周颖
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801
【摘要】法国当地时间2019年4月15日下午，始建1163年的巴黎圣母院突发大火。巴西当地时间2018年9月2日晚，拉丁美洲历史悠久、藏品丰富的巴西国家博物馆惨遭火灾，200年历史的建筑只剩“空壳”，2000多万件藏品中的92.5%被毁。文物古建筑防火安全，引起了全世界的讨论。古建筑起火原因很多，而电气火灾，如电气设备的选型不当、设备乱用、用电不规范等，是引发火灾的原因之一。
【关键词】古建筑；电气火灾；过载；短路；电弧；预防措施
1 古建筑火灾危险的特殊性
1.1 古建筑耐火等级低，火灾荷载大
与西方古建筑普遍采用砖石作为建材不同，我国传统上普遍采用易燃的木材作为建筑材料，木质材料耐火等级低，火灾危险性大，而且古建筑群里存有大量商业区域，用电设备较多。因此，我国面临的防火压力相比西方要更为巨大。
1.2古建筑群环境条件特殊，防火间距不足，火势蔓延迅速
我国古建筑多在偏远的地区，以群落型式为主，各单体古建交织毗邻，缺少防火分隔。如果有一处引起火灾，易引发相连或相邻的古建着火。等消防救援赶到，往往延误灭火的佳时机。文物古建内工作人员或者所在地居民自行开展灭火自救，缺乏专业的扑救技能，没有有效的灭火设备，很难有效控制火势的发展与蔓延，而且木结构建筑在火灾中的倒塌危险性较大，对施救人员的安全构成威胁。
1.3 缺少消防设施，消防通道不畅，灭火救援困难
一般来讲，我国古建筑大多远离城镇，消防设施严重滞后，消防器材配备达不到规范要求，无消防水池，没有消防给水管网。古民居巷道窄，还多有台阶，消防车无法通行，消防车难以靠近或进入古民居内进行火源扑救。这都给消防灭火带来很大困难。
2 古建筑引发电气火灾的原因
2.1 过多使用电器设备威胁古建筑的安全
很多古建筑在承租给他人作为旅游商品店、展览、餐饮、娱乐、住宿等同时还需满足工作人员的日常办公和生活所需，为此增加了很多用电设备。景观亮化、大功率照明设备、空调、计算机、电视机、电冰箱、电磁灶、电暖器、电水壶等电器在古建筑中大量使用，这些电气设备使用时间长而且多数单台设备功率较大，加重了配电线路的负担，使线路长期处在过载状态下使用，电气保护措施存在严重缺陷，很多古建筑的配电设施陈旧，保护功能减退等问题严重威胁着古建筑的安全。比如在文物建筑的木质构件上直接敷设电气线路，大功率的照明设备和射灯直接架在木梁上，在木板墙上安装电源插座或插线板，在文物单位内使用大功率采暖电器（比如红外电暖气，俗称小太阳），这些都是引发电气火灾的潜在原因。
电气线路私乱搭建、线路老化、超负荷运行，未采取穿管敷设等防护措施等现象严重，日益凸显，由此引发的事故率逐年上升。
供电系统未做保护接地，配电柜未设置在专门的配电房间而随意安装，如配电箱直接在室外挂墙安装，箱体没有采取相应的防护等级。
2.2 过载、短路、故障电弧等
过载，回路中接入许多大功率设备，超过了配电线路的负载能力，导致线路的温度超过其高允许工作温度，加速线缆老化，甚至由于高温可导致线缆绝缘层燃烧。
短路，指电路或电路中的一部分被短接。由于线路绝缘层损坏，导致短路产生强烈的火花，其温度可达3000℃以上，使短路点的金属熔化成熔珠，引起线路起火及周围可燃物燃烧。
电弧，是一种气体游离放电现象。当电缆局部损坏或电器连接处松动时，有碳化和电阻性短路两种现象的电弧可引发火灾。当导体被损坏或连接处不紧固，会出现局部的热点，在导体附近的绝缘材料发生碳化。碳是导电材料，它能使各点的电流变大，由于碳以一种非均匀的方式沉淀，使得电流以更便捷的路径传输并产生电弧，久而久之，到达一定程度会引起电弧自燃。当两个带电导体之间的绝缘材料被损坏，两个导体之间将产生一个显著电流，由于不出现剩余电流，无法被监测装置保护，还不能被视为短路而被保护。当泄漏电流不断增大，会使绝缘材料变为碳，直到碳被电弧点燃产生火焰。
2.3 雷击
雷电，一种伴有闪电和雷鸣的放电现象。雷电放电过程时间短，但是放电电流大，可达数十万安培，闪电的温度，从摄氏一万七千度至二万八千度不等。雷电对空旷区孤立的古建筑（如古塔）和古建筑群中高耸的建筑危害大，可直接导致古建筑物起火，使古建筑遭受大面积损毁。
3 古建筑电气火灾的预防措施
3.1 规范电气线路敷设方式
由于大多古建筑存在照明插座电线私拉乱接、线缆直接明敷设在木质材料上、电气线路老化等隐患，故对古建筑内安装照明电器设备，必须经有关部门批准，并严格执行电气安全技术规程。
古建筑内的电气线路，均采用铜芯绝缘线缆，严禁乱拉乱接电线，全部采用阻燃型聚氯乙烯硬质管或金属管敷设，不得直接将线缆敷设在梁、柱、枋等可燃构件上。
3.2 合理配电，选用保护电器
古建筑内严禁使用卤钨灯、高压钠灯等高温照明灯具和大功率电加热器具，不准使用大于 60W的白炽灯直接安装在可燃物物体上。如果需安装照明灯具和电气设备，必须严格执行有关电气安装使用的技术规范和规程。灯饰材料的燃烧性能不应低于B1级，不得靠近可燃物。
建议一座古建筑单体设置一个配电箱，安装断路器和漏电保护器，做好各配电回路的过载保护、短路保护、接地故障保护及故障电弧防护。保护、控制电器均应安装在专用的配电箱内。定期检查绝缘性能、电器元件功能及设备状况，特别是短路保护和过载保护的可靠性。
设置电气火灾监控系统，对主要的分支干线采取泄漏电流监测，在电缆接头、端子、重点发热部件等部位设置测温式探测器，并对照明、插座回路设置故障电弧保护器，降低火灾事故发生的可能，变减少损失为避免损失。
3.3 制定安全用电管理制度
文物古建筑内配电设备、电气线路、电器选型、设备安装等应符合相关产品标准、施工规范要求和防火要求，配备适用的保护电器作为防护装置。开关、插座和照明灯具靠近可燃物时，采取隔热、散热等防火措施。文物建筑内一般不得使用电热器具和大功率用电器具，确需使用的，要采取安全防护措施，制定并严格落实使用管理制度。严禁私拉乱接电气线路，室内外电气线路应采取穿管保护。对电气线路和电器要定期检查检测，确保使用安全。
3.4 设置防雷设施
古建筑防直击雷可在建筑高处加装接闪短杆，在建筑的屋脊、屋檐、女儿墙安装接闪带，并做好引下线安全接地。古建筑内部有电气设施时，所有进出建筑物的金属导体需要接地，并加装电涌保护器，防止感应电压和操作过电压，电涌保护器根据电压和使用范围不同可分为电源浪涌保护器、信号浪涌保护器、音频浪涌保护器、视频浪涌保护器等，具体可根据不同要求分级加装。
4 安科瑞限流式保护器与智能安全配电装置介绍
4.1 产品概述
4.1.1 ASCP200-1 型单相电气防火限流式保护器
电气防火限流式保护器可有效克服传统断路器、空气开关和监控设备存在的短路电流大、切断短路电流时间长、短路时产生的电弧火花大，以及使用寿命短等弊端，发生短路故障时，能以微秒级速度快速限制短路电流以实现灭弧保护，从而能显著减少电气火灾事故，保障使用场所人员和财产的安全。
4.1.2 AISD智能安全配电装置
AISD 系列智能安全配电装置是安科瑞电气有限公司专门为低压配电侧开发的一款智能安全用电产品，本产品主要针对低压配电侧人身触电安全事故、线路老化、漏电引起电气火灾等等常见隐患而设计。
产品主要应用于学校、教育机构、医院、疗养院、康复中心、敬老院、酒店娱乐、商场商铺、企事业单位、家庭电器等各类低压用电的场合。
4.1.3 AAFD-40型电弧故障保护电器
故障电弧探测器（以下简称探测器）对接入线路中的故障电弧（包括故障并联电弧、故障串联电弧）进行有效的检测，当检测到线路中存在引起火灾的故障电弧时，可以进行现场的声光报警，并将报警信息传输给上端监控设备，以实现预警火灾发生的目的。
故障电弧探测器适用于工业与民用建筑中10KW及其以下的电气线路，其保护线路长度不宜大于100米。
产品遵循国标GB14287.4-2014，可适用于养老院、学校、商业建筑、宾馆、工厂、库房、图书馆、办公室、家庭住宅、以及娱乐场所等。
4.2 产品功能特点
4.2.1 ASCP200-1型电气防火限流式保护器主要功能如下
■ 短路保护功能。保护器实时监测用电线路电流，当线路发生短路故障时，能在150微秒内实现快速限流保护，并发出声光报警信号。
■ 过载保护功能。当被保护线路的电流过载且过载持续时间超过动作时间（3~60 秒可设）时，保护器启动限流保护，并发出声光报警信号。
■ 过欠压保护功能。当保护器检测到线路电压欠压或过压时，保护器发出声光报警信号，可预先设置是否启动限流保护。
■ 配电线缆温度监测功能。当被监测线缆温度超过报警设定值时，保护器发出声光报警信号，可预先设置是否启动限流保护。
■ 漏电流监测功能。当被监测的线路漏电超过报警设定值时，保护器发出声光报警信号，可预先设置是否启动限流保护。
■ 保护器具有1路RS485接口，1路2G无线通讯，可以将数据发送到后台监控系统，实现远程监控。监控后台可以是安科瑞 Acrel-6000/B 电气火灾监控主机，也可以是安科瑞Acrel-6000 安全用电管理云平台，或三方监控软件或平台。
4.2.2 AISD智能安全配电装置主要功能如下
■ 供电稳定性。负载端发生单相接地故障，装置报警，系统可持续供电，不会切断电源。
■ 供电安全性。装置可以把系统的漏电流限制在很小的级别，人体无意触碰到供电线路，不会造成触电事故。
■ 限流灭弧。系统发生短路故障，装置能快速切断电源，不会出现电弧火花。
■ 过载保护。装置监测到系统过载，可以及时切断电源，避免因过载引起线路故障。
■ 电压监测。装置实时监测系统电压，发生过、欠压时，发出报警信号，可以设置是否切断电源。
■ 报警功能。在系统发生短路、过载、欠压等异常时，装置发出声光报警信号，提醒相关人员。
■ 事件记录。装置存储30条事件记录，可供用户查询。
■ 通讯功能。装置配置RS485通讯接口，Modbus-RTU协议，可以远程读取相关数据。可选配无线通讯模块，无线方式将数据发送到云平台。
4.2.3 AAFD-40型电弧故障保护电器主要功能如下
■监测单相回路的故障电弧；
■通过对电气线路的实时监测能及时、准确的发现电气线路中的故障和异常状态，可帮助用户迅速查明电气故障发生的区域，以便及时消除电气火灾隐患；
■具有声光报警功能；
■本探测器尺寸小巧、安装方便，采用标准35mm导轨安装；
■具有故障电弧模拟发生功能，可以通过模拟故障电弧对本机进行性能测试；
■具有通用485总线接口，采用标准Modbus协议进行数据交换，信号兼容性强。
4.3 产品技术参数
表1 ASCP200-1型电气防火限流式保护器
表2 AISD智能安全配电装置主要功能如下
表3 AAFD-40型电弧故障保护电器
4.4 产品使用注意事项
4.4.1 ASCP200-1 型单相电气防火限流式保护器
在选用限流式保护器时，限流式保护器的设定的额定电流应该与其前上级的断路器的额定电流保持一致。例如，当限流式保护器输入端断路器的额定电流为32A时，应将限流式保护器的额定电流设置为32A。为保障限流式保护器的正常使用，严禁将其使用于与其前端断路器的额定电流不匹配的配电线路中。
ASCP200系列采用限流式保护器采用壁挂式安装，可以挂墙安装，也可以安装在箱体内，应确保安装场所无滴水、腐蚀性化学气体和沉淀物质，并注意环境温度和通风散热。
为确保可靠连接，接线时应按接线图进行，同时为了防止接头处接触电阻过大而导致局部过热，也避免因接触不良而导致保护器工作不正常，线头应采用合适大小的U形冷压头压接后，再插入保护器相应端子上并将螺钉拧紧压实。
保护器内部带有交流电，严禁非专业人士擅自打开产品外壳。保护器在使用期间，若被保护线路发生短路或过载故障而被限流保护时，保护器仍处于带电状态，不允许随意碰触用电线路的金属部分。待检查线路，并排除故障后，长按保护器的复位按键约2秒钟，使保护器恢复正常运行时。
当保护器因超温而发生限流保护时，则可能是因为负载电流过大，环境温度过高或通风散热不良等原因导致，可通过加强通风等措施，等保护器温度降下来后，再长按复位键，使保护器复位，恢复正常运行。
4.4.2 AISD智能安全配电装置
在选用智能安全配电装置时，装置的额定容量应该与后方用电设备的额定容量保持一致。例如，当智能安全配电装置的额定容量为3kVA时，后方用电设备的额定容量应不超过3kVA，严禁将其使用于额定容量不匹配的配电线路中。
智能安全配电装置器采用壁挂式安装，可以裸机挂墙安装，也可以落地安装，应确保安装场所无滴水、腐蚀性化学气体和沉淀物质，并注意环境温度和通风散热。
接线时应按接线图操作，同时为了防止接头处接触电阻过大而导致局部过热，也避免因接触不良而导致装置工作不正常，应确保装置相应端子接线拧紧压实。
严禁非专业人士擅自打开产品外壳。
4.4.3 AAFD-40型电弧故障保护电器
每月一次操作“复位”按钮，以保证产品处于正常工作状态。
报警发生后，应对供电电路进行隐患排除，隐患排除以后进行复位操作，使产品恢复正常工作状态。
每次故障处理后，应对发生故障的时间、类型及处理方式等内容进行记录，以便日后查询。
未经本公司同意，任何人员不得拆开本产品或进行维修。
本产品属于精密仪器仪表类，应在其主要技术特性下工作，应避免冲击、碰撞，严禁雨水淋湿。
在安装前要切断上端输入线电源，保证人身安全。
安装入导轨时，上端在里侧先装入导轨，然后向下用力，将下端两卡扣卡入导轨.
每个产品侧面标签处都会有本机通讯地址，与上端服务器通讯时，查询到报警信息都是以本机通讯地址来区分的。
如对产品地址进行修改，请对应修改侧面标签对应的本机地址，防止出现地址混乱不清楚的现象。
5 结论
文物古建筑是全人类的宝贵财富，保护古建筑、保护人类的共同文化遗产，是我们每一个人的责任。据悉，今年国家文物局将开展多方面工作，其中就考虑到文物建筑类型复杂，将出台《文物建筑电气火灾防护标准》。以新的理念和先进的现代科学技术来面对当前古建筑物防火安全问题，采取有效措施，确保古建筑物的电气消防安全。
参考文献:
[1] GB/T31143—2014.电弧故障保护电器(AFDD)的一般要求[S].
[2] 李新野.浅析古建筑电气火灾的预防.
[3] 安科瑞企业微电网设计与应用手册，2020.06版
作者简介：周颖，女，安科瑞电气股份有限公司，主要从事电气防火限流式保护器的研发与应用，手机：18721095851（微信同号），QQ:2880956070，邮箱: 2880956070@qq.com