火災自動報警系統電源總線截面選擇的計算探討

吳梅燕

(廈門合道工程設計集團有限公司 福建廈門 361004)

1 火災報警系統線路電壓損失導致的常見問題及影響

火災報警線路由報警總線、主機電源線(電源總線)組成。報警總線只接入煙感、溫感、手動報警按鈕等，報警總線電源引自報警控制器;主機電源線接入總線上控制模塊及外控設備，電源總線引自消控室專業蓄電池。報警總線，通過電流小，一般采用1.5mm2線徑，傳輸距離可達500m，以上，設計一般不用校驗。主機電源線則比較復雜，一般報警水平電源支線采用2.5 mm2，而豎向電源總線不能簡單采用2.5 mm2，其通過電流跟接入設備、聯動控制順序、二次接線有關。

火災自動報警系統存在線路電壓損失問題。根據GB50116－2013《火災自動報警系統設計規范》第4.1.2條規定，電源容量應滿足受控消防設備同時啟動且維持工作的容量要求，線路壓降不超過5%。當有沖擊電流時，系統允許的電壓損失可適當放大，按照10%來考慮。這在規模較小的系統中一般體現不出來，但在那些建筑面積較大、樓層較高、線路較長的工程中，這一問題就顯得尤為突出。在火災報警系統調試的過程中，會出現這樣的問題:火災報警控制器已經發出控制指令，控制模塊也已經動作，但一些外部控制設備如排煙閥、送風口之類的就是不能動作。而這些在工程前期，又未能引起施工人員的充分注意，直到在工程后期調試階段問題暴露后，才想方設法采取各種補救措施，不僅費工費時，而且很難處理徹底。所以消防設備的可靠動作，就必須避免供電線路的電壓損失的不良影響。

2 導致火災報警系統電源總線電壓損失的原因

根據歐姆定律，電壓損失△U%=IxR，根據公式，電壓損失大小取決于兩個因數:線路內阻及線路電流。導致線路電壓損失的首要原因是線路內阻。

線路電阻由兩部分組成:導體內阻及接點電阻。導線內阻就是導線本身所固有的電阻，阻值的大小與線路長短(L)成正比、與導線橫截面積(S)成反比，并且與導線質量有關，可根據R=ρxL/A(ρ為導線電阻率)進行計算。接點電阻是指線路中的導線與接線端子、導線與導線之間連接的接觸電阻。當接入設備時，如果接線端子壓接不緊，就會增大接點電阻。線頭不焊錫、長時間裸露在空氣中會產生氧化層，也會造成接點電阻增大。接點電阻取決于施工質量、后期保養等因數，很難計算。設計要求根據具體情況留有余量。

線路電流由兩部分組成:正常工作電流、聯動外控設備電流。正常工作設備包括模塊等，外控設備包含聲光警報器等接入線路的所有設備的。

因此設計要控制電壓損失的兩個措施:①減小線路接入電流;②減小電阻。

2.1 減小線路電流的主要措施

1)減少接入設備，盡量就地取電。

如消防風機聯動電源由24V變壓器提供(圖1)。

圖1 消防風機配電系統圖

2)合理安排動作順序

①通過軟件編程控制設備:根據GB50116－2013《火災自動報警系統設計規范》第4.1.5條，若同時動作消防設備，瞬時電流太大，可采用軟件延時幾秒錯開動作。分時控制可以減少同一時間內所需要控制的設備數量，這樣同一時間內，并聯在電源總線上的負載就減小了，就可以減低線路內阻對電壓損失的影響。

②接力控制:在某個工程實例中，我們可以采取這樣的方法減少線路電壓損失:如共用控制模塊的防火閥、排煙閥等應采用接力控制方式，由最后一個信號作為反饋輸入。如(圖2):

圖2 多個防煙閥接力控制接線圖

在同樣滿足允許電壓損失前提下，合理限制動作電流意義重大，若電流小，可按比例減少電源總線截面，節省造價，方便施工。

3 如何確定電源線路截面

下面結合工程實例，對電源總線線路電流進行計算分析。

3.1 工程案例概況

某項目由1棟一類高層辦公樓，層高為3m，共30層。消控室設置在本棟樓一層，消控室距離一層電源總線水平約15m，每層報警總線的水平距離為約15m。該項目總共30個報警回路，擬每十層共用豎向電源總線，系統詳見(圖3)。以下章節將對21～30層豎向電源總線截面進行選擇分析。(為分析方便，僅畫出相關部分)

圖3 火災自動報警系統圖

3.2 電源總線線路電流計算分析

電源總線線路電流由主機設備電流及外控設備電流組成。主機設備電流為輸入輸出模塊的正常工作電流;外控設備電流包括聲光警報器、加壓送風閥等外控設備電流。其中聲光警報器電流為持續性電流，加壓送風閥電流為瞬時性電流。

A、當只考慮正常監控電流時，電源總線線路電流(下簡稱I)為主機設備電流。結合本工程實例，每層報警回路中輸入輸出模塊個數為14(查樣本輸入輸出模塊啟動工作電流為20mA)，故B21～30回路主機設備電流為2.8A(下簡稱I1)。故:I=I1=2.8(A)

B、當火災發生時，考慮到外控設備的電流，電源總線線路電流(下簡稱I)由主機設備電流和聲光警報器、加壓送風閥電流組成。結合本工程實例，根據GB50116－2013《火災自動報警系統設計規范》第4.8.5條聲光警報器(查樣本啟動工作電流為50mA)同時動作，B21～30回路持續性電流為2.5A(下簡稱I2);假設當30層發生火災的時候，考慮加壓送風閥順序動作，及時復位，故僅考慮一個加壓送風閥動作電流，查樣本瞬時工作電流為0.5A(下簡稱I3)。

3.2.1 截面選型

經查《建筑電氣常用數據手冊》04DX101－1表3.14(表1)

表1 不同電壓損失下24V及直流線路負荷矩(W.m)

(1)當火災發生時通過持續性電流，給報警回路輸出輸入模塊供電的外控電源線電壓損失

△U%=5。查表 2.5 mm2導線負荷矩為1805W.m，外控電源線路的工作電壓為24V，折成電流矩75A.m。根據表中數據，同等壓降的情況下，截面越大，負荷矩越大，電流矩大。截面和電流矩正比關系可以導成以下公式:

式中S—導線截面(mm2);

I—外控電源線的工作電流(A);

L—外控電源線的長度(m);

(2)根據負荷矩的計算方法，豎向距離按照樓高的70%計算，電源總線長度L=93m;

A、當只考慮正常監控電流時:根據GB50116－2013《火災自動報警系統設計規范》第4.2條條文解釋，嚴格控制電壓損失不超過5%。

B、當火災發生，考慮瞬時性電流時:經查樣本，加壓送風閥允許的電壓損失一般為20%～30%，綜合考慮到線路上接點電阻等因素，當有沖擊電流時，系統允許的電壓損失可適當放大，按照10%來考慮。

S=S1×L×I/(L1×I1)x(5%/U%)=(2.5×93×5.8/75)×0.5=8.99 mm2

經以上分析計算，當電源總線線路的工作電壓為24V時，該項目火災自動報警系統21層及以上豎向合用電源總線截面選擇ZBN－BV－2x10。在實際的工程中，針對所選擇的報警控制器輸出電壓大于24V的情況，允許電壓損失適當增加。當電源總線截面超過10 mm2，考慮分層配置，也可就地取電供外控設備用電(如聲光警報器)。

4 結語

通過以上的分析計算可以看出，電源總線根據經驗數據采用2.5 mm2是錯誤的。電源總線截面選擇太小是導致很多項目調試困難及投入一段時間后癱瘓的原因。在實際工程中，應針對不同工程的不同情況，校驗外控電源線截面，從而解決線路電壓損失的問題。

[1]JGJ 16－2008，民用建筑電氣設計規范[S].

[2]04DX101－1，建筑電氣常用數據手冊[S].

[3]GB50116－2013，火災自動報警系統設計規范GB50116－2013.

[4]雍靜.供配電系統機械[M].工業出版社.

[5]工業與民用配電設計手冊[M].中國電力出版社.