电气防火限流式保护器在家庭防火监控中的应用探讨

摘 要：本文通过分析近年火灾事故统计数据和回顾国内相关规范的编制历史，结合电气火灾监控的要求和现状，给出了一种切合实际的家庭电气火灾监控解决方案，介绍了ASCP200-1电气防火限流式保护器工作原理、主要功能、技术特点和应用示意图。

0 引言
近年来，火灾事故频发，不但总起数呈增长态势，重大和特别重大火灾也明显更加多发，给社会经济和人民生命财产安全造成了巨大损失，这不能不引起全社会的重视。

根据应急管理部消防救援局的统计数据，2019年全年共接报火灾23.3万起，亡1335人，伤837人，直接财产损失36.12亿元。其中城乡居民住宅火灾占火灾总数的44.8%，但是全年共造成1045人死亡，占总数的78.3%，远超其他场所亡人的总和。
特别值得关注的是，在电气设备使用越来越广泛的当下，电气故障引发的火灾占比也越来越高。2019年统计的住宅火灾中，已查明原因的火灾，有52%系电气原因引起，其中各类家用电器、电动车、电气线路等引发的火灾尤其突出。
另外，随着我国人口老龄化的加快，火灾亡人的老龄人口所占比重已从2009年的占29%提升至2019年的36.2%，远高于老龄人口占总人口16.2%的比重，而住宅火灾中该比例更达到42.9%，瘫痪、残疾、精神病人等群体的比重达到44.3%（与年龄分别统计）。
这两个突出问题应引起关注，要求我们切实加强源头治理，提升居民住宅火灾防控水平。毫无疑问，家庭用电防火己成为我国当前火灾预防工作中的一项十分重要和紧迫的工作。
1 家用电气防火现状及相关规范
我国目前针对住宅领域的家用电气火灾监控方面的标准及设计规范比较少。家庭入户电源进线一般只根据《GB50096-2011住宅设计规范》中的要求安装了漏电保护开关。《GB50096-2011住宅设计规范》中规定：
8.7.2 住宅供电系统的设计，应符合下列规定：
……6 每幢住宅的总电源进线应设剩余电流动作保护或剩余电流动作报警。
除此之外，并没有其它针对性要求，但实际上只监控每幢住宅的总电源进线剩余电流是不够的。
《中国消防年鉴》中的统计数据显示，由于剩余电流导致的电气火灾发生数量占比并不高，还有占比更高的短路、过热、接触不良、电气故障、过负荷等，但家庭中目前并没有的、针对性的监测手段。
实际上，当前电气火灾之所以持续高发，除了和人们对家用电气火灾监控重视不够，防范意识淡薄之外，也和历*家用电气火灾监控方面的相关规范得不到执行和落实有关。
1993年，由安部沈阳消防研究所组织编制的《GB14287-93防火漏电电流动作报警器》发布实施。但是该国标实施后相关的规范和标准没有同步出台，随后的十多年也没有太多的产品进入市场，但这十多年正是我国人均用电量飞速上涨的时期，由于电气防火方面的监管手段跟不上，以至于电气火灾占比从1978年的7.8％一路上升到近几年的四成以上。
2005年，《GB14287 电气火灾监控系统》系列标准、《GB13955剩余电流动作保护装置的安装运行》等相继推出。同时，《GB50045-2005高层民用建筑设计防火规范》局部修订条文，加入第9.5条“漏电火灾报警系统”。2005年之后，电气火灾监控系统开始趋于规范化。
2008年，新《中华人民共和国消防法》颁布实施，消防工作贯彻以“预防为主、防消结合”的方针，尤其加大对电气火灾早期预警、预报的强制性规定 。《JGJ16-2008 民用建筑电气设计规范》、《DG/TJ 2048-2008民用建筑电气防火设计规程》、《JGJ 242-2011住宅建筑电气设计规范》、《GB50096-20l1住宅设计规范》、《GB50116-2013火灾自动报警系统设计规范》、《GB50016-2014建筑设计防火规 范》等重要标准和设计规范相继推出，在民用建筑电气设计领域具有指导性意义。
其中对电气火灾监控是对指导意义的《GBl4287 电气火灾监控系统》标准体系，也从2005年的3大部分更新扩展为计划中的6大部分。其中“第1部分：电气火灾监控设备”、“第2部分：剩余电流式电气火灾监控探测器”、“第3部分：测温式电气火灾监控探测器”、“第4部分：故障电弧探测器”都已经在2014年正式推出。“第5部分：测量热解粒子式电气火灾监控探测器”和“第6部分：电气防火限流式保护器”两项标准已经推出征求意见稿。
由此，电气火灾监控领域进一步得到规范。
2 家用电气火灾监控解决方案
根据前面的分析，一个比较完善的电气火灾监控方案应该能覆盖到剩余电流、短路、过热、接触不良、过负荷及其它电气故障。当前市场中比较常见的产品，如组合式电气火灾监控探测器、故障电弧探测器、电气防火限流式保护器、智能防火开关等，都是根据标准规范的相关要求或者故障类型而开发各有侧重的产品。
但家用电气火灾监控系统作为电气火灾监控系统的一个细分领域，在家庭特定的应用环境中，我们不可能把各种产品都配齐，通常的要求是方案简洁、易安装布线、操作灵活、运行安全可靠、经济性强，基于这种考虑，安科瑞电气推出的ASCP200-1电气防火限流保护器基本涵盖了上面的全部故障类型，可以为用户提供一个简单可靠的高性价比解决方案。
1）ASCP200-1工作原理
ASCP200-1电气防火限流式保护器的主要元件是固态开关，不同于传统家用的空气开关（微断）。我们知道，传统空气开关的断开是一种机械运动过程，分断时间需要几十毫秒(一般30～50ms)，带负载断开时通常伴随有电弧的产生。而固态开关的断开则是依靠半导体内部的载流子运动实现，分断时间微秒级，速度快，无电弧产生。
如图1所示，当发生短路故障时，传统空气开关在电流升至C点时才能动作，且无法瞬时切断电流，而固态开关则可以在电流升至B点时即瞬间切断短路电流。

 

图1 短路故障前后电流与时间关系图

从流过电阻的电流热量公式Q=I2Rt，可以很容易看出，传统空气开关与固态开关在短路时所释放的能量差别可以达到数千倍之多。因此当装配限流式保护器的回路发生短路故障时，就可以避免电弧的产生，从而降低了电气火灾。
2）ASCP200-1功能特点

 

ASCP200-1型电气防火限流式保护器是单相限流式保护器，额定电流为63A。主要功能如下:
A）短路保护功能，线路发生短路故障时，能在150微秒内实现快速限流保护；
B）过载保护功能，线路持续过载时，保护器限流保护；
C）表内超温保护功能，保护器内部器件工作温度过高时，保护器限流保护；
D）过/欠压保护功能，线路欠压或过压时，保护器告警或限流保护（可设）；
E）电缆温度监测功能，被测线缆温度超过报警设定值时，保护器告警或限流保护（可设）；
F）漏电流监测功能，线路漏电超过报警设定值时，保护器告警或限流保护（可设）；
G）通讯功能，保护器配置1路RS485接口，1路2G无线通讯，可以将数据发送到安科瑞Acrel-6000安全云平台，或第三方监控软件或平台，从而实现远程监控。
3）ASCP200-1技术参数

 

4）ASCP200-1应用示意图
ASCP200-1型电气防火限流式保护器建议安装在入户开关下端，额定电流值根据入户开关的具体规格进行设置，典型应用示意图如图2所示：

 

图2 ASCP200-1家用防火解决方案安装示意图

3 小结
ASCP200-1型电气防火限流式保护器可广泛应用于学校、医院、商场、宾馆、场所、寺庙、文物建筑、会展、住宅、仓库、幼儿园、老年人建筑、集体宿舍、电动车充电站及租赁式商场商铺、批发市场、集贸市场、甲乙丙类危险品库房等各种用电场所末端干、支路的线路保护。

【参考文献】
[1]企业微电网设计与应用手册.2019.11版
[2]《GB50096-2011住宅设计规范》
[3]王丹晖 家用电气火灾监控解决方案