火災自動報警及消防聯動控制

火災預警系統

火災預警系統主要教學內容：5.1可燃氣體探測報警系統5.2電氣火災監控系統

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5.1可燃氣體探測報警系統5.1.1可燃氣體爆炸機理分析1)可燃氣體發生化學爆炸必須同時具備三個條件：(1)有可燃氣體；(2)有空氣，且可燃氣體與空氣的混合比例必須在一定范圍內，即預混可燃氣體濃度處在爆炸極限范圍內；(3)有足夠能量的點火源。可燃氣體與空氣混合后，遇火源能發生爆炸的最低濃度和最高濃度范圍，稱為可燃氣體的爆炸濃度極限范圍。對應的最低濃度稱為爆炸濃度下限，最高濃度稱為爆炸濃度上限。氣體、蒸氣的爆炸濃度極限，通常用體積百分比(%)表示。不同的可燃氣體和液體蒸氣，因理化性質不同而具有不同的爆炸極限；就是同一種可燃氣體(蒸氣)，其爆炸極限也會因外界條件的變化而變化。

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2)影響可燃氣體爆炸極限的因素影響可燃氣體爆炸極限的主要因素有：初始溫度、初始壓力、混合物中的含氧量、惰性氣體含量及雜質、容器的直徑和材質以及最低引爆能量等。(1)初始溫度爆炸性混合氣體在遇到點火源之前的初始溫度升高，使爆炸極限范圍增大，即爆炸下限降低，上限增高，爆炸危險性增加。這是因為溫度升高，會使反應物分子活性增大，因而反應速率加快，反應時間縮短，導致反應放熱速率增加，散熱減少，使爆炸容易發生。(2)初始壓力多數爆炸性混合氣體的初始壓力增加時，爆炸極限范圍變寬，爆炸危險性增加。因為初始壓力高，分子間距縮短，碰撞機率增高，使爆炸反應容易進行。壓力降低，爆炸范圍縮小，降至一定值時，其下限與上限重合，此時的壓力稱為爆炸的臨界壓力。

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(3)混合物中的含氧量可燃混合氣體中氧含量增加，一般對爆炸濃度下限影響不大，因為在下限濃度時氧氣相對可燃氣體是過量的。而在上限濃度時氧含量相對不足，所以增加氧含量會使爆炸濃度上限顯著增高。(4)惰性氣體含量及雜質若在混合氣體中加入惰性氣體(氮氣、二氧化碳等)，將使其爆炸極限范圍縮小，一般是對上限的影響比對下限的影響顯著，當惰性氣體含量逐漸增大達到一定濃度時，可使混合氣體不爆炸。

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(5)容器的直徑和材質充裝混合物的容器直徑越小，火焰在其中的蔓延速率越小，爆炸極限的范圍就越小。當容器直徑小到一定程度時(即臨界直徑)，火焰會因不能通過而熄滅，氣體混合物便不會出現爆炸危險。(6)最低引爆能量各種爆炸性混合氣體都有一個最低引爆能量，也稱最小點火能量。爆炸性混合物的點火能量越小，其燃爆危險性就越大，低于該能量，混合物就不會發生爆炸。可燃氣體爆炸引起的破壞作用主要表現為爆炸沖擊波、震蕩作用、爆炸碎片和造成次生事故。

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【思考題】：1.舉例說明可燃氣體爆炸的分類。2.簡述可燃氣體發生化學爆炸必須同時具備的條件。3.舉例說明爆炸極限的概念。

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5.1.2可燃氣體探測報警系統綜述1)可燃氣體探測報警系統組成及工作原理(1)可燃氣體探測報警系統組成可燃氣體探測報警系統由可燃氣體報警控制器、可燃氣體探測器、圖形顯示裝置和火災聲光警報器等組成，當保護區域內可燃氣體發生泄漏時能夠發出報警信號，從而預防因燃氣泄漏而引發的火災和爆炸事故的發生，是火災自動報警系統的獨立子系統，屬于火災預警系統。①可燃氣體報警控制器。可燃氣體報警控制器是可燃氣體探測報警系統的核心控制單元，能為所連接的可燃氣體探測器供電、顯示可燃氣體濃度及接收可燃氣體探測器發出的報警信號，并經過轉換和處理發出聲光報警信號，同時監測可燃氣體探測器的狀態、電源供電情況、連接線路情況，記錄并保存報警信息的裝置。

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②可燃氣體探測器。可燃氣體探測器是能對泄漏可燃氣體響應，自動產生報警信號并向可燃氣體報警控制器傳輸報警信號及泄漏可燃氣體濃度信息的器件。

可燃氣體探測器是一種用于檢測空氣中是否存在可燃氣體的設備。它通過特定的傳感器對空氣中的可燃氣體進行檢測，并將檢測結果轉換為電信號輸出，從而實現對可燃氣體濃度的實時監測。

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(2)可燃氣體探測報警系統工作原理可燃氣體報警控制器在接收到探測器的可燃氣體濃度參數信息或報警信息后，經確認判斷，顯示泄漏報警探測器的部位和泄漏可燃氣體濃度信息，記錄探測器報警的時間，同時驅動安裝在保護區域現場的聲光警報裝置，發出聲光警報、警示人員采取相應的處置措施；必要時可以聯鎖控制關斷燃氣閥門、開啟通風機等措施，防止燃氣的進一步泄漏和聚集。

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2)可燃氣體探測器和可燃氣體報警控制器的分類(1)可燃氣體探測器按產品使用環境、使用方式等進行分類①按防爆要求分類。分為防爆型可燃氣體探測器和非防爆型可燃氣體探測器。②按使用方式分類。分為固定式可燃氣體探測器和便攜式可燃氣體探測器。③按探測器的分布特點分類。分為點型可燃氣體探測器和線型可燃氣體探測器。④按探測氣體特征分類。分為探測爆炸氣體的可燃氣體探測器和探測有毒氣體的可燃氣體探測器。(2)可燃氣體報警控制器按系統連線方式分類①多線制可燃氣體報警控制器，即采用多線制方式與可燃氣體探測器連接。②總線制可燃氣體報警控制器，即采用總線(一般為2～4根)方式與可燃氣體探測器連接。

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3)可燃氣體探測報警系統適用場所可燃氣體探測報警系統適用于使用、生產或聚集可燃氣體或可燃液體蒸氣場所的可燃氣體濃度探測，在泄漏或聚集可燃氣體濃度達到爆炸下限前發出報警信號，提醒專業人員排除火災、爆炸隱患，實現火災的早期預防，避免火災、爆炸事故的發生。

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4)可燃氣體探測報警系統設置規定(1)一般規定依據《火災自動報警系統設計規范》GB50116-2013的規定，可燃氣體探測報警系統的設置應符合以下一般規定：①可燃氣體探測報警系統應由可燃氣體報警控制器、可燃氣體探測器和火災聲光警報器等組成。②可燃氣體探測報警系統應獨立組成，可燃氣體探測器不應接入火災報警控制器的探測器回路；當可燃氣體的報警信號確需接入火災自動報警系統時，應由可燃氣體報警控制器接入。

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(1)一般規定③可燃氣體報警控制器的報警信息和故障信息，應在消防控制室圖形顯示裝置或起集中控制功能的火災報警控制器上顯示，但該類信息與火災報警信息的顯示應有區別。④可燃氣體報警控制器發出報警信號時，應能啟動保護區域的火災聲光警報器。⑤可燃氣體探測報警系統保護區域內有聯動和警報要求時，應由可燃氣體報警控制器或消防聯動控制器聯動實現。⑥可燃氣體探測報警系統設置在有防爆要求的場所時，尚應符合有關防爆要求。

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(2)可燃氣體探測器的設置可燃氣體探測器的設置應符合以下規定：①探測氣體密度小于空氣密度的可燃氣體探測器應設置在被保護空間的頂部，探測氣體密度大于空氣密度的可燃氣體探測器應設置在被保護空間的下部，探測氣體密度與空氣密度相當時，可燃氣體探測器可設置在被保護空間的中間部位或頂部。②可燃氣體探測器宜設置在可能產生可燃氣體部位附近。③點型可燃氣體探測器的保護半徑不宜過大，否則由于泄漏可燃氣體擴散的不規律性，可能會降低探測器的靈敏度。④線型可燃氣體探測器主要用于大空間開放環境泄漏可燃氣體的探測，為保證探測器的探測靈敏度，探測區域長度不宜大于60m。

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(3)可燃氣體報警控制器的設置依據《火災自動報警系統設計規范》GB50116-2013的規定，可燃氣體報警控制器的設置應符合以下規定：①當設有消防控制室時，可燃氣體報警控制器可設置在保護區域附近；當無消防控制室時，可燃氣體報警控制器應設置在有人值班的場所。②可燃氣體報警控制器的設置應符合火災報警控制器的安裝設置要求。當控制器安裝在墻上時，其主顯示屏高度宜為1.5m～1.8m，其靠近門軸的側面距墻不應小于0.5m，正面操作距離不應小于1.2m。

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5)可燃氣體探測器報警值的設定對于可燃氣體探測器來說，報警值的設置是至關重要的。報警值應該根據具體的使用環境和可燃氣體的種類來進行設置。對于天然氣、液化石油氣等家用燃氣，一般建議設置在可燃氣體濃度達到爆炸濃度下限的20%時觸發報警。報警值的設置還應考慮到誤報和漏報的情況。定期檢查和維護可燃氣體探測器也是非常重要的。

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【練習題】：1.可燃氣體探測報警系統適用于()可燃氣體或可燃液體蒸氣場所的可燃氣體濃度探測。A僅使用B僅生產C僅聚集D生產、使用或聚集2.可燃氣體探測報警系統在泄漏或聚集可燃氣體濃度達到()前發出報警信號，提醒專業人員排除火災、爆炸隱患，實現火災的早期預防，避免火災、爆炸事故的發生。A流量極限B爆炸下限C爆炸上限D飽和極限3.可燃氣體探測器按分布特點分類，可分為點型可燃氣體探測器和()可燃氣體探測器。A固定式B便攜式C防爆型D線型

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4.下列不屬于可燃氣體探測報警系統組成的是()：A消防聯動控制器B火災聲光警報器C可燃氣體探測器D可燃氣體報警控制器5.下列關于可燃氣體探測報警系統的說法正確的是()：A可燃氣體探測報警系統不應獨立組成，可燃氣體探測器應接入火災報警控制器的探測器回路B當可燃氣體的報警信號需接入火災自動報警系統時，可以直接接入C可燃氣體報警控制器的報警信息和故障信息，應在消防控制室圖形顯示裝置或起集中控制功能的火災報警控制器上顯示，但故障信息與火災報警信息的顯示應有區別D可燃氣體報警控制器發出報警信號時，應能啟動保護區域的火災聲光警報器。

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6.線型可燃氣體探測器的保護區域長度不宜大于()m。A30B40C50D607.下列關于可燃氣體探測器的設置說法中錯誤的是()：A探測氣體密度小于空氣密度的可燃氣體探測器應設置在被保護空間的頂部B探測氣體密度大于空氣密度的可燃氣體探測器應設置在被保護空間的下部C探測氣體密度與空氣密度相當時，可燃氣體探測器可設置在被保護空間的中間部位或底部D可燃氣體探測器宜設置在可能產生可燃氣體部位附近

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5.2電氣火災監控系統【典型火災案例】：案例一：2017年2月5日，浙江省臺州天臺縣××堂足浴中心發生重大火災事故，造成18人死亡，18人受傷。事故直接原因：××堂2號汗蒸房西北角墻面的電熱膜導電部分出現故障，產生局部過熱，電熱膜被聚苯乙烯保溫層、鋁箔反射膜及木質裝修材料包敷，導致散熱不良，熱量積聚，溫度持續升高，引燃周圍可燃物蔓延成災。案例二：2018年8月25日凌晨，哈爾濱市松北區××溫泉酒店發生火災，造成20人死亡，23人受傷。火災原因：起火部位為溫泉區二層平臺靠近西墻北側頂棚懸掛的風機盤管機組處，起火原因是風機盤管機組電氣線路短路形成高溫電弧，引燃周圍塑料綠植裝飾材料并蔓延成災。

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5.2.1引發電氣火災的原因分析1)引發電氣火災的主要原因引發電氣火災的主要原因包括故障電弧、短路、漏電、電氣線路接觸電阻過大以及過負荷等。(1)故障電弧當電氣線路或設備中出現絕緣老化破損、電氣連接松動、空氣潮濕、電壓電流急劇升高等故障時，絕緣體被電壓擊穿，就會產生電弧，即我們常說的“打火”和“電火花”。電火花是電極間瞬間放電的結果。電弧是由大量密集的電火花所構成的。電弧的溫度可達3000℃以上，電火花和電弧產生的能量足以引起可燃物燃燒或爆炸性可燃氣體、可燃粉塵的爆炸。在日常生產和生活中，電弧總是存在的，比如日光燈和電氣開關的分斷，也會產生電弧，為區分這種人為制造(如日光燈)或正常操作(電氣開關)而產生的電弧，我們把這種由于電氣線路或設備中因絕緣老化破損、電氣連接松動、空氣潮濕、電壓電流急劇升高等原因引起空氣擊穿所導致的不正常的氣體游離放電現象稱為故障電弧。

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(2)短路短路是指電流不經過用電器直接構成通路。

短路時，電流不經過用電器而直接從導線上通過。

線路中的電流增加，會導致導線急劇發熱升溫，如果溫度達到可燃物的引燃溫度，就會引起附近與之接觸的可燃物燃燒，從而引發火災。

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(3)漏電線路絕緣破損或老化，電流從絕緣結構中泄漏出來，這部分泄漏電流不經過原定電路形成回路，而是通過建筑物與大地形成回路或超近在相線、中性線之間構成局部回路。發生漏電的原因歸納起來有以下幾種：一是施工中，損傷了導線及用電設備、器具附件的絕緣結構；二是導線及用電設備、器具附件年久失修，絕緣老化；三是違規安裝，如導線直埋在建筑物的粉刷層內。漏電主要存在以下的危害：人員接觸漏電部位后，會導致觸電，造成人身傷害；對地或對其它線路漏電，漏電的位置因為漏電電流的原因會發熱，導致該位置絕緣進一步損壞，易短路進而引發火災。

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(4)電氣線路接觸電阻過大在電氣線路與母線或電源線的連接處，電源線與電氣設備連接的地方，由于連接不牢或者其他原因，使接頭接觸不良，造成局部電阻過大，稱為接觸電阻過大。造成電氣線路接觸電阻過大的主要原因有以下幾種：一是安裝質量差，導致導線與導線、導線與電氣設備銜接點連接不牢。二是連接點因為長時間震動或冷熱變化，使接頭松動。三是導線連接處沾有雜質，比如泥土、氧化層等。四是銅導線直接與鋁導線相接，接頭處理不當，電腐蝕作用下產生較大的接觸電阻。電氣線路接觸電阻過大會產生極大的熱量，可以使金屬變色甚至熔化，并能引起絕緣材料、可燃物質及積落的可燃灰塵燃燒。另外，因接觸不良，接觸電阻過大，接觸處除局部產生高溫外，還會伴隨產生電火花、電弧，足以引燃附近的可燃物。

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(5)過負荷一定材料和一定大小橫截面積的電線有一定的安全載流量。如果通過電線的電流超過它的安全載流量，電線就會發熱。超過得越多，發熱量越大。當熱量使導線溫度超過250℃時，導線的橡膠或塑料絕緣層就會著火燃燒。如果導線絕緣層損壞，還會造成短路，火災的危險性更大。設計或選擇導線截面不當，實際負載超過了導線的平均載流量；在線路中接入過多或功率過大的電氣設備，超過了電氣線路的負載能力等問題是造成電氣線路發生過負荷的主要原因。另外，如果同時又選用了不合規格的保險絲，甚至直接用銅、鋁導線代替保險絲，電路的超負荷不能及時發現，勢必引發電氣火災。

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2)電氣火災的主要特征電氣火災具有隱蔽性強、隨機性大、燃燒速度快、撲救困難，損失程度大等主要特征。【思考題】：1.闡述引發電氣火災的主要原因。2.簡述電氣火災具有哪些主要特征。

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5.2.2電氣火災監控系統綜述1)電氣火災監控系統分類(1)電氣火災監控探測器的分類①電氣火災監控探測器按工作方式可分為獨立式和非獨立式電氣火災監控探測器。a獨立式電氣火災監控探測器。即可以自成系統，不需要配接電氣火災監控設備。b非獨立式電氣火災監控探測器。即自身不具有報警功能，需要配接電氣火災監控設備組成系統。②電氣火災監控探測器按工作原理可分為剩余電流保護式、測溫式和故障電弧式電氣火災監控探測器。

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a剩余電流保護式電氣火災監控探測器。這種系統主要監測由于不完全接地故障(即當被保護線路的相線直接對大地接通或通過非預期負載對大地接通)導致的剩余電流，當該電流大于預定數值時即自動報警的電氣火災監控探測器。b測溫式電氣火災監控探測器。這種系統主要監測低壓配電系統中電纜接頭、端子及重點發熱部件的異常溫升。c故障電弧式電氣火災監控探測器。這種系統主要監測由于線纜或設備老化、破損、接觸不良等引發的電弧故障，不僅可以監測導體之間的并聯電弧，還可以監測一根導體斷裂產生的串聯電弧，補充了過電流、過電壓、剩余電流防護器等不能監測的防護空白。(2)電氣火災監控器的分類按系統連線方式可分為多線制和總線制電氣火災監控器。①多線制電氣火災監控器。即采用多線制方式與電氣火災監控探測器連接。②總線制電氣火災監控器。即采用總線制方式與電氣火災監控探測器連接。

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2)電氣火災監控系統適用場所電氣火災監控系統適用于具有電氣火災危險的場所，尤其是變電站、石油石化、冶金等不能中斷供電的重要供電場所的電氣故障探測，在產生一定電氣火災隱患的條件下發出報警信號，提醒專業人員排除電氣火災隱患，實現電氣火災的早期預防，避免電氣火災的發生。3)電氣火災監控系統組成電氣火災監控系統是火災自動報警系統的獨立子系統，屬于火災預警系統。電氣火災監控系統由電氣火災監控器、電氣火災監控探測器、火災聲光警報器和圖形顯示裝置等組成。

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(1)電氣火災監控器電氣火災監控器是電氣火災監控系統的核心單元，用于為所連接的電氣火災監控探測器供電，集中處理并顯示各探測器監測到的各種狀態信息、報警信息以及故障報警信息，指示報警部位及類型，儲存歷史數據、狀態與事件等內容，上傳給圖形顯示裝置，同時，具有對電氣火災監控探測器的狀態、電源供電情況、連接線路情況進行監測的功能。(2)電氣火災監控探測器電氣火災監控探測器能夠對保護線路中的剩余電流、溫度、故障電弧等電氣故障參數響應，自動產生報警信號并向電氣火災監控器傳輸報警信號。

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4)電氣火災監控系統工作原理電氣火災監控系統的工作原理主要是通過傳感器和監控探測器實現對電氣設備及其周邊環境的實時監測，利用電磁場感應原理、溫度效應的變化對該信息進行采集，當電氣設備中的電流、溫度等參數發生異常或突變時，電氣火災監控探測器將保護線路中的剩余電流、溫度、故障電弧等電氣故障參數信息轉變為電信號，經數據處理后，探測器做出報警判斷，將報警信息傳輸到電氣火災監控器。電氣火災監控器在接收到探測器的報警信息后，經確認判斷，顯示電氣故障報警探測器的部位信息，記錄探測器報警的時間，同時驅動安裝在保護區域現場的聲光警報裝置，發出聲光警報。

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5)電氣火災監控系統設計電氣火災監控系統是一個獨立的子系統，屬于火災預警系統，應獨立組成。電氣火災監控探測器應接入電氣火災監控器，不應直接接入火災報警控制器的探測器回路。電氣火災監控系統設備應選擇符合現行國家相關標準規定的定型產品。當電氣火災監控系統接入火災自動報警系統中時，應由電氣火災監控器將報警信號傳輸至消防控制室圖形顯示裝置或集中火災報警控制器上，但其顯示應與火災報警信息有所區別；在無消防控制室且電氣火災監控探測器設置數量不超過8個時，可采用獨立式電氣火災監控探測器。

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(1)剩余電流式電氣火災監控探測器的設置剩余電流式電氣火災監控探測器應以設置在低壓配電系統首端為基本原則，宜設置在第一級配電柜（箱）的出線端。在供電線路泄漏電流大于500mA時，宜在其下一級配電柜（箱）設置。剩余電流式電氣火災監控探測器不宜設置在IT系統的配電線路和消防配電線路中。選擇剩余電流式電氣火災監控探測器時，應計及供電系統自然漏流的影響，并應選擇參數合適的探測器；探測器報警值宜為300mA～500mA。具有探測線路故障電弧功能的電氣火災監控探測器，其保護線路的長度不宜大于100m。

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(2)測溫式電氣火災監控探測器的設置

測溫式電氣火災監控探測器的探測原理是根據監測保護對象的溫度變化，因此探測器應采用接觸或貼近保護對象的電纜接頭、端子、重點發熱部件等部位設置。保護對象為1000V及以下的配電線路，測溫式電氣火災監控探測器應采用接觸式設置。保護對象為1000V以上的供電線路，測溫式電氣火災監控探測器宜選擇光柵光纖測溫式或紅外測溫式電氣火災監控探測器，光柵光纖測溫式電氣火災監控探測器應直接設置在保護對象的表面。(3)故障電弧式電氣火災監控探測器的設置具有探測線路故障電弧功能的電氣火災監控探測器，其保護線路的長度不宜大于100m。線路長度太長則不能確保探測器能可靠探測到故障電弧。

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(4)獨立式電氣火災監控探測器的設置獨立式電氣火災監控探測器，是一款具備檢測低壓配電線路中剩余電流和線路溫度功能且能夠獨立使用的電氣火災監控探測器，自成一個小系統，可帶地址編碼且能獨立使用，具有儲存功能及較強的顯示操作功能，報警精度高、可靠性強，能夠有效防止誤報、漏報。獨立式電氣火災監控探測器的設置應符合電氣火災監控探測器的設置要求。設有火災自動報警系統時，獨立式電氣火災監控探測器的報警信息和故障信息應在消防控制室圖形顯示裝置或集中火災報警控制器上顯示，但該類信息與火災報警信息的顯示應有所區別。未設火災自動報警系統時，獨立式電氣火災監控探測器應將報警信號傳至有人員值班的場所。

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(5)電氣火災監控器的設置電氣火災監控器是發出報警信號并對報警信息進行統一管理的設備，因此該設備應設置在有人值班的場所。一般情況下，可設置在保護區域附近或消防控制室內。在有消防控制室的場所，電氣火災監控器發出的報警信息和故障信息應能在消防控制室內的火災報警控制器或消防控制室圖形顯示裝置上顯示，但應與火災報警信息和可燃氣體報警信息有明顯區別，這樣有利于整個消防系統的管理和應急預案的實施。未設消防控制室時，電氣火災監控器應設置在有人員值班的場所。

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6)電氣火災監控系統的特點電氣火災監控系統的具有預防性、實時性、可靠性、靈活性和可維護性等主要特點。【知識拓展】：根據國際標準IEC60364，IT系統即中性點不接地系統。在IT系統中，電源端所有帶電部分不接地或有一點通過阻抗接地，而電氣裝置的外露可導電部分通過保護接地線與接地極連接，與電源端接地沒有直接電氣連接。

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【練習題】：1.電氣火災監控系統能在電氣線路及該線路中的配電設備或用電設備發生()的條件下發出報警信號，提醒專業人員排除電氣火災隱患，實現電氣火災的早期預防，避免電氣火災的發生。A機械故障B電氣故障C電氣火災D電氣故障并產生一定電氣火災隱患2.下列關于電氣火災監控系統的說法中，不正確的是