基于建筑電氣設計中的消防配電設計研究

吳海明

（黃山新晨建筑科技有限公司）

0 引言

近年來，在我國經濟飛速發(fā)展的同時，火災事故數量也隨之不斷增加。據權威統(tǒng)計，2022年一季度，全國火災事件就有約21.9萬起，從火災發(fā)生原因來看，因消防配電系統(tǒng)設計缺陷導致的電氣火災約占火災總數的30%左右，因此消防配電系統(tǒng)設計的重要性不言而喻?；诖耍P者僅就消防電源及其配電、消防設施等在項目的設計、圖審過程中遇到的問題展開探討。

1 建筑電氣中的消防電源配電系統(tǒng)

1.1 消防負荷雙電源供電要求

正確劃分消防負荷等級是消防設施正常運行的基本保證，要求設計人員能夠對消防負荷等級進行劃分，制定出安全合理的消防配電系統(tǒng)設計方案。

建筑內的消防負荷劃分通常以建筑室外消防水量、建筑火災危險性、疏散和撲救難度等為出發(fā)點，根據我國現(xiàn)行消防技術規(guī)范，可劃分為特級、一級、二級、三級負荷。

根據現(xiàn)行消防技術規(guī)范，一級負荷要求具有雙重電源供電，而特級負荷除了要求具有雙重電源供電外，還應增設應急電源，應急電源是獨立于正常電源外的第三電源（如柴油發(fā)電機、蓄電池組等）。對于雙重電源供電要求，GB50052-2009《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》第3.0.2條和GB50016-2018《建筑設計防火規(guī)范》第10.1.4條均給出了明確定義，但從我國中小城市電網建設來看，各地區(qū)的電網主網都是并聯(lián)運行的，用戶變電站很難從電網上獲取雙重電源。對于電力部門提供的兩路電源，如果滿足在其中一個電源故障檢修（或發(fā)生火災）時另一個電源不中斷供電的條件，那么這樣的電源可視為雙重電源供電。

1.2 消防負荷應采用專用供電回路

目前，國內建筑電氣工程設計消防負荷的低壓主接線主要有兩種設計方案，即有分組和不分組。有分組方案的特點是，消防負荷與非消防負荷母線主斷路器分開，分別自成獨立系統(tǒng)，此方案主接線復雜、成本高，但當建筑發(fā)生火災時，消防與非消防相互影響小，能保證消防負荷的供電可靠性。而對于不分組方案，消防負荷與非消防負荷共用母線斷路器，這種接線方案優(yōu)點是成本低，接線比較簡單，缺點是當發(fā)生火災時，非消防負荷對消防負荷的影響較大，不利于非消防電源切斷，加上配電線路因滅火時消防水四溢導致的斷路器越級跳閘，影響消防設施正常運行。至于消防負荷與非消防負荷是否一定要分組設置，現(xiàn)行消防技術規(guī)范并未明確規(guī)定，筆者建議，對于有大規(guī)模的一、二級消防負荷，可采用分組方案，消防負荷采用專用母線供電比較合理。這是因為如果當大量一、二級消防負荷與非消防負荷共用低壓母線斷路器，滅火時電氣線路及消防設施會遇水出現(xiàn)短路，導致主進線斷路器跳閘，從而影響消防負荷的供電可靠性。

1.3 消防負荷雙電源切換箱設置

消防負荷低壓供電方式一般都是由配電房引出兩路低壓電源至末端雙電源箱自動切換供電。然而，建筑設計防火規(guī)范給出“對消防用電設備應在末端設置自動切換裝置”，人們對于其中的“末端切換位置”是各設備機房控制箱處還是防火分區(qū)配電小間內尚有一些爭議。新規(guī)范實施前，各設計院主流做法是在消防負荷末端設雙電源自動切換裝置。但GB51348-2019《民用建筑電氣設計標準》實施以來，防火分區(qū)內的防排煙設施、電動擋煙垂壁、防火卷簾等消防負荷末端切換箱可設置于配電小間內，這種做法大大減少了雙電源的開關使用，既滿足了消防負荷供電可靠性，又降低了項目成本。

1.4 消防配電線路保護

消防配電回路需要不間斷供電，這是建筑發(fā)生火災時保證消防設施能持續(xù)可靠滅火的前提。因此，消防配電線路的保護應以安全、可靠及可持續(xù)為設計原則。消防用設備（如消防水泵及防排煙風機）的配電線路一般都安裝于地下室等潮濕場所，平時不運行，會產生電動機軸封腐蝕生銹，啟動時間長、尖峰電流過大，導致斷路器的過負荷跳閘，火災時消防用電設備不能正常運行。消防用電設備斷電會造成更大損失，所以不應設置過載保護功能。

針對消防負荷配電線路保護，筆者僅對項目設計和審圖過程中遇到的問題提出一些淺見：

（1）選用帶有復式脫扣器的斷路器對消防設備進行保護。復式脫扣器具有短路和過載雙重保護功能，顯然違反現(xiàn)行規(guī)范要求。對于民用建筑內的消防設備，設計人員應根據新規(guī)范要求，選擇單磁脫扣的斷路器進行保護。消防設備末端保護選用單磁脫扣斷路器，而對于上一級開關是否仍需選擇單磁脫扣斷路器，本文認為，遇到這種情況，上級開關選擇一般比下級開關大1～2級，如果通過驗算，末端啟動電流能避開上級開關的長延時脫扣整定電流，那么上一級開關仍可選擇復式脫扣。

對于應急照明、電動卷簾門、電動擋煙垂壁這些功率較小的消防設備，幾乎不會出現(xiàn)過載跳閘情況，因此，選擇復式脫扣還是單磁脫扣的斷路器區(qū)別不大。

（2）有備用機組的消防用電設備設計不合理。例如，地下室消防設備通常都是一用一備，大部分設計人員對常用和備用機組的保護裝置均設置了過載僅作用于信號不脫扣，違反了規(guī)范。對于有備用泵的消防設備，火災時過載應跳閘，備用泵投入工作。應當說明，設置有過負荷僅作用于信號不脫扣的線路應引至有人值班的場所，否則，就失去了過負荷報警的意義。

（3）設計人員對斷路器使用功能不清楚，按額定電流選擇斷路器整定電流。對于消防水泵，啟動電流一般大于斷路器整定電流，導致消防設備無法啟動。在對斷路器進行選擇時，應考慮消防設備啟動電流對斷路器整定電流的影響。

（4）對于地下室排污泵，很多設計人員按非消防負荷配電進行設計。需要指出的是，在進行地下室排水泵配電設計時，應按消防負荷考慮，理由有兩點：其一，消火栓規(guī)范明確規(guī)定設有消防泵房的地下室應設置排水設施；其二，為了保證火災時地下室的水能及時排出，要保證排水泵供電的可靠性，在規(guī)定消防滅火時間內，電源不間斷。

（5）雙電源自動轉換開關選擇不當。雙電源自動轉換開關的功能僅是根據兩路電源的狀態(tài)來進行轉換，而筆者在審查圖紙時發(fā)現(xiàn)，有些設計人員選用帶過載和短路保護功能的CB級雙電源開關作為消防負荷末端的自動切換裝置。當雙電源負載側過載而引起內部斷路器跳閘時，因前端電源狀態(tài)并未改變，導致消防設備因雙電源開關拒動而失去電源，無法啟動，將造成嚴重后果。

（6）地下室排污泵漏電保護斷路器是否存在漏電后跳閘或僅漏電報警而不跳閘有爭議。規(guī)范對安裝在水中的供電線路和設備要求應設置剩余電流RCD保護。然而，有些圖審機構的審查人員提出過，消防排污泵漏電僅作用于報警而不跳閘，理由是消防設備因遇水漏電而跳閘將無法啟動，這顯然不合理。項目在運營過程中，檢修人員因為平時檢修而遭受漏電電擊事故時有發(fā)生，而對于火災這種概率事件，其發(fā)生的初期短時間內，不會影響消防排水泵的運行。故而，設計階段應從人身安全角度出發(fā)，漏電保護僅是為了避免人員直接接觸線路而發(fā)生電擊事故，否則RCD保護就失去了設置的目的和意義了。另外，如果僅僅是漏電僅作用于報警，而報警信號未引至有人值班的場所，則會導致故障無法排除，影響排水泵正常運行。在項目施工階段，筆者很少見到漏電報警信號引至值班場所。

2 建筑電氣設計中消防配電線路的選擇和敷設

消防配電線路是建筑火災發(fā)生時，消防設備能否連續(xù)運行的關鍵，而消防設備線纜和敷設方式的選擇是兩個重要因素。因此，在選擇消防線纜和敷設方式時，應滿足火災時供電的可靠性需要。所有的消防線纜應選擇耐火型的銅芯線纜，其線纜需根據不同消防設備的工作時間和消防應急照明備用電源的連續(xù)供電時間進行選擇。

2.1 消防配電線纜選擇

當前，從很多設計院的設計圖紙中發(fā)現(xiàn)，消防設備線纜選擇未嚴格執(zhí)行防火規(guī)范，對于同一電井內敷設的線纜，應采用礦物絕緣防火電纜。有些設計人員為了服務于建設方，節(jié)省項目成本，選用的消防線纜并未采用礦物絕緣防火電纜。另外，新規(guī)范實施后，對不同消防用電設備持續(xù)供電時間進行了規(guī)定，這就要求我們設計人員在對消防設備線纜選型時，要使其滿足火災耐火溫度和時間要求。

需特別說明的是，最新實施的新民標特別提到了火災報警系統(tǒng)線纜選擇需滿足燃燒性能要求［1］，而對于整個消防強電配電線纜燃燒性能未明確。設計人員進行強電配電系統(tǒng)線纜選型時，可根據建筑性質、重要性以及耐火性能，選擇相適應的燃燒等級，與火災報警系統(tǒng)的線纜燃燒性能選擇保持一致。

2.2 消防配電線纜敷設

有些設計人員對于消防設備電源線纜敷設方式選擇比較隨意，并未根據規(guī)范要求設計。消防與非消防設備配電線路未分開敷設，消防用電設備常用和備用電源線纜在同一防火橋架敷設時，橋架中間也并未加防火隔板，這都是設計者不嚴謹、未正確執(zhí)行規(guī)范的表現(xiàn)，應當引起設計人員注意。另外，對于電力設計人員在進行變配電房設計時，由于對民用建筑內的消防設施規(guī)范不了解，10kV電源線路專用橋架未采用防火保護措施，導致建筑發(fā)生火災時，10kV電源線路受到損壞而使整個供電系統(tǒng)斷電，從而造成嚴重的人身和財產損失［2］。故而，10kV進線電纜應與整個建筑的低壓電纜耐火等級保持一致，這一點應當引起設計人員的重視。

消防設備低壓配電線路的線纜敷設分為明敷和暗敷。設計人員在明敷線纜文字說明里明確了導管設置防火保護措施，然而，很多施工單位為了減少施工成本，并未對明敷線纜的導管涂刷防火涂料，勢必會影響消防設備線纜供電的連續(xù)性，建筑設計防火規(guī)范明確明敷線纜穿管應采取防火保護措施［3］。

3 構建合理的火災報警系統(tǒng)

安全合理的火災報警預警系統(tǒng)設計可使建筑發(fā)生火災時及時報警，保證人員能夠在有限時間內安全疏散，使消防人員可以快速發(fā)現(xiàn)火災，并及時進行火災救援，使建筑內居民的生命安全得到重要保障。在消防檢測時通常存在以下主要問題：（1）聲光報警器、消防廣播喇叭在布置時，因間距設置不合理，導致其聲音偏小，在發(fā)生火災時建筑物內人員無法聽清；（2）未考慮梁高對火災探測器類別選擇及布置的影響；（3）火災報警系統(tǒng)線纜傳輸距離太遠，未在合適區(qū)域設置直流電源箱，導致直流電源壓降損失偏大，影響末端模塊及聲光報警器的正常工作；（4）排煙機房主干風管上的280°防火閥關閉時，未能連鎖關閉排煙風機。對于這些常見問題，設計及施工人員均應根據現(xiàn)行國家消防技術規(guī)范進行設計與施工，消防檢測如果出現(xiàn)問題，導致返工，勢必會影響項目整體運行。

另外，需要注意的是，設計人員應根據具體情況來配置火災報警系統(tǒng)和消防應急廣播末端點位，并盡可能將其布置在人群相對密集的地方，最大程度上發(fā)揮出預警作用。同時，為了防止火災自動報警系統(tǒng)對其他線路產生影響，設計人員還要對建筑內的線路進行科學、合理的規(guī)劃，以此來確保線路的合理性，避免在運行過程中相互影響。

4 結束語

綜上所述，隨著社會科技的逐步發(fā)展，建筑工程電氣消防配電設計具有至關重要的現(xiàn)實效用，科學的設計消防配電，可以全面減少火災，特別是電氣火災對建筑體的傷害，確保人們的健康與財產安全。所以，在建筑電氣消防配電設計中，力求有關工作者能全面意識到建筑消防配電設計的必要性，按照我國有關消防配電設計施工標準，綜合了解消防配電及建筑電氣設計要點，對消防配電設計方案實施反復修改與優(yōu)化，全面提高消防配電設計的專業(yè)技能水準與工作質量，繼而為國內建筑項目的良性發(fā)展提供重要的保障。