浅析消防控制设备的接地设计

来源:用户上传      作者:

　　 摘要：本文阐述了消防控制设备的发展历史，消防控制设备接地的种类和作用，消防控制设备接地的要求，消防控制设备接地的设计及竣工验收。
　　 关键词：消防控制设备；接地；联动控制；开关量；模拟量；接地电阻；火灾自动报警
　　 随着我国改革开放的不断深入，经济建设亦得到了迅速发展，建筑业正发生着日新月异的变化。城镇的建筑物正朝着高层化、密集化、多功能化方向发展，建筑物的装修用料和方式也越趋多样化，用电负荷也随着加大，这就对建筑消防工作提出了更高、更严格的要求。
　　 由于计算机技术和现代通讯技术的应用及发展，使消防设施的自动化、智能化水平不断地得到提高，消防技术实现了火灾自动监测、自动预报、自动灭火过程。这也对消防设计工作提出了更高、更严格的要求。为科学化、规范化管理消防工作，国家已颁布实施了《消防法》。
　　 笔者在消防工程施工过程中发现，电气专业在消防设计中往往忽视了消防控制设备的接地及其做法要求。本文就对消防控制设备的接地做个简单地分析，藉以引起设计师们在消防工程设计中对消防控制设备的接地给予应有的重视。
　　 一、火灾自动报警设备的发展历史
　　 本文所说的消防控制设备，是指火灾自动报警设备、自动灭火联动控制设备、火灾事故广播设备、火灾通讯设备等。
　　 纵观火灾自动报警设备的发展历史，已由“在线开关量报警方式”过渡到“在线模拟量报警方式”，现正朝着“无线智能化报警方式”发展。
　　 所谓“在线开关量报警方式”，是指火灾自动报警设备的火灾自动报警探测器在其内部电路设计过程中，人为地赋予它一个固定的报警阀值。当报警因素（如烟雾浓度、环境温度等）达到一定程度时，探测信号超过了探测器内部电路设置的报警阀值，则探测器进入报警状态并通过通讯线路将报警信号传送到火灾自动报警设备。这一类火灾自动报警设备所接收的报警信号中只存在“有火警”――报警因素高于报警阀值所要求的状态和“无火警”――报警因素低于报警阀值所要求的状态这两种状态，因而不能反应出一个火灾报警的全部发生过程。而当探测器在探测区域内受到诸如潮湿、粉尘、温度及元器件参数变化等非火灾因素影响，其影响因素又高于报警阀值所要求的状态时，就会发生误报警现象。
　　 所谓“在线模拟量报警方式”，是指火灾自动报警设备的火灾自动报警探测器将报警因素（如烟雾浓度、环境温度等）模拟量转换为数字量传送于火灾自动报警设备，经由火灾自动报警设备对其变化率进行计算、比较，当其变化率超过火灾自动报警设备自动确认的初始值时，则确认为“有火警”，否则进一步确认为“火警预警”和“有火警”。这是一个对火灾发生进行完整模拟的过程。进而避免了“有火警”和“无火警”的简单判断，反映出了一个火灾自动报警的全部发生过程。由于这类火灾自动报警设备在报警因素监测过程中，是对其变化率进行监测的，而不是对其变化量进行监测，故可经过数据运算，自动确认其新的初始值。因而避免了探测区域内诸如潮湿、粉尘、湿度及元器件参数变化等非火灾因素对火灾自动报警设备的影响，尽而从根本上避免了非火灾因素引起的误报警。
　　 “在线模拟量报警方式”和“在线开关量报警方式”的根本区别在于：模拟量火灾自动报警探测器内部电路中不存在人为赋予的报警阀值，探测器将烟雾浓度、环境温度及非火灾因素等报警因素转换成为具有一定数值的数据信息。即“模拟量信号”传送于火灾自动报警设备，尽管这个模拟量信号随着报警因素的变化而变化，但经过火灾自动报警设备对这个模拟量信号进行数据处理，即可得到真实的火警信息，从而确定其“无火警”、“火警预警”和“有火警”状态。
　　 所谓“无线智能化报警方式”，是“在线模拟量报警方式”的进一步发展，将在线方式工作变为无线方式工作。这正是火灾自动报警设备从多线制到总线制、再到无线制发展历史及发展趋向的真正体现。
　　 随着现代电子科学技术的飞速发展，模拟量火灾自动报警方式已经成为火灾自动报警设备发展的必然趋势，且正朝着集散式通讯控制模式发展。火灾自动报警设备也因此成为了名副其实的计算机控制设备，而与火灾自动报警设备相辅相承的自动灭火联动控制设备，火灾事故广播设备，火灾通讯设备也越来越计算机化了。这就对消防控制设备的接地设计提出了不容忽视的要求，接地的好坏直接影响到消防控制设备的运行质量。
　　 二、消防控制设备的接地意义
　　 将电力系统、电气装置和电气设备的某一部分与大地做良好的电气连接就称为接地。接地对电力系统和电气设备的安全（免遭损坏）及其可靠运行，对操作、维护、运行人员的人身安全都起着很大的作用，对电子设备及计算机控制设备的可靠运行起着至关重要的作用。因此，必须根据有关规定、规范的要求，精心地进行接地设计，必须严格地按照设计进行施工。在投入运行后，还必须进行定期维护，并检测接地电阻值，使其低于规定值。只有这样，接地才能起到它应起的作用。对于消防控制设备来说，才能使其更稳定更可靠地运行，发挥其应有的功能：及时发现火灾、及时扑灭火灾，将火灾损失降低到最低程度。
　　 三、消防控制设备的接地类别
　　 按照接地所起的作用进行分类，接地一般可分为：工作接地（功能性接地）、保护接地（包括接零）、防静电接地、防雷及防过电压接地、屏蔽接地（隔离接地）以及其他特殊接地。
　　 工作接地是一种功能性接地，主要是指包括高、低压在内的电力系统的接地。在正常或事故情况下，为保证电力系统和电气设备的可靠运行，必须将电力系统中某一点（如发电机、变压器的中性点、电动机的中性点、某一相的中点、防止过电压的避雷器的某一点等）直接或经消弧线圈、电抗器、电阻器、击穿熔断器等设备与大地做良好的电气连接，这便是工作接地。工作接地一般是指中性点接地。
　　 保护接地是指电气设备或电气装置的正常不带电的金属部分和金属外壳的接地。在大多数场合，保护接地能够防止人员触及因绝缘损坏，漏电而带有危险电压的金属部分而遭到的电击；保护接地也能够防止因漏电或对地短路引起的火灾和对电子设备、计算机控制设备电子线路的危害。因而消防控制设备应设置保护接地。
　　 防静电接地是为了消除生产及设备运行过程中产生的静电而设置的接地。静电是由于电介质相互摩擦或电介质与金属摩擦而生成的。静电电压可高达数千伏，因而静电产生的危险电压，不但危及人身安全，且静电的放电火花，往往造成火灾和爆炸事故，且对电子设备、计算机控制设备的集成电路装置亦可造成严重危害。因而消防控制设备应设置防静电接地。
　　 防雷及防过电压接地是为了消除雷击和过电压的危险影响而设置的接地。由于消防控制设备均在建筑物内，而建筑物已考虑过防雷，而电器配电中已考虑过防雷及防过电压，故消防控制设备可不设置防雷及防过电压接地。
　　 屏蔽接地是为了防止电磁感应对电子设备、计算机控制设备、电力设备的金属外壳、屏蔽罩、屏蔽线的外皮或建筑物金属屏蔽体等带来危害而设置的接地，因而消防控制设备应设置屏蔽接地。
　　 四、消防控制设备的接地
　　 1．消防控制设备接地的目的
　　 消防控制设备接地的最主要的目的是为了保证消防控制设备自身的可靠工作，与强电设备相比，消防控制设备工作的显著特点是频率高、电平低、电压、电流的非正弦性。这样，一方面消防控制设备本身就是干扰源，另一方面消防控制设备又特别容易受到外部干扰的影响，接地可以抑制外部干扰对消防控制设备正常工作的影响，亦可以减少消防控制设备对外部设备的干扰，而消防控制设备接地的另一个目的就是为了保证消防控制设备自身和操作人员自身的安全。

　　 2．消防控制设备接地的分类
　　 消防控制设备的接地与电气设备的接地，既有共同性，又有其自身的特殊性。
　　 由于消防控制设备均使用交流220伏电压供电，故消防控制设备应设工作接地，还应设置保护接地。由于消防控制设备均在建筑物的室内，故可不设置防雷及防过电压接地，而为了使消防控制设备可靠工作应设置防静电接地及屏蔽接地。除此而外，消防控制设备还有其自身的系统接地和功率接地，这就是消防控制设备接地的特殊性了。
　　 系统接地，又称逻辑接地，它是为消防控制设备的各个部分、各个环节提供稳定的基准电位而设置的。一般是零电位即零伏，这个地可以接大地，也可以仅仅是一个公共点，若不与大地相连，则称为系统接地的悬浮工作状态。根据《火灾报警控制器通用技术条件》GB （4717―93）和《联动灭火控制器通用技术条件》（GB 16806―97）的规定：我国将只采用接大地的系统接地而不采用系统接地的悬浮工作状态。
　　 消防控制设备中强电部分，如交流电源、直流电源、继电器、指示灯等电路需要接地，这种接地称为功率接地。当直流和交流电路分开接地时，则分别称为直流功率接地和交流功率接地。
　　由以上分析得知：消防控制设备的接地应该采用联合接地，但不包括仅有火灾自动报警设备的消防工程。
　　 3．消防控制设备接地的作用
　　 消防控制设备接地的作用就是为了使消防控制设备能稳定的工作，减少误报警及误动作，提高消防控制设备工作的准确性、可靠性和及时性，提高消防控制设备的抗干扰性，抑制消防控制设备对其他电气设备的干扰，防止操作人员带来的危害及保证消防控制设备和操作人员自身的安全。
　　 笔者在新疆高等级公路管理局外宾馆消防工程施工中对消防控制设备接地的作用有了更深切的体会。
　　 新疆高等级公路管理局外宾馆消防工程竣工交付甲方使用两个月后，系统频频误报警，导致误动作。经现场检查，发现接地体被新建工程时挖断，经测接地电阻为100欧，后新增接地极和接地体。由于现场受限制，接地电阻仅降为30欧，虽然大大降低误报警频率，但是仍然还存在误报警，待新工程施工后，又增加接地极和接地体并与新建工程接地联成统一接地网，接地电阻降为0.7欧左右。此时消防系统恢复正常，不再出现误报警。通过这一实践，使我对消防控制设备的接地有了更深的认识，对其接地的作用有了更加深切的体会。
　　 五、消防控制设备接地的设计
　　 1．消防控制设备接地应设计的种类
　　 经过上述分析得出：消防控制设备接地应设置工作接地、保护接地、防静电接地、屏蔽接地、系统接地、功率接地等。就简单的消防工程而言，若只有火灾自动报警系统，则仅设置工作接地、保护接地或二者合一即可。但对复杂的消防工程而言，则应设置联合接地。
　　 2．消防控制设备接地的规定
　　 在《火灾自动报警系统设计规范》（GBJ 116―88）中对消防控制设备的接地作了如下专项规定：
　　 第3.4.1条消防控制室的接地电阻值应符合下列要求：
　　 <一>工作接地电阻值应小于4欧；
　　 <二>采用联合接地时，接地电阻值应小于1欧。
　　第3.4.2条当采用联合接地时，应用专用接地干线由消防控制室引至接地体。专用接地干线应用铜芯绝缘导线或电缆，其线芯截面积不应小于16平方毫米。
　　第3.4.3条由消防控制室接地板引至各消防设备的接地线，应选用铜芯绝缘软线，其线芯截面积不应小于4平方毫米。
　　 由此规范的规定可得出消防控制设备接地的重要性。
　　 3．消防控制设备接地的设计
　　 消防控制设备接地的设计可分为四个阶段：
　　 第一阶段为收集资料阶段。为了进行设计计算，应收集以下资料：
　　 a、安装接地装置处土壤的土质、土壤电阻率、测量的日期及前一日的气候条件。
　　 b、复杂土壤各层的厚度、土壤中含水分多少及地下水深度。
　　 c、渗透中的含盐量。
　　 d、多年来的1月份及7月份的平均温度。
　　 e、每年的平均降雨量。
　　 f、河流冻结时间及土壤冻结的深入。
　　 g、接地装置范围内水管敷设及布置情况。
　　 第二阶段为设计计算阶段。其计算过程与电气接地电阻值的计算过程完全相同，在此不多叙述。
　　 第三阶段为验算阶段。其验算过程与电气接地电阻值的验算过程完全相同。在此不多叙述。
　　 第四阶段为绘图阶段。根据已确定的数据及接地形式，绘制下列图纸：
　　 a、接地网总布置图。
　　 b、接地装置布置图。
　　 c、接地装置的焊接图。
　　 d、接地装置的敷设图。
　　 4．接地板、接地体及接地极的选择
　　 为节约有色金属，应尽量采用钢材作为接地极及接地体。对于高层建筑应尽量利用其基础的钢筋作接地极，这样做可以节约投资。
　　 根据《火灾自动报警系统设计规范》（GBJ 116―88）的规定，应保证专用接地干线及接地线的材质及截面要求。
　　 值得注意的是：当采用联合接地时，在消防控制室内应设一450×450×（1.5～2）毫米的铜板作为专用接地板，其接地干线、接地线、接地支线均应涮锡后接在接地板上。
　　 六、消防控制设备接地的竣工验收
　　 1．消防控制设备接地施工时，是否按设计施工图进行；
　　 2．所选材质是否符合设计要求；
　　 3．接地极、接地体及焊接处是否按设计施工图进行，是否按设计要求做了防腐处理；
　　 4．接地电阻值是否符合设计要求；
　　 5．当消防控制设备采用联合接地时，验收其接地电阻值时，应使联合接地网上的电力负荷全部切除，否则其测试值是不准确的。
　　 笔者在火炬大厦消防工程施工时发现，当变压器启动运行时，检测到接地电阻值为0.5欧左右；当变压器被切除时，其接地电阻值为6欧。后在同一地点、同一时间采用相同条件两次重复测试，亦证实了这一点：当变压器启动运行时，接地电阻为0.8欧；当变压器被切除时，其接地电阻为9欧。导致此结果的原因本文暂不做讨论。
　　
　　参考文献：
　　[1]李东明主编.自动消防系统设计安装手册[M].北京:中国计划出版社,1996年5月第1版
　　[2]陈延镖著.钢铁企业电力设计手册[M].北京:冶金工业出版社,1996年1月第1版
　　[3] 航空工业部第四规划设计研究院等编.工厂配电设计手册[M].北京:水利电力出版社,1983年11月
　　[4]《火灾自动报警系统设计规范》（GBJ 116―88）
　　[5]《火灾自动报警系统施工及验收规范》（GB 50166―92）
　　[6]《火灾报警控制器通用技术条件》（GB 4717―93）
　　[7]《联动灭火控制器通用技术条件》（GB 16806―97）
　　作者简介：
　　 傅弘，男，汉族，1974年2月19日出生，山西省吕梁市中阳县人，2007年7月于中国青年政治学院法学专业本科毕业，现任职于新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市公安消防支队达坂城区大队大队长

转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-573063.htm