劉崇

（南京市消防救援支隊雨花臺區(qū)消防救援大隊，江蘇 南京 210000）

如今許多領(lǐng)域都開展應(yīng)用電氣設(shè)備，而這類設(shè)備運行的安全也得到關(guān)注，電氣系統(tǒng)要預(yù)防發(fā)生火災(zāi)事故，否則會造成無法彌補的損失，這需要強化防火監(jiān)督工作，本文主要介紹了防火監(jiān)督中電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的作用。

1 防火監(jiān)督的概念及意義

防火監(jiān)督是指在火災(zāi)發(fā)生前對隱患實施事前監(jiān)管的重要工作，其也是許多領(lǐng)域消防工作的開展基礎(chǔ)，需經(jīng)常性開展，一些容易發(fā)生火災(zāi)的建筑還會定期全面實施監(jiān)督，比如，生產(chǎn)電子產(chǎn)品的廠房以及居民區(qū)域，要在防火監(jiān)督中加強隱患排除檢查，降低火災(zāi)事故發(fā)生的可能性，從源頭強化控制。防火監(jiān)督可以提高火災(zāi)預(yù)防的安全水平，相關(guān)監(jiān)督人員會認真、細致挖掘隱藏隱患，再全面規(guī)范整改，將火災(zāi)風險降到最低標準，對社會發(fā)展有著維護穩(wěn)定的意義。同時，防火監(jiān)督開展也能使大眾消防意識增強，因與自身安全和利益有關(guān)，大眾也會積極參與監(jiān)督工作。

2 電氣火災(zāi)監(jiān)控在防火監(jiān)督中的重要作用

2.1 對電氣設(shè)備與線路安全狀態(tài)有效監(jiān)測

電氣火災(zāi)監(jiān)控的對應(yīng)機制中會安裝各種實時監(jiān)控設(shè)備，其可以針對電氣設(shè)備與對應(yīng)線路有效監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)異常情況，判斷是否處于安全狀態(tài)，比如，對于電流過載或走電的安全問題，電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備會第一時間報警，其自動檢測線路或連接電源產(chǎn)生的電流異常變化，一般為增加電流，進而通過火災(zāi)探測報警器發(fā)出提醒信號，這種監(jiān)測和報警的原理是充分利用電壓變壓器，在通電后，相關(guān)線路與電氣設(shè)備連接點位置產(chǎn)生的復(fù)電流量相關(guān)零點與對數(shù)間差值若超出閾值標準，則表示電流過大、電壓異常，很容易出現(xiàn)引發(fā)火災(zāi)的隱患，故而報警提示專業(yè)人員注意處理。在電氣設(shè)備或連接線路出現(xiàn)溫度升高時，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)也能監(jiān)測得知，其在重要節(jié)點安裝了溫度傳感器采集溫度信息，一旦發(fā)現(xiàn)溫度超出承受設(shè)定的極限值，探測器就會被激活報警信號，進而向控制端人員提示，以免溫度較高引起火災(zāi)事故，增強了防火監(jiān)督的可靠性與有效性。此外，電氣火災(zāi)監(jiān)控也具有探測并記錄電氣設(shè)備與線路日常運行情況的功能，其可以發(fā)現(xiàn)許多常見故障，為電氣設(shè)備的維修提供幫助，以免因診斷不當造成故障嚴重，像是線路直接短路后容易引發(fā)火災(zāi)。還可以遠程借助多種類型探測器監(jiān)管控制線路和設(shè)備，防范其出現(xiàn)不良運行狀況。

2.2 提高火災(zāi)安全防范性能并減少事故

一方面，在火災(zāi)隱患出現(xiàn)后，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)可以自動輸出信號，控制電氣電源的切斷，避免隱患從線路蔓延，同時會提醒工作人員及時介入處理，采用合理的消防手段排除隱患，促進火災(zāi)安全性能的提高，強化防火監(jiān)督效應(yīng)。另一方面，電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備在日常即可實時獲取電壓數(shù)據(jù)、電流數(shù)據(jù)等重要參數(shù)，在進行深入分析，第一時間發(fā)現(xiàn)過負荷、短路、積聚電流以及漏電等情況，再針對性排除隱患，以此來減少火災(zāi)事故的發(fā)生，這也能滿足防火監(jiān)督工作的重要要求。除此之外，電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備的普及式運用，還能讓社會大眾更加深刻認識到消防安全的重要性，對于推動消防工作開展有著促進影響。

3 建筑防火監(jiān)督中電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 關(guān)鍵技術(shù)

3.1.1 剩余電流探測監(jiān)控技術(shù)

針對建筑防火監(jiān)督工作的要求，其低壓配電過程中的電氣設(shè)備與線路會存在剩余電流，主要指不為零及矢量電流部分。若電氣設(shè)備出現(xiàn)故障問題，在一瞬間電流會產(chǎn)生異常變化，借助人體、帶電體等直接傳入到大地內(nèi)，而配電線路中電流進和出之間差值變大，產(chǎn)生瞬間的矢量電流，這也就是常說的漏電，容易間接引發(fā)火災(zāi)事故。對于建筑工程而言，其電氣系統(tǒng)產(chǎn)生剩余電流受到幾項原因的影響：第一，實施建筑電氣施工作業(yè)時有部分預(yù)埋的電線或電管安裝不當，譬如，其附近墻壁存在毛刺，長時間使用后容易導(dǎo)致線纜外側(cè)絕緣片被刮傷，因此會出現(xiàn)漏電問題；第二，電氣設(shè)備線路長期使用后自然老化，可能會存在漏電風險；第三，用戶不規(guī)范使用電氣設(shè)備，致使建筑總負荷大幅增加，線纜承受電流過大，引發(fā)溫度升高或漏電問題。為了防范漏電引起的火災(zāi)事故，在建筑電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)中要設(shè)置剩余電流探測監(jiān)控技術(shù)，其主要安裝剩余電流的相互感器，及時獲取配電線路中的電流數(shù)據(jù)信息，再判斷是否有事故隱患，相關(guān)配電的回路由三相線路組成，每相內(nèi)都會穿過電流，當開關(guān)處于閉合狀態(tài)時，互感器內(nèi)部鐵芯線圈會通過剩余電流，若線路正常運轉(zhuǎn)，則無法測得其中電流矢量，而一旦遇到電氣設(shè)備或線路故障問題引發(fā)漏電，對應(yīng)電流表就能測得矢量值，即剩余電流不再為0，將檢測到的電流數(shù)值與標準值對比分析，就能判斷電氣設(shè)備是否為正常運行狀態(tài)，存在的偏差過大時，探測剩余電流的裝置也會發(fā)出信號，提醒系統(tǒng)將故障電路及時切斷處理，以預(yù)防電氣設(shè)備的火災(zāi)事故，在第一時間安排專業(yè)人員實施檢修。此外，為了發(fā)揮出剩余電流探測監(jiān)控技術(shù)的作用，還要合理選擇探測裝置在電路中的布點，還要依據(jù)有關(guān)規(guī)定進行安裝，確保其響應(yīng)時間、保護動作值以及直接作用區(qū)域都能按標準設(shè)定。

3.1.2 故障電弧探測監(jiān)控技術(shù)

建筑防火監(jiān)督機制的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)中，對于故障電弧探測監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用也較多，其也是借助專用探測器發(fā)揮作用。在電氣設(shè)備運行時可能會遇到短路、接觸不良等常見故障，這類故障都可能成為火災(zāi)事故的誘發(fā)因素，發(fā)生故障后電弧會有所變化，可以被探測器監(jiān)控到，之后則采用系統(tǒng)的繼電保護器來處理，以降低火災(zāi)發(fā)生的概率。為了保證故障電弧探測監(jiān)控技術(shù)發(fā)揮出應(yīng)有價值，在建筑電氣設(shè)備安裝時就要考慮后續(xù)運行的短路問題，若短路導(dǎo)致電弧在線路中傳送出現(xiàn)阻抗，則電流會在某個節(jié)點積聚，產(chǎn)生限制作用，而斷路器也可能無法按照預(yù)定做出保護動作，使整個系統(tǒng)的運行都受到負面影響，其故障造成的危害較大，譬如故障電弧可能直接使線路外部絕緣片碳化并高溫起火，在局部點燃后迅速蔓延，燒毀電路，甚至引發(fā)更加嚴重的火災(zāi)，故而要及時預(yù)防。在易發(fā)生短路的位置科學(xué)配置探測器，實時監(jiān)控故障電弧的產(chǎn)生，探測器會采集故障后電弧進入電氣系統(tǒng)的電流值、電壓值等數(shù)據(jù)，再進一步整理、分析，若監(jiān)測發(fā)現(xiàn)參數(shù)超出閾值，就可判斷電弧異常，進而將預(yù)警信號發(fā)出，人員再根據(jù)實際情況進行隱患排除。另外，電弧探測的裝置也能靈活運用，幫助改進電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的不足之處，使其運行的安全水平提升，預(yù)警更為及時、高效，加強對火災(zāi)的防范。

3.1.3 異常溫度探測監(jiān)控技術(shù)

許多關(guān)于電氣系統(tǒng)的火災(zāi)事故發(fā)生，都是電氣設(shè)備或電路過熱引起，對此，開展建筑防火監(jiān)督時，也要在電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)運用異常溫度探測監(jiān)控技術(shù)，主動干預(yù)過熱問題，確保電氣系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。相關(guān)技術(shù)常用的測溫設(shè)備布置結(jié)構(gòu)主要有三種類型，即線式測溫、點式測溫以及面式測溫。探測電氣系統(tǒng)溫度需針對重點電氣設(shè)備，包括配電箱、配電柜以及核心配電線路等，都要避免其溫度過高，可以在監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)設(shè)定一個閾值，當溫度超出標準后，探測器就會報警，進而防范過熱引起的火災(zāi)。異常溫度探測監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用場景較特殊，其一般只針對特定電氣區(qū)域，相關(guān)設(shè)備經(jīng)常會出現(xiàn)溫度升高情況。在進行線式測溫布置時，要將探測監(jiān)控設(shè)備安裝到豎井、地下電纜以及橋架等區(qū)域，其可以實時監(jiān)測線纜輸電溫度的變化，發(fā)生異常過熱問題時，會預(yù)警并及時處理；在進行點式測溫布置時，可以將測溫監(jiān)控設(shè)備安裝到配電箱內(nèi)部、一級與二級配電柜位置，有效監(jiān)測重要電氣設(shè)備的溫度變化情況，還有與電氣設(shè)備連接的關(guān)鍵線路也會配置測溫裝置，有效保障線路穩(wěn)定運行，以防高溫燒毀；在進行面式測溫布置時，通常會結(jié)合運用紅外裝置，即利用紅外線開展測溫工作，對目標電氣區(qū)域輻射紅外能量，準確獲取其物體表面溫度數(shù)據(jù)，紅外探測的設(shè)備可以由多個角度傳感器組成，使探測面更廣、測溫結(jié)果更加準確，這種測溫設(shè)備的性能較強但經(jīng)濟成本頗高，因而在運用時也要考慮到建筑項目造價水平和防火等級要求。

3.2 系統(tǒng)設(shè)計

3.2.1 系統(tǒng)基本構(gòu)成

建筑防火監(jiān)督的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)中融入了先進的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)分析技術(shù)、電子技術(shù)以及通信技術(shù)等，其作用原理是對電氣設(shè)備與線路的電流、電壓、溫度等參數(shù)全面采集，再進行數(shù)據(jù)信息篩選過濾、放大處理以及對比分析，最終判斷數(shù)據(jù)與預(yù)定值相比是否異常，進而判斷火災(zāi)隱患情況。該系統(tǒng)的基本組成包括四項單元，即數(shù)據(jù)庫服務(wù)器單元、火災(zāi)監(jiān)控總單元、中心監(jiān)控主機單元以及區(qū)域監(jiān)控主機單元，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器主要負責對采集的電氣數(shù)據(jù)信息有效存儲；火災(zāi)監(jiān)控總單元是負責控制各部分傳感器采集電氣參數(shù)，再利用現(xiàn)場總線技術(shù)將數(shù)據(jù)信息傳送到監(jiān)控主機進一步分析處理；中心監(jiān)控主機可以聯(lián)動各項功能模塊，還能將報警信息通知到各模塊中；區(qū)域監(jiān)控主機則是對設(shè)備進行監(jiān)控，還能查詢及顯示對應(yīng)信息。

3.2.2 硬件設(shè)計

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計從幾點出發(fā)：（1）要優(yōu)化硬件總布置設(shè)計，明確納入系統(tǒng)的核心硬件架構(gòu)，包括電源電路、存儲U 盤、復(fù)位電路、以太網(wǎng)以及觸摸屏等，將其妥善連接到監(jiān)控裝置的CPU 上；（2）要對控制芯片加強優(yōu)化，為保證監(jiān)控設(shè)備發(fā)揮出應(yīng)有作用，芯片要采用靈活性較強的單片機芯片，可以在PIC、AVR以及51 等型號中選擇，其控制效率都比較高，前兩種型號芯片的執(zhí)行性能頗強，其中PIC 芯片還能降低功耗且具有較大存儲空間，能夠保證監(jiān)控系統(tǒng)的可靠運行，因此，應(yīng)用較廣泛，在選定了單片機后還需注意合理分配引腳；（3）基于實際需求設(shè)計現(xiàn)場總線電路，保證線路滿足傳輸距離需求，通常電氣火災(zāi)監(jiān)控都要求總線較長，同時要具備良好的抗干擾特性，確保系統(tǒng)高效運轉(zhuǎn)，總線上還應(yīng)設(shè)置自恢復(fù)保險功能，避免某一階段故障時影響到整體運行，因電氣設(shè)備的控制要求較高，因而還要注意將系統(tǒng)電源與通信模塊隔離；（4）合理設(shè)計數(shù)據(jù)存儲的功能模塊，要注意存儲接口的電路規(guī)劃設(shè)計，電氣系統(tǒng)的溫度、電流等數(shù)據(jù)都會有效存儲到該模塊中，為精準判斷火災(zāi)隱患提供重要依據(jù)，相關(guān)SPI 接口要連接到U 盤，同時與主機相連；（5）針對以太網(wǎng)進行完善設(shè)計，以太網(wǎng)要幫助電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)揮出遠程監(jiān)控火災(zāi)隱患的功能，其需要配合各類探測器的運行，確保數(shù)據(jù)信息及時傳送，可適當擴展設(shè)計，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包，增設(shè)傳輸數(shù)據(jù)的串口；（6）從人性化角度設(shè)計系統(tǒng)觸摸屏，其要滿足人機交互基本需求，人員可通過操作電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)順利查詢數(shù)據(jù)信息，因此會設(shè)計出智能控制終端，具備顯示和查詢功能，屏幕和監(jiān)控主機間的接口主要會通過5V 直流電流，再借助電源實施供電即可。

3.2.3 軟件設(shè)計

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要注意兩方面要求：（1）針對總體設(shè)計進行優(yōu)化，確保系統(tǒng)具有最基本的初始化程序和自動檢查程序，前者可以將系統(tǒng)恢復(fù)到出廠設(shè)置，保證探測器運行控制的穩(wěn)定，后者則是可自動對探測器使用的狀態(tài)進行判斷，發(fā)現(xiàn)不足時，會自動發(fā)出報警信號，若無法正常報警則可進行初始化處理；（2）注重通信軟件的合理設(shè)計，為確保監(jiān)控功能得到有效控制，通信軟件的支持必不可少，其設(shè)計時可運用Modbus 協(xié)議，確保數(shù)據(jù)信息的高效準確采集，同時也可結(jié)合RTU 模式優(yōu)化冗余校驗，排除數(shù)據(jù)采集中因距離和分散導(dǎo)致的不利影響。此外，發(fā)送程序設(shè)計也要結(jié)合實際需求，盡可能縮短報文響應(yīng)時間，可進行串行通信。

4 結(jié)語

綜上所述，建筑防火監(jiān)督中應(yīng)用電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)可以預(yù)防火災(zāi)事故，及時排除安全隱患，同時也能防范電氣故障問題。由本文分析可知，建筑防火監(jiān)督中電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括剩余電流探測監(jiān)控技術(shù)、故障電弧探測監(jiān)控技術(shù)、異常溫度探測監(jiān)控技術(shù)等。