浅谈粮库设计中消防配电线路的过负荷保护

◎ 邵政豪，范少飞

（郑州中粮科研设计院有限公司，河南 郑州 450001）

粮库安全生产是保障国家粮食安全的重要环节，保障粮库安全生产，对于维护国家经济稳定和人民生活水平，具有重要意义。在粮库安全生产中，消防安全首当其冲。在消防电气安全中，消防配电线路的过负荷保护尤为重要。

1 过负荷保护的要求

从第一级低压配电至末端用电设备的供电回路发生过负荷时，供电系统需立即将该信号发送至粮库园区的管理人员；当供电回路发生短路时，应立即断电。《低压配电设计规范》（GB 50054—2011）第6.3.6 条[1]规定：“过负荷断电将引起严重后果的线路，其过负荷保护不应切断线路，可作用于信号。” 《民用建筑电气设计标准》（GB 51348—2019）第7.6.3 条[2]规定：“对于突然断电比过负荷造成损失更大的线路，不应设置过负荷保护。”《建筑电气与智能化通用规范》（GB 55024—2022）第4.3.7 条[3]规定：“对于因过负荷引起断电而造成更大损失的供电回路，过负荷保护应作用于信号报警，不应切断电源。”

2 粮库常见消防用电设备

2.1 电动防火卷帘、防火门等

电动机类的消防设备属于专用设备，没有备用机组。过负载的危害：电动机损坏、线路损坏、线路过负荷时易发生火灾隐患。过负荷保护对象：电动机、线路[4]。

2.2 消火栓泵、喷淋泵等

电动机类的消防设备属于专用设备，没有备用机组。过负载的危害：电动机损坏、线路损坏、线路过负荷时易发生火灾隐患。过负荷保护对象：电动机、线路。

2.3 消防电梯、双速防排烟风机、地下室集水坑的潜水泵等

电动机类的消防设备属于正常、火灾兼用设备，没有备用机组。过负载的危害：电动机损坏、线路损坏、线路过负荷时火灾隐患较大。过负荷保护对象：电动机、线路。

2.4 消防报警系统、消防应急照明与疏散系统、消防备用照明系统等

非电动机类的消防设备属于正常、火灾兼用设备，有备用蓄电池。过负载的危害：电气线路损坏、线路过负荷时线路火灾隐患较大。过负荷保护对象：线路。

3 过负荷保护

3.1 过负荷的危害

一般来说，电路允许在短时间内有少量过载，但其负载电流是周期性的，不会对电路造成损坏。然而，一旦电路长时间过载，其负载电流长期持续，可直接转化为短路，并在短时间内引发火灾。

过流保护和过负荷保护的差别如下：整定动作值不一样，动作时间不一样。过负荷保护的整定值远低于过电流保护，但为避免设备过载运作、避开装置启动电流，还需要加入一定的延时。过负荷保护通常分成2 个区域：定时限、反时限。当超出额定较少的情况下，一台设备在一段时间能够承担较少的过载水平，此刻不需要跳闸；当超出额定很多的情况下，一台设备无法长时间承担较大过载，必须跳闸，否则对设备的损伤非常大。一般来说，反时限的动作时间能够依据设备的过流散热水平进行整定计算；过流则是外部的故障，要立即跳闸保护。

此外，当电动机发生机械卡堵、启动时间长、频繁启动、电压偏低等情况时，都有可能造成电动机过负荷。简单来说，各种过负荷保护原理就是根据出现故障时的参数变化，选取相应的保护元件及接线方法[5-6]。

3.2 过负荷分析

3.2.1 非电机类消防设备

消防应急照明与疏散系统、消防备用照明系统，在消防验收合格投入运行后，除增加灯具的数量和功率、灯具线路老化外，负荷增加的可能性较小。消防报警系统本身功率较小，过载的可能性较小，过载的原因往往在线路方面[5]。

3.2.2 电机类消防设备

电机长时间连续超载，会使电流升高、电机温度升高，容易使电机烧坏。因此，为保护电机，要加装过负荷保护装置。若短时间不能加以处理，则要手动停止电机运行。

热继电器是电动机的过载保护装置之一，小容量电动机可以采用直接式，大容量电动机可以采用间接式。电动机过载保护装置可根据电动机额定电流的1.05～1.1 倍整定。电流继电器是电动机的过载保护装置之一，需要按照电动机允许过载倍数及时间来整定。这样，电机才不会因过热而损坏。

此外，为防止过载引起电气火灾，应合理选择导线截面，并考虑负荷发展计划，随时检查线路的负载状况。过载时，应及时更换大截面导线或适当降低线路负荷，并安装合适的安全装置。

4 具体措施

（1）过负荷保护装置的动作特性，应满足：

式中：

IB——回路的计算电流（A）；

In——熔断器熔体的额定电流或断路器的额定电流或整定电流（A）；

IZ——导体允许的持续载流量（A）；

I2——保证保护电器可靠动作的电流（A）。

（2）热过载继电器的整定电流，应满足：

式中：

Izd——热过载继电器的整定电流（A）；

Ied——电动机的额定电流（A）；

Kk——可靠系数，动作于断电时取1.2，动作于信号时取1.05；

Kjx——接线系数，接于相电流时取1.0，接于相电流差时取；

Kh——热过载继电器返回系数，取0.85；

n——电流互感器的变比。

（3）采用电磁式或者电子式类型脱扣器的断路器（过载功能OFF），可以保护短路；采用热继电器，可作为过负荷保护。然而，热继电器仅动作于信号，且需要与报警装置连接，一般用于电动机配电线路。

（4）采用电磁式或者电子式类型脱扣器的断路器（过载功能OFF），作短路保护。此外，在设置消防电源监控系统时，应选择过电流或超温报警功能，作过负荷报警[7-8]。

（5）采用电磁式或者电子式类型脱扣器的断路器（过载功能OFF），作短路保护，辅以过负荷监控装置。

以正泰NB8-63M 系列单磁式断路器为例，其主要适用于商业办公楼、民用住宅及一般工业用途的终端配电线路中，对线路提供短路保护。

过负荷监控装置，可以通过检测线路电流，实现配电线路过载的报警功能，并通过相应通讯接口加以提醒。

（6）采用带过载报警不脱扣功能的塑壳式断路器。一些特殊应用场所，对产品功能有着特殊需求。其中，带过载报警不脱扣功能的塑壳式断路器，可以解决消防设备出现火灾时的连续供电问题。

断路器不脱扣装置由双金属片、支架、联动杆、牵引杆及微动开关杆等部分组成，当负载短路电流达到过载电流时，装置内双金属片开始变形弯曲，按规定方向带动联动杆顶到牵引杆，闭合微动开关的常开触点，输出过载信号。同时，微动开关与外围报警电路相连，实现过载报警不跳闸功能。

①以常熟CM3 系列为例，CM3-100、250 的L/M/H 型，CM3-400、630 的C/L/M/H 型，CM3-800 的L/M/H 型及上述规格四极时中性极型式为A、B 型，能够实现过载报警不脱扣功能，保障供电连续性满足GB 50054 第6.3.6 条的要求。②以正泰NXM 系列为例，仅160～250A 壳架H 型产品及400～1000A 壳架产品，可提供过载报警不脱扣功能。③以德力西CDM3 系列为例，仅100F、100N，160F、160N，250F、250N规格单磁脱扣产品，具有过载报警不脱扣功能。

（7）为了保证供电回路不过负荷，特殊负荷设计时，应采取适当放大断路器热脱扣器整定值，匹配线路截面满足过负荷不断电要求。同时，应急照明配电箱或集中电源、应急照明灯具的配电线路，需要采用具有过负荷保护功能的保护电器。在此基础上，主线首端（变配电室）可配备过载保护，但应仅作用于报警而不切断电路。总之，过载保护的重要性不言而喻，过负荷监控、实现信号报警缺一不可。

5 总结与建议

粮库是储存和保管粮食的重要设施，对于确保粮食的质量和安全至关重要。然而，由于粮食本身的特殊性质，粮库仓储存在许多安全隐患，特别是火灾风险。粮食易燃性、密度大，灭火条件严苛，加大了粮库消防工作难度。因此，为切实维护粮库消防安全，进一步提升粮库消防安全水平，坚决遏制粮库火灾事故的发生，粮库的消防配电设计应考虑为保护储存的粮食、设备和人员提供更高的保障。

当线路短期过载时，不会立即造成灾害，虽然过载的危害远小于短路，但过载保护的范围远大于短路保护。接近短路设定值的部分很难准确定义是短路还是过载。如果选择具有单磁脱扣器的断路器而不使用热继电器来保护电机，或者选择具有单磁脱扣器的断路器来保护电路，则无法避免大部分电流故障。因此，对于粮仓消防配电系统来说，既要保证消防配电的连续性和可靠性，又要保证其运行安全，而不能机械地照搬他人经验。