建筑電氣設(shè)計中的消防配電設(shè)計要點(diǎn)分析

文／張超 北京班墨國際工程設(shè)計有限公司 北京100075

引言：

在建筑行業(yè)迅猛發(fā)展的今天，很多高層建筑、超高層建筑數(shù)量也越來越多，這些建筑體量規(guī)模更大，建筑功能豐富，人員聚集數(shù)量眾多，因此疏散難度也比較高。建筑內(nèi)消防設(shè)施與用電設(shè)備眾多，對消防供電保障也有著非常高的要求。一旦在發(fā)生火災(zāi)時，無法保障消費(fèi)電力負(fù)荷供應(yīng)，很容易延誤最佳救火時機(jī)，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)財產(chǎn)損失與人員傷亡。因此必須要提高對建筑電氣設(shè)計的重視，尤其要加強(qiáng)對電氣設(shè)計中消防配電的合理設(shè)計，從而確保消防電力能夠安全穩(wěn)定供應(yīng)，有效保護(hù)建筑消防與人民生命財產(chǎn)安全。

1、建筑電氣設(shè)計中消防配電設(shè)計的重要性

伴隨著城市化進(jìn)程的深入推進(jìn)，各種高層建筑建設(shè)的數(shù)量也在不斷增加，建筑功能也越來越豐富。與之相對應(yīng)的，高層建筑的電氣設(shè)計也越來越復(fù)雜，對建筑消防安全也提出了更高要求。一旦高層建筑發(fā)生火災(zāi)，如果無法及時疏散群眾，很容易釀成重大安全事故，帶來的財產(chǎn)損失也不可估量。而從建筑火災(zāi)發(fā)生原因來看，消防配電設(shè)計不合理是其中一項重要的因素，受此影響，很容易引發(fā)各種電氣火災(zāi)，比如短路火災(zāi)、過負(fù)荷火災(zāi)、漏電火災(zāi)等，因此在開展建筑電氣設(shè)計工作的過程中，必須要提高對消防配電設(shè)計的重視，可有效降低建筑發(fā)生火災(zāi)的概率。從消防配電設(shè)計功能來看，一方面，通過合理的消防配電設(shè)計，可以有效避免線路發(fā)生短路或其他故障起火，引發(fā)火災(zāi)問題，從而更好地保護(hù)建筑安全[1]。另一方面，通過合理的消防配電設(shè)計，能夠給予建筑消防獨(dú)立的配電線路，從而能夠保障建筑消防系統(tǒng)用電穩(wěn)定可靠，為后續(xù)消防工作開展提供良好的保障?；诖?，必須要提高對建筑電氣設(shè)計中消防配電設(shè)計的重視，從而促使其發(fā)揮出應(yīng)有的安全保護(hù)作用，為人們營造一個安全舒適的居住環(huán)境。

2、建筑電氣設(shè)計中消防配電設(shè)計原則

在建筑電氣設(shè)計中，針對消防配電設(shè)計工作的開展，應(yīng)遵循以下原則：消防系統(tǒng)配電裝置保護(hù)性原則。在實(shí)際設(shè)計消防配電裝置的過程中，應(yīng)注重加強(qiáng)設(shè)計保護(hù)，可選擇設(shè)置在建筑配電所之中，或者將設(shè)置位置選擇在電源進(jìn)線處。針對應(yīng)急電源裝置，應(yīng)注意與其他裝置分配設(shè)置。特別是對一些主電源裝置而言，應(yīng)注意將其與應(yīng)急配電裝置隔離開來。在配電裝置之中，還應(yīng)注意做好消防標(biāo)志的標(biāo)記，從而更好地維護(hù)消防系統(tǒng)配電裝置的安全性。在實(shí)際進(jìn)行配電裝置回路開關(guān)設(shè)置時，注意做好獨(dú)立的配電箱與配電柜的設(shè)置，從而便于進(jìn)行統(tǒng)一管理[2]。另一方面，在實(shí)際消防配電設(shè)計的過程中，還應(yīng)注重遵循線路保護(hù)原則。當(dāng)前的很多建筑電氣火災(zāi)，多是因為線路短路、超負(fù)荷運(yùn)行所引起，因此在實(shí)際進(jìn)行消防配電設(shè)計時，必須要加強(qiáng)消防線路的保護(hù)。從而即使在建筑發(fā)生火災(zāi)后，相應(yīng)的消防線路也能夠正常穩(wěn)定運(yùn)行，為消防提供穩(wěn)定充足的電力供應(yīng)。針對消防線路的設(shè)計，必須要采用阻燃、防火電纜，加強(qiáng)對線路的保護(hù)，從而才能更好地保證消防配電線路的安全，避免因為火災(zāi)高溫炙烤而失效，影響消防電力正常供應(yīng)。

3、建筑電氣設(shè)計中消防配電設(shè)計現(xiàn)狀

通過上文敘述可知，在建筑電氣設(shè)計中，消防配電設(shè)計在保障消防電力供應(yīng)，維護(hù)建筑消防安全方面發(fā)揮著非常關(guān)鍵的作用。尤其是隨著當(dāng)前建筑建設(shè)規(guī)模越來越大，建筑層高越來越高，因此對建筑消防配電設(shè)計也提出了更高要求。盡管在建筑消防配電設(shè)計方面當(dāng)前已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，但依然存在一些問題不容忽視，具體可表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：（1）在個別區(qū)域中，一些供電企業(yè)在實(shí)際進(jìn)行配網(wǎng)局部時，出于對配電網(wǎng)的安全的考慮，選擇將消防設(shè)在電源中，很多開關(guān)均與低壓開關(guān)直接連接，供電采用了雙電源方式。一條線為發(fā)電機(jī)提供電源，另一條線路為高壓電路提供電源，這對供電給消防設(shè)備供電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了非常嚴(yán)重的影響。（2）針對一些高層建筑，在消防配電設(shè)計方面，雖然采用了自發(fā)電機(jī)系統(tǒng)來滿足消防電力供應(yīng)要求。但在實(shí)際設(shè)計過程中，沒有安裝自動啟動裝置。還有一些發(fā)電機(jī)缺乏電壓監(jiān)測設(shè)備,在突發(fā)火災(zāi)時，只能夠采用手動啟動方式。受此影響，自然無法在30 秒內(nèi)啟動整個消防電源，這顯然不利于消防電力安全穩(wěn)定供應(yīng)。（3）少部分電氣設(shè)計師在實(shí)際開展消防配電設(shè)計工作的過程中，沒有結(jié)合相關(guān)國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，合理選擇火災(zāi)供電設(shè)備、線纜等裝置，而是出于成本原因的考慮，采用了熱電跳閘繼電器，這樣很難保障消防電力安全穩(wěn)定運(yùn)行。尤其是隨著時間的推移，一旦發(fā)生線路超載過負(fù)荷問題，連接相關(guān)消防設(shè)備的塑殼斷路器就會跳閘，從而導(dǎo)致消防設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)。此時一旦發(fā)生火災(zāi)，將很難及時做出反應(yīng)，延誤最佳救火時機(jī)，消防電力設(shè)備也失效，由此將會造成非常大的財產(chǎn)損失，對居民生命安全也會造成嚴(yán)重的威脅。

4、建筑電氣設(shè)計中消防配電設(shè)計要點(diǎn)

4.1 消防配電方式選擇

在建筑電氣設(shè)計中，針對消防配電設(shè)計工作的開展，合理選擇配電方式非常重要。從當(dāng)前情況來看，消防配電線路分配方式主要包括三種，一是樹干式配電方式，二是放射式配電方式，三是混合式配電方式。其中對樹干式消防配電方式而言，主要有著以下優(yōu)點(diǎn)：整體配線結(jié)構(gòu)簡單，干線數(shù)量較少，線路運(yùn)行有著良好的經(jīng)濟(jì)性，實(shí)際配線分布方式也更加的靈活多變。但采用這種方式作為消防配線，由于主干線消防分配較少，一旦出現(xiàn)消防事故問題，很容易產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致大面積停電。因此這種消防配電方式設(shè)計，通常適合應(yīng)用于人員疏散的應(yīng)急照明系統(tǒng)之中。對放射式消防配電方式而言，整體線路數(shù)量更多，且不同的線路彼此相互獨(dú)立。因此當(dāng)其中一條線路出現(xiàn)故障問題時，其他線路能夠正常運(yùn)行，不會受到上述故障問題的影響。因此放射式消防配電方式更加穩(wěn)定和安全，能夠更好地保護(hù)電源正常穩(wěn)定運(yùn)行，減少事故發(fā)生。因此這些消防配電方式適合在一些比較重要的消防電力負(fù)荷之中應(yīng)用，比如消防電梯，消防泵，防排煙等消防系統(tǒng)[3]。如此一來，無論建筑何種部分出現(xiàn)火災(zāi)問題，相應(yīng)的消防設(shè)備以及消防裝置都能夠正常運(yùn)用，為消防工作開展提供穩(wěn)定安全的電力供應(yīng)?？偠灾?，在實(shí)際進(jìn)行消防配電方式選擇的過程中，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況慎重考慮，針對一些比較重要的消防設(shè)備，應(yīng)滿足其電力穩(wěn)定性要求，優(yōu)先選擇放射模式，保障消防電源電力供應(yīng)的安全可靠性，其他消防設(shè)備則結(jié)合實(shí)際，靈活采用樹干式與混合式配電方式，從而既能夠滿足消防電力供應(yīng)的需求，又有利于節(jié)約消防配電成本。

4.2 低壓配電系統(tǒng)主接線方案

在當(dāng)前的建筑電氣消防設(shè)計中，一般有兩種供配電設(shè)計方案可供選擇，一是不分組設(shè)計方案。這種設(shè)計方案整體的主接線方式比較簡單，造價也比較低，在消防負(fù)荷中，一般不設(shè)置專用的低壓母線，而是和消防負(fù)荷共用同一個進(jìn)線斷路器?；蛘哌x擇在同一個低壓母線之上，共同運(yùn)轉(zhuǎn)消防負(fù)荷電源與非消防負(fù)荷電源。但在實(shí)際運(yùn)行過程中，一旦非消防負(fù)荷出現(xiàn)了故障問題，很容易對消防負(fù)荷供電帶來嚴(yán)重的影響。二是分組設(shè)計方案，這種設(shè)計方案相對更加復(fù)雜，且整體造價較高。如果是高壓供電，則是從變電站低壓側(cè)第一級母線位置開始，消防負(fù)荷電源與非消防負(fù)荷電源會直接分開，各自進(jìn)行獨(dú)立供電。如果是從低壓電纜位置處進(jìn)行供電，那么會在進(jìn)線開關(guān)的下端開始，消防負(fù)荷電源與建筑負(fù)荷電源分開，兩者獨(dú)立供電。

傳統(tǒng)的低壓消防配電系統(tǒng)通常采用第一種設(shè)計方案，即所有負(fù)荷設(shè)置在主進(jìn)線斷路器后或同一母線段上，這顯然對消防負(fù)荷供電可靠性將會帶來非常嚴(yán)重的影響。尤其是在低壓母線位置處出現(xiàn)了短路問題，或者因為在火災(zāi)時，沒有及時切斷非消防電源。此時滅火用水四處噴射，很容易引起配電線路出現(xiàn)接地故障，造成越級跳閘問題。因此從近些年建筑電氣火災(zāi)案例情況來看，很多都是在火災(zāi)初期，消防滅火設(shè)備能夠正常啟動滅火。但隨著時間的推移，出現(xiàn)了主電源跳閘問題，或者主電源雖然有電，但無法合閘，最終導(dǎo)致消防滅火裝置運(yùn)行中斷，延誤了最佳滅火時機(jī)，最終造成了嚴(yán)重的人員傷亡與財產(chǎn)損失。

因此為避免出現(xiàn)上述問題，在實(shí)際進(jìn)行消防配電系統(tǒng)設(shè)計時，可采用第二種設(shè)計方案，從低壓側(cè)母線段開始，將消防負(fù)荷和非消防負(fù)荷進(jìn)行分開配置，從而使其能夠相互獨(dú)立，互不影響。還可以將這一設(shè)計方案與發(fā)電機(jī)備用電源供電線路結(jié)合在一起，通過在消防負(fù)荷母線段中設(shè)置聯(lián)鎖轉(zhuǎn)換開關(guān)，從而既能夠有效確保消防負(fù)荷獨(dú)立運(yùn)行，不受非消防負(fù)荷的故障影響，同時還能夠額外增加一路消防負(fù)荷備用電源，從而能夠更好地保障消防負(fù)荷電力供應(yīng)的穩(wěn)定可靠性。

4.3 消防線纜選擇與敷設(shè)

做好消防線纜的選擇，能夠有效減少火災(zāi)對消防配電系統(tǒng)運(yùn)行的影響。常用的消防線纜包括消防礦物絕緣電纜、阻燃電纜與耐火電纜。消防礦物絕緣電纜，這種線纜組成并不復(fù)雜，內(nèi)部由銅芯、礦物絕緣物質(zhì)組成，外部則配置有銅護(hù)套。為了提高線纜的阻燃性，在銅護(hù)套之外，還包裹一層低煙無鹵阻燃外護(hù)套。這些線纜有著非常好的防火性能，在高溫環(huán)境下，不會產(chǎn)生對人體有害的氣體和煙霧，從而為人們逃生創(chuàng)造一個更好的環(huán)境。同時這種線纜本身有著較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度，導(dǎo)電性能好，因此非常適合作為消防配電設(shè)計線纜。“阻燃電纜”與“耐火電纜”，因為上述兩種線纜執(zhí)行的都是《阻燃及耐火電纜，塑料絕緣阻燃及耐火電纜分級和要求》國家標(biāo)準(zhǔn)，因此消防配電設(shè)計人員在實(shí)際進(jìn)行線纜選擇時，通常不加以區(qū)分，經(jīng)常交替使用這兩種線纜。上述兩種消防線纜依然有著一些明顯區(qū)別,對阻燃線纜而言，相較于耐火電纜，本身有著更強(qiáng)的抗失效能力。而耐火電纜本身也有著獨(dú)屬于自己的優(yōu)勢，即在火災(zāi)制造的高溫環(huán)境下，相較于阻燃電纜，能夠維持更長的供電時間?；诖?，在消防供電線路中敷設(shè)阻燃線纜時，應(yīng)注意與其他普通用電線路線纜區(qū)分開來。比如線纜法敷設(shè)位置是在電纜井和電纜溝內(nèi)，敷阻燃電纜要分別敷設(shè)在井或溝內(nèi)兩側(cè)。同時值得注意的是，無論是何種消防線纜，在實(shí)際敷設(shè)時，如果采用明敷方式，即使有金屬外套保護(hù)，在火災(zāi)制造的高溫環(huán)境下，持續(xù)穩(wěn)定供電時間也無法超出30min。而對建筑消防水泵而言，在火災(zāi)發(fā)生后，要求持續(xù)供電時間為60min。而消火栓水泵對持續(xù)供電時間要求更長，一般要在120min，因此上述線纜并不能滿足消防需求。因此在一些重要建筑場所尤其是一些公共建筑場所，在實(shí)際進(jìn)行消防線纜設(shè)計選擇時，主干線會優(yōu)先采用礦物絕緣銅護(hù)套電纜。而針對一些支線位置，出于成本考量，會采用低煙無鹵阻燃耐火電線電纜，并穿金屬管進(jìn)行保護(hù)，敷設(shè)方式為暗敷。

除此之外，為了能夠保障消費(fèi)配電能夠持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，在實(shí)際進(jìn)行配電線路敷設(shè)時，還應(yīng)落實(shí)以下幾點(diǎn)：（1）消防配電線路如果采用明敷方式，在采用阻燃或耐火電纜時，應(yīng)采用穿金屬管保護(hù)，或者在線纜之上穿封閉式金屬槽盒，從而起到良好的保護(hù)作用。同時在用于保護(hù)的金屬管和封閉式金屬槽盒之外，還需要涂刷三道以上的丙烯酸乳膠等防火涂料，從而起到良好的防火保護(hù)作用。如果采用礦物絕緣電纜進(jìn)行敷設(shè)，這些線纜本身有著較強(qiáng)的防火性能，因此可以采用梯架明敷方式。（2）在對消防配線纜進(jìn)行暗敷時，應(yīng)做好穿金屬管保護(hù)，同時還應(yīng)合理選擇敷設(shè)位置，禁止在可燃性結(jié)構(gòu)內(nèi)進(jìn)行線纜的敷設(shè)。（3）在消防配電線路設(shè)計如果采用阻燃或耐火電纜，應(yīng)注意不得將其與非消防配電線路共用電纜井和溝；如果采用的是礦物絕緣線纜，可以敷設(shè)在同一電纜井、溝內(nèi)，但消防配電線路和非消防配電線路分別在電纜井和溝的兩側(cè)布置。

4.4 非消防電源的切除

從《民用建筑電氣設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB 51348—2019）我們能夠了解到，在建筑發(fā)生火災(zāi)后，要求控制室及時做出反應(yīng)，切斷火災(zāi)區(qū)域內(nèi)非消防電源。同時這種切斷決定必須要在火災(zāi)得到確認(rèn)后，才能正式切斷。因此針對上述整個過程，必須要做一個合理準(zhǔn)確地判斷。如果非消防照明用電電源在出現(xiàn)火災(zāi)報警后，立即將照明電源切斷，很容易制造恐慌情緒，撤離人員在這一過程中就很容易出現(xiàn)踩踏傷人事件，不利于保障人身安全。因此在建筑火災(zāi)出現(xiàn)后，應(yīng)確保建筑內(nèi)有著充足的照明系統(tǒng)，能夠指引建筑內(nèi)居民安全撤離疏散。在上述過程中，必須要謹(jǐn)慎切斷照明電源。一般在建筑內(nèi)火情得到確認(rèn)后，由專業(yè)人員結(jié)合實(shí)際情況，來到控制室，選擇手動切斷火區(qū)照明電源。針對其他一些非消防用電電源，可以結(jié)合建筑本身的重要性，來作為是否直接切斷電源的重要依據(jù)[4]。有的建筑物本身對暖通、空調(diào)等非消防電源較為依賴，因此在火災(zāi)發(fā)生后，不可直接切斷這些非消防電源，而是結(jié)合火災(zāi)發(fā)生的范圍，有針對性進(jìn)行電源自動切斷設(shè)計，從而避免造成更大的損失。而針對普通建筑物可以直接切斷相應(yīng)的非消防用電負(fù)荷電源，從而避免受火災(zāi)影響，引發(fā)連鎖反應(yīng)，對整體建筑安全與人員帶來更為嚴(yán)重的威脅。

4.5 雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)的選擇

在實(shí)際進(jìn)行消防配電設(shè)計的過程中，雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)控制裝置是一種常用的消防配電設(shè)計常用的裝置。在實(shí)際設(shè)計時，做好上述裝置的合理選擇，有利于提高整體配電設(shè)計質(zhì)量水平。在實(shí)際選擇過程中，需要考慮裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計特點(diǎn)。對雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)控制裝置而言，具體可分為兩類，一類是PC 級產(chǎn)品，另一類是CB 級產(chǎn)品。前者采用的是勵磁驅(qū)動方式，本身不具備分?jǐn)喽搪冯娏鞯哪芰?，針對這一缺陷，在實(shí)際設(shè)計過程中，應(yīng)注意地配置一些短路保護(hù)裝置。而對后者來說，本身在短期內(nèi)能夠承載輸送較大的短路電流，在電源電路出現(xiàn)短路故障問題時，該裝置可以在短路保護(hù)裝置運(yùn)行后開始轉(zhuǎn)換。對PC 級別雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)控制裝置來說，即使出現(xiàn)了超載問題，也能夠為電氣設(shè)備提供穩(wěn)定電力供應(yīng)。但對CB 級別的雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)控制裝置而言，本身有著較大的體積，且雙電源切換時間也比較長。在實(shí)際切換過程中，可能會因為內(nèi)部結(jié)構(gòu)問題，出現(xiàn)了打滑現(xiàn)象，因此在維持電力穩(wěn)定供應(yīng)方面可靠性并不佳。因此在消防配電線路設(shè)計時，應(yīng)傾向于選擇PC 級別雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)控制裝置。

結(jié)語：

在建筑設(shè)計中，消防配電設(shè)計是一項不容忽視的工作內(nèi)容，通過做好消防配電設(shè)計，一方面可以有效降低建筑電氣火災(zāi)的發(fā)生概率，另一方面，在火災(zāi)發(fā)生時，還能為消防工作開展提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)，助力火災(zāi)的消除。因此我們必須深刻認(rèn)識的消防配電設(shè)計的重要性，嚴(yán)格遵循相應(yīng)的設(shè)計原則，從多個方面出發(fā)，落實(shí)消防配電設(shè)計要點(diǎn)，促使消防配電設(shè)計發(fā)揮出應(yīng)有作用價值，為人們的生命財產(chǎn)安全保駕護(hù)航。