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火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)

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火災(zāi)探測器
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什么是熱解氣體粒子式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器

 低壓配電柜是電氣火災(zāi)的高發(fā)部位,而對配電柜的電氣火災(zāi)監(jiān)控目前的電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備都有其弊端; 介紹一種新型的探測熱解氣體粒子式電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備, 并通過試驗(yàn)分析其探測性能特點(diǎn), 可廣泛應(yīng)用于低壓配電柜內(nèi)電氣火災(zāi)的監(jiān)控,并可防止配電柜內(nèi)灰塵、電磁干擾等。關(guān)鍵詞: 低壓配電柜; 電氣火災(zāi)監(jiān)控; 熱解粒子; 干擾; 塑化劑探測; 廣譜傳感器; 模擬試驗(yàn);成分譜圖。

    近年來我國電氣火災(zāi)持續(xù)多發(fā), 有關(guān)資料顯示,2012 年全國發(fā)生的電氣火災(zāi)占到火災(zāi)事故總數(shù)的41 %, 2013 年全國發(fā)生的電氣火災(zāi)占火災(zāi)總數(shù)的32. 2 %, 電氣故障引發(fā)的火災(zāi)在城市火災(zāi)事故中已列到火災(zāi)成因的首位。根據(jù)對配電線路故障引發(fā)電氣火災(zāi)原因的分析和統(tǒng)計(jì), 配電線路故障引發(fā)的火災(zāi)主要集中在短路、過負(fù)荷、接觸電阻過大、漏電等幾個方面。短路、元器件或線纜過負(fù)這些起火原因會反映為導(dǎo)體發(fā)熱, 使周圍物質(zhì)達(dá)到著火點(diǎn)后起火。這類由發(fā)熱導(dǎo)致的電氣火災(zāi)占到全部電氣火災(zāi)的66 % 左右。低壓配電柜在低壓供電系統(tǒng)中負(fù)責(zé)電能的控制、保護(hù)、測量、轉(zhuǎn)化和分配。我國電能的80 % 左右都是通過低壓成套設(shè)備供出, 可以說凡是使用電氣設(shè)備的地方都需要配備。由于低壓配電柜內(nèi)部元器件及接頭相對較多, 內(nèi)部發(fā)生短路、過負(fù)荷、接觸電阻過大、漏電等電氣故障的幾率較大, 因此, 低壓配電柜是低壓配電系統(tǒng)中需重點(diǎn)保護(hù)的部位, 對配電柜內(nèi)部進(jìn)行電氣火災(zāi)防控, 可明顯減少電氣火災(zāi)事故的發(fā)生。1 目前低壓配電柜使用的電氣火災(zāi)監(jiān)控技術(shù)的局限性目前用于低壓配電柜電氣火災(zāi)監(jiān)控的有測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器、剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器和感煙火災(zāi)探測器。其中測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器是通過接觸式熱傳導(dǎo)器件監(jiān)控配電柜內(nèi)頭處的溫度變化, 當(dāng)接頭過多時, 測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器因設(shè)置復(fù)雜而不適用; 剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器只能檢測剩余電流; 感煙探測器包括離子感煙火災(zāi)探測器、光電感煙火災(zāi)探測器、紅外光束火災(zāi)探測器以及高靈敏度的吸氣式感煙火災(zāi)探測器, 這些感煙探測器探。

    測的均是煙霧粒子, 容易受到灰塵的干擾, 而配電柜恰是一個容易堆積灰塵的場所, 利用這些感煙探測器進(jìn)行配電柜電氣火災(zāi)監(jiān)控時最大的問題是易引起誤報(bào)。2 探測配電柜熱解氣體粒子式電氣火災(zāi)監(jiān)控技術(shù)熱解粒子, 顧名思義就是物質(zhì)受熱時分解出的粒子, 此種粒子是能夠以自由狀態(tài)存在的最小物質(zhì)組分。無論何種原因引起的電氣火災(zāi), 都體現(xiàn)為導(dǎo)體發(fā)熱, 低壓配電柜內(nèi)發(fā)生的電氣故障主要的發(fā)熱體是電線與保護(hù)電器, 因此, 在低壓配電柜內(nèi)發(fā)熱分解出的粒子主要是煙粒子及氣體粒子。為了給熱解粒子電氣火災(zāi)監(jiān)控技術(shù)的工程應(yīng)用提供技術(shù)支持, 公安部消防局成立課題組, 利用粒徑分析儀器進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn), 發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)材料(電線與保護(hù)電器) 存在一個具有臨界特點(diǎn)的熱解溫度, 低于該溫度, 熱解產(chǎn)生的煙氣量極低, 無法進(jìn)行可靠探測, 當(dāng)受熱溫度高于該臨界溫度后, 煙氣開始加劇析出。電線及保護(hù)電器材料的臨界溫度一般都在150 ~ 220 ℃ 區(qū)間, 通過光學(xué)煙密度計(jì)測量此區(qū)間的煙粒子濃度的響應(yīng)范圍為0. 02%obs /m~ 0. 52 % obs / m, 而目前可對此范圍煙粒子濃度進(jìn)行早期探測的主要是吸氣式感煙火災(zāi)探測器及激光探測器。但此兩種設(shè)備的探測原理均是由激光或LED作為光源, 探測器直接根據(jù)散射的狀況作為火災(zāi)判定的依據(jù), 沒有辦法避免灰塵、水汽等原因引起的誤報(bào), 即使加裝過濾器效果也不大。試驗(yàn)同時發(fā)現(xiàn), 當(dāng)試驗(yàn)材料受熱到150 ℃ 開始, 就會發(fā)出一種燒膠皮、燒塑料的難聞氣味,主要是電線因過熱燒焦絕緣外皮所散發(fā)的氣體。此種氣味的出現(xiàn)甚至早于煙粒子的析出。低壓配電柜內(nèi)發(fā)生電氣故障時主要的發(fā)熱體是電線與保護(hù)電器, 發(fā)出那種難聞氣味的也主要是電線的聚氯乙烯(PVC) 絕緣外皮及保護(hù)電器的絕緣護(hù)套(ABS 材料)。在此基礎(chǔ)上課題組研制開發(fā)了探測熱解氣體粒子式的電氣火災(zāi)監(jiān)控技術(shù), 此種技術(shù)不但可以進(jìn)行配電柜內(nèi)電氣火災(zāi)的早期探測, 還能很好地解決配電柜內(nèi)灰塵的干擾。經(jīng)試驗(yàn)兩種材料的熱解臨界溫度在150~ 220 ℃ (加熱盤溫度) 區(qū)間。我們選取6 種不同廠家電線的PVC 絕緣外皮和2 種不同廠家保護(hù)電器的絕緣護(hù)套(ABS 材料), 利用熱裂解器將8 種樣品分別在150℃裂解, 將其析出氣體送入氣相色譜- 質(zhì)譜聯(lián)用儀進(jìn)行氣體成分分析, 6 種PVC 絕緣外皮的譜經(jīng)與標(biāo)準(zhǔn)譜圖對比分析, 主要的氣體為鄰苯二甲酸二(2 - 乙基己) 酯(是一種常用的塑化劑), 其次還有少量的鄰苯二甲酸單(2 - 乙基己基) 酯、反式角鯊烯、二十一烷。

   要成分為C12H22N2O2及少量塑化劑。從試驗(yàn)分析結(jié)果得出, 塑化劑是配電柜內(nèi)導(dǎo)體發(fā)熱產(chǎn)生的主要?dú)怏w成分。經(jīng)調(diào)研, 目前并沒有專門探測塑化劑的傳感器, 因塑化劑屬于酯類,因此我們選取了現(xiàn)有的幾家包含酯類探測的廣譜傳感器進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)在固定式低壓配電柜內(nèi)進(jìn)行, 模擬低壓配電柜內(nèi)導(dǎo)線的PVC 材料或保護(hù)電器的ABS 材料由于電氣故障發(fā)熱的情況, 試驗(yàn)裝置如圖3 所示,試驗(yàn)材料分別選?。?①PVC 絕緣層:BV2. 5 mm2, 35 cm, 剪碎成3 cm 長小段, 取3 段。②ABS 絕緣: 50 mm× 40 mm × 1 mm, 密度約1. 05 g / cm3。加熱盤溫升速率為10℃/min。由于傳感器本身反應(yīng)的靈敏度問題及生成氣體的擴(kuò)散問題, 探測熱解氣體粒子的電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備需要一定的反應(yīng)時間, 經(jīng)試驗(yàn)需要在250 ℃ 左右報(bào)警, 我們將監(jiān)控設(shè)備內(nèi)加入小型吸氣泵, 可加速報(bào)警(220 ℃ 左右)。

熱解氣體粒子式電氣火災(zāi)監(jiān)控與其他探測器對比

    由于剩余電流式和測溫式在低壓配電柜內(nèi)探測的局限性, 故僅對氣體及煙霧式的幾種探測器進(jìn)行對比, 即吸氣式火災(zāi)探測器、點(diǎn)型激光火災(zāi)探測器、探測熱解氣體粒子式火災(zāi)探測器3 種低壓配電柜電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備, 如圖4 所示。吸氣式火災(zāi)探測器、點(diǎn)型激光式火災(zāi)探測器均可在200 ℃ 前報(bào)警, 而探測熱解氣體粒子式火災(zāi)探測器需要在220 ℃ 左右報(bào)警。雖然在報(bào)警時間上, 探測熱解氣體粒子式電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備并未體現(xiàn)出優(yōu)勢, 但在灰塵干擾試驗(yàn)中吸氣式、點(diǎn)型激光探測器均發(fā)生誤報(bào)現(xiàn)象, 而探測熱解氣體粒子式電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備由于其探測的機(jī)理不同,未發(fā)生誤報(bào)現(xiàn)象。

展望

    低壓配電柜作為配電系統(tǒng)中電氣火災(zāi)頻發(fā)的部位, 由于低壓配電柜故障幾率、電氣部件、內(nèi)部空間、電磁環(huán)境、燃燒產(chǎn)物、保護(hù)級別等極具特殊性,目前的監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用于配電柜火災(zāi)防控有很大局限性。探測熱解氣體粒子式電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備受我國目前傳感器技術(shù)水平的限制, 在報(bào)警時間上未體現(xiàn)出強(qiáng)烈的優(yōu)勢, 但其抗灰塵干擾的能力, 更適用于配電柜內(nèi)早期故障的發(fā)現(xiàn), 可廣泛應(yīng)用于各種類型的低壓配電柜電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備。

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