xx。据有关资料统计．电气火灾占全国火灾总数的比例由20世纪80年代初的10％上升到现在的近30％．造成人身伤亡的数字也十分惊人。2003年全国由于电气火灾事故造成的直接经济损失高达121．7亿元以上，为防止电气火灾发生的消防费用就高达60多亿元。可想而知国家对防火工作的高度重视．加大电气防火的力度势在必行。
《新高规》对原有关条文进行了局部修订后，重新发布了2005年版．并于2005年10月1日起实施。在新修订的版本中．增加了9．5节“漏电火灾报警系统”有关内容．其中提出了“高层建筑内火灾危险性大、人员密集等场所宜设置漏电火灾报警系统”．另外还对系统
的功能作出了相关的规定。新条文的增加．对电气防火提出更高要求。无疑是为了进一步提高电气防火意识。通过分析电气火灾的原因和危害性．明确电气防火的必要性．并确定采取相应的防范措施。在低压电气线路上加装智能开关就是一种行之有效的防范措施，通过漏电火灾报警系统，能够准确地监控电气线路的故障和异常状态，提早发现电气火灾的隐患。及时报警提醒人员去xx这些隐患，尽量避免火灾给国家经济和人民生命财产造成巨大损失，把电气引发火灾的可能消灭在萌芽状态，使电气火灾隐患降至{zd1}。
5 智能开关的内容组成及功能特点
智能开关采用内置式结构，以塑壳式断路器为主开关，另外配备各种采集、记忆、通讯等元器件，集漏电、短路、过载、过压、欠压、防雷、防误合闸、故障类型识别、强制断电等各种保护功能于一体，并具有来电显示、声光报警和本机自检功能。智能开关主要作为剩余电流式电气火灾监控探测器使用，并通过漏电火灾报警系统，对电气线路的故障和异常状态进行实时监控，使被动防火变为主动防火，实现集中监控和管理的目标。其主动性功能特点如下：
a．系统启动后首先对电气线路进行全面运行检测．以便及时发现和xx电气火灾隐患。当不存在电气火灾隐患时才允许开关合闸接通．若存在电气故障时提前预警．未排除电气故障前拒绝合闸接通．确保低压配电系统安全可靠运行。
b．在低压配电系统中．对电气线路的运行状况实行全天候在线自动安全监控，自动跟踪诊断电气故障，分析和识别故障类型，并发出声光和语音报警，通知电气维护人员及时排除故障，把电气火灾隐患消灭在萌芽状态，真正做到“智能监控，防患于未然”。
c．智能开关采用了微电脑(PIC单片机)自动控制技术，取代了传统被动式机械热效应控制技术，全面实现升级换代，分断速度更快，实测数据只有0．04秒，比传统开关动作速度缩短了数倍，分断速度越快，所产生的电气火花就越小，一旦发生故障能快速切断，增强了安全可靠性。
d．系统具备“黑匣子”记忆功能。通过一台电脑在5km范围之内，可对1-250台智能开关实现远程监控。随时可关断或接通用户供电线路，随时可查询用户供电线路安全用电情况，随时调阅每台智能开关当前或历史运行情况，一旦发生漏电、过载、短路等故障时能准确在电脑界面上显示出发生故障的供电线路具体位置和发生故障的时间。使故障发生的原因一目了然，便于维护和管理。
e．系统采用智能化网络管理。采用Rs485／Rs422四线制全双工通讯模式，传输距离在5km以内。同时可与烟感、温感或可燃气体探测器及火灾自动报警系统中心实行联动控制，把配电与消防系统有机结合起来，实现双重报警和控制功能，大大提高了对漏电火灾监控的可靠性和保护性，从根本上解决了电气火灾误报和漏报现象，全面主动防御电气火灾事故的发生。
f．系统实行多功能全面保护，除传统的漏电、过、短路保护外，又增加了防止过压、欠压、雷电感应和误操作等防护措施，以避免对电气设备的损坏，造成不必要的经济损失。
g．系统的组成如下图所示。
6 漏电火灾报警系统设置范围的确定
《新高规》在第9．5节“漏电火灾报警系统” 中提出了“高层建筑内火灾危险性大、人员密集等场所宜设置漏电火灾报警系统”，另外还对系统的功能作出了相关的规定。但对漏电火灾报警系统的设置场所使用了“宜设置”， 《建筑设计防火规范》(GB 50016—2006)同样也使用了“宜设置”的字眼。怎么来把握这个标准才合理，没有很明确的规定，这就给具体工程设计和审图人员带来了很大困难。若按规范标准用语“宜”表示允许稍有选择，在条件许可时首先应这样做。由于每个人理解程度不同，出现了设计做法不统一和审图不标准等现象，造成了一些不必要的混乱。笔者认为首先应该明确哪些建筑物要设置漏电火灾报警系统，再确定该建筑物内的低压配电线路是否应安装智能开关，才能基本上达到设计和审图的统一标准。根据目前国家规范的要求，不管低层还是高层建筑物，都是按保护对象的火灾危险性等级和人员密集的程度，来确定是否要设置漏电火灾报警系统。那就要考虑到建筑物类型、建设标准、使用功能性质和重要性等综合因素，来统一划分建筑物保护对象的分级，按各自的保护对象分级确定低压配电线路是否需要加装智能开关，这样才能明确设计范围，达到设计做法的统一。
由于漏电防火是建筑物防火的一部分，I7t前各生产企业的漏电火灾报警系统产品，在国家没有统一规范的情况下，都是自成系统实现独立监控，但这部分内容毕竟最终要归属于火灾自动报警系统，或采用通讯接口实现双重报警和控制功能，不可能在建筑物内再单独设置一套漏电火灾报警系统，给监控和管理都带来不便，并且增大投资，造成设备功能的浪费。鉴于以上情况．建筑物漏电防火的保护等级宜按《火灾自动报警系统设计规范》中的系统保护对象分级，并与保护对象的内容相对应，分为特级、一级和二级共三个等级，然后根据保护对象分级确定加装智能开关的位置和数量。
在国家规范允许的前提下，应将漏电防火纳入火灾自动报警系统，充分发挥系统设备功能的优势，达到集中监控和管理的目标，既节省人力物力便于维护，又提高了工效。因《火灾自动报警系统设计规范》正在修编，宜增加漏电防火保护对象分级和系统集成等有关内容，使工程设计时有章可循。
对不符合保护对象分级的建筑物，或不需要设置火灾自动报警系统的建筑物，可不设置漏电火灾报警系统：住宅建筑和其他特殊类型的建筑物应按国家与行业现行规范考虑。
7 智能开关的安装位置确定
当确定了建筑物保护对象分级后．按照特级、一级和二级保护对象的要求，在低压配电系统中，对各路配电线路进行有效的实时监控，应在适当的位置安装智能开关(剩余电流探测器)。根据《新高规》第9．5．2．1条： “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”的规定．为减少故障停电范围，并结合配电级数、配电形式和负荷使用性质，综合确定智能开关的安装位置，特提出以下建议：
a．当建筑物属于特级保护对象时，由低压配电室引出的全部配电干线回路(包括电力、照明、消防电力等干线)．均应在配电干线的首端安装智能开关；各防火分区、功能分区和楼层的电力与照明总(分)配电箱电源进线处， 以及末端配电箱的电源进线处或分支线回路上均宜安装智能开关。
b．当建筑物属于一级保护对象时，由低压配电室引出的重要配电干线回路f包括电力、照明、消防电力等干线)，均应在配电干线的首端安装智能开关；各防火分区、功能分区和楼层的电力与照明总(分)配电箱电源进线处，以及末端配电箱的电源进线处或分支线回路上均宜安装智能开关。重要的配电干线回路是指一、二级负荷供电的干线．或火灾危险性大、人员密集、需要二次精装修等场所的电力和照明干线；不包括三级负荷供电的普通电力干线。
c．当建筑物属于二级保护对象时，由低压配电室引出的重要配电干线回路f包括电力、照明、消防电力等干线)．均应在配电干线的首端安装智能开关；各防火分区、功能分区和楼层的消防电力与照明总(分)配电箱电源进线处．以及末端配电箱的电源进线处或分支线回路上均宜安装智能开关。重要的配电干线回路是指二级负荷供电的干线．或火灾危险性大、人员密集、需要二次精装修等场所的照明干线；不包括三级负荷供电的普通电力干线。
d．由一、二级负荷供电的双电源切换箱．当采用多支路出线时．应在双电源切换后的支路出线上安装智能开关；当双电源切换后采用单一支路出线时，一般不需要安装智能开关，有特殊要求时可另外安装。
e．多层、高层住宅建筑和其他特殊类型的建筑物，应按国家与行业现行规范有关要求安装漏电保护开关。
8 智能开关的分级保护
根据《漏电规》第4．3条和第4．4条规定，剩余电流保护装置应采用分级保护，并提出一般可分为两级或三级保护：为了防止人身间接触电和电气火灾事故的发生，在低压配电系统中．采用剩余电流分级保护方式是实现漏电防火的根本途径，也是行之有效的防范措施。剩余电流保护形式一般采用分级保护，除正确地选用和整定配电线路的保护电器．使其可靠地切断故障线路或发出预警外，更应选择分级保护间的级间配合，实现具有动作选择性的分级保护，以避免误动作或造成大面积停电。
当确定了建筑物保护对象分级后，就要考虑每路配电线路的分级保护．分级保护一般可分为两级或三级。{dy}级保护为全网总保护或主干线保护，这一级保护的智能开关可安装在变压器低压侧作为总开关使用．或安装于主干线的首端，其保护范围为低压侧母线、主干线及其配电装置：第二级保护为分支干线保护或末端线路保护，这一级保护的智能开关装设在分支干线与分区配电箱的进线处、末端配电箱的进线处或分支用电设备线路上，其保护范围为分支干线或末端线路及其一般用电设备：第三级保护为末端线路或分支线路保护，这一级保护的智能开关安装在末端配电箱的进线处，或末端配电箱分支线路上。其保护范围为末端线路及其一般用电设备。在电气设计时，选择采用两级还是三级保护，应根据低压配电系统的配电形式和配电保护级数来确定。
在低压配电系统中，当采用放射式供电时，一般宜选择两级分级保护。{dy}级保护应设在低压配电室引出的配电干线回路的首端；第二级保护应设在各防火分区、功能分区和楼层的总f分)配电箱电源进线处、末端配电箱的进线处或分支线回路上。当有特殊要求时．宜选择三级分级保护。
在低压配电系统中．当采用树干式供电时．一般宜选择三级分级保护。{dy}级保护应设在低压配电室引出的配电干线回路的首端：第二级保护应设在各防火分区、功能分区和楼层的总(分)配电箱电源进线处．或分支线回路上；第三级保护应设在末端配电箱的电源进线处或分支线回路上。当有特殊情况时，也可选择两级分级保护。9智能开关的剩余电流与动作时间确定 、 主智能开关剩余动作电流值的确定应趋向于准确合理，各级剩余动作电流值与动作时间应协调配合，实现具有动作选择性的分级保护。根据《漏电规》第5．7．5条： “选用的剩余电流保护装置的额定剩余不动作电流，应不小于被保护电气线路和设备的正常运行时泄漏电流{zd0}值的2倍” 的规定，额定剩余动作电流应考虑正常运行时的{zd0}泄漏电流，并留有充分裕量；配电线路正常运行时的泄漏电流，包括线路本身的泄漏电流和用电设备的泄漏电流两部分，两者之和即为确定额定剩余动作电流与校验额定剩余不动作电流的依据。根据《漏电规》第5．7．4条： “上下级剩余电流保护装置的动作时间差不得小于0．2s”的规定，来确定各分级保护间的动作时间差，下级动作时间应小于上级动作时间．以避免误动作或扩大停电范围。当确定选择两级分级保护时，设在低压配电室引出的配电干线回路首端的{dy}级保护，额定剩余动作电流为400～1 000mA，动作时间为0．5～1s；设在各防火分区、功能分区和楼层的总(分)配电箱电源进线处，或末端配电箱的进线处的第二级保护，额定剩余动作电流为2o0~400m 动作时间为0．3～0．5s；设在末端配电箱分支线回路上的第二级保护，主要作为间接接触防护．额定剩余动作电流小于或等于30mA，动作时间小于或等于0．1s。
当确定选择三级分级保护时，设在低压配电室引出的配电干线回路首端的{dy}级保护，额定剩余动作电流为600-1 000mA，动作时间为0．7～ls；设在各防火分区、功能分区和楼层的总(分)配电箱电源进线处的第二级保护，额定剩余动作电流为200～600mA，动作时间为0．5加．7s；设在末端配电箱的电源进线处的第三级保护，额定剩余动作电流为200--400mA，动作时间为0．3加．5s：设在末端配电箱分支线回路上的第三级保护，主要作为间接接触防护，额定剩余动作电流小于或等于30mA．动作时间小于或等于0．1s。
根据《监控探头规》第4．2．2条： “探头报警值不应小于20mA，不应大于1 000mA，且探头报警值应在报警设定值的80％～100％之间”的规定，各分级保护的报警值确定，应减少盲区的影响，建议可按正常运行时{zd0}泄漏电流的两倍设定。智能开关本身具有修’ 改报警灵敏度阈值、预警阈值的功能，这样就可以根据现场的实测值进行设定。
10 漏电火灾报警系统的实际应用
漏电火灾报警系统由智能开关、集线器、中继器、转换器、台式监控主机等设备组成。系统采用RS485／RS422四线制全双工通讯模式，即采用四总线与集线器相连接，每集线器可连接48台智能开关，集线器间采用通讯总线与中继器、转换器和台式监控主机联网，共可连接1～250台智能开关，无须中间区控器，直接通过智能远程监控的功能，实现集中监控和管理的目标。
系统以智能开关作为剩余电流式电气火灾监控探测器使用，集各种保护功能为一体，担负起各种电气故障的实时检测、采集和发送任务，并具有来电显示、声光报警和本机自检功能，对过电流、剩余动作电流、动作与延时时间等各种参数值进行现场或实测后设定。采用先进的动态阈值检测和自动判断技术、高灵敏度剩余电流探测、新型故障数学模拟算法和现场总线技术，为智能远程监控的实施起到了重要的作用。系统对电气线路的运行状况实行全天候在线自动安全监控，随时检查各用户安全用电情况，可接通或分断用户电源．并具备“黑子”记忆功能，准确报出故障线路地址，监视故障点的变化，满足了《新高规》中， “储存各种故障和操作试验信号，信息存储时间不应少于12个月：切断漏电线路上的电源，并显示其状态；显示系统电源状态”等要求。系统可实现独立监控，监控主机单独设置在值班室或消防控制室内。也可采用通讯接口与火灾自动报警系统联网运行，实现双重报警和控制功能，监控主机可与消防系统设备共用，设置在消防控制室内，达到集中监控和管理的目的。
1 1 总结
本文通过分析电气火灾的原因和危害性，明确电气防火的必要性，确定其技术防范措施。并按照国家现行漏电防火有关规范，就智能漏电防火开关在低压配电系统中的应用进行分析与研讨，采取在低压电气线路上安装智能开关这个有效可行的方法。通过漏电火灾报警系统。能够准确地监控电气线路的故障和异常状态，并报出故障线路地址，监视故障点的变化，随时储存和记录故障信息情况，提早发现电气火灾的
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