漏电火灾报警中故障问题分析
随着社会的进步，建筑智能化、电气化的发展，建筑物内部各种电气线路越来越多。根据不同城市的统计，每年由于电气线路过载、短路、施工不文明、绝缘材料老化等原因，使导线或电缆的绝缘材料损坏引发的火灾中，电气火灾数约占总火灾数的30%，在公共聚集场所甚至达到46%。目前的火灾自动报警是在火灾发生前，建筑物内产生烟雾或温度升高，被灵敏度较高的感烟或感温等探测器所察觉而报警，但这些探测器对线路损坏而产生的微小电弧是无能为力的，正是这些电弧的“星星之火”产生的高温，引燃了附近的可燃物造成火灾。因此，《高规》中提出要设置漏电火灾报警系统，准确实时监控电气线路的故障和异常状态，及时发现电气火灾的隐患，及时报警、提醒有关人员去消除这些隐患，避免电气火灾的发生，这无疑是防止电气火灾的一个有力措施。
1 规范规定
《高规》GB50045-2005第9.5.1规定，高层建筑内火灾危险性大、人员密集等场所宜设置漏电火灾报警系统。《高规》第9.5.2，又规定：
（1）漏电火灾报警系统应能探测漏电电流、过电流等信号，发出声光信号报警，准确报出故障线路的地址，监视故障点的变化。
（2）储存各种故障和操作试验信号，信号储存时间不应少于12个月。
（3）切断漏电线路上的电源并显示其状态。
（4）显示系统电源状态。
从上述要求可以看出:漏电火灾报警系统的要求很高，包括的范围很广，不仅仅是装几个漏电断路器的问题，而是要设置一个完整的能全面实时监控电气线路漏电情况的火灾报警系统。
很多同行在不同的刊物上对漏电火灾报警系统的具体实施提出了宝贵的意见，笔者在此也提出一些看法，与大家讨论。
2 对设置漏电火灾报警系统的意见
建筑物内的配电线路，大体可分为主干线、分支线、专用线以及照明线，而分支线和照明线分布广，所处的环境复杂，敷线的方式各不相同，用电设备种类多，有的用电设备还经常移位，电气接触点也多，因此，这些线路产生的事故远比主干线多。有人主张对事故较多的分支线和照明线进行全面监控，即将漏电保护装置配置到照明箱或动力箱的出线回路（末端线路）上，只要这些线路一发生漏电事故，即可找到问题所在，并及时维护，使事故很快排除，优点颇多。但是建筑物中，不说大型的公共建筑，就是一般的小高层除动力回路外，照明箱就有几十个，每个照明箱平均出线回路按６个计算，照明回路就有上百个，再算上其它回路的回路数就更多，如果这些回路都装设漏电保护装置，则工程量大，一次投资太多。根据国情，还是应该在保证安全的基础上，简化漏电报警系统，尽可能节约投资，减轻业主的负担。
2.1预防电气火灾需要综合治理，不能单靠漏电火灾报警系统来解决
预防电气火灾涉及的范围很广，产生电气火灾的原因也较多，如选用的电线（电缆）不当或采用了不合格的产品、不合理的路径以及敷线方式不规范、线缆的保护管材不符合防火要求、线路和电气设备的保护装置设置不完善、施工安装不文明、运行时随意增加用电设备和用电设备经常移位等，这些都是产生电气火灾隐患的根源。如果这些根源不消除而单纯依靠安装漏电火灾报警系统，则不仅使系统越来越复杂，可能也是无济于事，反而使事故不断，报警频繁，工作人员只能忙于维修。因此，要依靠完善的设计、文明的施工、良好的管理等手段来解决，从“源头”上杜绝电气火灾的发生，将设置漏电防火保护系统与其它措施结合起来，互相协调，这样漏电防火保护系统就有条件简化。
2.2漏电保护装置的装设应重点设防和一般监控相结合
漏电保护的装设范围:可按《火灾自动报警系统设计规范》GB50116-98中第3.1.1条，根据其使用性质、火灾危险性、疏散和扑救难度分为特级、一级和二级的规定进行，即在特级和一级保护对象中选择火灾危险性较大、人员密集的场所、特别重要的房间、具有可燃物的库房等装设漏电保护装置，在这些区域或场所，除干线或总配电箱进线处需要装设漏电保护装置外，在每个具体的供电回路和照明回路上也要装设漏电保护装置，不仅在事故时能发出漏电事故信号，而且平时亦要经常监视线路和设备的正常泄漏电流值的变化，及时发现问题，消除隐患，但并非对具有重点保护对象的建筑物中所有的配电箱或照明箱的出线回路都要装设漏电保护装置，因为这些建筑物中也有线路敷设比较规范的场所，其发生接地电弧短路的可能性较小，在这些地方漏电保护即可简化，只需在总配电箱的总断路器处或总干线上装设简单的具有漏电保护功能的断路器，不必在每个配电箱的每个回路都装设复杂的漏电保护装置。
总之，将建筑物分类、保护对象分级、供电区域列档次，分清主次，重点设防（漏电保护装置装设到配电箱或照明箱的出线处，平时和事故时都可实时监控）和一般监控（漏电保护装置仅在总干线或配电箱的主断路器处装设，只在事故时报警）相结合，不“一刀切”等作法，在一定程度上简化了防火漏电保护系统，节约了投资。
2.3漏电火灾报警系统是消防报警的预报警系统，应简单实用
（1）《高规》9.5.2条，将漏电保护规定了以上四项功能，笔者认为四项功能过于复杂，管得太宽，如“探测过电流信号，发出声光信号报警…储存各种信号和操作试验信号…等”，这不是漏电报警系统的范围，而是供配电系统管理的范围，监控功能重复，不必再去另搞一套;《高规》中还要求针对漏电电流、过电流等，能准确报出故障线路地址，监视故障点的变化，这又将事情复杂化。当前，建筑物的规模愈来愈大，线路和电气设备愈来愈多，要考虑按照以上标准设置的代价太大，是否值得?
（2）《规范》又规定，“漏电火灾报警系统可独立设置，也可与火灾自动报警系统或BA系统集成”。一个建筑物中，保护系统不应搞得太多，否则过于复杂，不好管理，如没有特殊需要，应将性质和功能相同或接近的保护系统，尽可能集成为一个系统。漏电火灾报警系统侧重于火灾隐患的先兆预警，告诉有关人员去检查原因和组织维修，不使事故扩大，是属于线路和电气设备发生故障的范畴;而火灾自动报警系统，侧重于火灾已经发生，有烟雾或热量产生，人员需要紧急疏散和组织扑救，是发生火灾的紧急信号，这是两种不同性质但又相互关联的信号。
因此，漏电报警系统是否自成系统或与其它系统(FA系统或BA系统)集成，应视具体工程而定。
1）一般建筑物：在漏电监测点不太多的情况下，可以与火灾自动报警系统相连接。因为在需要装设漏电保护的区域或场所，一般都设有消防火灾自动报警系统，漏电保护装置的动作信号和检测到的漏电电流(经过变送器)，可以在就近很方便地接入消防输入模块，传送到消防控制室(经常有人值班)，这样就可充分利用消防系统中的设备资源和人力资源，也便于集中统一管理，节省大量投资。但这两种信号的显示应有明显的区别。
2）大型建筑物：在漏电监测点比较多的情况下，需要设置独立的漏电监测报警系统作为电气设备监控系统中的一个子系统，进行BAS管理，不宜与火灾自动报警系统相连，避免火灾自动报警系统受到过多的干扰。
3 漏电保护装置装设在单相或三相上，其检测到的电流是不同的
为了使装设的漏电保护装置能达到防止电气火灾的目的，对装设的方式是否合适，装设单相漏电保护还是装设三相漏电保护呢应做具体分析。
3.1漏电保护装置装设在单相上（见图1、图2）
单相线路上装一个电流互感器，作为检测漏电电流的探测元件，使相线和中性线“N”穿过电流互感器，此时检测到的电流为:
（1）正常情况：单相配电系统的正常泄漏电流■La等于通过漏电保护装置的相线电流■a和中性线电流■n瞬时值的矢量和。即
■La=■a+■n（1）
（2）事故情况：相线发生非金属性单相接地短路(对地产生电弧)，设接地短路电流为■d，则漏电电流
■LΣ=■A+■N=■La+■d=■a+■n+■d（2）
由此可见，单相配电系统事故时的泄漏电流■LΣ，等于通过漏电保护装置的相线电流IA和中性线电流IN瞬时值的矢量和，亦即是漏电保护装置的检测装置装设在单相上，在正常情况，可以检测到线路和设备的正常泄漏电流，事故时又能检测到正常泄漏电流和接地短路电流两部分电流的矢量和，当ILΣ的有效值大于漏电保护装置动作电流的设定值时，漏电保护器动作，发出信号或脱扣跳闸。
3.2漏电保护装置装设在三相上
三相线路上装一个大电流互感器，作为检测漏电电流的探测元件，使三根相线和中性线“N”都穿过电流互感器（见图3）。此时检测到的电流为：
（1）如供电系统无故障，亦无正常泄漏电流(理想情况)时，不论供电系统是否平衡，漏电保护装置检测到的电流均为零，即
■A+■B+■C+■N=0（3）
（2）事实上，三相线路和设备正常时总有一些正常泄漏电流，此时三相正常泄漏电流瞬时值的矢量和为：
■L=■LA+■LB+■LC=■A+■B+■C+■N（4）
通过漏电保护装置的泄漏电流值为:
■L=■LA+■LB+■LC（5）
（3）假如三相正常泄漏电流平衡
■LA=■LB=■LC则■L=0（6）;
此时三相漏电保护装置检测到的正常泄漏电流为零;
（4）假如三相正常泄漏电流不平衡
如：■LA=■LC≠■LB则■L≠0（7）
此时三相漏电保护装置检测到的电流为三相不平衡的正常泄漏电流，其大小与不平衡程度有关，见图4中的附表1。
现在假定在A相上又发生非金属性单相接地短路（对地产生电弧），其短路电流为Id=300m■；此时三相漏电保护装置检测到的漏电电流为：
（5）在三相正常泄漏电流平衡时：
■L=■LA+■LB+■LC+■d=300mA
此时正常泄流电流为零，但能检测到事故短路电■d=300mA见图5。
（6）从图6和附表2中可看出，在三相正常泄漏电流不平衡时：
■L1＜■L2＜■L3
此时检测到的是不平衡的正常泄漏电流及事故短路电流的矢量和，其电流大小应视不平衡的程度而定。在某种情况下，三相检测到的电流可能会比事故相的短路电流或最大相的不平衡电流还小，不能反映每相真实的漏电电流的情况。
从以上分析可以得出以下结论:
（1）在单相配电系统中，单相漏电保护装置正常时，检测到的电流为线路和设备的正常泄漏电流，发生单相非金属性接地短路时，检测到的电流为正常泄漏电流和接地短路电流的矢量和。
（2）在三相正常泄漏电流平衡的情况下（理想情况），三相漏电保护装置检测到的电流为零；在三相正常泄漏电流不平衡的情况下，三相漏电保护装置检测到的是三相不平衡的正常泄漏电流。
（3）目前生产的三相漏电保护装置的探测器（或三相漏电断路器）的检测漏电电流的原理，大多是所有相线和“N”线都穿过一个电流互感器，其额定漏电动作电流（额定剩余动作电流）是按采集到的三相不平衡电流设定的，如用在三相进线、单相配电的情况，三相漏电断路器的动作不能反映各相实际的漏电情况，有可能漏电保护装置或漏电断路器还未动作，但有的相线漏电电流可能已超过引发火灾电流的最小限值，因此以上结构的三相漏电保护装置或三相漏电断路器，适用于在三相正常泄漏电流平衡或基本平衡的回路中。
（4）重要场所中，平时需要监控每相正常泄漏电流的变化；事故时又要监控全部的漏电电流。此时漏电保护的检测装置应具有三个独立的电流互感器或三个单相的漏电断路器，并分别装设在每个相线上，每相的“N”线必须通过各自的电流互感器（见图7）。
4 漏电火灾报警系统的设计
4.1漏电保护在一般住宅楼中的装设
《住宅规范》GB50096-1999规定：“每栋住宅的总电源进线断路器，应具有漏电保护功能”。经过多年的实践，有较多的资料表明，安装在住宅楼总进线开关处的RCD（其动作电流采用300mA，有的采用500mA），一旦跳闸，维修人员很难找到故障点，在未查清故障并排除故障以前很难合闸，中断供电时间过长，则影响生活用电，有些地方感到装了RCD反而不好用，于是将已安装的RCD又拆卸了。
笔者认为，以上情况首先应该明确漏电保护的报警信号是预告警信号。《住宅规范》只规定总电源进线断路器应具有漏电保护功能，并没有规定一定要跳闸，可以只发预警信号，告诉有关人员去查找问题，组织维修，这就不存在乱跳闸和乱停电的问题。现在的问题是，发出的报警信号往哪里送?报警后，哪个部门来处理?这些组织管理上的问题，需要多方协调解决。
除以上管理问题外，总断路器经常跳闸还应考虑以下因素:
（1）在设计阶段，无法实测正常的泄漏电流值，只能按现有资料估算。由于正常泄漏电流与多种因素有关，项目建成后，正常泄漏电流，由于某种因素的影响增大了，超过了原设计漏电保护动作电流的预计值，使漏电断路器跳闸。因此，项目建成后必须对漏电断路器按实际的漏电电流进行校验，亦应采用可调式的漏电断路器;
（2）住宅供电，一般采用TN-C系统供电，在进户处设置重复接地，PE线和N线在此连接并接地，使TN-C系统变成TN-C-S系统，进户后“N”线应与相线一样保持绝缘，使建筑物内的“N”线只有一点接地，安装时不慎，有可能在建筑物内的“N”线与其它的接地装置或“PE”线相碰接，即形成“N”线的多点接地，产生杂散电流，使RCD误动;
（3）有些施工单位错误地认为，“PE”线和“N”线在重复接地处已经连接并接地了，将“N”线当做“PE”线使用，在连接设备或插座时，将“PE”线和“N”线接错，使RCD误动;
（4）穿管敷线时不文明施工，破坏了导线或电缆的绝缘，留下了接地的隐患。
一般住宅供电以三相进线单相配电者居多，三相正常泄漏电流一般是不平衡的，装设在主断路器处的三相式漏电断路器或漏电保护装置，不可能监控每相漏电电流的实际变化，因此建议采取下列方案:
1）一栋楼中的每个单元一般都有一个电表箱(或总配电箱)，在电表箱内每个用户出线处装设单相两极的RCD，用户的配电线路和设备均在漏电断路器的保护范围内，平时可检测到每户漏电电流的变化情况，事故时也反映真实的全部漏电电流，到达设定值时发出信号，不脱扣跳闸，这个方案设备集中，每户漏电情况直观，容易发现火灾隐患，检查方便、停电范围小，投资虽增加一些，但没有以上缺点，易操作、故障点易发现并好维修。
2）在总进线处装设具有三个独立的电流互感器或三个单相的漏电断路器，分别装设在每个相线上，并且每相的“N”线必须通过各自的电流互感器，见图9（b）。这个方案可直接监控每个相的正常漏电情况，只要其中有一相事故，即可发出预告警信号，停电范围比（1）稍大一些，但投资小，检查亦比较方便。
如果住宅小区有消防控制室(或总值班室)，除单元电表箱上有信号指示外，还可以将每个单元电表箱内的漏电断路器的动作信号（无源常开接点）接入消防自动报警的输入模块（见图8）。
一个单元一个地址码，传送到消防控制室的消防自动报警控制器，组成一个包括漏电保护在内的消防自动报警系统，漏电断路器只发出声光信号，不脱扣跳闸、不停电、不影响生活，如能及时组织维修，即能及时发现电气火灾隐患，能有效防止电气火灾，在消防控制室内的漏电保护信号和火灾报警信号的显示，应有明显区别。
4.2漏电保护在高层建筑中的装设
高层建筑一般采用干线式供电，干线采用母线槽或分支电缆，电能通过干线和层配电箱，送到各层的用电点，如该层没有火灾危险性大的用户、人员密集的区域和重要的房间，三根相线的正常泄漏电流相对来说亦较小，而且基本上是平衡的，则可在每层总配电箱的总开关处，安装三相漏电保护装置见图9（a）。
如层内除一般的用户以外，还有火灾危险性较大的场所或重要的房间，如娱乐场所、网吧、重要的档案库等，需要随时监视正常泄漏电流的变化情况，则应在层总配电箱内装设单相漏电保护装置，其接线见图9（b）。
此时除漏电保护装置的预报警无源常开接点，通过消防输入模块传送到消防自动报警控制器外，还应设有通讯总线，将采集到的漏电电流的数值传送到漏电电流控制机，实现遥测、遥控，集成一个包括漏电火灾报警在内的火灾自动报警系统。
高层建筑中的用电设备，除由干线供电外，还有直接从变电所或总配电站用放射式供电的用户，这些用户大多是三相用电设备，还有个别的单相用电设备，可根据用电设备的重要性，在供电始端装设三相或单相漏电保护装置解决予以，但应注意，一旦漏电保护装置切断电源时，会造成事故或重大经济损失的电气装置或场所(如公共场所的疏散通道照明、应急照明，消防电梯及确保公共场所的安全设备，消防电源、防盗照明电源、其它不允许停电的特殊设备和场所)应装设动作于信号的漏电保护装置，将信号发给消防值班室，由值班人员视情况采用手动方式处理，确保了重要设备供电的不间断性和用电的安全性。
5 结束语
（1）设置漏电报警系统是防止电气火灾的有效手段，是火灾自动报警系统的预报警系统，又属于供配电系统电气故障的监控范围，是否自成系统或归属到FA系统还是BA系统，应视工程实际情况而定，不必好大喜全，力求简单有效；
（2）根据工程的实际需要，正确选择单相式或三相式的漏电保护装置，才能起到应有的作用。
参考文献
1《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045-2005）
2蒋礼堂.也谈住宅总进线设置漏电保护.《建筑电气》2001；4
3《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116-98）
4《漏电火灾报警系统设计统一技术措施》（供讨论用）
