摘要：在社會發展水平不斷提升的背景下，人們的用電量逐漸攀升，電氣火災發生率也有所上升，只有做好火災監控與防護工作才能夠保障用電安全。基于此，針對電氣火災監控系統與電氣火災防護進行了分析，以期優化電氣火災防護效果。在查閱并分析相關資料后發現，靈活應用現代化監控與防護手段有利于降低電氣火災發生概率，保障人們的人身安全。因此，在開展電氣火災防范工作時應根據實際需求設計完善的電氣火災監控系統并不斷提高電氣設計水平、加強針對性防護。
關鍵詞：電氣火災；監控系統；火災防護

引言：經過調查研究發現，電氣火災事故發生量逐年攀升，對社會安全與穩定產生了較大威脅。而靈活應用信息技術手段與智能化設備有利于全面監控電氣火災，為電氣火災的防護提供支持，因此需要提高對監控系統與防護措施的重視程度，從而減少電氣火災的發生概率。
1. 電氣火災概述
1.1 概念
電氣火災主要指電氣線路、用電設備、供配電設備等出現故障性 / 非故障性釋放熱能且引燃本體或其他可燃物而引發的火災，多發生在建筑物當中，可能會演變為重特大火災事故，具有較大的危險性 [1]。
1.2 原因
電氣火災主要是由短路、電阻過大以及過載等因素造成的。第一，短路。短路指的是不同電位的導電部分直接金屬性連接或經過小阻抗連接在一起，主要包括金屬性短路與電弧性短路，是引發電氣火災的關鍵原因之一 [2]。

例如，一些電氣設備在運行過程中可能會出現短路等問題，這會導致短路點附近出現電弧與電火花，繼而引燃附近的可燃物品進而造成電氣火災。第二，電阻過大。這一問題指的是導線與導線、導線與配用電設備之間在連接時出現接觸電阻過大的問題且使局部產生高溫、電弧，繼而引燃附近的可燃物，主要是由接頭松動、線路連接處氧化等原因造成的。第三，過載。若導線中的電流超過安全載流量時，導線就會出現高溫并引燃附近可燃物，造成電氣火災。
2. 電氣火災監控系統及其設計
2.1 電氣火災監控系統
在用電量不斷增加的過程中，電氣火災事故發生率越來越高，利用傳統的保護設備已無法有效防范電氣火災，而應用電氣火災監控系統可有效防范火災并提高安全用電水平，所以需要充分了解電氣火災監控系統。
2.1.1 原理與構成
第一，原理。電氣火災監控系統靈活應用了電子技術、網絡技術以及通信技術等，在運行過程中可以對電氣線路與電氣設備進行實時監控，全面采集線路與設備的電流、溫度以及剩余電流等參數，并對數據信息進行過濾、放大、對比等處理，最終判斷數據指標是否超過預定值并發出相應的報警信號 [3]。
第二，構成。電氣火災監控系統主要是由火災監控單元、區域監控主機、中心監控主機以及數據庫服務器共同構成，其中火災監控單元可以通過傳感器檢測電氣參數并經過現場總線將數據信息輸送至區域監控主機中 ；區域監控主機可以監控、存儲數據并實現報警顯示與查詢 ；中心監控主機位于監控中心，具備通知、聯動等多個模塊 ；數據庫服務器是數據中心，可有效存儲數據。
2.1.2 電氣火災監控探測器
電氣火災監控探測器是監控系統的關鍵構成部分，可有效檢測出隱蔽性的火災風險。常用的探測器類型有剩余電流式、測溫式，不同類型探測器的主要功能不同。第一，剩余電流式探測器。這種探測器在配電線路狀態監控中發揮著重要作用，可以及時檢測出電氣故障與火災隱患，降低電氣火災的發生概率。在應用過程中應嚴格控制探測器的使用數量以及安裝位置，從而優化使用效果。第二，測溫式探測器。過熱問題可能會引發電氣火災，而應用測溫式電氣火災監控探測器可有效檢測出線路過熱或接頭過熱等問題。常用的測溫式探測器有接觸式與非接觸式這 2 種類型，在應用時應根據火災防范需求選擇合適的類型，且需要優先將探測器安裝在配電柜當中，提高過熱問題的檢測效率。第三，電弧式探測器。電弧所產生的能量可能會引燃周邊的可燃物，應用電弧式探測器可以有效控制配電線路的末端，充分了解電弧的產生情況，所以可以將這種類型的探測器應用在電氣系統中 [4]。第四，測量熱解粒子式探測器。這種探測器可有效監控電氣故障以及系統溫度變化情況，且可以在發生明火前進行報警，有利于減少火災的發生。
2.1.3 電氣火災監控設備
電氣火災監控設備主要包括監控主機、以太網模塊、觸摸屏模塊等。第一，監控主機。監控主機處于核心地位，具有報警聲光輸出、存儲報警記錄等功能，在系統中發揮著重要作用。第二，以太網模塊。以太網傳輸具有速度快、可靠性強等優勢，可以為數據信息的傳輸提供支持，所以需要科學選擇以太網模塊。第三，觸摸屏模塊。在系統智能化水平不斷提升的背景下，觸摸屏模塊成為系統的關鍵設備，有利于實現人機互動。在選擇觸摸屏模塊時需要充分考慮設備性能、功能以及實用性等情況。第四，存儲模塊。電氣火災監控系統在運行過程中需要存儲溫度、剩余電流等數據，對存儲設備的要求相對較高，所以需要選擇存儲能力強的設備。
2.2 電氣火災監控系統設計
在應用電氣火災監控系統前不僅需要了解系統，也需要做好系統的設計工作，確保系統符合實際需求。
2.2.1 硬件設計
第一，監控設備硬件總體設計。在進行電氣火災監控系統設計時應優化監控設備硬件總設計，將 U 盤存儲、觸摸屏、以太網、電源電路、復位電路等模塊納入系統中，并將各個模塊與監控設備 CPU 連接在一起。

第二，監控設備控制芯片。控制芯片在監控設備中發揮著重要作用，會對電氣火災監控產生較大影響，所以需要靈活應用單片機，提高控制效率。常用的單片機有 AVR、51、PIC 等不同系列，其中 AVR 與 PIC 系列的單片機具有執行效率高等優勢，且 PIC 單片機具有存儲空間大、功耗低、可靠性高等優勢，因此可以將 PIC 單片機應用在監控設備中。在明確單片機后需要做好單片機的引腳分配工作，充分發揮單片機的作用。

第三，現場總線電路設計。在進行現場總線電路設計時應做好通信芯片選擇以及電路設計等環節的工作。首先，RS-485的抗干擾能力相對較強、傳輸距離相對較遠，比較符合電氣火災監控的需求，所以可以應用 RS-485 總線 [5]，且需要選擇合適的控制芯片，進一步提高系統的傳輸速率。其次，若總線上任何一個節點出現故障，總線都可能無法正常運行，所以需要在總線中設置 PTC 自恢復保險，使 PTC 電阻直接保護總線。再次，電氣控制現場較為復雜，若電壓超過接收器的極限接收電壓就會損壞芯片，因此需要利用直流電壓轉換模塊對系統電源與通信芯片電源進行隔離處理。最后，需要將光耦器件應用在系統中并優化光耦抗干擾電路設計。

第四，數據存儲模塊設計。這一環節包括存儲模塊設計、存儲模塊接口電路設計等內容，應根據實際需求進行設計。剩余電流值、溫度值等數據在電氣火災隱患的判斷中發揮著重要作用，只有全面存儲電氣系統的數據信息才能夠為隱患判斷提供數據支撐，所以需要靈活應用 U 盤，通過 U 盤存儲數據信息。另外，需要利用 SPI 接口將監控主機系統與存儲模塊連接在一起，充分發揮存儲模塊的作用。

第五，觸摸屏模塊設計。觸摸屏在人機交互中具有重要作用，可以讓工作人員查詢數據并控制系統。在設計時需要選擇合適的智能終端，通過該終端進行控制、查詢以及顯示。且需要優化觸摸屏與監控主機之間的接口電路設計，通過 5 V 直流電源直接供電。

第六，以太網模塊設計。在電氣火災監控系統中應用以太網模塊可以讓工作人員遠程監測火災探測器并獲取相應的數據信息，因此應合理選擇以太網擴展方案，實現網絡數據包與單片機數據的透明傳輸。且需要進行單片機的擴展，通過擴展出的串口連接以太網。
2.2.2 軟件設計
軟件設計在電氣火災監控系統設計中占據著重要地位，應提高對這一環節的重視程度。第一，應優化軟件總體設計。應將自檢程序、初始化程序納入總體設計中，通過自檢程序使監控設備自動檢測探測器的功能，判斷探測器是否能夠正常使用，若不能便自動報警，通過初始化程序使探測器進入正常運行狀態。第二，應優化通信軟件設計。硬件中的現場總線需要通信軟件的支持，因此應優化通信軟件設計。首先，應科學選擇通信協議。Modbus 協議具有數據采集等功能，可以對主機與從機之間的工作形式進行規定與控制，所以需要將其 RTU 模式應用在電氣火災監控系統的通信軟件中。其次，應優化循環冗余校驗算法。在通信過程中，數據可能會受到分布參數、傳輸距離等多種因素的影響，很可能會出現一些問題，而應用循環冗余校驗這種算法可以對數據傳送進行校驗，為此需要將其應用在通信軟件中。最后，應優化發送程序。在 RTU 模式中，時間會對報文間隔產生較大影響，所以需要在接收與發送程序中應用串行通信模塊。

作者介紹：

曹華偉，男，現任職于安科瑞電氣股份有限公司

Tel:137/7441/3253（V同號）

3.安科瑞電氣火災監控系統介紹

3.1概述

Acre1-6000電氣火災監控系統，是根據現行規范標準由安科瑞電氣股份有限公司研發的全數字化獨立運行的系統，已通過消防電子產品質量監督檢驗的消防電子產品試驗認證，并且均通過嚴格的EMC電磁兼容試驗，保證了該系列產品在低壓配電系統中的安全正常運行，現均已批量生產并在全國得到廣泛地應用。該系統通過對剩余電流、過電流、過電壓、溫度和故障電弧等信號的采集與監視，實現對電氣火災的早期預防和報警，當必要時還能聯動切除被檢測到剩余電流、溫度和故障電弧等超標的配電回路;并根據用戶的需求，還可以滿足與AcreIEMS企業微電網管理云平臺或火災自動報警系統等進行數據交換和共享。

3.2應用場合

適用于智能樓宇、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業、重點消防單位以及石油化工、文教衛生、金融、電信等領域。

3.3系統功能

監控設備能接收多臺探測器的剩余電流、溫度信息，報警時發出聲、光報警信號，同時設備上紅色“報警”指示燈亮，顯示屏指示報警部位及報警類型，記錄報警時間，聲光報警一直保持，直至按設備的“復位”按鈕或觸摸屏的“復位”按鍵遠程對探測器實現復位。對于聲音報警信號也可以使用觸摸屏“消聲”按鍵手動消除。

當被監測回路報警時，控制輸出繼電器閉合，用于控制被保護電路或其他設備，當報警消除后，控制輸出繼電器釋放。

通訊故障報警：當監控設備與所接的任一臺探測器之間發生通訊故障或探測器本身發生故障時，監控畫面中相應的探測器顯示故障提示，同時設備上的黃色“故障”指示燈亮，并發出故障報警聲音。電源故障報警：當主電源或備用電源發生故障時，監控設備也發出聲光報警信號并顯示故障信息，可進入相應的界面查看詳細信息并可解除報警聲響。

當發生剩余電流、超溫報警或通訊、電源故障時，將報警部位、故障信息、報警時間等信息存儲在數據庫中，當報警解除、排除故障時，同樣予以記錄。歷史數據提供多種便捷、快速的查詢方法。

4.配置方案

5.結語

全面監控和防護電氣火災可以保障人們的安全和社會穩定發展，因此需要充分了解電氣火災監控系統的原理與構成并根據實際需求優化系統的軟硬件設計，同時也需要不斷提高電氣設計水平、強化針對性防護并做好線路火災、照明火災等事故的防護工作，將火災防范落實在各個環節中。

參考文獻：
[1]蔣劍鋒,楊留方,徐天奇,等.單片機與LoRa通信模塊的電氣火災探測器設計[J].單片機與嵌入式系統應用,2021,21(1):84-87.
[2]任金偉.物聯網視角下醫療設備電氣安全監控系統研究[J].電氣自動化,2021,43(3):24-25+47.
[3]田純.基于LoRa的智能建筑電氣火災自動報警系統設計[J].自動化技術與應用,2022,41(11):65-68+91.
[4]于蘭,賈振國.基于神經網絡技術的電氣火災預警系統研究[J].自動化與儀表,2022,37(8):19-23+35.
[5]趙月愛,郭興原.基于多源數據協同感知的電氣火災預警算法研究[J].太原理工大學學報,2021,52(6):907-912.

審核編輯 黃宇