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“电致热故障预警断路器”用于电气火灾报警中的探讨

放大字体  缩小字体 发布日期:2015-12-20  来源:《电气&智能建筑》  作者:天津中天建筑设计院 赵克季
摘 要 目前,用于电气火灾报警设备中的器件,主要是剩余电流动作断路器,用以检测电路中的漏电电流(导体对地的剩余电流),以防止其发展为电路对地短路、打火,乃至发生电气火灾。有的电气火灾报警系统中还增加有温度探测装置,对配电柜(箱)、控制电器壳体以及母排、母线槽的发热温度进行监测,以防过热。上述装置对电气火灾的报警和预防起到一定的作用,但是,对于电致热故障的预警和防范措施,目前还有待完善和提升。文章探讨了将“电致热故障预警断路器”用于电气火灾报警,可以说,是减少由于电气故障而引发火灾的一项新的尝试。
 
关键词 电气火灾报警 电致热故障预警断路器 探讨
 
1 概述
 
  由于当今社会的不断发展,科学技术不断进步,现代化程度的不断提高,电气与电子设备的应用逐渐增多,使得电路中因电气发热引发的故障几率增加。诸如:接触不良、过电流、过负荷、高次谐波等,都是电致热故障的元凶。它们会使电气设备、线缆发热严重,致其绝缘老化加速,使用寿命缩短,甚至发生短路、烧毁的故障,成为引发电气火灾的原因之一。这一点,早已引起业内人士的普遍关注。
 
  对于电致热故障的检测与保护,多年来一直采用热继电器、热元件以及热敏电阻等。较大型的设备,以及大型用户,近年来已有装设热成像技术探测设备的案例;而比较分散、小型的用户,目前则较难装设技术先进、造价较高的如上设备。殊不知,这些分散与小型的用户,尤其是商贸场所,恰恰是电致热引发电气火灾几率较高的地方,它们的电致热故障预警和保护更应引起我们的重视。根据本人多年电气工作的经历,在63A及以下的负荷中,因接触不良、过电流或过负荷以及谐波致热而引发的故障,使得开关、断路器、电度计量表、线缆的本体以及这些器件与导线连接部位的过热乃至烧毁的事故时有发生。在处理这类故障的过程中,我们逐渐地产生试图减少其故障与危害的办法。由于这些小型散户的负荷大多不是长期连续工作,且具有波动性,可调性;况且,这类用户也大多不愿投入较高费用,用以安装较复杂、较先进的检测电致热的装置。但是,当其电致热发生时,电路器件或接触部位以及与其相连的线缆的温度也会逐渐升高甚至超温,也迫切需要对其施以保护。针对这种情况,我们开发了“电致热故障预警断路器”,用以对电路的电致热故障实施提前预警和保护。它是利用电的热效应原理,检测电路元件的温度,在其达到设定值时,发出报警信号,超温严重时则断路器动作。先行预警则提示用户自行检查电路与相关器件,并给予及时处置,不至于发展成更为严重的事故,避免由此而引起的电气火灾的发生。这种装置,既可使用户节省投资,又可对小型用户的电致热实施预警和断电保护,同时也是电路过载、过热保护的一种补充。由于目前尚无此类装置的介绍和问世,我们可以申请国家专利,借以获得知识产权的保护,从而利于产品的推广与应用。
 
  目前,用于电气火灾报警设备中的器件,主要是剩余电流动作断路器,用以检测电路中的漏电电流(导体对地的剩余电流),以防止其发展为电路对地短路、打火,乃至发生电气火灾。有的电气火灾报警系统中还增加有温度探测装置,对配电柜(箱)、控制电器壳体以及母排、母线槽的发热温度进行监测,以防过热。上述装置对电气火灾的报警和预防起到一定的作用,但是,对于电致热故障的预警和防范措施,目前还有待完善和提升。本文探讨将“电致热故障预警断路器”用于电气火灾报警的一些情况并进行相关分析。可以说,这是减少由于电气故障而引发火灾的一项新的尝试,使电气火灾报警系统增添新的成员,增加了新的功能,扩大了它的防范领域,不失为一种新的方法与装置。下面,对其技术与应用进行初步探讨。
 
2 “电致热故障预警断路器”简介 
 
  “电致热故障预警断路器”由两部分组成:即“断路器部分”和“预警部分”。而“断路器部分”直接选用现有定型的断路器产品,由于它是成熟而定型产品,这里对其暂略介绍;其预警部分选用宽度为36mm模数的开关定型产品壳体作为器体(可以省去器体开模的工序与费用),在其内部装设“预警部分”电路元件,其面板嵌入式装设声光报警器件。下图为其预警部分的硬件电路框图。
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  我们知道,电器的发热和散热是一个极其复杂的过程,影响它的因素很多,很难建立一个包括一切影响因素的热过程的解析公式。目前电器的热计算大多还需经过实验校核。而且,一般电器,线缆的发热、散热设计是按照能满足正常工作电流考虑的,当发生电致热故障之后,其发热会明显增强,不同故障有不同的表现形式,使其计算也变得更加复杂。因此,对于电致热超温故障的研究,我们便以试验为主,再将实验结果与国家相关标准相对照,以求使其依据更充分。
 
  在此,我们选定一家曾发生过电致热超温故障,并因此将其计量电度表两度烧毁的比较典型的小型用户为实验单位。经再次更换新的智能电度表后,我们开始对其运行状况进行连续跟踪,记录相关电流与发热的数据,观察超温对元器件的影响,以图找出其发热与形成故障的规律,找出其热超温故障的薄弱环节,并做到检测点、预警值的确定具有普遍性,还应使其符合相应的国家规范要求。
 
  另外,我们确定的“电致热故障预警断路器”要能对接触不良、过电流、过负荷、高次谐波等多种热故障实施检测和保护,这样多的保护内容,就增加了研发的难度。尤其是接触不良和谐波致热故障的预警和保护,在电气领域尚处于领先水平,在这方面我们投入了较多的力量,做了大量的实验,进行了较多的分析与比较。目前,经过三年多的实验与研究,并几经改进确定了“电致热故障预警断路器”的相应电路。
 
3 “电致热故障预警断路器”用于电气火灾报警的探讨
 
  (1)根据实验,“电致热故障预警断路器”用于小型工业企业以及商住用户,在用户的终端配电箱或其电表箱内装设较为实用。而这一部位,也正是当前电气火灾报警系统中的空白之处。由于用户配电箱或其电表箱一般距离装有电气火灾监控探测器的总配电柜或分配电柜(箱)较远,其线路距离较长,信号电平损失也较大,容易造成误报或漏报。因而,现有电气火灾监控系统中的剩余电流探测信号大多只在分配电柜(箱)和总配电柜中的开关下口采集并传送至本柜(箱)中的监控报警器内。而在用户终端选用与装设“电致热故障预警断路器”,就弥补了现有电气火灾监控报警系统的不足。
 
  (2)一些小型用户及商贸场所一般缺乏电气专业技术人员,电气设备与电路的发热及其热故障更不容易早期发现,“电致热故障预警断路器”在终端配电箱或其电表箱中装设,便可对这些小型散户及商贸场所进行实时监测与保护,这样,就可以大大地提高这些用户的电气安全保障,从而,减少电气火灾的发生。而将其装设于分配电柜(箱)乃至总配电箱中,也同样可行。这样就形成了一种新型的配电柜(箱)——带有电致热故障检测及预警的配电柜(箱),它增加了现有电气盘柜的功能,扩大了电气保护范围,为开发智能化配电盘柜打下了基础。
 
  (3)在“电致热故障预警断路器”的输出回路,增加传输信号电路,即可将各个终端用户的热故障状态发送给中央控制单元。无论是消防系统的中央控制柜,还是电气火灾报警系统的中央监控器,均可实时收取信号,并用以管理人员掌控操作,将电致热故障引起的电气火灾隐患及时消除。从而,构成了“带有电致热超温检测及预警的电气火灾报警系统”。显然,它是对现有电气火灾报警系统的一种升级。
 
  (4)我们知道,运行的电气设备会有发热现象存在,当其达到国家规范规定的限值时,这不仅危害自身设备,而且还会危及与其相连电路系统上的其它设备。而小型工业企业以及商住用户具有量大面广的特点,目前市场上尚无价廉性优的电致热故障预警保护的产品,因而它所产生的危害绝不止仅限于用户电路及设备本身的超温与过热。应用“电致热故障预警断路器”可对电气火灾故障的隐患予以早期发现并实施报警;同时,也就对与其相关联的其它故障给予预警与保护,这对与负荷相关连的其它用户乃至整个电力系统都是十分有利的。有鉴于此,这种新产品及其派生的新型盘柜的应用会逐渐被人们所认识,它的市场也会越来越发展,其前景可观。
 
4 “电致热故障预警断路器”用于电气火灾报警中的技术经济分析
 
  由于“电致热故障预警断路器”装置与结构均较简单,并且尽量选用成熟且定型产品,内部创新之处所设计的器件亦较简单,属通用而成熟的技术产品;电路也比较成熟,元器件费用低廉,因而装置总体投资不多。以63A及以下的终端用户为例,其I型装置的成本费用仅100多元,如此低的费用与其所保护的电路中设备与线缆的价值,乃至发生电致热超温故障,甚至会引发电气火灾所造成的损失相比,实不及九牛一毛。
 
  另外,该装置还具有节能的作用,在其预警后,及时消除过热隐患,人为控制负荷的安全、合理、科学的运行,即可减少电路损耗,从而可以节约电能。
 
  综上所述,从技术经济角度分析,其所产生的经济和社会效益良好。
 
 
 
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