淺談住宅區(qū)消防水泵的配電設(shè)計(jì)

毛 洪 山

(江蘇龍騰工程設(shè)計(jì)股份有限公司, 江蘇 南京 210014)

0 引 言

消防水泵包括消火栓泵、噴淋泵等,擔(dān)負(fù)著建筑消防滅火的供水任務(wù),是建筑中不可缺少的消防設(shè)施?？煽康墓╇娤到y(tǒng)是保證消防水泵在發(fā)生火災(zāi)時(shí)能可靠工作的重要環(huán)節(jié)。住宅區(qū)消防水泵房一般設(shè)置于地下汽車庫內(nèi),同時(shí)向地下車庫和地上住宅消防系統(tǒng)供水。

住宅區(qū)消防水泵配電設(shè)計(jì)依據(jù)的主要規(guī)范有:GB 50974—2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范 》[1]、GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》、GB 51348—2019《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》等。配電設(shè)計(jì)包括選擇合理的供電電源、確定供電電纜型號規(guī)格及敷設(shè)方式、設(shè)計(jì)電機(jī)的起動(dòng)方式等。

1 消防水泵配電及起動(dòng)方式選擇

目前,住宅區(qū)的消防水泵用電負(fù)荷等級多為一、二級負(fù)荷,由地下汽車庫變電所(專變)供電,消防水泵配電示意圖如圖1所示。當(dāng)前,一、二線城市新建住宅樓以約100 m高度的高層建筑為主,故消防水泵電機(jī)功率較大,單機(jī)功率多在90～132 kW,是住宅區(qū)內(nèi)單機(jī)容量最大的用電設(shè)備;另一方面,因汽車庫正常用電負(fù)荷以照明和通風(fēng)設(shè)備為主,總用電負(fù)荷小,所以配置變壓器容量小,多為315～630 kVA。

圖1 消防水泵配電示意圖

圖2 電機(jī)起動(dòng)回路單線圖

按照《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊》(第四版)(以下簡稱《配四》)中表6.5-7[3],當(dāng)不經(jīng)常起動(dòng)的電機(jī)容量不超過變壓器容量的30%時(shí),可不做起動(dòng)電壓暫降驗(yàn)算。本工程消火栓泵容量占變壓器容量的50%,須參照《配四》表6.5-4的方法對水泵全壓起動(dòng)時(shí)的母線電壓暫降進(jìn)行驗(yàn)算。

母線短路容量如式(1)所示:

(1)

式中:Ssc——最小運(yùn)行方式下的系統(tǒng)短路容量;

ST——變壓器計(jì)算容量;

SrT——變壓器額定容量;

uk%——變壓器的電抗相對值。

起動(dòng)回路容量如式(2)所示:

課程目標(biāo)的選擇和定位是幼兒園課程實(shí)施的關(guān)鍵。在經(jīng)歷活動(dòng)課程化研究中，我們依據(jù)《幼兒教育指導(dǎo)綱要》精神，參照《3～6歲兒童學(xué)習(xí)與發(fā)展指南》標(biāo)準(zhǔn)，在經(jīng)歷活動(dòng)理念的支持下，制定了經(jīng)歷活動(dòng)總目標(biāo)、年齡段目標(biāo)和活動(dòng)目標(biāo)。經(jīng)歷活動(dòng)的目標(biāo)體系強(qiáng)調(diào)關(guān)注幼兒現(xiàn)階段生活的知、情、意、行的和諧統(tǒng)一，在尊重幼兒、理解幼兒的基礎(chǔ)上，強(qiáng)調(diào)主動(dòng)學(xué)習(xí)的行為方式，強(qiáng)調(diào)合作互動(dòng)的教育策略，并在關(guān)注幼兒不同年齡特點(diǎn)和個(gè)體差異的前提下，促進(jìn)幼兒在原有基礎(chǔ)上富有個(gè)性的、全面和諧的發(fā)展。

(2)

式中:SstM——電機(jī)起動(dòng)回路的計(jì)算容量;

SrM——電機(jī)額定容量;

Kq——電機(jī)額定起動(dòng)電流倍數(shù);

Uav——系統(tǒng)平均電壓;

Sl——線路計(jì)算容量;

Xl——線路電抗。

電機(jī)起動(dòng)時(shí)母線電壓相對值(相對于額定電壓)如式(3)所示:

(3)

式中:Us——電源母線電壓相對值,取1.05;

QL——預(yù)接負(fù)荷的無功功率。

計(jì)算了相同條件下容量為90,110,132,160,200 kW、起動(dòng)電流為7倍的電機(jī)全壓起動(dòng)時(shí)的母線電壓水平(相對于額定電壓)。不同容量電機(jī)全壓起動(dòng)時(shí)的母線電壓水平如圖3所示?？梢?對于類似消防水泵等不頻繁起動(dòng)的設(shè)備而言,其容量只要不大于變壓器容量的60%,均可全壓起動(dòng)。因此,上述消防水泵平常、機(jī)械應(yīng)急時(shí)均應(yīng)采用全壓直接起動(dòng)。電機(jī)全壓起動(dòng)有時(shí)間短、可靠性高、維護(hù)簡單、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn),應(yīng)優(yōu)先選用。

圖3 不同容量電機(jī)全壓起動(dòng)時(shí)母線電壓水平

2 變壓器高壓側(cè)斷路器繼電保護(hù)配合

配電變壓器高壓側(cè)采用斷路器時(shí)一般須設(shè)置速斷和過電流保護(hù),速斷保護(hù)依據(jù)變壓器低壓側(cè)短路時(shí)流過高壓側(cè)的電流值整定,過電流保護(hù)整定值依據(jù)變壓器一次側(cè)額定電流整定,整定值(一次側(cè)動(dòng)作電流)由電網(wǎng)公司下發(fā),其采用的計(jì)算式如下:

(4)

其中,可靠系數(shù)Kre=1.2;接線系數(shù)Kjx=1;繼電器返回系數(shù)Kr=0.85;過負(fù)荷系數(shù)Kgh=1.3;變壓器一次側(cè)額定電流I1rT=18.2 A。

上述消防水泵房交付前進(jìn)行試驗(yàn),水泵起動(dòng)4～6 s時(shí)變壓器高壓側(cè)斷路器即跳閘,引起大面積停電,試驗(yàn)多次,情況均如此。

計(jì)算該水泵電機(jī)的起動(dòng)電流IstM=KqIrM=7×236=1 652 A,起動(dòng)前變壓器負(fù)荷電流約為250 A,水泵起動(dòng)過程中變壓器一次側(cè)電流為(1 652+250)/25=76 A。因變壓器高壓側(cè)過電流保護(hù)整定值無法躲過消防水泵起動(dòng)電流,必然會(huì)引起高壓斷路器跳閘。經(jīng)分析認(rèn)為,過電流整定值(一次側(cè)動(dòng)作電流)應(yīng)為

(5)

變壓器高壓側(cè)繼電保護(hù)過電流保護(hù)整定值調(diào)大會(huì)影響運(yùn)行的安全,但只要保護(hù)裝置的靈敏系數(shù)不小于1.3,就可保證繼電保護(hù)的可靠性。保護(hù)裝置的靈敏系數(shù)校驗(yàn)如下:

(6)

式中:I2k2.min——最小運(yùn)行方式下低壓側(cè)兩相短路時(shí)流過高壓側(cè)(保護(hù)安裝處)的短路電流;

I22k2.min——最小運(yùn)行方式下變壓器低壓側(cè)兩相短路電流;

I″2k.min——最小運(yùn)行方式下變壓器低壓側(cè)三相短路電流;

nT——變壓器電壓比。

3 結(jié) 語

住宅區(qū)消防水泵是重要的消防設(shè)施,應(yīng)優(yōu)先采用全壓起動(dòng)方式,水泵電機(jī)容量不超過供電變壓器容量60%時(shí),可不做起動(dòng)電壓暫降驗(yàn)算;反之,須對電機(jī)起動(dòng)電壓暫降進(jìn)行驗(yàn)算。供電變壓器高壓側(cè)斷路器過電流保護(hù)須和水泵起動(dòng)電流曲線配合,定值須躲過水泵起動(dòng)電流。本文所述電機(jī)起動(dòng)電壓暫降驗(yàn)算和供電變壓器高壓側(cè)斷路器過電流保護(hù)定值整定方法可供同行設(shè)計(jì)時(shí)參考。