建筑電氣消防供配電系統設計分析

長沙有色冶金設計研究院有限公司 陳 焱

在建筑施工設計內容中不可缺少的就是電氣施工設計。在電氣設計的過程里，消防供配電系統是非常關鍵的部分。消防系統是所有工程項目中必須安裝的安全系統，在不同的應用模塊中也有不同的消防系統模塊。消防供配電系統就是保證電氣系統安全性的至關重要的設施，主要負責對建筑內部各種電氣設備的電力支持工作，以及分配電力資源的協調工作。建筑消防供配電系統的設計也相對復雜，存在諸多值得深究的細節。在超高層建筑中，所使用的電氣設備數量較多，所以更要重視其消防供配電系統設計的研究，以確保系統的安全性與可靠性。

1 淺析建筑電氣供配電系統出現災情的原因

1.1 受到惡劣氣候條件的影響

惡劣的氣候條件是引發電氣火災情況的主要原因之一。如雷雨天氣會產生較大的雷電，雷電放電的過程中可能會對電氣設備造成一定的負面影響，嚴重時甚至會擊毀電氣設備，造成電路損壞，進而引起爆炸、火災等惡劣的災害；電壓異常升高。電壓出現異常升高的情況也會引起電氣火災災害。一些工作人員對電氣設備的操作不合理，或電氣系統因系統受損出現操作紊亂的情況，都可能會使電壓突然升高。如果沒有及時得到解決，電壓升高后產生較大的電流，會使線路出現故障，導致變壓器損壞，而且電壓過高更可能會引起電路溫度急劇升高，引發安全隱患。

1.2 電路短路

電路可能會出現突然短路的情況。短路會使電路承受較大的電流，使得電線路的熱量突然增加，超出原本的負載能力，進而導致整條線路的損耗急劇增加，發生過熱燃爆的情況。一旦電氣設備發生爆炸或過熱的情況，會直接牽連附近的易燃物，引發火災；電氣設備接觸過大電阻。

電氣設備接觸過大電阻也可能會產生引發火災的隱患。因為電氣在接觸電阻的過程中，接頭難免會出現不牢固或混入雜質的情況，這樣就會導致接觸不良，在電阻過大的情況下會產生大量熱量，進而引發火災。

1.3 電氣設備的超負荷運行

超負荷運行在大多數的高層建筑中都比較常見，因為人們對于用電的需求量越來越高，尤其是在大型的辦公樓當中幾乎每一層都被應用于辦公，在許多臺電腦和空調等電氣設備共同使用的情況下，會造成建筑整體的電氣負荷量過大，接入的電線太多也會導致電量負荷超載。如果在超負荷的情況下運行時間過久就會造成安全隱患，一旦發生事故將會導致嚴重的火災。

2 結合案例分析超高層建筑消防供配電設計

2.1 案例的基本情況與規范要求

本文詳細分析的案例主體是B301-0081地塊的建安大廈，位于湖南長沙市中心，是辦公、會議、商業交談為一體的超高層辦公大樓。該大廈地處于長沙的黃金地段，在CBD 商務板塊和生態板塊的交界處，環境十分優良。附近有體育廣場、花園等大型景點，與眾多高樓大廈緊鄰。該大廈是一座30層的塔樓，內含六層裙樓，建筑高度是126.84m，建設總用地的面積為4979.5平方米，地下的建筑面積為16128.3平方米。

整個辦公大樓當中的人員較多，消防安全工作至關重要。在進行供配電系統的設計之前，必須明確設計的基本原則和要求。首先確保安全性，增強節能性。安全是整個消防供配電系統最主要的目的，而高建筑樓層用電量很大，如不落實節能型設計的原則就會導致供配電系統負荷過重，造成資源過多的損耗，不利于實現資源節約。

在建筑施工的過程當中，施工團隊所遵循的高層建筑消防供配電設計的規范有《建筑安全檢查標準》、《低壓配電設計規范》等。此外，在選擇消防配電導體、干線、支線、回路開關、切斷設備等設備時都有著許多細節方面的規范。該建筑工程把具體的負荷分為了三個級別，第一級是整體監控系統和消防系統等重要負荷，第二級是生活泵污水泵等較為重要的負荷，第三級是照明設備等普通設備的負荷。

2.2 高壓供配電系統和供電電源

本大廈建筑工程采取的是10kV 的真空斷路器，用于電壓保護的設備是氧化鋅避雷器，安裝于出線開關柜內。還要采用相應的直流鉛酸電池柜和繼電器保護器、信號電源等設備，用于輔助整個供配電系統的運行?？傮w配電箱采用的是2mm 的鐵皮材料。這種材料的質量優良，制作工藝十分講究，應當在內板安裝好有絕緣的膠板，將隔離的開關置在內側，同時配備保護開關、配電器、電表等設備。

本工程采用的供電電源主要是分為兩路的10kV電源。將這兩路的電源分開進行引入，將10kV 的電纜引至建筑地下一層當作變電所，電路在引進各層門戶的過程中所采用的鋼管主要是鍍鋅鋼管，要保證其能達到室內的開關柜，確保各級負荷供電的安全性與可靠性。為防止緊急斷電的情況，要配備1000kW 的應急柴油發電機組，能夠針對突發狀況及時完成應急供電響應工作，在15秒內切換至正常供電模式。其所使用的發電機組應當進行合理管護，保證其安全性。

2.3 低壓供配電系統設計

本建筑工程在低壓配電系統的設計方面，全面考察了實際的用電需求，采取了220/380V 的放射式和樹干式相結合的供電系統。除了采用這種負荷的供電系統之外，針對單臺較大負荷的情況會采取發射式的供電形式；針對不同的負荷分級情況采取不同的供配電形式，精準計算負荷；對于當地能源結構以及整體用電情況進行詳細地計算。

由此可得出，在第一級主要是采用兩臺不同的變壓器對兩路電源進行供電，而針對二級負荷的線路，也是采用兩臺變壓器的兩路電源供電。通常三級負荷線路都是采用單電源形式，要確保消防供配電線路不會出現過負荷的情況，進行過負荷的保護措施，啟動時如出現過負荷的情況，應及時進行解決，也可提前設置跳閘或報警等處理方式。

2.4 消防設備的供配電系統設計

高層建筑的供配電系統通常是采取母線分段、自行切換的方式來連接線路，在對消防設備進行供電的設計過程里，也應當考慮相應的線路連接規范。選擇專用并且可靠的消防電源，針對不同樓層的具體情況采取特定的供給措施。如15層和27層是作為避難層，那么對于消防電源的需求就是最迫切的，因此就應及時并且有針對性地供給最合理的應急配電設施。

在電纜井和消防電線電纜的選擇方面，應盡可能結合辦公需求以及建筑高層的設置，規范合理地選擇10kV 的電纜井，并在選擇低壓的電纜井時嚴格遵循相關的消防管理規范，采用礦物絕緣的電纜通?？捎行p少發生火災危害時產生的毒氣。

對于消防設備的配電線路，應盡可能采用可靠的方式將其保護起來，確保整條消防供電線路的安全，在出現斷路時能采取應急處理，并可及時地完成險情通報工作。其選擇的斷路器可采用無過載的具備較強保護功能的單磁型斷路器，這種斷路器非常適合用于消防的線路當中。

在生產和生活用電的過程里，即使生活用電被切斷也應及時保證消防供電，尤其是在發生火災時更應及時給消防電源供電，斷開其他非消防電源的供電，及時落實相關的安全設施的供電情況。為保證電力供應的整體安全，也要對消防電力供應系統及時進行優化，確保其可以穩妥進行自動滅火、自動切斷電源等相關操作，有效控制火災險情，保證安全線路可靠，使整體的消防救援工作能在18分鐘內完成。

2.5 火災應急照明方案設計

在突發火災時，應急照明系統的電源設定至關重要。火災應急照明系統的應急電源情況如表1所示。能夠采用的應急電源有集中EPS，自帶蓄電池和柴油發動機。每種應急電源都有著各自的優點，適用于不同的情況，通常大多數的專業建筑團隊會采取多種電源共同使用的方式完成應急供配電源的工作。

表1 應急電源形式

因本案例分析的建筑樓層達到30層，屬于較高的建筑，在每個樓層中所需配備的應急燈具數量較多。在設計應急燈的布置路線時應結合智能疏散系統的位置來配置，對整個樓層的各個重要空間進行合理的疏散路線規劃，以確?？稍谧疃虝r間內疏通人員。在應急燈具的選用方面有著許多值得深究的細節。如：如果都采取高級且智能的應急燈具會消耗非常多的費用，這是不合理的。畢竟很多樓層的一些位置除極為特別的情況下，一般不會需要使用應急通道。

所以，應結合建筑成本預算盡可能分層次規劃燈具配置細節，在最為緊急的應急路線采取更高級的一級燈具，對于普通的路線則采取可靠且經濟的應急燈具。對于15層及27層而言，其火災應急照明設計要符合更高的規范，因為這兩層是避難層，要確保避難層的樓梯間入口和疏散用樓梯間通往避難層的出口都具備更加明顯的標識，并具備更加智能化的應急響應設備。針對相應的規范要求，需保證應急的照明時間大于60分鐘，同時在消防場所的應急照明時間要超過180分鐘，這就需根據具體的需求合理完成配置。

2.6 火災自動報警系統設計

要保證整個消防供配電系統的安全性就須具備火災自動報警系統，在火災發生時第一時間切斷除消防電源之外的電源。同時應配備有消防控制室、應急響應中心、火災應急廣播及通信系統，并要與消防團隊進行聯動控制，在每個樓層的各個位置都要配備有火災自動探測設備和火災自動報警設備。探測設備通常是采用傳感器探測煙霧的方式及時獲取災情信息，并多加注意一些不起眼的地方。當煙霧濃度達到特定的指數后，就要及時響應火災自動報警系統。

相關工作人員必須第一時間進行處理，根據相應的火災應急規范對全樓層進行相應的廣播工作，通過有線或無線的方式接收控制中心的信號。消防控制中心務必保證及時的響應能力，確保廣播線路的通暢以及消防電話線路的通暢，快速獲取樓層中的火災蔓延情況，采用相應的備用機組落實消防保護措施，當險情危害程度較大時及時報警處理。

確保消防系統與供配電系統的自主性，對排煙閥和防火系統進行緊密的聯動控制，面對復雜的危害情況，根據控制中心的指令及時把防護工作落實到各個樓層。除正常配備的消防泵外，在整體的消防應急響應系統中也應采取合理的方式和消防團隊形成聯動系統。在這個高層建筑當中，主要是在一樓和二樓的大堂區域內配備有相應的聯動控制系統、消防炮系統。確?？傻谝粫r間內征用相應的消防設施，并在最短的時間里有效控制災情。

3 結語

建筑供配電系統出現災情的原因是十分復雜的，其影響因素也比較多，可能會受到惡劣氣候的影響，也可能會因為電路出現電壓異常升高、電路短路、電氣設備接觸過大電阻等因素導致電路出現故障，進而引發火災。結合具體的實際案例，在建安大廈的施工過程當中，所采用的相關方案必須符合高層建筑設計規范，高壓供配電系統采取的是10kV 的供電電源，低壓供配電系統主要采取的是220/380V的放射式和樹干式相結合的供電系統，在消防設備的供配電系統設置方面，應當格外注重避難層的應急響應設置?；馂膽闭彰鞣桨敢矐斀Y合實際情況采取合適的照明燈設備。關鍵是火災自動報警系統要聯動消防系統配置相應的控制中心，在最短時間內有效控制住災情。