劉鴻鵬
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要:從建筑消防設(shè)施系統(tǒng)分析的角度，概述了對電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)(Alarm and control system for electric fireprevention)在建筑設(shè)計(jì)理念上的定位、功能、電氣火災(zāi)監(jiān)控產(chǎn)品的性能要求，結(jié)合可靠性理論對獨(dú)立式和非獨(dú)立式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的功能可靠性進(jìn)行了分析，指出了應(yīng)用選型范圍。
關(guān)鍵詞:電氣火災(zāi);火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng);功能可靠性
0.引言
2008年11月14日，上海商學(xué)院的火災(zāi)導(dǎo)致4名學(xué)生死亡,這又一次引發(fā)了人們對于電氣安全的關(guān)注。我國歷年的火災(zāi)統(tǒng)計(jì)中,電氣一直是引發(fā)火災(zāi)的主要原因之一。大量案例說明,電氣火災(zāi)大部分是接地電弧性短路引起的火災(zāi),即所謂“漏電火災(zāi)”。
作為降低火災(zāi)發(fā)生概率的手段，建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50016-2006)《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB50045-94(2005版))《電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)》(GB14287-2005)的頒布實(shí)施，為我國電氣火災(zāi)技術(shù)防范注入了強(qiáng)大的推動(dòng)力,對于遏制電氣火災(zāi)、保障社會(huì)和諧發(fā)展具有重要的意義。
1 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)在建筑消防設(shè)施運(yùn)行可靠性系統(tǒng)中的定位
建筑消防設(shè)施的運(yùn)行可靠性，是指建筑物、構(gòu)筑物中設(shè)置的用于火災(zāi)報(bào)警、滅火、人員疏散、防火分隔、滅火救*援行動(dòng)等設(shè)施在火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)中的成功概率。它是一種動(dòng)態(tài)的、多方位的衡量指標(biāo)，包括對建筑消防設(shè)施正常運(yùn)行的3個(gè)主要環(huán)節(jié):設(shè)施、管理、人員。建筑消防設(shè)施若要發(fā)揮其正常作用,從時(shí)序上看，包含4個(gè)重要的環(huán)節(jié):火災(zāi)預(yù)防、火災(zāi)探測和報(bào)警、火災(zāi)應(yīng)急反應(yīng)和滅火控制、火災(zāi)后處理，
建筑消防設(shè)施作為一個(gè)可維修系統(tǒng),就其任務(wù)而言,其相應(yīng)運(yùn)行可靠性簡化模型如圖1所示,可劃分為火災(zāi)預(yù)防和應(yīng)急處理兩個(gè)單元。其中，火災(zāi)應(yīng)急處理單元由火災(zāi)預(yù)警、火災(zāi)應(yīng)急反應(yīng)、火災(zāi)控制與后處理3個(gè)子系統(tǒng)組成。失去控制的燃燒所形成的火災(zāi)是這兩個(gè)單元全部失效造成的。其系統(tǒng)的可靠性是一個(gè)如圖1所示的混聯(lián)模型。
電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)是諸多火災(zāi)預(yù)防手段的一種在現(xiàn)行的消防規(guī)范中將其與火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)并行監(jiān)控,并在消防控制室內(nèi)設(shè)置系統(tǒng)主機(jī);而火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中的切斷非消防電源是針對已經(jīng)發(fā)生的火情采取的防正蔓延擴(kuò)大的應(yīng)急處理措施，屬于火災(zāi)應(yīng)急反應(yīng)的范疇。上述兩種系統(tǒng)不能混為一談,更不能互相替代,原則上應(yīng)該互相獨(dú)立。但筆者認(rèn)為,在充分的硬件和軟件條件下,兩種系統(tǒng)并非絕對不可以兼容或合并。
2 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)置
2.1 系統(tǒng)的組成
根據(jù)GB14287-2005的定義以及工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)一個(gè)完整的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)包括:
(1)作為監(jiān)視控制中心的電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備(監(jiān)控主機(jī));
(2)若干個(gè)分布于本建筑物配電系統(tǒng)各關(guān)鍵點(diǎn)的監(jiān)控探測器(剩余電流式和測溫式);
（3)連接監(jiān)控主機(jī)與各探測器的通信網(wǎng)絡(luò)(接口、通信總線及分支線、護(hù)線管槽);
(4)確保系統(tǒng)信息正確傳遞的中繼器件(地址編碼/收發(fā)器、中繼/隔離器、集線/分支器);
(5)運(yùn)行于某種通信規(guī)約和人機(jī)交互平臺(tái)的軟件(中心與終端)。
根據(jù)多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并非任何場所的電氣火災(zāi)監(jiān)控(報(bào)警)系統(tǒng)都必須備齊上述所有部分。在總線敷設(shè)路徑簡單且距離不長的較小系統(tǒng)中，中繼器件不是必需的。在監(jiān)控點(diǎn)少于8個(gè)且場所面積小于1500m的獨(dú)立區(qū)域,可以只設(shè)置能控制斷路器分閘的獨(dú)立式探測器,而不一定要連結(jié)成一個(gè)系統(tǒng)。
2.2 電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器設(shè)置
電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器主要包括剩余電流式和測溫式,其性能要求詳見《電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)》GB14287-2005)的第2、3部分,筆者僅就其應(yīng)用進(jìn)行說明
2.2.1 剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器設(shè)置
剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器設(shè)置部位見表1。
2.2.3 測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器設(shè)置
測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器設(shè)置應(yīng)以探測電氣系統(tǒng)重點(diǎn)部位異常發(fā)熱為基本原則，宜設(shè)置在建筑物內(nèi)高壓系統(tǒng)的變壓器柜、電容補(bǔ)償柜、整流柜、轉(zhuǎn)換柜等重點(diǎn)發(fā)熱部位。宜有選擇地探測1000A以上電纜接頭、電纜本體、開關(guān)觸點(diǎn)等部位。
被探測對象為絕緣體、或金屬殼體已可靠接地時(shí)宜將探測器的測溫探頭直接固定在被探測對象的表面,采用接觸式布置。也可間墊云母絕緣片固定在導(dǎo)電體表面。探測配電柜內(nèi)部溫度變化時(shí),測溫探頭可采用非接觸式布置，但應(yīng)盡量靠近發(fā)熱部件測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器設(shè)置部位見表2
2.3 電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備的系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)
(1)電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器數(shù)量超過8個(gè),或場所面積大于1500m時(shí)，應(yīng)將其連接成系統(tǒng)并設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備(以下簡稱“監(jiān)控主機(jī)”)。
(2)“監(jiān)控主機(jī)”應(yīng)設(shè)置在消防控制室內(nèi)或有人值班的場所,在確保“監(jiān)控主機(jī)”的報(bào)警信息和故障信息能傳輸給消防控制室的前提下，“監(jiān)控主機(jī)”可以設(shè)置在保護(hù)區(qū)域附近。
(3)“監(jiān)控主機(jī)”輸出的報(bào)警信息和故障信息(一般是開關(guān)量)可以接入消防控制室內(nèi)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的顯示裝置,集中顯示;此時(shí)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的軟件設(shè)置應(yīng)作相應(yīng)匹配,使該類信息的顯示與火災(zāi)報(bào)警信息和可燃?xì)怏w報(bào)警信息顯示有明顯區(qū)別。絕大多數(shù)情況下，電氣火災(zāi)“監(jiān)控主機(jī)”與火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)主機(jī)同室并列放置,故不推薦合并顯示。
(4)電氣火災(zāi)“監(jiān)控主機(jī)”的安裝設(shè)置應(yīng)參照火災(zāi)報(bào)警控制器的設(shè)置要求,其主電源必須是消防電源。
3 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性分析
可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力，可靠性的概率度量稱為可靠度:產(chǎn)品的可靠性是關(guān)于時(shí)間的函數(shù)。其中，產(chǎn)品是一種通用術(shù)語,是指從系統(tǒng)、設(shè)備、組件到原件的任何物品;而規(guī)定的條件是指產(chǎn)品在其壽命周期內(nèi)所處的預(yù)先規(guī)定的全部外部條件。
根據(jù)可靠性理論,可靠性分析的前提是確定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),在電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，決定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵是部件,即探測器的選型。
3.1 剩余電流火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的分類
通常剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器有非獨(dú)立式和獨(dú)立式兩種
3.1.1 非獨(dú)立式探測器
非獨(dú)立式探測器能探測剩余電流，并在該剩余電流達(dá)到設(shè)定值時(shí)輸出一個(gè)報(bào)警信號(hào)(電信號(hào)或機(jī)械信號(hào)),它須與監(jiān)控設(shè)備連用。
最簡單的非獨(dú)立式探測器僅由一個(gè)剩余電流互感器、一個(gè)微功率繼電器(如干簧管)組成。較完善的非獨(dú)立式探測器具有報(bào)警電流設(shè)定、地址編碼等功能，以集中方式供電。然而,由于沒有聲光報(bào)警,在現(xiàn)場不易及時(shí)發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)確的故障線路，這使其應(yīng)用受到一定的限制
3.1.2 獨(dú)立式探測器
獨(dú)立式探測器能探測剩余電流，并在該剩余電流達(dá)到設(shè)定值時(shí)發(fā)出一定強(qiáng)度的聲報(bào)警和光報(bào)警信號(hào):并予以保持,直至手動(dòng)復(fù)位。除此,其還具有工作狀態(tài)指示燈和自檢功能。它可以單獨(dú)使用。
較完善的獨(dú)立式探測器具有報(bào)警電流設(shè)定、剩余電流電平顯示(電流數(shù)值或設(shè)定值百分比)報(bào)警信號(hào)輸出(電信號(hào)或機(jī)械觸點(diǎn)信號(hào))脫扣信號(hào)輸出(控制斷路器的脫扣器動(dòng)作的機(jī)械觸點(diǎn)信號(hào))脫扣輸出延時(shí)設(shè)定等功能。
一般來說,獨(dú)立式探測器以現(xiàn)場220VAC方式供電,以便單獨(dú)使用。如果獨(dú)立式探測器采用集中24V方式供電，意味著必須要接到監(jiān)控系統(tǒng)中，除非專門為它配一個(gè)降壓整流器
3.2剩余電流火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的可靠性分析
3.2.1 供電方式的選擇
針對上述兩種探測器,電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)有集中供電和現(xiàn)場供電兩種供電方式:
(1)集中供電方式。集中供電方式是由監(jiān)控設(shè)備(主機(jī)、區(qū)域控制器)或?qū)Ｓ谜髌?消防電源)產(chǎn)生不高于24V的直流電源,通過專用電源線向系統(tǒng)內(nèi)所有非獨(dú)立探測器供電，這和火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的“二總線”方式相同。集中供電方式的優(yōu)點(diǎn)是:不管現(xiàn)場是否停電，探測器照樣能工作;而且24V是安全電壓，不會(huì)對人身造成危險(xiǎn)。這用于火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)里的感煙，感溫探測器等是很合適的。缺點(diǎn)是:一旦專用電源或?qū)Ь€發(fā)生問題,相當(dāng)數(shù)量甚至全部的探測器都停止工作另外，目前電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器的靜態(tài)工作電流比感煙、感溫探測器大數(shù)倍,為確保末端電壓,就要增加專用電源線的單線截面積,造成布線困難、投資增加。對每一個(gè)保護(hù)區(qū)而言,非獨(dú)立漏電火災(zāi)探測器可靠工作單元的系統(tǒng)構(gòu)成，如圖2所示
(2)現(xiàn)場供電方式?，F(xiàn)場供電方式是探測器在各自的配電柜內(nèi),從斷路器的進(jìn)線端就近取得交流電源，現(xiàn)場供電方式的優(yōu)點(diǎn)是:無需專用整流器和專用電源線,系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)只有通信線,布線方便,成本較低,甚至可以采用無線通訊或載波通信。缺點(diǎn)是:配電柜上游斷電便停止工作。然而，現(xiàn)場供電方式的缺點(diǎn)無關(guān)大局，因?yàn)閿嚯姾笫遣粫?huì)發(fā)生電氣火災(zāi)的。因此,現(xiàn)場供電方式更適合于電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。
現(xiàn)場供電方式的工作特點(diǎn)是:現(xiàn)場報(bào)警控制、遠(yuǎn)距離傳輸管理，系統(tǒng)的主要報(bào)警和控制功能都可以由現(xiàn)場獨(dú)立式漏電火災(zāi)報(bào)警器來完成,采用獨(dú)立式探測器使現(xiàn)場人員能更直接地得到報(bào)警信息。獨(dú)立式漏電火災(zāi)報(bào)警器工作可靠性原理圖,如圖3所示
3.2.2系統(tǒng)的功能可靠性分析
筆者從系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)的角度對電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的功能可靠性進(jìn)行分析。系統(tǒng)是指由一些基本組件組成的具有某種特定功能的整體。任何系統(tǒng)的可靠性取決于組成它們的組件的可靠性以及這些組件對該系統(tǒng)功能作用的影響。漏電火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的可靠性與組成該系統(tǒng)的單元(或組件)的數(shù)目、單元(或組件)的可靠性以及單元(或組件)之間的相互功能關(guān)系有關(guān)。根據(jù)兩種系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的不同,得到兩種系統(tǒng)單元可靠性結(jié)構(gòu)。
(1)串聯(lián)系統(tǒng)。在串聯(lián)系統(tǒng)中(如圖4所示),任一單元的失效(或故障)均可導(dǎo)致系統(tǒng)的失效(或故障)串聯(lián)系統(tǒng)無故障工作概率的變化與系統(tǒng)中的組件數(shù)有關(guān)。隨著組件數(shù)目的增加,系統(tǒng)的可靠度降低。系統(tǒng)的可靠性小于其中任何組件的可靠性，系統(tǒng)故障的概率高于任何組件故障的概率。
4.安科瑞電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)
4．1概述
Acre1-6000電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，是根據(jù)國家現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)由安科瑞電氣股份有限公司研發(fā)的全數(shù)字化獨(dú)立運(yùn)行的系統(tǒng)，已通過國家消防電子產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的消防電子產(chǎn)品試驗(yàn)認(rèn)證，并且均通過嚴(yán)格的EMC電磁兼容試驗(yàn)，確保了該系列產(chǎn)品在低壓配電系統(tǒng)中的安全正常運(yùn)行，現(xiàn)均已批量生產(chǎn)并在全國得到廣泛地應(yīng)用。該系統(tǒng)通過對剩余電流、過電流、過電壓、溫度和故障電弧等信號(hào)的采集與監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)對電氣火災(zāi)的早期預(yù)防和報(bào)警，當(dāng)必要時(shí)還能聯(lián)動(dòng)切除被檢測到剩余電流、溫度和故障電弧等超標(biāo)的配電回路;并根據(jù)用戶的需求，還可以滿足與AcreIEMS企業(yè)微電網(wǎng)管理云平臺(tái)或火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)等進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和共享。
4．2應(yīng)用場合
適用于智能樓宇、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業(yè)、國家*點(diǎn)消防單位以及石油化工、文教衛(wèi)生、金融、電信等域。
4．3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
4．4系統(tǒng)功能
監(jiān)控設(shè)備能接收多臺(tái)探測器的剩余電流、溫度信息，報(bào)警時(shí)發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào)，同時(shí)設(shè)備上紅色“報(bào)警”指示燈亮，顯示屏指示報(bào)警部位及報(bào)警類型，記錄報(bào)警時(shí)間，聲光報(bào)警一直保持，直至按設(shè)備的“復(fù)位”按鈕或觸摸屏的“復(fù)位”按鍵遠(yuǎn)程對探測器實(shí)現(xiàn)復(fù)位。對于聲音報(bào)警信號(hào)也可以使用觸摸屏“消聲”按鍵手動(dòng)消除。
當(dāng)被監(jiān)測回路報(bào)警時(shí)，控制輸出繼電器閉合，用于控制被保護(hù)電路或其他設(shè)備，當(dāng)報(bào)警消除后，控制輸出繼電器釋放。
通訊故障報(bào)警：當(dāng)監(jiān)控設(shè)備與所接的任一臺(tái)探測器之間發(fā)生通訊故障或探測器本身發(fā)生故障時(shí)，監(jiān)控畫面中相應(yīng)的探測器顯示故障提示，同時(shí)設(shè)備上的黃色“故障”指示燈亮，并發(fā)出故障報(bào)警聲音。電源故障報(bào)警：當(dāng)主電源或備用電源發(fā)生故障時(shí)，監(jiān)控設(shè)備也發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)并顯示故障信息，可進(jìn)入相應(yīng)的界面查看詳細(xì)信息并可解除報(bào)警聲響。
當(dāng)發(fā)生剩余電流、超溫報(bào)警或通訊、電源故障時(shí)，將報(bào)警部位、故障信息、報(bào)警時(shí)間等信息存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)報(bào)警解除、排除故障時(shí)，同樣予以記錄。歷史數(shù)據(jù)提供多種便捷、快速的查詢方法。
4．5配置方案
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應(yīng)用場合 |
型號(hào) |
產(chǎn)品照片 |
功能 |
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消防控制室 |
Acrel-6000/B |
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適用于1~4條通信總線*多可連接256個(gè)探測器，可適用于壁掛安裝的場所。 |
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Acrel-6000/Q |
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適用于大型組網(wǎng)，壁掛式監(jiān)控主機(jī)數(shù)量較多且需集中查看的場所，主要監(jiān)測壁掛主機(jī)信息。 |
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一、二 低壓配電 |
ARCM200L-Z2 |
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三相(I、U、kW、Kvar、kWh、Kvarh、Hz、cos中)，視在電能、四象限電能計(jì)量，單回路剩余電流監(jiān)測，4路溫度監(jiān)測，2路繼電器輸出，4路開關(guān)量輸入，事件記錄，內(nèi)置時(shí)鐘，點(diǎn)陣式LCD顯示，2路獨(dú)立RS485/Modbus通訊 |
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ARCM200L-J8 |
8路剩余電流監(jiān)測，2路繼電器輸出，4路開關(guān)量輸入，事件記錄，內(nèi)置時(shí)鐘，點(diǎn)陣式LCD顯示，1路RS485/Modbus通訊 |
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ARCM300-J1 |
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1路剩余電流監(jiān)測，4路溫度監(jiān)測，1路繼電器輸出，事件記錄，LCD顯示，1路RS485/Modbus通訊 |
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AAFD-□ |
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檢測末端線路的故障電弧，485通訊，導(dǎo)軌式安裝。 |
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ASCP200-□ |
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短路限流保護(hù)、過載保護(hù)、內(nèi)部超溫限流保護(hù)、過欠壓保護(hù)、漏電監(jiān)測、線纜溫度監(jiān)測，1路RS485通訊，1路GPRS或NB無線通訊，額定電流為0-40A可設(shè)。 |
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短路限流保護(hù)、過載保護(hù)、內(nèi)部超溫限流保護(hù)、過欠壓保護(hù)、漏電監(jiān)測、線纜溫度監(jiān)測，1路RS485通訊，1路NB或4G無線通訊，額定電流為0-63A可設(shè)。 |
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配套附件 |
AKH-0.66 |
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測量型互感器，采集交流電流信號(hào) |
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AKH-0.66/L |
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剩余電流互感器，采集剩余電流信號(hào) |
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ARCM-NTC |
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溫度傳感器，采集線纜或配電箱體溫度 |
5.結(jié)束語
漏電火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)作為一種火災(zāi)危險(xiǎn)預(yù)防設(shè)施其核心任務(wù)是監(jiān)控電氣所可能帶來的火災(zāi)或漏電危險(xiǎn)。對于非獨(dú)立式探測器,因其在現(xiàn)場沒有聲、光報(bào)警和控制功能，只能在總控室的監(jiān)控臺(tái)上感知發(fā)生故障的線路,不便于管理人員對現(xiàn)場用電的管理，其功能可靠性結(jié)構(gòu)制約了其在大型項(xiàng)目上的應(yīng)用，一般建筑面積超過3000m’的建筑,不宜采用非獨(dú)立式探測器。如果工程的某個(gè)局部只追求單個(gè)探測器的低成本而沒有進(jìn)行多面的衡量,將會(huì)使整個(gè)投資的無效性增加,性價(jià)比嚴(yán)重下滑,也會(huì)帶來很多后續(xù)工程、使用管理、維護(hù)服務(wù)等方面的問題。
