浅谈电气防火限流式保护器在博物馆消防安全问题及防火中的应用

【摘要】历史上，博物馆火灾事故不断发生，给人类文化遗产造成了重大的损失，做好博物馆消防工作势在必然。本文在阐述博物馆消防工作重要性的基础上，揭示并分析了博物馆存在的消防安全问题，提出提升博物馆消防安全水平的对策建议。
【关键词】博物馆；电弧；短路；
0前言
      博物馆是高度浓缩的历史和世界，是存储自然和文化遗产的巨型宝藏。截至目前，我国博物馆总数已达5 000余家，它们连接古今，超越时代和国界，给人们带来了无数文化盛筵，具有巨大的社会价值、文化价值和经济价值。
然而，博物馆正面临着巨大的火灾风险。2019年4月1 5日下午6时5 0分左右，法国巴黎圣母院发生火灾，着火位置位于圣母院顶部塔楼，屋顶烧毁，一座尖塔倒塌。2018年9月，巴西国家博物馆发生火灾，整个建筑被烧毁，馆内2 0 0 0万件藏品只有大约1 0%幸免于大火，举世震惊。历史上，博物馆火灾事故屡见不鲜，造成的损失更是难以计数。博物馆一旦发生火灾，大量无价之宝瞬间就会消失。因此，做好博物馆消防安全工作，预防火灾发生，对减少火灾损失至关重要。日常，要加强对博物馆火灾危险性分析，采取有针对性的消防安全措施，降低博物馆面临的火灾风险。
1消防安全问题
1.1电气火灾风险高
      在所有建筑火灾事故中，由电气因素引发的火灾所占比例*高。在博物馆火灾事故中，电气也是重要的诱发因素。和其他建筑一样，博物馆内存在大量电气线路、设备和用具，面临着很高的电气火灾风险：如为了体现不同场景下的灯光效果，经常大量使用各类照明灯具；大量使用LED屏，部分LED屏直接临近可燃物安装；为了使三维立体模型效果更逼真，采用动力机械、变压器等设备，使用电脑、打印机、自动售货机、自助查询机等现代电子设备，布设大量电线电缆，存在大量接线；设备在使用、维修过程中发生电气故障，引发火灾；经常举办临时展出，导致临时用电增加，用电负荷增大；额外铺设电线电缆，诱发电气火灾。
1.2存在多种引火源
       除了电气因素引发火灾外，博物馆还面临着多种类型引火源的威胁，主要有自然引火源和人为引火源两类。自然引火源主要包括：静电引发博物馆内的易燃物;雷击引发火灾。人为引火源主要包括：人们放飞的孔明灯等明火源从外界飘人博物馆；参观人员携带火柴和打火机等引火源进人博物馆；吸烟者进人博物馆后乱扔未熄灭的烟头；在博物馆进行施工或藏品维修的过程中，进行电焊、气焊作业施工产生的电火花、气焊施工中使用的明火等。
1.3存在易燃危险品
      博物馆内一般设有藏品库区和技术工作区，由于文物保护、修复等工艺的需要，往往使用并储存一定量的化学药品，其中很多是易燃危险品。这些药品的使用，*地增加了博物馆的火灾危险性:由于制作处理标本、文物修复和复制的需要，博物馆内通常使用乙醇、丙酮、汽油、甲醛等,并有一定量的存放，它们都是易燃化学品；为了防止藏品受到虫害或者被虫卵、霉菌感染，博物馆常需要使用杀虫剂进行杀虫和灭菌，很多杀虫剂都是易燃危险化学品;博物馆在改造、维修及展出筹备期间，常需要进行喷漆作业，用到的油漆、稀释剂等都是易燃危险品，当遇到静电或明火时容易被引燃。
1.4火灾荷载大
      可燃物种类、数量和分布是决定建筑火灾蔓延的重要因素。由于历史和使用功能方面的原因，博物馆建筑大量采用可燃材料建造和装修，馆内物品种类多、分布广，其中很多都是可燃物，整体火灾荷载很大。博物馆一旦发生火灾，火势很容易蔓延，难以控制：不少博物馆以传统的木结构为主，使用木材作为主要建筑材料，导致其本身容易着火；一些博物馆建筑本身的防火性能差，耐火等级低，博物馆内部常常采用木地板等可燃材料进行装修；博物馆内存放的丝质、纸质、竹质、木质文献资料及字画等藏品本身具有可燃性；一些藏品虽然本身由不燃或难燃材料制成，但用于其包装、陈列和保护的木条、塑料等往往都是可燃材料；藏品库房内的文物较多，可燃性文物密集存放。
1.5消防设施存在问题
      按要求设置各类消防设施，保证消防设施处干正常运行状态，是及时发现和扑救火灾、阻止火灾蔓延扩大、保证人员和财产安全疏散的重要手段。但不少博物馆都存在消防设施配备不齐、不能正常使用的情况：有些博物馆建成年代较早，属于古建筑，缺乏必要的消防设施，仅仅简单地配备了灭火器或室外消火栓系统，没有设置火灾自动报警、自动喷水灭火、室内消火栓等消防系统；有些博物馆虽然设置有完备的消防系统，但消防设施维护管理不到位，一些消防设施长期处于故障或瘫痪状态，发生火灾后不能正常发挥作用，比如在巴西国家博物馆火灾中，由于室外消火栓开启后不能正常出水，导致未能在*时间将火势控制住。
1.6人员和藏品疏散困难
       博物馆建筑往往结构奇特，各场馆互相连通，馆内布局复杂。如果发生火灾，造成的损失将不可估量。对博物馆火灾，人员和藏品面临的危险主要表现在：博物馆的展示厅为人员密集场所，馆内日常参观人员众多，一旦发生火灾，火焰和烟气容易迅速蔓延，人员疏散将面临很大的挑战；博物馆内展览区和藏品室都分布着大量藏品，展览区藏品往往在很大的空间范围内分散布置，在火灾情况下不利于对其进行紧急疏散；藏品室内很多名贵文物集中放置，面临在火灾中集中烧毁的风险；如果建筑发生坍塌，则后果更为严重。
2博物馆防火对策
      提高建筑本身防火性能在建筑设计、建设、装修时，除了满足建筑使用功能和经济成本要求时，着重考虑好建筑耐火等级、防火构造、防火分区分隔等方面的问题，从根本上保证建筑本身不发生燃烧、耐得住火灾，不成为火灾蔓延的载体。对木结构建筑的博物馆，应采取必要的技术措施，比如在木结构建筑与其他建筑之间加设防火墙，或在可燃木构件表面涂防火涂料，提髙其防火性能。对新建和改造的博物馆，应优化馆内平面布局，将藏品修复室、标本处理室等存在易燃危险品的场所与其他场所严格分隔，做好可燃展品之间的防火分隔。博物馆装修和装饰应从严执行相关规范防火方面的规定，尽可能采用不燃和难燃材料，确需采用可燃材料的，必须采取防火技术措施，杜绝采用易燃材料。
2.1加强电气防火措施
      为有效预防博物馆电气火灾的发生，对博物馆内的电气线路、用电器具和设备，应结合实际采取可靠的电气防火措施。首先，规范电气线路的敷设，电气线路产品应符合阻燃要求，线路敷设和连接应规范，对古建筑类型的博物馆，其电气线路应做好穿管保护措施，老化的线路应及时更换。其次,加强用电设备的使用管理，特别要加强对动力用电的管理，谨慎使用大功率电器和使用过程中容易发热的用电设备，显示屏采用不容易发热的产品，照明和特效用电尽量采用冷光源。再次，做好临时用电管理,临时用电必须经过审批，做好现场保护措施。
2.2完善消防设施并做好维护管理
      设置完善的消防设施，保证消防设施的正常运行，是及时发现和扑救火灾、限制火灾蔓延的主要手段。为提升博物馆的消防安全水平，应参照国家、行业和地方消防管理规定及技术标准的要求，设置移动灭火器、火灾自动报警设备、自动灭火设备、室内外消火栓等消防设施并保证其正常运行。新建、扩建的博物馆应参照GB 50016 2014《建筑设计防火规范》（2 0 1 8年版）和JGJ 66-2 0 1 5《博物馆建筑设计规范》等的规定，严格设置建筑消防设施。对早期建成的博物馆和直接采用历史建筑的博物馆，可参考现行规范条文，结合古建筑特点增设消防设施，并应符合《古建筑消防管理规则》（文化部、公安部，1984年2月2 8日）、《文物建筑消防安全管理十项规定》（国家文物局、公安部，2 0 1 5年7月1 6日）等古建筑防火方面的规定。博物馆建筑消防设施的维护管理应安排专人负责，尽可能委托给*的消防设施维保单位开展。
2.3加强日常消防管理
      根据博物馆特点，加强日常消防管理应重点关注以下几个方面：一是加强火源管理。加强外来火源管理，禁止携带火种进入博物馆，禁止在馆内吸烟，加强周边区域监控，防范孔明灯、外部飞火等进人博物馆；严格博物馆维修、改造施工期间的用火管理，避免人为失误引发的火灾。二是加强宣传教育。聘请*的消防培训人员对博物馆内的工作人员定期进行消防安全培训和考核，确保其掌握岗位需要的消防安全知识，具备初期火灾处置能力；对参观人员，通过电子显示屏和广播系统播放消防安全注意事项、在馆内张贴消防安全提示等方式，增强火灾防范意识。三是落实隐患排查整改。博物馆内部消防管理人员或聘请的外部*消防技术人员，应定期开展隐患排査，保证隐患排查的频率和质量，发现隐患及时处理。四是做好应急管理。要完善应急预案，并加强演练，保证火灾时快速灭火和疏散人员；对博物馆建筑来说，还要优化内部藏品分布，确保火灾时有序疏散馆内藏品，灭火救援时不对重要文物造成损害。
2.4采用智慧消防技术
      纵观消防行业现状，传统消防面临诸多问题，通过推进智慧消防建设，实现由“传统消防”向“智慧消防”的转变是大势所趋。智慧消防作为智慧城市建设的重要组成部分，运用物联网、移动互联网、云计算、大数据、人工智能等现代技术手段，将消防设施等要素有机结合起来，“自动”采集、传递、处理和应用消防信息，实现动态感知、智能研判、精准防控，有效提升消防工作效率和消防安全水平。2017年1 0月1 0日，公安部消防局发布了《关于全面推进“智慧消防”建设的指导意见》(公消〔2017〕2 9 7号），为全面推进智慧消防建设奠定了政策基础。当前，智慧消防产业正在迅速发展，从总体技术架构和市场发展状况来看，主要集中在消防智能终端产品研发、信息传输技术应用、消防安全应用平台开发几个层面。同时，众多智慧消防系统已经走向应用，包括消防报警监控系统、消防水源监测系统、电气火灾监控系统、消防设施巡查系统、智能消防预警系统、单位消防安全管理系统、消防实战指挥平台等。诸多智慧消防项目的落地，为社会消防安全提供了先进的产品和解决方案，推动着消防产业向高度信息化、智能化的方向转型升级。
对博物馆来说，智慧消防系统能实现对火灾自动报警系统、灭火系统消防设施运行状况的实时监测，“自动”发现并及时修复消火栓系统、喷淋系统、消防水池、消防水箱、电气线路和用电设备等异常情况，保证系统处于正常运行状态。同时，采用“智慧”消防安全管理系统，将消防系统与安防监控等系统有效融合，通过对采集的数据进行分析，评估安全状态，及时发出预警信息，防患于未然。博物馆可积极运用现代消防技术，增强火灾预警、监测和处置能力，提升消防安全水平。
3安科瑞限流式保护器的介绍与选型
3.1限流式保护器的设计
      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，以及使用寿命短等当弊端，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。
安科瑞ASCP200-1电气防火限流式保护器的主要元件是固态开关，不同于传统家用的空气开关（微断）。我们知道，传统空气开关的断开是一种机械运动过程，分断时间需要几十毫秒(一般30～50ms)，带负载断开时通常伴随有电弧的产生。而固态开关的断开则是依靠半导体内部的载流子运动实现，分断时间微秒级，速度快，无电弧产生。
如图1所示，当发生短路故障时，传统空气开关在电流升至C点时才能动作，且无法瞬时切断电流，而固态开关则可以在电流升至B点时即瞬间切断短路电流。

 
图1短路故障前后电流与时间关系图
      从流过电阻的电流热量公式Q=I2Rt，可以很容易看出，传统空气开关与固态开关在短路时所释放的能量差别可以达到数千倍之多。因此当装配限流式保护器的回路发生短路故障时，就可以避免电弧的产生，从而有效降低了电气火灾。
3.2 ASCP200-1功能特点
    
ASCP200-1型电气防火限流式保护器是单相限流式保护器，较大额定电流为63A。主要功能如下:
A）短路保护功能，线路发生短路故障时，能在150微秒内实现快速限流保护；
B）过载保护功能，线路持续过载时，保护器限流保护；
C）表内超温保护功能，保护器内部器件工作温度过高时，保护器限流保护；
D）过/欠压保护功能，线路欠压或过压时，保护器告警或限流保护（可设）；
E）电缆温度监测功能，被测线缆温度超过报警设定值时，保护器告警或限流保护（可设）；
F）漏电流监测功能，线路漏电超过报警设定值时，保护器告警或限流保护（可设）；
G）通讯功能，保护器配置1路RS485接口，1路2G无线通讯，可以将数据发送到安科瑞Acrel-6000安全云平台，或第三方监控软件或平台，从而实现远程监控。
3.3 ASCP200-1技术参数

 
 
3.4应用方案图示
     ASCP200-1型电气防火限流式保护器建议安装在入户开关下端，额定电流值根据入户开关的具体规格进行设置，典型应用示意图如图2所示：

 
  图2 ASCP200-1家用防火解决方案安装示意图
3.5使用注意事项
      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*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。
参考文献
[1]杨天培,濮騫忠,朱德昌.博物馆消防安全问题及防火对策
[2]安科瑞企业微电网设计与应用手册，2020.06版.
作者简介：王蒙蒙，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