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泉州市天龍電子科技有限公司

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低壓配電柜是電氣火災(zāi)的高發(fā)部位，而對(duì)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(cè)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(cè)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(cè)； 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(duì)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(gè)方面。短路、元器件或線纜過負(fù)這些起火原因會(huì)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(cè)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(duì)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(duì)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(cè)溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器、剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器和感煙火災(zāi)探測(cè)器。其中測(cè)溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)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(shí)， 測(cè)溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)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(cè)器只能檢測(cè)剩余電流； 感煙探測(cè)器包括離子感煙火災(zāi)探測(cè)器、光電感煙火災(zāi)探測(cè)器、紅外光束火災(zāi)探測(cè)器以及高靈敏度的吸氣式火災(zāi)探測(cè)器， 這些感煙探測(cè)器探。

   測(cè)的均是煙霧粒子， 容易受到灰塵的干擾， 而配電柜恰是一個(gè)容易堆積灰塵的場(chǎng)所， 利用這些感煙探測(cè)器進(jìn)行配電柜電氣火災(zāi)監(jiān)控時(shí)最大的問題是易引起誤報(bào)。2 探測(cè)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(shí)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(gè)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(cè)， 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(cè)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(duì)此范圍煙粒子濃度進(jìn)行早期探測(cè)的主要是吸氣式探測(cè)器及激光探測(cè)器。但此兩種設(shè)備的探測(cè)原理均是由激光或LED作為光源， 探測(cè)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(shí)發(fā)現(xiàn)， 當(dāng)試驗(yàn)材料受熱到150 ℃ 開始， 就會(huì)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(shí)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(cè)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(cè)， 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(duì)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(cè)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(cè)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)材料分別選取： 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(cè)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(shí)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(cè)器對(duì)比

   由于剩余電流式和測(cè)溫式在低壓配電柜內(nèi)探測(cè)的局限性， 故僅對(duì)氣體及煙霧式的幾種探測(cè)器進(jìn)行對(duì)比， 即吸氣式火災(zāi)探測(cè)器、點(diǎn)型激光火災(zāi)探測(cè)器、探測(cè)熱解氣體粒子式火災(zāi)探測(cè)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(cè)器、點(diǎn)型激光式火災(zāi)探測(cè)器均可在200 ℃ 前報(bào)警， 而探測(cè)熱解氣體粒子式火災(zāi)探測(cè)器需要在220 ℃ 左右報(bào)警。雖然在報(bào)警時(shí)間上， 探測(cè)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(shì)， 但在灰塵干擾試驗(yàn)中吸氣式、點(diǎn)型激光探測(cè)器均發(fā)生誤報(bào)現(xiàn)象， 而探測(cè)熱解氣體粒子式電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備由于其探測(cè)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(jí)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(cè)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(shí)間上未體現(xiàn)出強(qiáng)烈的優(yōu)勢(shì)， 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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