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      公司新聞

      什么是熱解氣體粒子式電氣火災監控探測器

      2017/2/19    來源:    作者:天龍電子科技  瀏覽次數:2914

      低壓配電柜是電氣火災的高發部位,而對配電柜的電氣火災監控目前的電氣火災監控設備都有其弊端; 介紹一種新型的探測熱解氣體粒子式電氣火災監控設備, 并通過試驗分析其探測性能特點, 可廣泛應用于低壓配電柜內電氣火災的監控,并可防止配電柜內灰塵、電磁干擾等。關鍵詞: 低壓配電柜; 電氣火災監控; 熱解粒子; 干擾; 塑化劑探測; 廣譜傳感器; 模擬試驗;成分譜圖。


         近年來我國電氣火災持續多發, 有關資料顯示,2012 年全國發生的電氣火災占到火災事故總數的41 %, 2013 年全國發生的電氣火災占火災總數的32. 2 %, 電氣故障引發的火災在城市火災事故中已列到火災成因的首位。根據對配電線路故障引發電氣火災原因的分析和統計, 配電線路故障引發的火災主要集中在短路、過負荷、接觸電阻過大、漏電等幾個方面。短路、元器件或線纜過負這些起火原因會反映為導體發熱, 使周圍物質達到著火點后起火。這類由發熱導致的電氣火災占到全部電氣火災的66 % 左右。低壓配電柜在低壓供電系統中負責電能的控制、保護、測量、轉化和分配。我國電能的80 % 左右都是通過低壓成套設備供出, 可以說凡是使用電氣設備的地方都需要配備。由于低壓配電柜內部元器件及接頭相對較多, 內部發生短路、過負荷、接觸電阻過大、漏電等電氣故障的幾率較大, 因此, 低壓配電柜是低壓配電系統中需重點保護的部位, 對配電柜內部進行電氣火災防控, 可明顯減少電氣火災事故的發生。1 目前低壓配電柜使用的電氣火災監控技術的局限性目前用于低壓配電柜電氣火災監控的有測溫式電氣火災監控探測器、剩余電流式電氣火災監控探測器和感煙火災探測器。其中測溫式電氣火災監控探測器是通過接觸式熱傳導器件監控配電柜內頭處的溫度變化, 當接頭過多時, 測溫式電氣火災監控探測器因設置復雜而不適用; 剩余電流式電氣火災監控探測器只能檢測剩余電流; 感煙探測器包括離子感煙火災探測器、光電感煙火災探測器、紅外光束火災探測器以及高靈敏度的吸氣式火災探測器, 這些感煙探測器探。


         測的均是煙霧粒子, 容易受到灰塵的干擾, 而配電柜恰是一個容易堆積灰塵的場所, 利用這些感煙探測器進行配電柜電氣火災監控時最大的問題是易引起誤報。2 探測配電柜熱解氣體粒子式電氣火災監控技術熱解粒子, 顧名思義就是物質受熱時分解出的粒子, 此種粒子是能夠以自由狀態存在的最小物質組分。無論何種原因引起的電氣火災, 都體現為導體發熱, 低壓配電柜內發生的電氣故障主要的發熱體是電線與保護電器, 因此, 在低壓配電柜內發熱分解出的粒子主要是煙粒子及氣體粒子。為了給熱解粒子電氣火災監控技術的工程應用提供技術支持, 公安部消防局成立課題組, 利用粒徑分析儀器進行相關試驗, 發現試驗材料(電線與保護電器) 存在一個具有臨界特點的熱解溫度, 低于該溫度, 熱解產生的煙氣量極低, 無法進行可靠探測, 當受熱溫度高于該臨界溫度后, 煙氣開始加劇析出。電線及保護電器材料的臨界溫度一般都在150 ~ 220 ℃ 區間, 通過光學煙密度計測量此區間的煙粒子濃度的響應范圍為0. 02%obs /m~ 0. 52 % obs / m, 而目前可對此范圍煙粒子濃度進行早期探測的主要是吸氣式探測器及激光探測器。但此兩種設備的探測原理均是由激光或LED作為光源, 探測器直接根據散射的狀況作為火災判定的依據, 沒有辦法避免灰塵、水汽等原因引起的誤報, 即使加裝過濾器效果也不大。試驗同時發現, 當試驗材料受熱到150 ℃ 開始, 就會發出一種燒膠皮、燒塑料的難聞氣味,主要是電線因過熱燒焦絕緣外皮所散發的氣體。此種氣味的出現甚至早于煙粒子的析出。低壓配電柜內發生電氣故障時主要的發熱體是電線與保護電器, 發出那種難聞氣味的也主要是電線的聚氯乙烯(PVC) 絕緣外皮及保護電器的絕緣護套(ABS 材料)。在此基礎上課題組研制開發了探測熱解氣體粒子式的電氣火災監控技術, 此種技術不但可以進行配電柜內電氣火災的早期探測, 還能很好地解決配電柜內灰塵的干擾。經試驗兩種材料的熱解臨界溫度在150~ 220 ℃ (加熱盤溫度) 區間。我們選取6 種不同廠家電線的PVC 絕緣外皮和2 種不同廠家保護電器的絕緣護套(ABS 材料), 利用熱裂解器將8 種樣品分別在150℃裂解, 將其析出氣體送入氣相色譜- 質譜聯用儀進行氣體成分分析, 6 種PVC 絕緣外皮的譜經與標準譜圖對比分析, 主要的氣體為鄰苯二甲酸二(2 - 乙基己) 酯(是一種常用的塑化劑), 其次還有少量的鄰苯二甲酸單(2 - 乙基己基) 酯、反式角鯊烯、二十一烷。


        要成分為C12H22N2O2及少量塑化劑。從試驗分析結果得出, 塑化劑是配電柜內導體發熱產生的主要氣體成分。經調研, 目前并沒有專門探測塑化劑的傳感器, 因塑化劑屬于酯類,因此我們選取了現有的幾家包含酯類探測的廣譜傳感器進行試驗。試驗在固定式低壓配電柜內進行, 模擬低壓配電柜內導線的PVC 材料或保護電器的ABS 材料由于電氣故障發熱的情況, 試驗裝置如圖3 所示,試驗材料分別選。 ①PVC 絕緣層:BV2. 5 mm2, 35 cm, 剪碎成3 cm 長小段, 取3 段。②ABS 絕緣: 50 mm× 40 mm × 1 mm, 密度約1. 05 g / cm3。加熱盤溫升速率為10℃/min。由于傳感器本身反應的靈敏度問題及生成氣體的擴散問題, 探測熱解氣體粒子的電氣火災監控設備需要一定的反應時間, 經試驗需要在250 ℃ 左右報警, 我們將監控設備內加入小型吸氣泵, 可加速報警(220 ℃ 左右)。


      熱解氣體粒子式電氣火災監控與其他探測器對比


         由于剩余電流式和測溫式在低壓配電柜內探測的局限性, 故僅對氣體及煙霧式的幾種探測器進行對比, 即吸氣式火災探測器、點型激光火災探測器、探測熱解氣體粒子式火災探測器3 種低壓配電柜電氣火災監控設備, 如圖4 所示。吸氣式火災探測器、點型激光式火災探測器均可在200 ℃ 前報警, 而探測熱解氣體粒子式火災探測器需要在220 ℃ 左右報警。雖然在報警時間上, 探測熱解氣體粒子式電氣火災監控設備并未體現出優勢, 但在灰塵干擾試驗中吸氣式、點型激光探測器均發生誤報現象, 而探測熱解氣體粒子式電氣火災監控設備由于其探測的機理不同,未發生誤報現象。


      展望

         低壓配電柜作為配電系統中電氣火災頻發的部位, 由于低壓配電柜故障幾率、電氣部件、內部空間、電磁環境、燃燒產物、保護級別等極具特殊性,目前的監控技術應用于配電柜火災防控有很大局限性。探測熱解氣體粒子式電氣火災監控設備受我國目前傳感器技術水平的限制, 在報警時間上未體現出強烈的優勢, 但其抗灰塵干擾的能力, 更適用于配電柜內早期故障的發現, 可廣泛應用于各種類型的低壓配電柜電氣火災監控設備。

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