電氣防火限流式保護器在家庭防火監控中的應用探討

摘 要：本文通過分析近年火災事故統計數據和回顧國內相關規范的編制歷史，結合電氣火災監控的要求和現狀，給出了一種切合實際的家庭電氣火災監控解決方案，介紹了ASCP200-1電氣防火限流式保護器工作原理、主要功能、技術特點和應用示意圖。
關鍵詞 ：電氣火災；家庭 ；電氣防火限流式保護器；ASCP200-1
0 引言
近年來，火災事故頻發，不但總起數呈增長態勢，重大和特別重大火災也明顯更加多發，給社會經濟和人民生命財產安全造成了巨大損失，這不能不引起全社會的重視。
根據應急管理部消防救援局的統計數據，2019年全年共接報火災23.3萬起，亡1335人，傷837人，直接財產損失36.12億元。其中城鄉居民住宅火災占火災總數的44.8%，但是全年共造成1045人死亡，占總數的78.3%，遠超其他場所亡人的總和。
特別值得關注的是，在電氣設備使用越來越廣泛的當下，電氣故障引發的火災占比也越來越高。2019年統計的住宅火災中，已查明原因的火災，有52%系電氣原因引起，其中各類家用電器、電動車、電氣線路等引發的火災尤其突出。
另外，隨著我國人口老齡化的加快，火災亡人的老齡人口所占比重已從2009年的占29%提升至2019年的36.2%，遠高于老齡人口占總人口16.2%的比重，而住宅火災中該比例更達到42.9%，癱瘓、殘疾、精神病人等群體的比重達到44.3%（與年齡分別統計）。
這兩個突出問題應引起關注，要求我們切實加強源頭治理，提升居民住宅火災防控水平。毫無疑問，家庭用電防火己成為我國當前火災預防工作中的一項十分重要和緊迫的工作。
1 家用電氣防火現狀及相關規范
我國目前針對住宅領域的家用電氣火災監控方面的標準及設計規范比較少。家庭入戶電源進線一般只根據《GB50096-2011住宅設計規范》中的要求安裝了漏電保護開關。《GB50096-2011住宅設計規范》中規定：
8.7.2 住宅供電系統的設計，應符合下列規定：
……6 每幢住宅的總電源進線應設剩余電流動作保護或剩余電流動作報警。
除此之外，并沒有其它針對性要求，但實際上只監控每幢住宅的總電源進線剩余電流是不夠的。
《中國消防年鑒》中的統計數據顯示，由于剩余電流導致的電氣火災發生數量占比并不高，還有占比更高的短路、過熱、接觸不良、電氣故障、過負荷等，但家庭中目前并沒有有效的、針對性的監測手段。
實際上，當前電氣火災之所以持續高發，除了和人們對家用電氣火災監控重視不夠，防范意識淡薄之外，也和歷*家用電氣火災監控方面的相關規范得不到執行和落實有關。
1993年，由部沈陽消防研究所組織編制的《GB14287-93防火漏電電流動作報警器》發布實施。但是該國標實施后相關的規范和標準沒有同步出臺，隨后的十多年也沒有太多的產品進入市場，但這十多年正是我國人均用電量飛速上漲的時期，由于電氣防火方面的監管手段跟不上，以至于電氣火災占比從1978年的7.8％一路上升到近幾年的四成以上。
2005年，《GB14287 電氣火災監控系統》系列標準、《GB13955剩余電流動作保護裝置的安裝運行》等相繼推出。同時，《GB50045-2005高層民用建筑設計防火規范》局部修訂條文，加入第9.5條“漏電火災報警系統”。2005年之后，電氣火災監控系統開始趨于規范化。
2008年，新《中華人民共和國消防法》頒布實施，消防工作貫徹以“預防為主、防消結合”的方針，尤其加大對電氣火災早期預警、預報的強制性規定 。《JGJ16-2008 民用建筑電氣設計規范》、《DG/TJ 2048-2008民用建筑電氣防火設計規程》、《JGJ 242-2011住宅建筑電氣設計規范》、《GB50096-20l1住宅設計規范》、《GB50116-2013火災自動報警系統設計規范》、《GB50016-2014建筑設計防火規 范》等重要標準和設計規范相繼推出，在民用建筑電氣設計領域具有指導性意義。
其中對電氣火災監控是對指導意義的《GBl4287 電氣火災監控系統》標準體系，也從2005年的3大部分更新擴展為計劃中的6大部分。其中“第1部分：電氣火災監控設備”、“第2部分：剩余電流式電氣火災監控探測器”、“第3部分：測溫式電氣火災監控探測器”、“第4部分：故障電弧探測器”都已經在2014年正式推出。“第5部分：測量熱解粒子式電氣火災監控探測器”和“第6部分：電氣防火限流式保護器”兩項標準已經推出征求意見稿。
由此，電氣火災監控領域進一步得到規范。
2 家用電氣火災監控解決方案
根據前面的分析，一個比較完善的電氣火災監控方案應該能覆蓋到剩余電流、短路、過熱、接觸不良、過負荷及其它電氣故障。當前市場中比較常見的產品，如組合式電氣火災監控探測器、故障電弧探測器、電氣防火限流式保護器、智能防火開關等，都是根據標準規范的相關要求或者故障類型而開發各有側重的產品。
但家用電氣火災監控系統作為電氣火災監控系統的一個細分領域，在家庭特定的應用環境中，我們不可能把各種產品都配齊，通常的要求是方案簡潔、易安裝布線、操作靈活、運行安全可靠、經濟性強，基于這種考慮，安科瑞電氣推出的ASCP200-1電氣防火限流保護器基本涵蓋了上面的全部故障類型，可以為用戶提供一個簡單可靠的高性價比解決方案。
1）ASCP200-1工作原理
ASCP200-1電氣防火限流式保護器的主要元件是固態開關，不同于傳統家用的空氣開關（微斷）。我們知道，傳統空氣開關的斷開是一種機械運動過程，分斷時間需要幾十毫秒(一般30～50ms)，帶負載斷開時通常伴隨有電弧的產生。而固態開關的斷開則是依靠半導體內部的載流子運動實現，分斷時間微秒級，速度快，無電弧產生。
如圖1所示，當發生短路故障時，傳統空氣開關在電流升至C點時才能動作，且無法瞬時切斷電流，而固態開關則可以在電流升至B點時即瞬間切斷短路電流。

圖1 短路故障前后電流與時間關系圖

從流過電阻的電流熱量公式Q=I2Rt，可以很容易看出，傳統空氣開關與固態開關在短路時所釋放的能量差別可以達到數千倍之多。因此當裝配限流式保護器的回路發生短路故障時，就可以避免電弧的產生，從而有效降低了電氣火災。
2）ASCP200-1功能特點

ASCP200-1型電氣防火限流式保護器是單相限流式保護器，額定電流為63A。主要功能如下:
A）短路保護功能，線路發生短路故障時，能在150微秒內實現快速限流保護；
B）過載保護功能，線路持續過載時，保護器限流保護；
C）表內超溫保護功能，保護器內部器件工作溫度過高時，保護器限流保護；
D）過/欠壓保護功能，線路欠壓或過壓時，保護器告警或限流保護（可設）；
E）電纜溫度監測功能，被測線纜溫度超過報警設定值時，保護器告警或限流保護（可設）；
F）漏電流監測功能，線路漏電超過報警設定值時，保護器告警或限流保護（可設）；
G）通訊功能，保護器配置1路RS485接口，1路2G無線通訊，可以將數據發送到安科瑞Acrel-6000安全云平臺，或第三方監控軟件或平臺，從而實現遠程監控。
3）ASCP200-1技術參數

4）ASCP200-1應用示意圖
ASCP200-1型電氣防火限流式保護器建議安裝在入戶開關下端，額定電流值根據入戶開關的具體規格進行設置，典型應用示意圖如圖2所示：

圖2 ASCP200-1家用防火解決方案安裝示意圖

3 小結
ASCP200-1型電氣防火限流式保護器可廣泛應用于學校、醫院、商場、賓館、娛樂場所、寺廟、文物建筑、會展、住宅、倉庫、幼兒園、老年人建筑、集體宿舍、電動車充電站及租賃式商場商鋪、批發市場、集貿市場、甲乙丙類危險品庫房等各種用電場所末端干、支路的線路保護。

【參考文獻】
[1]企業微電網設計與應用手冊.2019.11版
[2]《GB50096-2011住宅設計規范》
[3]王丹暉 家用電氣火災監控解決方案