廖 述 龍

[同濟大學建筑設計研究院(集團)有限公司, 上海 200092]

0 引 言

隨著我國人民生活水平的不斷提高,經(jīng)濟化進程的迅猛發(fā)展,社會電氣自動化程度的持續(xù)晉升,大家對電的依靠愈來愈強,應用電器的范疇日漸擴張,用電量也持續(xù)增加。因此,電氣火災也隨之劇增。據(jù)調(diào)查,2012年至今,在查明原因的210萬起火災當中,電氣火災約占70.2萬起,占總數(shù)的33%之多。由此可見,我國電氣火災問題尤為嚴重。

1 電氣火災現(xiàn)狀

1.1 電氣火災原因

1.1.1 漏 電

配電線路的某處因為某種原因(自然或人為原因,如日曬雨淋、風吹雨打、碰撞、磨擦、潮濕、高溫、腐蝕、蟲咬等)使電線的絕緣能力下降,導致導線與導線、導線與大地之間有電流通過,這種現(xiàn)象就是漏電。當漏電發(fā)生時,泄漏電流在流入大地途中如遇電阻較大的部位時,會產(chǎn)生局部高溫,致使附近的可燃物著火,從而引發(fā)火災。此外,在漏電點產(chǎn)生的漏電火花也有較大概率引發(fā)火災[1-2]。

1.1.2 短 路

電氣線路中的絕緣護套的導線在絕緣體破損后,相線與中性線,或相線與接地線之間發(fā)生觸碰,引起電流突增的現(xiàn)象稱為短路。由于短路時電阻減少,電流突增,短路電流往往以kA計算,大大超過線路正常工作時的載流量,同時在短路點易產(chǎn)生強烈的火花和電弧,不僅能使絕緣層迅速燃燒,而且能使金屬熔化,使周邊的可燃物燃燒,造成火災。

1.1.3 過負荷

過負荷是指當導線中通過電流超過其本身載流量,致使導線的溫度不斷升高的現(xiàn)象。當導線過負荷時,加快導線絕緣層老化變質(zhì)。當嚴重過負荷時,導線的溫度不斷升高,甚至會引起導線的絕緣層發(fā)生燃燒,并引燃導線附近的可燃物,從而引發(fā)火災。

1.1.4 接觸電阻過大

導線與導線、導線與開關(guān)、導線與電氣設備等連接的地方都有接頭,在接頭的接觸面上形成的電阻稱為接觸電阻。當有電流通過接頭時會發(fā)熱,這是正?，F(xiàn)象。如果接頭處理良好,接觸電阻不大,則接頭處的發(fā)熱就很少,可以保持正常溫度。如果接頭中有雜質(zhì),連接不牢靠或其他原因使接頭接觸不良,造成接觸部位的接觸電阻過大,當電流通過接頭時,會在此處產(chǎn)生大量的熱,形成高溫,這種現(xiàn)象就是接觸電阻過大。在有較大電流通過的電氣線路上,如果在某處出現(xiàn)接觸電阻過大時,會在接觸電阻過大的局部范圍內(nèi)產(chǎn)生極大熱量,使金屬變色甚至熔化,引起導線絕緣層發(fā)生燃燒,并引燃附近的可燃物,從而造成火災。

1.1.5 設備使用不當

由于電水壺、電爐、電熨斗、電熱汀、電暖氣等設備的熾熱部件以及日光燈的鎮(zhèn)流器、電動機的線圈或電阻等設備在通電情況下有電流流過時,設備就會發(fā)熱并產(chǎn)生較大熱量。如果上述設備使用不當,長時間通電并與可燃物接觸時有可能引發(fā)火災。早些年幾起校園宿舍的火災就是學生在宿舍內(nèi)不正當使用熱得快造成的,對建筑電氣設計行業(yè)造成一定影響。

1.2 電氣火災防控措施

在電氣火災初期,一般情況下很難察覺,只有當可燃物冒煙或產(chǎn)生異味時才能感知,但是往往這個時候已經(jīng)發(fā)展到火災中期,容易造成較大的經(jīng)濟損失和人員傷亡。因此,防止電氣火災的關(guān)鍵在于前期的防控措施,及時消除電氣故障。

1.2.1 剩余電流保護器的設置

對于容易產(chǎn)生漏電電流的配電線路,可以在上級采用帶有漏電保護的剩余電流保護器,當線路上產(chǎn)生泄漏電流時,剩余電流保護器能夠檢測其大小,當漏電電流大于其設定值時,剩余電流保護器及時跳閘以切斷配電線路。

1.2.2 保護斷路器的選擇

選擇保護斷路器時,首先要進行負荷計算,然后根據(jù)設備的計算電流選擇斷路器整定值,一般保護斷路器整定值應大于負荷的計算電流并小于所選電線電纜在相應環(huán)境中敷設的載流量,在設計中一般按照負荷計算電流的1.15～1.25倍取值,同時要復核斷路器的短路電流容量取值是否滿足規(guī)范要求。

1.2.3 導體的選擇

選擇導體時,需要了解導體的載流量,選用線纜的載流量必須不小于設備上級保護開關(guān)的整定值。另外導體成束敷設時,需要根據(jù)規(guī)范要求對其降容處理,一般降容系數(shù)不大于0.7;當線纜單獨穿管敷設或明敷設時,降容系數(shù)可取0.8～0.9。

1.2.4 加強專業(yè)施工人員的管理和培訓

安裝線路和施工過程中,要防止劃傷、磨損、碰壓導線絕緣,并注意導線連接接頭質(zhì)量及絕緣包扎質(zhì)量。導線與導線之間,導線與建筑構(gòu)件之間及固定導線用的絕緣子之間應符合規(guī)范要求的間距。

1.2.5 其他防控措施

在上述防空措施之外,同時通過一些自動化監(jiān)控手段進行火災防控,具體如下:在宿舍項目中設置能夠識別惡性負載的集中式計量電表;設置火災自動報警系統(tǒng);設置電氣火災監(jiān)控系統(tǒng);設置限流保護器及具有故障電弧探測功能的電氣火災監(jiān)控探測器。

上述防控措施在較大程度上減少電氣火災的發(fā)生,但是還存在一些不足之處。

(1) 電氣系統(tǒng)的合理設計只是對電氣火災進行預防,但是預防措施做得再完善也會存在疏漏的情況,一旦發(fā)生電氣火災且無法及時滅火時,損壞電氣設備,甚至會引起更大火災,無法保障設備及人身安全。

(2) 煙感探測或者溫感探測都需要火災發(fā)展到一定程度才能夠?qū)崿F(xiàn)報警,如果火災發(fā)生在電氣用房內(nèi),這意味著火災已經(jīng)從機柜或配電柜內(nèi)部蔓延到外部,已對設備造成無法挽回的損失。

(3) 安裝電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)后,我們可以第一時間發(fā)現(xiàn)了漏電線路并發(fā)出警報,但是報警原因無法立即查明并同時消除隱患,等到隱患消除需要經(jīng)過漫長過程,即監(jiān)管人員接收警報、對報警位置進行確認、到達報警點、排查報警線路、消除報警等過程。這段過程通常需要耗費幾十分鐘甚至幾天的時間,可能火情已發(fā)生并且已經(jīng)蔓延開。同時需要考慮,有些監(jiān)管人員擅離職守未能及時發(fā)現(xiàn)火災警報的情況。

2 電氣火災自動滅火裝置

電氣火災自動滅火裝置是一種采用電氣火災探測方法自動檢測電氣火災的發(fā)生,并在出現(xiàn)火災危險時能夠自動撲滅火頭防止火災蔓延的裝置。電氣火災自動滅火裝置通常通過測溫或煙霧探測法檢測密閉空間內(nèi)的環(huán)境來判斷火災,適用于高低壓柜、配電箱、電表箱和電纜分支箱等密閉箱體空間。當探測到溫度超過預設的溫度或者探測到煙霧時,判斷有火災發(fā)生,將滅火氣體劑釋放到保護區(qū)空間,以一種全淹沒的方式進行滅火[3-4]。

2.1 無線電氣火災自動滅火系統(tǒng)

系統(tǒng)主要由自動報警滅火系統(tǒng)主機、自動報警滅火控制器和自動滅火裝置三部分組成,是以異常預警、火災報警、自動滅火、系統(tǒng)過程顯示、消防記錄管理為性能要求的一個完整電氣火災監(jiān)測控制系統(tǒng)。無線電氣火災自動滅火系統(tǒng)工作原理如圖1所示。系統(tǒng)主要應用于變電所或配電間內(nèi)的高低壓柜等。

2.2 導軌式電氣火災自動滅火裝置

與無線電氣火災自動滅火系統(tǒng)相比,導軌式電氣火災自動滅火裝置結(jié)構(gòu)簡單,其將邏輯控制單元、通信單元、自動滅火裝置一體化,外置一個溫度測量裝置。裝置體積小,啟動可靠,穩(wěn)定性高,可設置于配電箱(柜)或電表箱內(nèi)。導軌式電氣火災自動滅火裝置實物和結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

2.3 與消防物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合使用

消防物聯(lián)網(wǎng)就是將大樓內(nèi)所有消防設備或消防系統(tǒng)等集中在統(tǒng)一的平臺上進行監(jiān)控管理,在火災自動報警系統(tǒng)的基礎上,加上消防水源或水位的采集器/傳感器、智慧用電安全探測器、智慧消防RFID標簽、網(wǎng)絡視頻攝像頭、排煙風機壓力傳感器等消防物聯(lián)探測設備,通過有線或無線互聯(lián)網(wǎng)上傳至消防物聯(lián)網(wǎng)云平臺進行集中處理分析。

電氣火災自動滅火裝置可以通過消防物聯(lián)網(wǎng)模塊接入系統(tǒng),當自動滅火裝置溫度探測器探測到溫度達到報警范圍時,可立即派出物業(yè)管理人員對相應的配電箱進行檢查,排除隱患;當探測到火源時,自動滅火裝置直接動作,撲滅火源,并同時報警。將電氣火災自動滅火裝置接入消防物聯(lián)網(wǎng),除了能夠自動撲滅初期的火災以外,還能同時預防電氣火災的發(fā)生。電氣火災自動滅火裝置和消防物聯(lián)網(wǎng)模塊的作用方式如圖3所示。

3 電氣火災自動滅火裝置在智慧醫(yī)院中應用

3.1 項目概況

宜賓市某智慧醫(yī)院一期項目總建筑面積約(19.8萬m2),其中地上建筑面積約13.4萬m2,地下建筑面積約6.4萬m2,總床位數(shù)為1 400床,包括一棟門診綜合樓、一棟急診醫(yī)技住院綜合樓。門診綜合樓地上4層,地下2層;急診醫(yī)技住院綜合樓地上14層,地下2層;項目建筑高度為59.8 m。

該項目共設置10臺變壓器,其中6臺1 250 kVA,4臺1 600 kVA,變壓器總裝機容量為13 900 kVA;另外本項目設置有3臺1 308 kW的高壓冷水機組。

3.2 項目上應用

3.2.1 在高低壓柜中的應用

該項目高低壓柜內(nèi)設置無線電氣火災報警控制器及自動滅火裝置,然后在高壓配電室及變電所內(nèi)設置滅火系統(tǒng)主機,通過本身內(nèi)部集成的溫度探測模塊和煙霧探測模塊實時檢測每一臺開關(guān)柜內(nèi)火災隱患信號,以溫度和煙霧兩種增量邏輯判斷電氣火災情況,并通過無線模塊將火災信息傳送出去。同樣在發(fā)生電氣火災初始時,無線火災報警滅火系統(tǒng)立即發(fā)出聲光預警信息,提醒用戶檢測及維護相應故障點。當某個柜內(nèi)發(fā)生電氣火災時,系統(tǒng)精準定位,并立即采取滅火措施,確保電氣火災發(fā)生的前期即可消除,不會使火災擴大,同時滅火精準,不會影響到其他開關(guān)柜或現(xiàn)場工作人員的安全。電氣火災自動滅火系統(tǒng)布置圖如圖4所示。

3.2.2 在配電箱中的應用

該項目在樓層主配電箱及一些重要的分配電箱內(nèi)設置電氣火災自動滅火裝置,其中包含手術(shù)室配電箱、UPS配電箱、CT類配電箱、蘇醒室配電箱、血透及ICU配電箱等。由于配電箱比較分散,因此與高壓配電室及變電所內(nèi)設置的裝置不一樣,配電箱內(nèi)未采用無線型設備,需通過消防物聯(lián)網(wǎng)模塊將其采集信號上傳至消控中心的消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。如果項目上未設置消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),也可將其上傳至火災自動報警系統(tǒng)或單獨設置一套電氣火災自動滅火系統(tǒng)。

電氣火災自動滅火裝置在配電箱中的安裝示意圖如5所示。電氣火災自動滅火裝置在配電箱類安裝系統(tǒng)圖如圖6所示。

3.3 不同位置電氣火災情況下的停電影響

該項目為三級甲等綜合醫(yī)院,采用雙重10 kV高壓電源進線,在地下一層設置高壓配電室,高壓進線電源經(jīng)高壓分配后分別引至各分區(qū)變電所;同時為滿足一級負荷中的特別重要負荷的要求,另外設置2臺1 340 kW常用型柴油發(fā)電機組。總體配電系統(tǒng)架構(gòu)圖(部分)如圖7所示。

3.3.1 未設置電氣火災自動滅火裝置情況下的停電影響

(1) 高壓開關(guān)柜內(nèi)任何一臺高壓柜電氣故障并引發(fā)火災時,同時會將火災情況蔓延至其他高壓開關(guān)柜,待產(chǎn)生較大明火并且伴有濃煙時,火災自動報警系統(tǒng)報警并動作,待完成滅火動作后,高壓配電室內(nèi)大部分設備已不能正常工作,配電系統(tǒng)基本處于癱瘓狀態(tài)。這種情況下,除柴油發(fā)電機組啟動后所帶的一級負荷中的特別重要負荷及消防負荷以外,基本處于停電狀態(tài),這種情況下停電影響范圍最廣,超過80%。

(2) 變電所內(nèi)某低壓柜內(nèi)電氣故障起火,則與高壓配電柜起火情況基本相同,這種情況下整個變電所所帶負荷均處于停電狀態(tài)。該項目共設置5處變電所,其中一處變電所故障停電的情況下,停電范圍大概為20%左右。

(3) 樓層某一強電間內(nèi)配電箱電氣故障起火時,嚴重情況下強電間內(nèi)的配電箱基本均會起火并無法正常工作,考慮電線電纜均為低壓無鹵類電線電纜,因此暫不考慮火災蔓延至垂直主干電纜的情況。此種情況下,強電間所在防火分區(qū)會故障停電,本防火分區(qū)面積按照4 000 m2計算,停電范圍大概為2%左右。

3.3.2 設置電氣火災自動滅火裝置情況下的停電影響

(1) 高壓總開關(guān)柜電氣故障起火時,由于電氣火災自動滅火裝置的及時保護,故障被限制在本柜內(nèi)。不考慮高壓聯(lián)絡開關(guān)的投入,此種情況下停電范圍在50%以內(nèi)。

(2) 高壓出線柜電氣故障起火時,同樣道理,故障被限制在本柜內(nèi)。此種情況下,僅某變電所內(nèi)一臺變壓器所帶負荷處于停電狀態(tài),相對于該項目10臺變壓器,停電范圍在10%左右。

(3) 變電所內(nèi)低壓柜電氣故障起火時,由于電氣火災自動滅火裝置的動作,僅故障低壓柜內(nèi)的出線處于停電狀態(tài),其余各低壓出線均完好無損,考慮平均每臺變壓器所帶低壓出線柜數(shù)量為8個,則總計80臺低壓出線柜,此種情況下停電范圍在1.25%左右。

(4) 樓層某一強電間內(nèi)配電箱電氣故障起火時,僅起火配電箱故障無法正常供電,考慮強電內(nèi)設置有普通照明配電箱、應急照明配電箱、公共照明配電箱、一般動力配電箱等,結(jié)合3.3.1節(jié)第(3)條的說明,其中一個配電箱故障停電影響的范圍應在0.5%左右。

3.3.3 故障分析對比

在電氣火災自動滅火裝置設置與否的情況下,各不同故障起火位置的停電影響范圍如表1所示。

3.3.4 對于電氣火災自動滅火裝置的設置建議

由表1可以看出,當設置電氣火災自動滅火裝置后,可以大大地減小因高低壓柜或配電箱電氣故障起火以后的停電影響范圍,電壓等級越高的柜體,由于其燒毀后的影響范圍更大,因此其安裝電氣火災自動滅火裝置的優(yōu)先級應更高。不僅僅是針對智慧醫(yī)院這種特殊的項目,其他類型的項目同樣有安裝的必要性。

表1 各不同故障起火位置的停電影響范圍

4 結(jié) 語

電氣火災自動滅火裝置可有效降低建筑的停電范圍,同時對電氣火災的預防也有較明顯的效果,反映電氣火災自動滅火裝置設置的必要性。但是由于現(xiàn)階段國家還未出臺相關(guān)的政策法規(guī)或標準,因此實際項目上的實施較少。希望這類產(chǎn)品能夠得到較為廣泛的應用,對電氣火災的發(fā)生進行有效預防,同時在電氣火災發(fā)生后進行及時的有效治理。