基于建筑电气设计中的消防配电设计研究

吴海明

（黄山新晨建筑科技有限公司）

0 引言

近年来，在我国经济飞速发展的同时，火灾事故数量也随之不断增加。据权威统计，2022年一季度，全国火灾事件就有约21.9万起，从火灾发生原因来看，因消防配电系统设计缺陷导致的电气火灾约占火灾总数的30%左右，因此消防配电系统设计的重要性不言而喻。基于此，笔者仅就消防电源及其配电、消防设施等在项目的设计、图审过程中遇到的问题展开探讨。

1 建筑电气中的消防电源配电系统

1.1 消防负荷双电源供电要求

正确划分消防负荷等级是消防设施正常运行的基本保证，要求设计人员能够对消防负荷等级进行划分，制定出安全合理的消防配电系统设计方案。

建筑内的消防负荷划分通常以建筑室外消防水量、建筑火灾危险性、疏散和扑救难度等为出发点，根据我国现行消防技术规范，可划分为特级、一级、二级、三级负荷。

根据现行消防技术规范，一级负荷要求具有双重电源供电，而特级负荷除了要求具有双重电源供电外，还应增设应急电源，应急电源是独立于正常电源外的第三电源（如柴油发电机、蓄电池组等）。对于双重电源供电要求，GB50052-2009《供配电系统设计规范》第3.0.2条和GB50016-2018《建筑设计防火规范》第10.1.4条均给出了明确定义，但从我国中小城市电网建设来看，各地区的电网主网都是并联运行的，用户变电站很难从电网上获取双重电源。对于电力部门提供的两路电源，如果满足在其中一个电源故障检修（或发生火灾）时另一个电源不中断供电的条件，那么这样的电源可视为双重电源供电。

1.2 消防负荷应采用专用供电回路

目前，国内建筑电气工程设计消防负荷的低压主接线主要有两种设计方案，即有分组和不分组。有分组方案的特点是，消防负荷与非消防负荷母线主断路器分开，分别自成独立系统，此方案主接线复杂、成本高，但当建筑发生火灾时，消防与非消防相互影响小，能保证消防负荷的供电可靠性。而对于不分组方案，消防负荷与非消防负荷共用母线断路器，这种接线方案优点是成本低，接线比较简单，缺点是当发生火灾时，非消防负荷对消防负荷的影响较大，不利于非消防电源切断，加上配电线路因灭火时消防水四溢导致的断路器越级跳闸，影响消防设施正常运行。至于消防负荷与非消防负荷是否一定要分组设置，现行消防技术规范并未明确规定，笔者建议，对于有大规模的一、二级消防负荷，可采用分组方案，消防负荷采用专用母线供电比较合理。这是因为如果当大量一、二级消防负荷与非消防负荷共用低压母线断路器，灭火时电气线路及消防设施会遇水出现短路，导致主进线断路器跳闸，从而影响消防负荷的供电可靠性。

1.3 消防负荷双电源切换箱设置

消防负荷低压供电方式一般都是由配电房引出两路低压电源至末端双电源箱自动切换供电。然而，建筑设计防火规范给出“对消防用电设备应在末端设置自动切换装置”，人们对于其中的“末端切换位置”是各设备机房控制箱处还是防火分区配电小间内尚有一些争议。新规范实施前，各设计院主流做法是在消防负荷末端设双电源自动切换装置。但GB51348-2019《民用建筑电气设计标准》实施以来，防火分区内的防排烟设施、电动挡烟垂壁、防火卷帘等消防负荷末端切换箱可设置于配电小间内，这种做法大大减少了双电源的开关使用，既满足了消防负荷供电可靠性，又降低了项目成本。

1.4 消防配电线路保护

消防配电回路需要不间断供电，这是建筑发生火灾时保证消防设施能持续可靠灭火的前提。因此，消防配电线路的保护应以安全、可靠及可持续为设计原则。消防用设备（如消防水泵及防排烟风机）的配电线路一般都安装于地下室等潮湿场所，平时不运行，会产生电动机轴封腐蚀生锈，启动时间长、尖峰电流过大，导致断路器的过负荷跳闸，火灾时消防用电设备不能正常运行。消防用电设备断电会造成更大损失，所以不应设置过载保护功能。

针对消防负荷配电线路保护，笔者仅对项目设计和审图过程中遇到的问题提出一些浅见：

（1）选用带有复式脱扣器的断路器对消防设备进行保护。复式脱扣器具有短路和过载双重保护功能，显然违反现行规范要求。对于民用建筑内的消防设备，设计人员应根据新规范要求，选择单磁脱扣的断路器进行保护。消防设备末端保护选用单磁脱扣断路器，而对于上一级开关是否仍需选择单磁脱扣断路器，本文认为，遇到这种情况，上级开关选择一般比下级开关大1～2级，如果通过验算，末端启动电流能避开上级开关的长延时脱扣整定电流，那么上一级开关仍可选择复式脱扣。

对于应急照明、电动卷帘门、电动挡烟垂壁这些功率较小的消防设备，几乎不会出现过载跳闸情况，因此，选择复式脱扣还是单磁脱扣的断路器区别不大。

（2）有备用机组的消防用电设备设计不合理。例如，地下室消防设备通常都是一用一备，大部分设计人员对常用和备用机组的保护装置均设置了过载仅作用于信号不脱扣，违反了规范。对于有备用泵的消防设备，火灾时过载应跳闸，备用泵投入工作。应当说明，设置有过负荷仅作用于信号不脱扣的线路应引至有人值班的场所，否则，就失去了过负荷报警的意义。

（3）设计人员对断路器使用功能不清楚，按额定电流选择断路器整定电流。对于消防水泵，启动电流一般大于断路器整定电流，导致消防设备无法启动。在对断路器进行选择时，应考虑消防设备启动电流对断路器整定电流的影响。

（4）对于地下室排污泵，很多设计人员按非消防负荷配电进行设计。需要指出的是，在进行地下室排水泵配电设计时，应按消防负荷考虑，理由有两点：其一，消火栓规范明确规定设有消防泵房的地下室应设置排水设施；其二，为了保证火灾时地下室的水能及时排出，要保证排水泵供电的可靠性，在规定消防灭火时间内，电源不间断。

（5）双电源自动转换开关选择不当。双电源自动转换开关的功能仅是根据两路电源的状态来进行转换，而笔者在审查图纸时发现，有些设计人员选用带过载和短路保护功能的CB级双电源开关作为消防负荷末端的自动切换装置。当双电源负载侧过载而引起内部断路器跳闸时，因前端电源状态并未改变，导致消防设备因双电源开关拒动而失去电源，无法启动，将造成严重后果。

（6）地下室排污泵漏电保护断路器是否存在漏电后跳闸或仅漏电报警而不跳闸有争议。规范对安装在水中的供电线路和设备要求应设置剩余电流RCD保护。然而，有些图审机构的审查人员提出过，消防排污泵漏电仅作用于报警而不跳闸，理由是消防设备因遇水漏电而跳闸将无法启动，这显然不合理。项目在运营过程中，检修人员因为平时检修而遭受漏电电击事故时有发生，而对于火灾这种概率事件，其发生的初期短时间内，不会影响消防排水泵的运行。故而，设计阶段应从人身安全角度出发，漏电保护仅是为了避免人员直接接触线路而发生电击事故，否则RCD保护就失去了设置的目的和意义了。另外，如果仅仅是漏电仅作用于报警，而报警信号未引至有人值班的场所，则会导致故障无法排除，影响排水泵正常运行。在项目施工阶段，笔者很少见到漏电报警信号引至值班场所。

2 建筑电气设计中消防配电线路的选择和敷设

消防配电线路是建筑火灾发生时，消防设备能否连续运行的关键，而消防设备线缆和敷设方式的选择是两个重要因素。因此，在选择消防线缆和敷设方式时，应满足火灾时供电的可靠性需要。所有的消防线缆应选择耐火型的铜芯线缆，其线缆需根据不同消防设备的工作时间和消防应急照明备用电源的连续供电时间进行选择。

2.1 消防配电线缆选择

当前，从很多设计院的设计图纸中发现，消防设备线缆选择未严格执行防火规范，对于同一电井内敷设的线缆，应采用矿物绝缘防火电缆。有些设计人员为了服务于建设方，节省项目成本，选用的消防线缆并未采用矿物绝缘防火电缆。另外，新规范实施后，对不同消防用电设备持续供电时间进行了规定，这就要求我们设计人员在对消防设备线缆选型时，要使其满足火灾耐火温度和时间要求。

需特别说明的是，最新实施的新民标特别提到了火灾报警系统线缆选择需满足燃烧性能要求［1］，而对于整个消防强电配电线缆燃烧性能未明确。设计人员进行强电配电系统线缆选型时，可根据建筑性质、重要性以及耐火性能，选择相适应的燃烧等级，与火灾报警系统的线缆燃烧性能选择保持一致。

2.2 消防配电线缆敷设

有些设计人员对于消防设备电源线缆敷设方式选择比较随意，并未根据规范要求设计。消防与非消防设备配电线路未分开敷设，消防用电设备常用和备用电源线缆在同一防火桥架敷设时，桥架中间也并未加防火隔板，这都是设计者不严谨、未正确执行规范的表现，应当引起设计人员注意。另外，对于电力设计人员在进行变配电房设计时，由于对民用建筑内的消防设施规范不了解，10kV电源线路专用桥架未采用防火保护措施，导致建筑发生火灾时，10kV电源线路受到损坏而使整个供电系统断电，从而造成严重的人身和财产损失［2］。故而，10kV进线电缆应与整个建筑的低压电缆耐火等级保持一致，这一点应当引起设计人员的重视。

消防设备低压配电线路的线缆敷设分为明敷和暗敷。设计人员在明敷线缆文字说明里明确了导管设置防火保护措施，然而，很多施工单位为了减少施工成本，并未对明敷线缆的导管涂刷防火涂料，势必会影响消防设备线缆供电的连续性，建筑设计防火规范明确明敷线缆穿管应采取防火保护措施［3］。

3 构建合理的火灾报警系统

安全合理的火灾报警预警系统设计可使建筑发生火灾时及时报警，保证人员能够在有限时间内安全疏散，使消防人员可以快速发现火灾，并及时进行火灾救援，使建筑内居民的生命安全得到重要保障。在消防检测时通常存在以下主要问题：（1）声光报警器、消防广播喇叭在布置时，因间距设置不合理，导致其声音偏小，在发生火灾时建筑物内人员无法听清；（2）未考虑梁高对火灾探测器类别选择及布置的影响；（3）火灾报警系统线缆传输距离太远，未在合适区域设置直流电源箱，导致直流电源压降损失偏大，影响末端模块及声光报警器的正常工作；（4）排烟机房主干风管上的280°防火阀关闭时，未能连锁关闭排烟风机。对于这些常见问题，设计及施工人员均应根据现行国家消防技术规范进行设计与施工，消防检测如果出现问题，导致返工，势必会影响项目整体运行。

另外，需要注意的是，设计人员应根据具体情况来配置火灾报警系统和消防应急广播末端点位，并尽可能将其布置在人群相对密集的地方，最大程度上发挥出预警作用。同时，为了防止火灾自动报警系统对其他线路产生影响，设计人员还要对建筑内的线路进行科学、合理的规划，以此来确保线路的合理性，避免在运行过程中相互影响。

4 结束语

综上所述，随着社会科技的逐步发展，建筑工程电气消防配电设计具有至关重要的现实效用，科学的设计消防配电，可以全面减少火灾，特别是电气火灾对建筑体的伤害，确保人们的健康与财产安全。所以，在建筑电气消防配电设计中，力求有关工作者能全面意识到建筑消防配电设计的必要性，按照我国有关消防配电设计施工标准，综合了解消防配电及建筑电气设计要点，对消防配电设计方案实施反复修改与优化，全面提高消防配电设计的专业技能水准与工作质量，继而为国内建筑项目的良性发展提供重要的保障。