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火灾报警控制系统设计在建筑中的应用
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内容提示：分析了工厂及高层民用建筑中设置火灾报警系统的必要性。总结了各种火灾探测器的原理、功能及应用。阐述火灾报警控制系统设计的基本要求,智能火灾报警系统的组成元素及工作原理,以及设计时的注意事项等。
随着科技进步,电气设备越来越多地被使用在日常工作与生活中。一些临时插线板,接线端子,电缆等被大量的使用,从而导致了用电的不安全因素。近年来,我国电气事故引起的火灾约占火灾总数的30%,在所有火灾起因中占首位。（参考《建筑中文网》）
随着人们生活节奏的变快,高层民用建筑、娱乐场所及工作场所(如工厂)等越来越多地对消防安全系统的设计提出了更高的要求。火灾探测与报警是消防的重要方面,是纵深防御体系中处于中间位置的一道关键防线。火警的早期确认对于灭火成功,减少损失往往起着决定性的作用。火灾探测报警对火灾的预警起着关键性的作用,它包括火灾的探测、定位、报警和确认的全工程。
1 火灾探测报警设计要求
火灾报警控制系统由现场探测器、报警控制器、报警按钮、联动控制、各类(输入、输出)模块、各种显示设备、消防广播系统、消防电话系统等组成。能极大地消除漏报,减少误报几率。系统采用无极性的两总线线制,探测报警、联动控制以及火灾显示盘共用同一总线回路,可通过计算机现场编程。
1.1 几种火灾探测器的适用范围
1)感烟探测器:感烟探测器是利用烟粒子对离子的吸附作用或对光线的散射、阻挡作用探测烟雾,其特点是灵敏度较高,适用于早期火灾及阴燃火灾的报警,但是因同时敏感于尘埃和潮气,故在多灰尘场所容易发生误报警。
2)电子式感温探测器:是利用热电阻探测环境系统空气温度值及其上升速度,二者有一超标即报警,典型定温动作温度为58℃,典型的动作升温速度为5~20℃?min,感温探头只敏感于温度及温升,对其它环境参数不敏感,很少误报。因此应用于具有明显及快速放热特征的火灾场所:如汽轮发电机组轴承处。感温探测器也可作为恶劣环境下替代感烟探测器的补偿手段,如机修车间的焊接工作区内。
3)火焰探测器:是利用光电池探测以5~25Hz频率变化的可见光及红外光。碳氢化合物燃烧火焰的频率基本都在这一范围。其特点是可靠性高,很少误报;其缺点是只能探测明火,不能用作阴燃报警,或早期火灾报警。因此在重要保护场所通常与感烟探测器组成双回路综合探测系统,以提高可靠性,甚至可启动灭火系统,如直接启动地下油罐室的中倍泡沫系统,柴油发电机室报警联动相关设备。
4)气体探测器:分为天然气、煤气和液化石油气探测器。用于民用高层住宅、智能小区燃气泄漏检测。
5)此外,感温电缆(根据环境可以选择85℃或105℃)实际上是线型感温探测器。其内部是2根弹性钢丝,每根钢丝外面包有1层感温且绝缘的材料,在正常监视状态下,2根钢丝处于绝缘状态,当周边环境温度上升到预定动作温度时,温度敏感材料破裂,2根钢丝产生短路,输入模块检查到短路信号后产生报警。可用于发电站、变电站、电缆沟道、隧道、夹层、传送带等场所,感温电缆探测器稳定可靠,适用于恶劣环境的火灾探测。在设计时要根据工厂及高层建筑中的实际状况选择探测器的种类,或独立使用或结合使用。
1.2 设计注意事项
1)为保证火灾自动报警和联动系统的设计符合规范、造价合理,控制器(联动型)采用全总线方式,重要设备使用多线联动方式,可满足大、中、小型工程需要。可有线组网,也可无线组网,无线通讯传输距离。以JBF-11S型智能火灾联动型控制器在某工厂中的应用为例。设计时应注意:
①每回路总线可接光电感烟探测器、感温探测器、手动报警按钮、输入监视模块、输出控制模块等,每回路可接探测部件与联动模块共200只,15台火灾显示盘;建议每回路预留20%的余量。
②正确计算出总线各类设备的点数,计算多线控制设备时的点数,选择合适专线联动盘。
③在火灾报警及联动系统中线型建议选用:信号总线L1、L2采用:ZR—RVS—2×1.0~2.5mm2;电源总线V\G采用:ZR—BV—2×1.0~2.5mm2;多线盘联动线采用:ZR—BV—5N*1.0~1.5mm2;消防广播线采用:ZR—BV—2×1.0~1.5mm2;消防电话线采用:ZR—HBV—2N*1.0mm2。
④火灾自动报警及联动信号总线在铺管穿线时,其穿线套管必须采用金属管道或软管,保证有良好的接地。
⑤火灾自动报警及联动系统、火灾事故广播系统和消防电话通讯系统在各层应分别铺管穿线。
2)某工厂火灾报警系统控制器组网见图1。
2 电弧性短路引起火灾报警系统的设计方法
由于大多数的火灾都是由于电气短路引起的,特别是带电导体对地短路,是以电弧为通路的电弧性短路,较导线间的直接接触短路发生的几率大,不易察觉,在配电回路中产生的短路电流较小,不会使保护断路器动作,因而接地故障的电弧局部温度很高(可达3000~4000℃),且电弧可长时间延续,很容易引燃附近可燃物。所以带电导体对地的电弧性短路的危险性远大于导体间的短路,即带电体对地短路是引发电气火灾的主要原因,不容忽视。带电体对地短路引起的火灾监控系统一般由剩余电流检测元件、现场处理设备和集中监控设备组成。
2.1 剩余电流检测元件
剩余电流检测元件的工作原理基于基尔霍夫电流定律,即电路内任意点的电流矢量和等于零。检测剩余电流时,让三相导线和中性线穿过一个电流互感器,未发生接地故障时,无论三相负荷是否平衡,电流矢量和均为零;当发生接地故障时,故障电流会经过故障点流入大地,使电流互感器中电流矢量和不为零,此电流值即为剩余电流值。低压配电系统的接地形式决定了剩余电流检测元件是否能正常工作。从剩余电流检测元件的工作原理可知:低压配电系统的N线与PE线必须严格分开,通过剩余电流检测元件的N线不能作为PE线使用,不能重复接地,不能接设备外露可导电部分。因此,TN系统中的TN-S系统和TT系统满足使用剩余电流检测元件的要求。至于TN-C和TN-C-S系统需局部改造为TN-S或TT系统,才能应用剩余电流检测元件,因IT系统不宜接出中性线,不适宜在工厂中应用。
2.2 现场处理设备
现场处理设备接收剩余电流检测元件信号,对信号进行放大、变换、分析、比较等处理后,一方面传输至现场报警显示模块,用于现场报警指示;另一方面传输至剩余电流火灾报警系统的集中监控设备。
2.3 集中监控设备
集中监控设备通过总线实时收集各个现场处理设备的信号,对信号进行比较、分类等处理后,将相应信息送往报警、显示、控制信号输出、存储、打印等设备,实现集中显示、控制、记录等功能。
2.4 以住宅小区中的火灾报警控制系统为例当为普通多层住宅或民用建筑时,可采用集剩余电流、短路、过载、过压和欠压(缺相)等电气故障的监测、分析、报警、及控制于一体的防火剩余电流动作报警器(智能开关)远程监控系统,具有剩余电流选择、分段锁定及记忆功能的智能开关可与感温探测器、感烟探测器、可燃气体探测器等连接,与火灾自动报警系统中心联动,实现远程切断负载电源,并有DC12V信号反馈给报警中心触发报警。同时,具有与电脑通信的功能,可实现用户连网,在一台电脑上对1~500台智能开关进行在线远程监控,随时检查各用户安全用电情况,随时接通或分断各用户供电线路。远程监控布线如图2所示,防火保护接线端子示意图如图3所示,主控台系统图如图4所示。
说明:
①感温、感烟、可燃气体报警器常开触点接在防火保护与远程监控接线端子的通信端口2或通信端口3上。当这些探测器检测到有险情时,各探测器的常开触点变为常闭触点,该智能开关会立即发出指令,切断供电线路。
②火灾报警系统中心的DC24V或12V接在防火保护与远程监控接线端的通信端口3上,报警反馈信号到消防系统中心的DC12V接在通信端口4上。当火灾报警系统中心有触发电压DC24V或12V输出时,该智能开关会立即发出指令,切断供电线路。
智能防火剩余电流动作报警器组成的远程监控系统根据GB14287.3-2005《电气火灾监控》和GB50045-1995(2005年版)《高层民用建筑设计规范》的要求设计为二级或三级保护。
3 结 语
工厂以及高层建筑中防火保护是非常必要的,应成为消防电气控制中的重要环节,火灾报警行业竞争会更加激烈,火灾报警控制器的功能也会日趋完善。在报警显示方面引入防火分区信息显示,有助于进行事故处理。今后设计新的火灾报警控制器系统时,在满足国家标准的同时,还应多参考国际标准设计,尽可能同时满足国际标准。随着电气系统的不断进步与完善,新产品的不断更新,在设计中应不断的改进应对措施,吸收先进技术以适应其发展。
随着人们生活节奏的变快,高层民用建筑、娱乐场所及工作场所(如工厂)等越来越多地对消防安全系统的设计提出了更高的要求。火灾探测与报警是消防的重要方面,是纵深防御体系中处于中间位置的一道关键防线。火警的早期确认对于灭火成功,减少损失往往起着决定性的作用。火灾探测报警对火灾的预警起着关键性的作用,它包括火灾的探测、定位、报警和确认的全工程。
1 火灾探测报警设计要求
火灾报警控制系统由现场探测器、报警控制器、报警按钮、联动控制、各类(输入、输出)模块、各种显示设备、消防广播系统、消防电话系统等组成。能极大地消除漏报,减少误报几率。系统采用无极性的两总线线制,探测报警、联动控制以及火灾显示盘共用同一总线回路,可通过计算机现场编程。
1.1 几种火灾探测器的适用范围
1)感烟探测器:感烟探测器是利用烟粒子对离子的吸附作用或对光线的散射、阻挡作用探测烟雾,其特点是灵敏度较高,适用于早期火灾及阴燃火灾的报警,但是因同时敏感于尘埃和潮气,故在多灰尘场所容易发生误报警。
2)电子式感温探测器:是利用热电阻探测环境系统空气温度值及其上升速度,二者有一超标即报警,典型定温动作温度为58℃,典型的动作升温速度为5~20℃?min,感温探头只敏感于温度及温升,对其它环境参数不敏感,很少误报。因此应用于具有明显及快速放热特征的火灾场所:如汽轮发电机组轴承处。感温探测器也可作为恶劣环境下替代感烟探测器的补偿手段,如机修车间的焊接工作区内。
3)火焰探测器:是利用光电池探测以5~25Hz频率变化的可见光及红外光。碳氢化合物燃烧火焰的频率基本都在这一范围。其特点是可靠性高,很少误报;其缺点是只能探测明火,不能用作阴燃报警,或早期火灾报警。因此在重要保护场所通常与感烟探测器组成双回路综合探测系统,以提高可靠性,甚至可启动灭火系统,如直接启动地下油罐室的中倍泡沫系统,柴油发电机室报警联动相关设备。
4)气体探测器:分为天然气、煤气和液化石油气探测器。用于民用高层住宅、智能小区燃气泄漏检测。
5)此外,感温电缆(根据环境可以选择85℃或105℃)实际上是线型感温探测器。其内部是2根弹性钢丝,每根钢丝外面包有1层感温且绝缘的材料,在正常监视状态下,2根钢丝处于绝缘状态,当周边环境温度上升到预定动作温度时,温度敏感材料破裂,2根钢丝产生短路,输入模块检查到短路信号后产生报警。可用于发电站、变电站、电缆沟道、隧道、夹层、传送带等场所,感温电缆探测器稳定可靠,适用于恶劣环境的火灾探测。在设计时要根据工厂及高层建筑中的实际状况选择探测器的种类,或独立使用或结合使用。
1.2 设计注意事项
1)为保证火灾自动报警和联动系统的设计符合规范、造价合理,控制器(联动型)采用全总线方式,重要设备使用多线联动方式,可满足大、中、小型工程需要。可有线组网,也可无线组网,无线通讯传输距离。以JBF-11S型智能火灾联动型控制器在某工厂中的应用为例。设计时应注意:
①每回路总线可接光电感烟探测器、感温探测器、手动报警按钮、输入监视模块、输出控制模块等,每回路可接探测部件与联动模块共200只,15台火灾显示盘;建议每回路预留20%的余量。
②正确计算出总线各类设备的点数,计算多线控制设备时的点数,选择合适专线联动盘。
③在火灾报警及联动系统中线型建议选用:信号总线L1、L2采用:ZR—RVS—2×1.0~2.5mm2;电源总线V\G采用:ZR—BV—2×1.0~2.5mm2;多线盘联动线采用:ZR—BV—5N*1.0~1.5mm2;消防广播线采用:ZR—BV—2×1.0~1.5mm2;消防电话线采用:ZR—HBV—2N*1.0mm2。
④火灾自动报警及联动信号总线在铺管穿线时,其穿线套管必须采用金属管道或软管,保证有良好的接地。
⑤火灾自动报警及联动系统、火灾事故广播系统和消防电话通讯系统在各层应分别铺管穿线。
2)某工厂火灾报警系统控制器组网见图1。
2 电弧性短路引起火灾报警系统的设计方法
由于大多数的火灾都是由于电气短路引起的,特别是带电导体对地短路,是以电弧为通路的电弧性短路,较导线间的直接接触短路发生的几率大,不易察觉,在配电回路中产生的短路电流较小,不会使保护断路器动作,因而接地故障的电弧局部温度很高(可达3000~4000℃),且电弧可长时间延续,很容易引燃附近可燃物。所以带电导体对地的电弧性短路的危险性远大于导体间的短路,即带电体对地短路是引发电气火灾的主要原因,不容忽视。带电体对地短路引起的火灾监控系统一般由剩余电流检测元件、现场处理设备和集中监控设备组成。
2.1 剩余电流检测元件
剩余电流检测元件的工作原理基于基尔霍夫电流定律,即电路内任意点的电流矢量和等于零。检测剩余电流时,让三相导线和中性线穿过一个电流互感器,未发生接地故障时,无论三相负荷是否平衡,电流矢量和均为零;当发生接地故障时,故障电流会经过故障点流入大地,使电流互感器中电流矢量和不为零,此电流值即为剩余电流值。低压配电系统的接地形式决定了剩余电流检测元件是否能正常工作。从剩余电流检测元件的工作原理可知:低压配电系统的N线与PE线必须严格分开,通过剩余电流检测元件的N线不能作为PE线使用,不能重复接地,不能接设备外露可导电部分。因此,TN系统中的TN-S系统和TT系统满足使用剩余电流检测元件的要求。至于TN-C和TN-C-S系统需局部改造为TN-S或TT系统,才能应用剩余电流检测元件,因IT系统不宜接出中性线,不适宜在工厂中应用。
2.2 现场处理设备
现场处理设备接收剩余电流检测元件信号,对信号进行放大、变换、分析、比较等处理后,一方面传输至现场报警显示模块,用于现场报警指示;另一方面传输至剩余电流火灾报警系统的集中监控设备。
2.3 集中监控设备
集中监控设备通过总线实时收集各个现场处理设备的信号,对信号进行比较、分类等处理后,将相应信息送往报警、显示、控制信号输出、存储、打印等设备,实现集中显示、控制、记录等功能。
2.4 以住宅小区中的火灾报警控制系统为例当为普通多层住宅或民用建筑时,可采用集剩余电流、短路、过载、过压和欠压(缺相)等电气故障的监测、分析、报警、及控制于一体的防火剩余电流动作报警器(智能开关)远程监控系统,具有剩余电流选择、分段锁定及记忆功能的智能开关可与感温探测器、感烟探测器、可燃气体探测器等连接,与火灾自动报警系统中心联动,实现远程切断负载电源,并有DC12V信号反馈给报警中心触发报警。同时,具有与电脑通信的功能,可实现用户连网,在一台电脑上对1~500台智能开关进行在线远程监控,随时检查各用户安全用电情况,随时接通或分断各用户供电线路。远程监控布线如图2所示,防火保护接线端子示意图如图3所示,主控台系统图如图4所示。
说明:
①感温、感烟、可燃气体报警器常开触点接在防火保护与远程监控接线端子的通信端口2或通信端口3上。当这些探测器检测到有险情时,各探测器的常开触点变为常闭触点,该智能开关会立即发出指令,切断供电线路。
②火灾报警系统中心的DC24V或12V接在防火保护与远程监控接线端的通信端口3上,报警反馈信号到消防系统中心的DC12V接在通信端口4上。当火灾报警系统中心有触发电压DC24V或12V输出时,该智能开关会立即发出指令,切断供电线路。
智能防火剩余电流动作报警器组成的远程监控系统根据GB14287.3-2005《电气火灾监控》和GB50045-1995(2005年版)《高层民用建筑设计规范》的要求设计为二级或三级保护。
3 结 语
工厂以及高层建筑中防火保护是非常必要的,应成为消防电气控制中的重要环节,火灾报警行业竞争会更加激烈,火灾报警控制器的功能也会日趋完善。在报警显示方面引入防火分区信息显示,有助于进行事故处理。今后设计新的火灾报警控制器系统时,在满足国家标准的同时,还应多参考国际标准设计,尽可能同时满足国际标准。随着电气系统的不断进步与完善,新产品的不断更新,在设计中应不断的改进应对措施,吸收先进技术以适应其发展。
原文网址：http://www.pipcn.com/research/201012/14595.htm
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