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【摘要】 为了使消防用电设备在火灾发生时能更加安全、可靠地运行,本文就各类消防用电设备过载情况分析及其配电线路的过负荷保护的理解与设置做些探讨。
【关键词】 消防用电设备、配电线路、过负荷保护
中图分类号：TU998.1 文献标识码：A 文章编号：
引言
随着我国社会经济的不断发展，现代工业和民用建筑大量增加，建筑物自身的消防安全对消防设备的依赖性更强。在火灾发生时，消防设备能否连续可靠运行，是减少人员伤亡和降低经济损失的一个重要因素。在建筑工程设计中，设计人员对消防用电设备的配电线路过负荷保护认识不一，做法也不尽相同。笔者就消防用电设备配电线路过负荷保护作些许探讨，抛砖引玉，希望引起更多讨论。
消防用电设备的过载情况分析
在建筑电气设计中，设计人员经常碰到的消防用电设备有以下两类：电动机设备（如：消火栓泵、喷淋泵、防排烟风机、正压风机、消防电梯）和照明设备（如：应急照明、疏散照明）。这些用电设备在火灾发生时是否会出现过载情况，下面笔者就此作简单分析：
电动机设备
给排水专业确定消防水泵电动机功率大小通常是依据扬程和水压两个参数选择。在计算扬程和水压时，通常是根据最不利或最远的管路情况下，考虑水管接头损失及管路损失后得出的数据。根据GB50016-2006《建筑设计防火规范》第9.4.6条规定：“当消防水泵直接从环状市政给水管网吸水时，消防水泵的扬程应按市政给水管网的最低压力计算，并以市政给水管网的最高水压校验”，GB50045-95(2005年版)《高层民用建筑设计防火规范》第7.5.4条规定：“一组消防水泵，吸水管不应少于两条，当其中一条损坏或检修时，其余吸水管应能通过全部水量”。由此可见，根据以上要求选择的消防水泵电动机功率应能满足最不利管路条件下使用。
暖风专业确定消防风机电动机功率大小通常是依据风量和阻力两个参数选择。根据GB50016-2006《建筑设计防火规范》第10.4.8条规定：“排烟风机的全压应满足排烟系统最不利环路的要求。其排烟量应考虑10%~20%的漏风量”。因此，考虑到风管、阀门等的漏风量，在计算时通常都会在最终的数据基础上再考虑20%左右余量。由此可见，根据以上要求选择的消防风机电动机功率应能满足最不利风管环路下使用。
由上分析可知，消防类电动机负荷属于不容易出现机械过载现象的用电设备。若电动机维修保养不当，内部发生隐患时，仍有可能出现过载现象。
照明设备
照明负荷和电动机类负荷有较大区别。照明系统配电支路较多，线路布置复杂，受人为因素变动的可能性较大。例如：在二次装修或建筑平面布局调整情况下，容易使灯具数量和容量增加，导致出现线路过载现象。
消防用电设备配电线路的过负荷保护设置
根据JGJ16-2008《民用建筑电气设计规范》（以下简称《民规》）7.6.1条规定：“低压配电线路应根据不同故障类别和具体工程要求装设短路保护、过负荷保护、接地故障保护、过电压及欠电压保护，作用于切断供电电源或发出报警信号”；“对电动机、电梯等用电设备的配电线路的保护，除应符合本章规定外，尚应符合本规范第9章的有关规定”。《民规》 9.2.3条第5款规定：“运行中容易过载和连续运行的电动机，以及起动或自起动条件严酷而要求限制起动时间的电动机，应装设过载保护”；“对于短时工作或断续周期工作的电动机，可不装设过负荷保护”；“对于突然断电将导致比过负荷损失更大的电动机，不宜装设过负荷保护；当装设过负荷保护时，可使过负荷保护作用于报警信号”。在民用建筑中，消防类水泵和风机属于不容易过载，且属于电机工作制中的“S2-180min”短时工作制（例如：消防泵、防排烟风机等供电时间最少180分钟以上（见《民规》表13.9.13规定））；消防电梯属于断续周期工作制。其次，消防类电动机属于突然断电比过负荷损失更大的电动机。显而易见，消防类电动机的配电线路属于可不装设或不宜装设过负荷保护的线路。故笔者认为，此类电动机负荷的配电线路不需装设过负荷保护。然而，在选择导线和元件参数时，按照不同用电负荷重要性选择不同冗余度。考虑到发生火灾时，由于环境温度的急剧上升，所引起电缆载流量的下降，重要的消防线路电缆截面可以适当地加大一至二档，这也是提高供配电可靠性的另一种方法，值得重视。
《民规》7.6.4条规定，对于需要装设过负荷保护作用于切断电源的配电线路，保护“应在过负荷电流引起的导体温升对导体的绝缘、接头、端子或导体周围的物质造成损害前切断负荷电流”。对于突然断电导致比过负荷损失更大的线路，当装设过负荷保护时，该线路的过负荷保护应仅作用于信号而不应切断电路。”该条文是强制性条文，指导我们视具体工程情况装设过负荷保护。至于前面提到过《民规》7.6.1条和9.2.3条，是根据线路的不同故障类别、具体工程要求、用电设备的不同工作制和不同用电性质、判别和界定该线路是否需要装设过负荷保护，与7.6.4条并不相悖。
实际工程设计中，为了保证消火栓泵和喷淋泵的可靠工作，通常会设有一套备用机组。此时主泵和备用泵的配电线路是否装设过负荷保护应区别对待。笔者认为在主泵的配电线路上应装设过负荷保护器用于过载时切断主泵电源，在保护主泵的同时防止故障进一步扩大。与此同时，备用泵应自动投入运行，不影响消防灭火。根据GB50055-2011《通用用电设备配电设计规范》条文说明第2.3.7条解释“若没有备用机组的消防水泵，应在过载情况下坚持工作”。因此，在备用泵的配电线路上则不需装设过负荷保护器。防止出现当备用泵发生过载时也跳闸的情况，导致火灾事故的扩大。然而，像排烟风机、正压风机等通常无备用机组的消防负荷的配电线路则不需装设过负荷保护。
工程设计中，建筑物内部二次装修调整会引起应急照明实际负荷与设计负荷相差较大，较容易出现过载现象。尽管存在过负荷跳闸失电的可能，但应急照明通常会选用带蓄电池的灯具或采用EPS集中电源。即使配电干线失电，消防应急疏散照明还是有保障的。故笔者建议消防应急照明配电干线保护器选用带过负荷保护脱扣的断路器，其整定值比线路设计时的计算电流可以大一级。
消防用电设备配电线路设计需要注意的问题
当消防配电线路需要装设过负荷保护时，除了满足作用于信号而不应切断电路外，还应注意过负荷保护器件类型的选择。消防用电动机配电线路的过负荷保护的装设，设计者最常用的是两种：一种是瞬动过电流短路保护加长延时过负荷保护的热磁式低压断路器，另一种是增设热继电器作为过负荷保护器件，配合作为短路保护的型电磁式低压断路器。第一种方案中热磁式断路器，除了作为电动机的短路保护外, 还兼作过负荷保护。要求作为短路保护的瞬动脱扣器的整定电流应为电动机启动电流的2~2.5倍，即约是14~17.5倍电动机额定电流；作为过负荷保护的长延时脱扣器整定电流，应接近但不小于电动机的额定电流，且在7.2倍整定电流下的动作时间应大于电动机的启动时间。因此，要求断路器的瞬动过电流脱扣器的动作电流与长延时脱扣器的动作电流之比即瞬动电流倍数，宜为14倍左右或在10~20倍之间可调。由此可见，一般不可调的热磁式断路器是不适用的，就是带可调的、电子式脱扣器的断路器，如果瞬动倍数不够大，也是不适用的。因此，选用电磁式断路器加热继电器作为过负荷保护较为可行。设计中按热继电器整定电流调节范围的上限不小于电动机额定电流1.05倍的条件选择，并在运行中根据实测数据进行修正。
结语
消防用电设备的配电及其运行有其特殊性，其配电线路过负荷保护设计应根据工程实际情况具体分析。正确计算线路电流，合理选择保护电器及导体截面，达到真正意义上的安全可靠。如有不妥之处，烦请指正。
参考文献：
《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008
《低压配电设计规范》GB50054-2011
《建筑设计防火规范》GB50016-2006
《通用用电设备配电设计规范》GB50055-2011
《工业与民用配电设计手册》中国电力出版社
张凯 1979.1男 电气工程师 中船第九设计研究院工程有限公司主要从事建筑电气设计2001年 毕业于上海工程技術大学
【关键词】 消防用电设备、配电线路、过负荷保护
中图分类号：TU998.1 文献标识码：A 文章编号：
引言
随着我国社会经济的不断发展，现代工业和民用建筑大量增加，建筑物自身的消防安全对消防设备的依赖性更强。在火灾发生时，消防设备能否连续可靠运行，是减少人员伤亡和降低经济损失的一个重要因素。在建筑工程设计中，设计人员对消防用电设备的配电线路过负荷保护认识不一，做法也不尽相同。笔者就消防用电设备配电线路过负荷保护作些许探讨，抛砖引玉，希望引起更多讨论。
消防用电设备的过载情况分析
在建筑电气设计中，设计人员经常碰到的消防用电设备有以下两类：电动机设备（如：消火栓泵、喷淋泵、防排烟风机、正压风机、消防电梯）和照明设备（如：应急照明、疏散照明）。这些用电设备在火灾发生时是否会出现过载情况，下面笔者就此作简单分析：
电动机设备
给排水专业确定消防水泵电动机功率大小通常是依据扬程和水压两个参数选择。在计算扬程和水压时，通常是根据最不利或最远的管路情况下，考虑水管接头损失及管路损失后得出的数据。根据GB50016-2006《建筑设计防火规范》第9.4.6条规定：“当消防水泵直接从环状市政给水管网吸水时，消防水泵的扬程应按市政给水管网的最低压力计算，并以市政给水管网的最高水压校验”，GB50045-95(2005年版)《高层民用建筑设计防火规范》第7.5.4条规定：“一组消防水泵，吸水管不应少于两条，当其中一条损坏或检修时，其余吸水管应能通过全部水量”。由此可见，根据以上要求选择的消防水泵电动机功率应能满足最不利管路条件下使用。
暖风专业确定消防风机电动机功率大小通常是依据风量和阻力两个参数选择。根据GB50016-2006《建筑设计防火规范》第10.4.8条规定：“排烟风机的全压应满足排烟系统最不利环路的要求。其排烟量应考虑10%~20%的漏风量”。因此，考虑到风管、阀门等的漏风量，在计算时通常都会在最终的数据基础上再考虑20%左右余量。由此可见，根据以上要求选择的消防风机电动机功率应能满足最不利风管环路下使用。
由上分析可知，消防类电动机负荷属于不容易出现机械过载现象的用电设备。若电动机维修保养不当，内部发生隐患时，仍有可能出现过载现象。
照明设备
照明负荷和电动机类负荷有较大区别。照明系统配电支路较多，线路布置复杂，受人为因素变动的可能性较大。例如：在二次装修或建筑平面布局调整情况下，容易使灯具数量和容量增加，导致出现线路过载现象。
消防用电设备配电线路的过负荷保护设置
根据JGJ16-2008《民用建筑电气设计规范》（以下简称《民规》）7.6.1条规定：“低压配电线路应根据不同故障类别和具体工程要求装设短路保护、过负荷保护、接地故障保护、过电压及欠电压保护，作用于切断供电电源或发出报警信号”；“对电动机、电梯等用电设备的配电线路的保护，除应符合本章规定外，尚应符合本规范第9章的有关规定”。《民规》 9.2.3条第5款规定：“运行中容易过载和连续运行的电动机，以及起动或自起动条件严酷而要求限制起动时间的电动机，应装设过载保护”；“对于短时工作或断续周期工作的电动机，可不装设过负荷保护”；“对于突然断电将导致比过负荷损失更大的电动机，不宜装设过负荷保护；当装设过负荷保护时，可使过负荷保护作用于报警信号”。在民用建筑中，消防类水泵和风机属于不容易过载，且属于电机工作制中的“S2-180min”短时工作制（例如：消防泵、防排烟风机等供电时间最少180分钟以上（见《民规》表13.9.13规定））；消防电梯属于断续周期工作制。其次，消防类电动机属于突然断电比过负荷损失更大的电动机。显而易见，消防类电动机的配电线路属于可不装设或不宜装设过负荷保护的线路。故笔者认为，此类电动机负荷的配电线路不需装设过负荷保护。然而，在选择导线和元件参数时，按照不同用电负荷重要性选择不同冗余度。考虑到发生火灾时，由于环境温度的急剧上升，所引起电缆载流量的下降，重要的消防线路电缆截面可以适当地加大一至二档，这也是提高供配电可靠性的另一种方法，值得重视。
《民规》7.6.4条规定，对于需要装设过负荷保护作用于切断电源的配电线路，保护“应在过负荷电流引起的导体温升对导体的绝缘、接头、端子或导体周围的物质造成损害前切断负荷电流”。对于突然断电导致比过负荷损失更大的线路，当装设过负荷保护时，该线路的过负荷保护应仅作用于信号而不应切断电路。”该条文是强制性条文，指导我们视具体工程情况装设过负荷保护。至于前面提到过《民规》7.6.1条和9.2.3条，是根据线路的不同故障类别、具体工程要求、用电设备的不同工作制和不同用电性质、判别和界定该线路是否需要装设过负荷保护，与7.6.4条并不相悖。
实际工程设计中，为了保证消火栓泵和喷淋泵的可靠工作，通常会设有一套备用机组。此时主泵和备用泵的配电线路是否装设过负荷保护应区别对待。笔者认为在主泵的配电线路上应装设过负荷保护器用于过载时切断主泵电源，在保护主泵的同时防止故障进一步扩大。与此同时，备用泵应自动投入运行，不影响消防灭火。根据GB50055-2011《通用用电设备配电设计规范》条文说明第2.3.7条解释“若没有备用机组的消防水泵，应在过载情况下坚持工作”。因此，在备用泵的配电线路上则不需装设过负荷保护器。防止出现当备用泵发生过载时也跳闸的情况，导致火灾事故的扩大。然而，像排烟风机、正压风机等通常无备用机组的消防负荷的配电线路则不需装设过负荷保护。
工程设计中，建筑物内部二次装修调整会引起应急照明实际负荷与设计负荷相差较大，较容易出现过载现象。尽管存在过负荷跳闸失电的可能，但应急照明通常会选用带蓄电池的灯具或采用EPS集中电源。即使配电干线失电，消防应急疏散照明还是有保障的。故笔者建议消防应急照明配电干线保护器选用带过负荷保护脱扣的断路器，其整定值比线路设计时的计算电流可以大一级。
消防用电设备配电线路设计需要注意的问题
当消防配电线路需要装设过负荷保护时，除了满足作用于信号而不应切断电路外，还应注意过负荷保护器件类型的选择。消防用电动机配电线路的过负荷保护的装设，设计者最常用的是两种：一种是瞬动过电流短路保护加长延时过负荷保护的热磁式低压断路器，另一种是增设热继电器作为过负荷保护器件，配合作为短路保护的型电磁式低压断路器。第一种方案中热磁式断路器，除了作为电动机的短路保护外, 还兼作过负荷保护。要求作为短路保护的瞬动脱扣器的整定电流应为电动机启动电流的2~2.5倍，即约是14~17.5倍电动机额定电流；作为过负荷保护的长延时脱扣器整定电流，应接近但不小于电动机的额定电流，且在7.2倍整定电流下的动作时间应大于电动机的启动时间。因此，要求断路器的瞬动过电流脱扣器的动作电流与长延时脱扣器的动作电流之比即瞬动电流倍数，宜为14倍左右或在10~20倍之间可调。由此可见，一般不可调的热磁式断路器是不适用的，就是带可调的、电子式脱扣器的断路器，如果瞬动倍数不够大，也是不适用的。因此，选用电磁式断路器加热继电器作为过负荷保护较为可行。设计中按热继电器整定电流调节范围的上限不小于电动机额定电流1.05倍的条件选择，并在运行中根据实测数据进行修正。
结语
消防用电设备的配电及其运行有其特殊性，其配电线路过负荷保护设计应根据工程实际情况具体分析。正确计算线路电流，合理选择保护电器及导体截面，达到真正意义上的安全可靠。如有不妥之处，烦请指正。
参考文献：
《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008
《低压配电设计规范》GB50054-2011
《建筑设计防火规范》GB50016-2006
《通用用电设备配电设计规范》GB50055-2011
《工业与民用配电设计手册》中国电力出版社
张凯 1979.1男 电气工程师 中船第九设计研究院工程有限公司主要从事建筑电气设计2001年 毕业于上海工程技術大学