第十四章 消防供配电
思维导图
学习要求
通过对本章的学习，了解消防用电设备的范畴和消防电源的基本要求，熟悉消防用电负荷、消防备用电源、消防负荷的电源设计以及电线、电缆的选型原则。
当建筑物内发生火灾时，首先应利用建筑物本身的消防设施进行灭火和疏散人员、物资。如果没有可靠的电源，则消防设施将无法正常工作，进而导致不能及时 警与灭火，不能有效地疏散人员、物资和控制火势蔓延，势必造成重大的损失。因此，合理地确定消防用电负荷等级、科学地设计消防电源供配电系统，对保障建筑消防用电设备的供电可靠性是非常重要的。
第一节 消防用电及负荷等级
一、消防用电
正常条件下，消防用电设备依靠城市电 供给电能。一旦发生火灾，就会直接影响城市电 电能输出的可靠性和安全性，也就直接影响消防用电设备在火灾条件下工作的可靠性和安全性。因此在建筑电气防火设计的过程中，首要考虑的就是消防用电在火灾条件下的电能连续供给的可靠性及安全性。这种供给的安全性包括电能的限流和限压，以保证消防用电设备在发生故障起火时的安全，也包括电气线路的泄流引发触电，危及应急逃生人员及抢险救援人员的生命安全。
消防电源是指在火灾时能保证消防用电设备继续正常运行的独立电源。消防电源的基本要求包括以下几个方面：
(一)可靠性
在火灾条件下，若消防电源停止供电，会使消防用电设备直接失去作用，贻误了抢险救援的时机，给人民的生命财产带来严重的后果，因此必须确保消防电源及配电系统的可靠性。
(二)耐火性
在火灾条件下，许多消防用电设备是在火灾现场或附近工作，因此消防电源的配电系统应具有耐火、耐热及防爆性能，同时还可以采用耐火材料在建筑整体防火条件下提高不间断供电的能力和时间。
(三)有效性
消防用电设备在抢险救援过程中需要持续一定的工作时间，因此消防电源应能在火灾条件下保证持续供电时间，以确保消防用电设备的工作有效性。
(四)安全性
消防电源和配电系统在火灾条件下工作环境极为恶劣，必须采用相应的保护措施，防止过电流、过压导致消防用电设备的故障起火，防止电气线路漏电引发的触电事故。
(五)科学性和经济性
在保证可靠性、耐火性、有效性和安全性的前提下，要考虑系统设计的科学性，考虑电源的节能效果和电源质量，考虑施工和操作的方便快捷，考虑投资、运行和维护保养的费用等等。
二、消防用电的负荷等级
在供配电系统中，用电设备被称为电力负荷，其大小以功率或电流表示。划分消防负荷等级并确定其供电方式的基本出发点是建筑物的结构、使用性质、火灾危险性、人员疏散和扑救难度、事故造成的后果等因素。
(一)基本概念
消防负荷就是指消防用电设备，根据供电可靠性及中断供电所造成的损失或影响的程度，分为一级负荷、二级负荷及三级负荷。
(二)一级负荷
(1)一级负荷适用的场所。下列场所的消防用电应按一级负荷供电：
建筑高度大于50m的乙、丙类生产厂房和丙类物品库房，一类高层民用建筑，一级大型石油化工厂，大型钢铁联合企业，大型物资仓库等。
(2)一级负荷的电源供电方式。一级负荷应由两个电源供电，且两个电源要符合下列条件之一：
1) 两个电源之间无联系。
2) 两个电源有直接联系，但符合下列要求：
①任一电源发生故障时，两个电源的任何部分均不会同时损坏。
②发生任何一种故障且保护装置正常时，有一个电源不中断供电，并且在发生任何一种故障且主保护装置失灵以至两个电源均中断供电后，应能在有人员值班的处所完成各种必要操作，迅速恢复一个电源供电。
(3)结合消防用电设备的特点，以下供电方式可视为一级负荷供电：
1)电源一个来自区域变电站(电压在35KV及以上)，同时另设一台自备发电机组。
2)电源来自两个区域变电站。
3)电源来自两个不同的发电站。
(三)二级负荷
(1)二级负荷适用的场所。下列建筑物、储罐(区)和堆场的消防用电应按二级负荷供电：
室外消防用水量大于30L/s 的厂房(仓库)，室外消防用水量大于35L/s 的可燃材料堆场、可燃气体储罐(区)和甲、乙类液体储罐(区)，粮食仓库及粮食筒仓，二类高层民用建筑，座位数超过1500 个的电影院、剧场，座位数超过3000 个的体育馆，任一层建筑面积大于3000㎡的商店和展览建筑，省(市)级及以上的广播电视、电信和财贸金融建筑，室外消防用水量大于25L/s 的其他公共建筑。
(2)二级负荷的电源供电方式。二级负荷的电源供电方式可以根据负荷容量及重要性进行选择：
1)二级负荷的供电系统要尽量采用两回线路供电。
2)负荷较小或地区供电条件较困难的条件下，允许有一回6KV以上专线架空线或电缆供电。
当采用架空线时，可为一回路架空线供电;当用电缆线路供电时，由于电缆发生故障恢复时间和故障点排查时间长，故应采用两个电缆组成的线路供电，且每个电缆均应能承受100%的二级负荷。
(四)三级消防负荷
三级消防用电设备采用专用的单回路电源供电，并在其配电设备设有明显标志。其配电线路和控制回路应按照防火分区进行划分。
消防水泵、消防电梯、防排烟风机等消防设备，应急电源可采用第二路电源、带自起动的应急发电机组或由二者组成的系统供电方式。
消防控制室、消防水泵、消防电梯、防烟排烟风机等的供电，要在最末一级配电箱处设置自动切换装置。切换部位是指各自的最末一级配电箱，如消防水泵应在消防水泵房的配电箱处切换、消防电梯应在电梯机房配电箱处切换。
三、消防备用电源
当建筑处于火灾条件下，为确保人员安全疏散和抢险救援，许多消防用电设备仍需要坚持工作，为消防用电设备应急供电的独立电源就称为消防备用电源。
消防备用电源有应急发电机组、消防应急电源等。在特定防火对象的建筑物内，消防备用电源种类不是单一的，应多采用几个电源的组合方案。一般根据建筑负荷等级、供电质量、应急负荷的数量与分布以及负荷特性等因素来决定方案的选择。消防用电设备在正常条件下由主电源供电，火灾时由消防备用电源供电，当主电源不论任何原因切断时，消防备用电源应能自动投入以保证消防用电的可靠性。
(一)应急发电机组
应急发电机组有柴油发电机组和燃气轮机发电机组两种。
1)柴油发电机组是将柴油机与发电机组合在一起的发电设备，其优点是机组运行不受城市电 运行状态的影响，是较理想的独立可靠电源;机组功率范围广，可从几千瓦到数十千瓦不等;机组操作简单，容易实现自动控制;机组工作效率高，对油质要求不高。其缺点是工作噪音大、过载能力小、适应启动冲击负荷能力较差。
2)燃气轮机发电机组包括燃气轮机、发电机、控制屏、启动蓄电池、油箱等设备。燃气轮机的冷却不需要水冷，需要空气自行冷却，加之燃烧需要大量空气，所以，燃气轮机组的空气使用量是柴油机组的3.5倍～5倍。因此宜安装在进气和排气方便的地上层或屋顶，不宜设在地下等进气和排气有难度的场所。
(二)消防应急电源
消防应急电源是指平时以市政电源给蓄电池充电，市电断电后利用蓄电池继续供电的备用电源装置。
(三)消防备用电源的选型及设置
消防备用电源电源类型的选择，应根据负荷的容量、允许中断供电的时间以及要求的电源为交流或直流等条件来进行。
1.消防备用电源电源类型的选择
消防用电设备及适宜备用电源种类见表3-14-1。
建筑内设置的自备柴油发电机组一般作为备用电源外，可兼作建筑物内消防设备的应急电源，其确保的供电范围如下：
1)消防设施用电，如消防水泵、消防电梯、防烟排烟设施、火灾自动 警、自动灭火装置、应急照明和电动的防火门、窗、卷帘门等。
2)保安设施、通信、航空障碍灯、电钟等设备用电。
3)航空港、星级饭店、商业、金融大厦中的中央控制室及计算机管理系统。
4)大、中型电子计算机室等用电。
5)医院手术室、重症监护室等用电。
6)具有重要意义场所的部分电力和照明用电。
当发生火灾时，自备柴油发电机组应能自动切除所带的非消防负荷。疏散照明灯具应急电源应采用自带电池或集中电源组成的应急电源系统，确保在救火过程中有可靠的电源供电来保证疏散人员的人身安全。疏散照明灯具的应急电源可采用EPS集中供电或灯具自带电池的应急电源系统。当灯具自带电池组时，任何情况下充电电源均不得被切断。
2.电源的切换
允许中断供电时间为15s以上的供电，可选用快速自启动的发电机组。特别重要负荷中有需要驱动的电动机负荷，启动电流冲击负荷较大，但允许停电时间为15s以上的，可采用快速自启动的发电机组，这是考虑一般快速自启动的发电机组的自启动时间为10s左右。
允许中断供电时间为毫秒级的供电，可选用蓄电池静止型不间断供电装置、蓄电池机械储能电机型不间断供电装置或柴油发电机不间断供电装置。由于蓄电池装置供电稳定、可靠、无切换时间、投资较少，故允许停电时间为毫秒级，且容量不大的特别重要负荷，当可采用直流电源时，应由蓄电池装置作为应急电源。特别重要负荷要求交流电源供电，允许停电时间为毫秒级，且容量不大的，可采用静止型不间断供电装置。若特别重要负荷中有驱动电动机需要的负荷，启动电流冲击负荷较大，又允许停电时间为毫秒级，可采用机械贮能电机型不间断供电装置或柴油机不间断供电装置。
应急电源与正常电源之间必须采取防止并列运行的措施。禁止应急电源与工作电源并列运行，目的在于防止电源发生故障时，工作电源使应急电源严重过负荷。当柴油发电机或蓄电池采用热备用时，发电机或蓄电池挂在工作电源上，平时原动机不工作，不能认为是并 ，为了防止误并 ，原动机的启动指令必须由工作电源主开关的辅助接点发出，而不是由继电器的触点发出，因为继电器有可能误动作而造成与正常电源误并 。具有频率跟踪环节的静止型不间断电源，可与工作电源并列运行。
第二节 消防电源供配电系统
一、消防用电设备的配电方式
正确选择建筑物内低压配电系统主接线方案，是民用建筑电气设计的重要环节，设计中应根据建筑物的高度、规模和性质来合理确定。通常建筑高度越高，体量越大，发生火灾时扑救的难度也越大，当建筑高度超过100m时，只能靠自救灭火。因此，保证消防用电设备的可靠供电非常重要。为了保证消防负荷供电不受非消防负荷的影响，低压配电系统主接线采用分组设计方案，这无疑将大幅提高配电系统的可靠性。要根据负荷性质及容量合理设置短路保护、过负荷保护、接地故障保护和过、欠电压保护。
(一)消防负荷的电源设计
消防电源要在变压器的低压出线端设置单独的主断路器，不能与非消防负荷共用同一路进线断路器和同一低压母线段。消防电源应独立设置，即从建筑物变电所低压侧封闭母线处或进线柜处就将消防电源分出而各自成独立系统。如果建筑物为低压电缆进线，则从进线隔离电器下端将消防电源分开，从而确保消防电源相对建筑物而言是独立的，提高了消防负荷供电的可靠性。
当建筑物双重电源中的备用电源为冷备用，且备用电源的投入时间不能满足消防负荷允许中断供电的时间时，要设置应急发电机组，机组的投入时间要满足消防负荷供电的要求。
(二)消防备用电源的设计
当消防电源由自备应急发电机组提供备用电源时，消防用电负荷为一级或二级的要设置自动和手动启动装置，并在30s内供电;当采用中压柴油发电机组时，在火灾确认后要在60s内供电。
工作电源与应急电源之间，要采用自动切换方式，同时按照负载容量由大到小的原则顺序启动。电动机类负载启动间隔宜在10s～20s之间。
当采用柴油发电机组作为消防备用电源时，其电压等级要符合下列规定：
1)供电半径不大于400m时，宜采用低压柴油发电机组。
2)供电半径大于400m时，宜采用中压柴油发电机组。
3)线路压降应不大于供电电压的5%。
消防备用电源应满足火灾时消防设备持续运行时间的要求：
用于商业楼、展览楼、综合楼、一类建筑的财贸金融楼、图书馆、书库、重要的档案楼、科研楼和旅馆的消防水泵火灾时，持续运行时间为3h，其他高层建筑为2h;用于防火卷帘的水幕泵火灾时，持续运行时间为3h;用于消防电梯火灾时，持续运行时间应大于消防水泵、水幕泵火灾时持续运行时间;建筑高度大于100m的民用建筑，加压风机、防排烟机火灾时持续运行时间要大于90min;医疗建筑、老年人建筑、总建筑面积大于100000㎡的公共建筑，火灾时持续运行时间要大于60min;其他建筑要大于30min。
当采用FEPS作为备用电源时，电池初装容量应为使用容量的3倍;三相供电的EPS单机容量不宜大于120kW，单项供电的EPS单机容量不宜大于30kW，且应有单节电池保护和电能均衡装置。
(三)配电设计
消防水泵、喷淋水泵、水幕泵和消防电梯要由变配电站或主配电室直接出线，采用放射式供电;防排烟风机、防火卷帘以及疏散照明可采用放射式或树干式供电。消防水泵、防排烟风机及消防电梯的两路低压电源应能在设备机房内自动切换，其它消防设备的电源应能在每个防火分区配电间内自动切换;消防控制室的两路低压电源应能在消防控制室内自动切换。
消防水泵、排烟风机和正压送风机等设备不能采用变频调速器作为控制装置。电动机类的消防设备不能采用EPS/UPS作为备用电源。
主消防泵为电动机水泵，备用消防泵为柴油机水泵，主消防泵可采用一路电源供电。消防设备的配电箱和控制箱宜安装在配电室、消防设备机房、配电小间或电气竖井内;当必须在其它场所安装时，箱体要采取防火措施，并满足火灾时消防设备持续运行时间的要求。
消防负荷的配电线路所设置的保护电器要具有短路保护功能，但不宜设置过负荷保护装置，如设置只能动作于 警而不能用于切断消防供电。消防水泵因轴封锈蚀而使消防水泵堵转，起动电流会很快使电缆发热，温度在达到设定值时为保护电器动作而切断电源，这是不允许的。如果不设置过负荷保护，出现堵转，电缆温度上升100℃或200℃对于耐火750℃或950℃的电缆影响不是很大，在最大转矩的作用下，有可能克服电动机轴封阻力，使电动机逐渐转动起来。
消防负荷的配电线路不能设置剩余电流动作保护和过、欠电压保护，因为在火灾这种特殊情况下，不管消防线路和消防电源处于什么状态或故障，为消防设备供电是最重要的。
消防设备的配电装置与非消防设备的配电装置宜分列安装;若必须并列安装，则分界处应设防火隔断。消防配电设备应设有明显标志，专用消防配电柜宜采用红色柜体。
二、电线电缆的选择
火灾 警与消防联动控制系统的布线要选择铜芯绝缘电线或铜芯电缆。火灾自动 警 系统的传输线路和50V以下供电的控制线路，应采用电压等级不低于交流300/500V的铜芯绝缘导线或铜芯电缆。采用交流220/380V的供电和控制线路，应采用电压等级不低于交流450/750V的铜芯绝缘导线或铜芯电缆。
电线电缆种类及敷设方式要根据消防电线电缆在火灾条件下的持续工作时间因素进行选择;消防设备的配电线路要满足消防设备在火灾时持续运行时间的要求。要根据使用场所对线缆的毒性、烟密度、引发和传播火灾的可能性等的要求来选择普通负荷的配电线路、控制线路和电子信息系统线路的类型及敷设方式。
消防用电设备配电系统的水平分支线路不宜跨越防火分区，当跨越防火分区时应采取防止火灾延燃的措施。
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