安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801
摘要：基于國(guó)家相關(guān)規(guī)范對(duì)建筑中設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的要求，結(jié)合目前某地方城市地鐵供配電方案特點(diǎn)，從電氣火災(zāi)探測(cè)器的選擇及位置設(shè)置、電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備的要求及系統(tǒng)傳輸方案等方面，介紹了地鐵車站電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置方案。建議將分離式探測(cè)器設(shè)置在變電所0.4kv饋線回路處，并采用故障點(diǎn)少、后期維護(hù)方便的無(wú)線傳輸方案。
關(guān)鍵詞：電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)；地鐵供配電方案；電氣火災(zāi)探測(cè)器；電氣火災(zāi)監(jiān)控 設(shè)備；系統(tǒng)傳輸
0.引言
隨著國(guó)家綜合實(shí)力的不斷提高，地鐵有效緩解了城市地面交通壓力，但存在較大的安全隱患，*多且危害*大的事故就是火災(zāi)，其中由電氣原因引起的火災(zāi)占37%。因此，應(yīng)對(duì)電氣火災(zāi)進(jìn)行有效的防范。
電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)屬于先期預(yù)報(bào)警系統(tǒng)，是針對(duì)火災(zāi)的早期預(yù)防、消除火災(zāi)隱患而設(shè)置的。國(guó)家有關(guān)部門相繼制訂或修改有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對(duì)建筑中設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)提出了更明確的要求。GB 50116-2013《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.1.1條確定：“地下鐵道、車站屬*級(jí)保護(hù)對(duì)象?！盌BJ/T 15-77-2010《電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收規(guī)范》第3.2.1條規(guī)定：“GB 50116—2013中保護(hù)對(duì)象為*級(jí)、*級(jí)的建筑應(yīng)設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。”本文主要分析了廣州地鐵車站電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置方案。
1.電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)原理
電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)由電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器(剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控器、測(cè)溫式電氣火災(zāi)探測(cè)器)和電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備兩部分組成。
1.1 剩余電流探測(cè)原理
剩余電流火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)一般由剩余電流檢測(cè)元件、現(xiàn)場(chǎng)處理設(shè)備和集中監(jiān)控設(shè)備組成。剩余電流火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)構(gòu)成如下圖所示。
剩余電流檢測(cè)器的工作原理基于基爾霍夫電流定律，即電路內(nèi)任意點(diǎn)的電流矢量和為0。檢測(cè)剩余電流時(shí)，三相導(dǎo)線和中性線穿過一個(gè)電流互感器，當(dāng)未發(fā)生接地故障時(shí)，無(wú)論三相負(fù)荷是否平衡，電流矢量和均為0；當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí)，故障電流會(huì)經(jīng)過故障點(diǎn)流入大地，使電流互感器中電流矢量和不為0，該電流值即為剩余電流值。低壓配電系統(tǒng)的接地形式?jīng)Q定了剩余電流檢測(cè)元件是否能正常工作。低壓配電系統(tǒng)的N線與PE線應(yīng)該嚴(yán)格分開，通過剩余電流檢測(cè)元件的N線不能作為PE線使用，不能重復(fù)接地，不能接設(shè)備外露可導(dǎo)電部分。TN-S系統(tǒng)剩余電流檢測(cè)示意圖如下圖所示。
剩余電流互感器的剩余電流值在30~1000mA時(shí)連續(xù)可調(diào)，內(nèi)置或外置的溫度探測(cè)器在55~140℃時(shí)連續(xù)可調(diào)。
1.2 溫度探測(cè)原理
熱電阻測(cè)溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量的。測(cè)溫傳感器一般設(shè)置在電氣系統(tǒng)的電纜接頭、電纜本體、開關(guān)觸點(diǎn)等相關(guān)發(fā)熱部位，用于監(jiān)測(cè)設(shè)備過熱而引起的火災(zāi)。探測(cè)位置包括開關(guān)柜、配電箱接頭、母線。
1.3 集中監(jiān)控設(shè)備
集中監(jiān)控設(shè)備通過有線/無(wú)線實(shí)時(shí)收集各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)處理設(shè)備的信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行比較、分類等處理后，將相應(yīng)信息送往報(bào)警、顯示、控制信號(hào)輸出、存儲(chǔ)、打印等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)集中顯示、控制、記錄等功能。集中監(jiān)控設(shè)備可以分為監(jiān)控單元與監(jiān)控主機(jī)兩種類型。監(jiān)控單元主要用于有限數(shù)量、距 離的若干探測(cè)器的連接與管理，適用于小型系統(tǒng)；監(jiān)控主機(jī)具有更強(qiáng)大的處理功能，可通過監(jiān)控單元連接更多探測(cè)器，適用于大中型系統(tǒng)，并具備人性化管理軟件及打印、拷貝等功能，能夠儲(chǔ)存12個(gè)月的報(bào)警信息記錄，便于站級(jí)管理。
2.電氣火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)方案
2.1 探測(cè)器選擇
電氣火災(zāi)探測(cè)器主要有分離型探測(cè)器(非獨(dú)立式)和組合型探測(cè)器(獨(dú)立式)兩種。
1）分離型探測(cè)器(非獨(dú)立式)。電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備與電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器(包括終端探測(cè)頭剩余電流互感器、溫度傳感器)分離配置。通過監(jiān)控探測(cè)器采樣配電柜(箱)內(nèi)導(dǎo)電線路中的電流和剩余電流信號(hào)，經(jīng)內(nèi)置單片機(jī)系統(tǒng)分析處理后，上報(bào)消防控制室或值班室里的電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備，經(jīng)過進(jìn)一步分析處理后進(jìn)行所需的聯(lián)動(dòng)控制，從而完成該系統(tǒng)應(yīng)有的功能。優(yōu)點(diǎn)：①系統(tǒng)分工明確、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本少、故障率偏低，不含電源控制開關(guān)，不串入配電系統(tǒng)，只通過剩余電流互感器(或測(cè)溫探頭)取樣信號(hào)，性能穩(wěn)定可靠；②相對(duì)功能簡(jiǎn)單，探測(cè)器尺寸較小，適合安裝在地鐵低壓柜饋線電纜室等比較狹窄的安裝空間。缺點(diǎn)：在采購(gòu)數(shù)量很少(少于10個(gè))并需要就地報(bào)警的情況下，造價(jià)較高。
2）組合型探測(cè)器(獨(dú)立式)。電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備與電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器組合配置。與分離型探測(cè)器相比，不僅能滿足對(duì)剩余電流與非正常溫升的檢測(cè)，還可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理功能，并通過設(shè)備的液晶屏實(shí)現(xiàn)測(cè)量結(jié)果顯示、參數(shù)設(shè)置等功能。優(yōu)點(diǎn)：①采購(gòu)數(shù)量很少并需要就地報(bào)警的情況下，造價(jià)較低；②在末端更易于維護(hù)人員操作與設(shè)置。缺點(diǎn)：①體積大，在地鐵低壓柜饋線電纜室比較狹窄的安裝空間非常局促；②功能復(fù)雜，故障率高；③在探測(cè)點(diǎn)多的情況下，造價(jià)非常高。
由于地鐵監(jiān)控點(diǎn)數(shù)多，趨向于集中監(jiān)控方式，且開關(guān)柜安裝空間有限，故建議采用分離型探測(cè)器，并設(shè)專門的集中監(jiān)控裝置。
2.2 探測(cè)器位置設(shè)置
目前，地鐵車站根據(jù)負(fù)荷重要性將負(fù)荷分為三級(jí)，對(duì)于不同的負(fù)荷采用不同的配電形式，為保證高可靠性，配電形式多為放射式配電。
一般負(fù)荷設(shè)就地電源箱，由變電所放射式配電；各類風(fēng)機(jī)、空調(diào)器等環(huán)控設(shè)備由變電所饋出總電源給環(huán)控電控柜，再由環(huán)控電控柜統(tǒng)一放射式配電至設(shè)備；冷水水泵、冷卻塔等冷水系統(tǒng)制冷設(shè)備由變電所饋出總電源給冷水機(jī)房電控柜，再由冷水機(jī)房電控柜統(tǒng)一配電至設(shè)備。冷水機(jī)組一般直接由變電所饋出到設(shè)備。
結(jié)合地鐵目前的供電方案電氣火災(zāi)探測(cè)器可安裝在變電所0.4kv饋線回路處或下*級(jí)配電箱進(jìn)線處。
1）安裝在變電所0.4 kV饋線回路處。探測(cè)保護(hù)范圍大，包括配電柜饋線電纜和配電箱下級(jí)的用電設(shè)備；安裝集中，管理方便；空間跨度小，可采用無(wú)線通信方式或總線連接方式。
2）安裝在下*級(jí)配電箱進(jìn)線處。探測(cè)保護(hù)范圍*確，就是配電箱下級(jí)的用電設(shè)備；無(wú)法探測(cè)配電柜至配電箱之間的電纜剩余電流情況；安裝分散，管理不方便；空間跨度大，連接總線通常很長(zhǎng)，信號(hào)衰減嚴(yán)重。
因此建議地鐵新線將探測(cè)器設(shè)置在變電所0.4kv饋線回路處。
2.3 監(jiān)控設(shè)備要求
1）電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備應(yīng)具有直接連接剩余電流探測(cè)器、測(cè)溫式電氣火災(zāi)探測(cè)器的功能，應(yīng)能同時(shí)處理上述探測(cè)器探測(cè)信號(hào)的能力。
2）監(jiān)控設(shè)備應(yīng)對(duì)所轄范圍內(nèi)的各類探測(cè)器的報(bào)警信號(hào)進(jìn)行聲、光報(bào)警，并在顯示器上顯示報(bào)警位置及探測(cè)器實(shí)測(cè)值。
3）不同類型探測(cè)器故障信息應(yīng)有明顯區(qū)別。監(jiān)控設(shè)備能夠按用戶級(jí)和管理級(jí)權(quán)限靈活設(shè)置，用戶級(jí)權(quán)限具有靈活分配模塊操作權(quán)限功能。
4）監(jiān)控設(shè)備應(yīng)具有以太網(wǎng)接口(RJ45)，可直接與綜合監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。綜合監(jiān)控系統(tǒng)通過RJ45接口(TCP/IP協(xié)議)在訪問和獲取多功能火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)主機(jī)信息時(shí)，系統(tǒng)主機(jī)能夠提供以自定義的報(bào)警分區(qū)為單位的即時(shí)光纖溫度信息，包括*大溫度、平均溫度、*小溫度、預(yù)報(bào)警信息、報(bào)警信息等，提供測(cè)溫式電氣火災(zāi)探測(cè)器、剩余電流式電氣火災(zāi)探測(cè)器即時(shí)信息；接收來(lái)自綜合監(jiān)控系統(tǒng)的時(shí)鐘同步信號(hào)，并校正自身時(shí)鐘信號(hào)。
5）監(jiān)控設(shè)備系統(tǒng)主機(jī)采用網(wǎng)絡(luò)接口直接與火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)專業(yè)聯(lián)網(wǎng)，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)可通過該接口訪問和獲取系統(tǒng)主機(jī)信息，包括饋電回路剩余電流、饋電回路三相溫度。
2.4 監(jiān)控系統(tǒng)傳輸方案
1）有線傳輸方案
電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)有線傳輸方案如下圖所示。
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IP1 |
IP2 |
IP3 |
IP4 |
IP5 |
IP6 |
IP7 |
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感溫 通信 光纖口總線口 |
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IP4-1 |
8 |
P5- |
8 |
一 |
P7 |
28 |
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P |
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Po |
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8 |
P8 |
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日 |
-4 8 |
28-4 |
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PG 高 |
8 |
28 |
8 |
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PG( |
-6 |
P8 |
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IP4-2 |
8 |
IP5-2 |
8 |
P6二 |
一 |
38 |
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P6 |
P78 |
P88 |
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p 9 |
文 |
-9 |
8 |
P8-9 |
接 |
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P6- 0 |
日 |
P7 0 |
P8 0 |
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P6- |
P7 |
P8一 |
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IP1 |
IIP2 |
IIP3 |
IP4 |
IIP5 |
IIP6 |
IP7 |
IIP8 |
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IIP3- |
8 |
IP4- |
8 |
IP5- |
IP6- |
IP7- |
1P8- |
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號(hào) 憐 |
P6 |
P |
8 |
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日 |
P6 |
27 |
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P8-3 |
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-4 |
P6 |
8 |
P7 |
8 |
P8-4 |
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-5 |
P6 心 |
日 |
IIP7 … |
日 |
P8-5 |
號(hào) |
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IIP5-6 |
- |
IIP7-6 |
P8-6 |
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IIP3-2 |
8 |
IIP4-2 |
8 |
-7 坐 |
8 |
P6 |
P |
8 |
—/ |
8 |
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P6 |
P7 |
P8 8 |
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) 已 |
8 |
P 1 1 |
日 |
P? |
9 |
IP8-9 |
-8 |
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P6-10 |
B |
IP7-T0 |
IP8-10 |
8 |
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P3- |
P6-11 |
IP7- |
IP8- |
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對(duì)于分離式的電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器，有以下幾點(diǎn)要求：能獨(dú)立與監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行通信；具有1組剩余電流探測(cè)和6組溫度探測(cè)的功能；剩余電流為30～500mA時(shí)能在監(jiān)控設(shè)備后臺(tái)連續(xù)可調(diào)；溫度報(bào)警在55~140℃時(shí)監(jiān)控設(shè)備后臺(tái)連續(xù)可調(diào)。
2） 無(wú)線傳輸方案
電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)線傳輸方案如下圖所示。下圖中，數(shù)據(jù)集中器和分離式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器采用藍(lán)牙無(wú)線傳輸方式，而數(shù)據(jù)集中器和監(jiān)控設(shè)備采用有線傳輸方式進(jìn)行組網(wǎng)。
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電 車站控制室 預(yù)留通信接口 |
氣火災(zāi)監(jiān)控主機(jī)
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IP1 |
IP2 |
IP3 |
IP4 |
IP5 |
IP6 |
IP7 |
P8 |
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8 IP4 |
8 IP5 |
P6 |
P7 |
38- |
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P6-2 |
P7 |
P8 -2 |
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P6-3 |
P7子 |
P8 以 |
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P6-4 8 |
P7-4 |
P8 立 |
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P6-5 |
P7-5 |
PS |
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P6-6 |
P7-6 |
經(jīng) |
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至ISCS系統(tǒng) |
感 溫| 通 信 光纖口總線口 |
8 IP4-1 |
8 IP5-2 |
P6- |
P7-7 |
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P?-8 |
P7-8 |
登 |
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P6-9 |
P7-9 |
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P6-10 B |
P7-10 8 |
28-10 8 |
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P6-1 |
P7-1 |
P8- |
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母線感溫光纖溫度檢測(cè) |
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P5-0 1P6-6 P7-6 -(
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對(duì)于分離式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器，有以下幾點(diǎn)要求：能獨(dú)立與數(shù)據(jù)集中器進(jìn)行藍(lán)牙通信。
具有1組剩余電流探測(cè)和6組溫度探測(cè)的功能；剩余電流為30~500mA時(shí)能在監(jiān)控設(shè)備后臺(tái)連續(xù)可調(diào)；溫度報(bào)警在55~140℃時(shí)監(jiān)控設(shè)備后臺(tái)連續(xù)可調(diào)。
對(duì)于數(shù)據(jù)集中器，要求有以下幾點(diǎn)：能獨(dú)立與分離式的電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器進(jìn)行藍(lán)牙通信；具有環(huán)網(wǎng)RS485接口功能；接收點(diǎn)數(shù)容量大于100。
藍(lán)牙無(wú)線通信方式具有以下特點(diǎn)：短距無(wú)線通信；臨時(shí)性對(duì)等連接的無(wú)線通信，一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)從設(shè)備組成的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信連接；很好的抗干擾能力；模塊體積很小，便于集成。低功耗；適用2.4GHz的無(wú)線通信頻段；開放的接口標(biāo)準(zhǔn)。
根據(jù)以上分析，兩種方案各有其優(yōu)勢(shì)。有線傳輸?shù)漠a(chǎn)品目前國(guó)內(nèi)廠家比較多，選擇比較容易，性能可靠，缺點(diǎn)是后期維護(hù)更換存在不便。無(wú)線傳輸方案的缺點(diǎn)是產(chǎn)品選擇較困難，但在地鐵中也有成功的案例，如深圳地鐵、昆明地鐵，其優(yōu)點(diǎn)是性能非?？煽?，后期維護(hù)更換方便。
3.安科瑞電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)
3．1概述
Acre1-6000電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，是根據(jù)國(guó)家現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)由安科瑞電氣股份有限公司研發(fā)的全數(shù)字化獨(dú)立運(yùn)行的系統(tǒng)，已通過國(guó)家消防電子產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的消防電子產(chǎn)品試驗(yàn)認(rèn)證，并且均通過嚴(yán)格的EMC電磁兼容試驗(yàn)，保證了該系列產(chǎn)品在低壓配電系統(tǒng)中的安全正常運(yùn)行，現(xiàn)均已批量生產(chǎn)并在全國(guó)得到廣泛地應(yīng)用。該系統(tǒng)通過對(duì)剩余電流、過電流、過電壓、溫度和故障電弧等信號(hào)的采集與監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣火災(zāi)的早期預(yù)防和報(bào)警，當(dāng)必要時(shí)還能聯(lián)動(dòng)切除被檢測(cè)到剩余電流、溫度和故障電弧等超標(biāo)的配電回路;并根據(jù)用戶的需求，還可以滿足與AcreIEMS企業(yè)微電網(wǎng)管理云平臺(tái)或火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)等進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和共享。
3．2應(yīng)用場(chǎng)合
適用于智能樓宇、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業(yè)、國(guó)家*點(diǎn)消防單位以及石油化工、文教衛(wèi)生、金融、電信等領(lǐng)域。
3．3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
3．4系統(tǒng)功能
4．5配置方案
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應(yīng)用場(chǎng)合 |
型號(hào) |
產(chǎn)品照片 |
功能 |
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消防控制室 |
Acrel-6000/B |
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適用于1~4條通信總線*多可連接256個(gè)探測(cè)器，可適用于壁掛安裝的場(chǎng)所。 |
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Acrel-6000/Q |
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適用于大型組網(wǎng)，壁掛式監(jiān)控主機(jī)數(shù)量較多且需集中查看的場(chǎng)所，主要監(jiān)測(cè)壁掛主機(jī)信息。 |
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一、二級(jí) 低壓配電 |
ARCM200L-Z2 |
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三相(I、U、kW、Kvar、kWh、Kvarh、Hz、cos中)，視在電能、四象限電能計(jì)量，單回路剩余電流監(jiān)測(cè)，4路溫度監(jiān)測(cè)，2路繼電器輸出，4路開關(guān)量輸入，事件記錄，內(nèi)置時(shí)鐘，點(diǎn)陣式LCD顯示，2路獨(dú)立RS485/Modbus通訊 |
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ARCM200L-J8 |
8路剩余電流監(jiān)測(cè)，2路繼電器輸出，4路開關(guān)量輸入，事件記錄，內(nèi)置時(shí)鐘，點(diǎn)陣式LCD顯示，1路RS485/Modbus通訊 |
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ARCM300-J1 |
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1路剩余電流監(jiān)測(cè)，4路溫度監(jiān)測(cè)，1路繼電器輸出，事件記錄，LCD顯示，1路RS485/Modbus通訊 |
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AAFD-□ |
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檢測(cè)末端線路的故障電弧，485通訊，導(dǎo)軌式安裝。 |
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ASCP200-□ |
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短路限流保護(hù)、過載保護(hù)、內(nèi)部超溫限流保護(hù)、過欠壓保護(hù)、漏電監(jiān)測(cè)、線纜溫度監(jiān)測(cè)，1路RS485通訊，1路GPRS或NB無(wú)線通訊，額定電流為0-40A可設(shè)。 |
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短路限流保護(hù)、過載保護(hù)、內(nèi)部超溫限流保護(hù)、過欠壓保護(hù)、漏電監(jiān)測(cè)、線纜溫度監(jiān)測(cè)，1路RS485通訊，1路NB或4G無(wú)線通訊，額定電流為0-63A可設(shè)。 |
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配套附件 |
AKH-0.66 |
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測(cè)量型互感器，采集交流電流信號(hào) |
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AKH-0.66/L |
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剩余電流互感器，采集剩余電流信號(hào) |
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ARCM-NTC |
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溫度傳感器，采集線纜或配電箱體溫度 |
4.結(jié)束語(yǔ)
地鐵采用放射式供電方式，在變電所0.4kv開關(guān)柜饋線回路處設(shè)置電氣火災(zāi)探測(cè)器，既可探測(cè)末端設(shè)備的剩余電流情況，也可探測(cè)開關(guān)柜至末端配電箱段電纜的剩余電流情況。地鐵低壓柜饋線電纜室空間比較狹窄，分離式探測(cè)器便于安裝，且造價(jià)更低。無(wú)線傳輸方案接線簡(jiǎn)單、故障點(diǎn)少，后期維護(hù)更換更簡(jiǎn)便。所以，在廣州地鐵新線路建設(shè)中建議采用在變電所0.4kv開關(guān)柜饋線回路處設(shè)置分離式探測(cè)器，并采用無(wú)線傳輸?shù)姆桨浮?
【參考文獻(xiàn)】
氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)選型手冊(cè). 2022.05版
P6
