建筑電氣設計中的消防配電設計要點分析

文／張超 北京班墨國際工程設計有限公司 北京100075

引言：

在建筑行業迅猛發展的今天，很多高層建筑、超高層建筑數量也越來越多，這些建筑體量規模更大，建筑功能豐富，人員聚集數量眾多，因此疏散難度也比較高。建筑內消防設施與用電設備眾多，對消防供電保障也有著非常高的要求。一旦在發生火災時，無法保障消費電力負荷供應，很容易延誤最佳救火時機，造成嚴重的經濟財產損失與人員傷亡。因此必須要提高對建筑電氣設計的重視，尤其要加強對電氣設計中消防配電的合理設計，從而確保消防電力能夠安全穩定供應，有效保護建筑消防與人民生命財產安全。

1、建筑電氣設計中消防配電設計的重要性

伴隨著城市化進程的深入推進，各種高層建筑建設的數量也在不斷增加，建筑功能也越來越豐富。與之相對應的，高層建筑的電氣設計也越來越復雜，對建筑消防安全也提出了更高要求。一旦高層建筑發生火災，如果無法及時疏散群眾，很容易釀成重大安全事故，帶來的財產損失也不可估量。而從建筑火災發生原因來看，消防配電設計不合理是其中一項重要的因素，受此影響，很容易引發各種電氣火災，比如短路火災、過負荷火災、漏電火災等，因此在開展建筑電氣設計工作的過程中，必須要提高對消防配電設計的重視，可有效降低建筑發生火災的概率。從消防配電設計功能來看，一方面，通過合理的消防配電設計，可以有效避免線路發生短路或其他故障起火，引發火災問題，從而更好地保護建筑安全[1]。另一方面，通過合理的消防配電設計，能夠給予建筑消防獨立的配電線路，從而能夠保障建筑消防系統用電穩定可靠，為后續消防工作開展提供良好的保障。基于此，必須要提高對建筑電氣設計中消防配電設計的重視，從而促使其發揮出應有的安全保護作用，為人們營造一個安全舒適的居住環境。

2、建筑電氣設計中消防配電設計原則

在建筑電氣設計中，針對消防配電設計工作的開展，應遵循以下原則：消防系統配電裝置保護性原則。在實際設計消防配電裝置的過程中，應注重加強設計保護，可選擇設置在建筑配電所之中，或者將設置位置選擇在電源進線處。針對應急電源裝置，應注意與其他裝置分配設置。特別是對一些主電源裝置而言，應注意將其與應急配電裝置隔離開來。在配電裝置之中，還應注意做好消防標志的標記，從而更好地維護消防系統配電裝置的安全性。在實際進行配電裝置回路開關設置時，注意做好獨立的配電箱與配電柜的設置，從而便于進行統一管理[2]。另一方面，在實際消防配電設計的過程中，還應注重遵循線路保護原則。當前的很多建筑電氣火災，多是因為線路短路、超負荷運行所引起，因此在實際進行消防配電設計時，必須要加強消防線路的保護。從而即使在建筑發生火災后，相應的消防線路也能夠正常穩定運行，為消防提供穩定充足的電力供應。針對消防線路的設計，必須要采用阻燃、防火電纜，加強對線路的保護，從而才能更好地保證消防配電線路的安全，避免因為火災高溫炙烤而失效，影響消防電力正常供應。

3、建筑電氣設計中消防配電設計現狀

通過上文敘述可知，在建筑電氣設計中，消防配電設計在保障消防電力供應，維護建筑消防安全方面發揮著非常關鍵的作用。尤其是隨著當前建筑建設規模越來越大，建筑層高越來越高，因此對建筑消防配電設計也提出了更高要求。盡管在建筑消防配電設計方面當前已經取得了很大的進步，但依然存在一些問題不容忽視，具體可表現為以下幾點：（1）在個別區域中，一些供電企業在實際進行配網局部時，出于對配電網的安全的考慮，選擇將消防設在電源中，很多開關均與低壓開關直接連接，供電采用了雙電源方式。一條線為發電機提供電源，另一條線路為高壓電路提供電源，這對供電給消防設備供電系統安全穩定運行帶來了非常嚴重的影響。（2）針對一些高層建筑，在消防配電設計方面，雖然采用了自發電機系統來滿足消防電力供應要求。但在實際設計過程中，沒有安裝自動啟動裝置。還有一些發電機缺乏電壓監測設備,在突發火災時，只能夠采用手動啟動方式。受此影響，自然無法在30 秒內啟動整個消防電源，這顯然不利于消防電力安全穩定供應。（3）少部分電氣設計師在實際開展消防配電設計工作的過程中，沒有結合相關國家規范標準，合理選擇火災供電設備、線纜等裝置，而是出于成本原因的考慮，采用了熱電跳閘繼電器，這樣很難保障消防電力安全穩定運行。尤其是隨著時間的推移，一旦發生線路超載過負荷問題，連接相關消防設備的塑殼斷路器就會跳閘，從而導致消防設備停止運轉。此時一旦發生火災，將很難及時做出反應，延誤最佳救火時機，消防電力設備也失效，由此將會造成非常大的財產損失，對居民生命安全也會造成嚴重的威脅。

4、建筑電氣設計中消防配電設計要點

4.1 消防配電方式選擇

在建筑電氣設計中，針對消防配電設計工作的開展，合理選擇配電方式非常重要。從當前情況來看，消防配電線路分配方式主要包括三種，一是樹干式配電方式，二是放射式配電方式，三是混合式配電方式。其中對樹干式消防配電方式而言，主要有著以下優點：整體配線結構簡單，干線數量較少，線路運行有著良好的經濟性，實際配線分布方式也更加的靈活多變。但采用這種方式作為消防配線，由于主干線消防分配較少，一旦出現消防事故問題，很容易產生連鎖反應，導致大面積停電。因此這種消防配電方式設計，通常適合應用于人員疏散的應急照明系統之中。對放射式消防配電方式而言，整體線路數量更多，且不同的線路彼此相互獨立。因此當其中一條線路出現故障問題時，其他線路能夠正常運行，不會受到上述故障問題的影響。因此放射式消防配電方式更加穩定和安全，能夠更好地保護電源正常穩定運行，減少事故發生。因此這些消防配電方式適合在一些比較重要的消防電力負荷之中應用，比如消防電梯，消防泵，防排煙等消防系統[3]。如此一來，無論建筑何種部分出現火災問題，相應的消防設備以及消防裝置都能夠正常運用，為消防工作開展提供穩定安全的電力供應。總而言之，在實際進行消防配電方式選擇的過程中，應結合實際情況慎重考慮，針對一些比較重要的消防設備，應滿足其電力穩定性要求，優先選擇放射模式，保障消防電源電力供應的安全可靠性，其他消防設備則結合實際，靈活采用樹干式與混合式配電方式，從而既能夠滿足消防電力供應的需求，又有利于節約消防配電成本。

4.2 低壓配電系統主接線方案

在當前的建筑電氣消防設計中，一般有兩種供配電設計方案可供選擇，一是不分組設計方案。這種設計方案整體的主接線方式比較簡單，造價也比較低，在消防負荷中，一般不設置專用的低壓母線，而是和消防負荷共用同一個進線斷路器。或者選擇在同一個低壓母線之上，共同運轉消防負荷電源與非消防負荷電源。但在實際運行過程中，一旦非消防負荷出現了故障問題，很容易對消防負荷供電帶來嚴重的影響。二是分組設計方案，這種設計方案相對更加復雜，且整體造價較高。如果是高壓供電，則是從變電站低壓側第一級母線位置開始，消防負荷電源與非消防負荷電源會直接分開，各自進行獨立供電。如果是從低壓電纜位置處進行供電，那么會在進線開關的下端開始，消防負荷電源與建筑負荷電源分開，兩者獨立供電。

傳統的低壓消防配電系統通常采用第一種設計方案，即所有負荷設置在主進線斷路器后或同一母線段上，這顯然對消防負荷供電可靠性將會帶來非常嚴重的影響。尤其是在低壓母線位置處出現了短路問題，或者因為在火災時，沒有及時切斷非消防電源。此時滅火用水四處噴射，很容易引起配電線路出現接地故障，造成越級跳閘問題。因此從近些年建筑電氣火災案例情況來看，很多都是在火災初期，消防滅火設備能夠正常啟動滅火。但隨著時間的推移，出現了主電源跳閘問題，或者主電源雖然有電，但無法合閘，最終導致消防滅火裝置運行中斷，延誤了最佳滅火時機，最終造成了嚴重的人員傷亡與財產損失。

因此為避免出現上述問題，在實際進行消防配電系統設計時，可采用第二種設計方案，從低壓側母線段開始，將消防負荷和非消防負荷進行分開配置，從而使其能夠相互獨立，互不影響。還可以將這一設計方案與發電機備用電源供電線路結合在一起，通過在消防負荷母線段中設置聯鎖轉換開關，從而既能夠有效確保消防負荷獨立運行，不受非消防負荷的故障影響，同時還能夠額外增加一路消防負荷備用電源，從而能夠更好地保障消防負荷電力供應的穩定可靠性。

4.3 消防線纜選擇與敷設

做好消防線纜的選擇，能夠有效減少火災對消防配電系統運行的影響。常用的消防線纜包括消防礦物絕緣電纜、阻燃電纜與耐火電纜。消防礦物絕緣電纜，這種線纜組成并不復雜，內部由銅芯、礦物絕緣物質組成，外部則配置有銅護套。為了提高線纜的阻燃性，在銅護套之外，還包裹一層低煙無鹵阻燃外護套。這些線纜有著非常好的防火性能，在高溫環境下，不會產生對人體有害的氣體和煙霧，從而為人們逃生創造一個更好的環境。同時這種線纜本身有著較強的機械強度，導電性能好，因此非常適合作為消防配電設計線纜。“阻燃電纜”與“耐火電纜”，因為上述兩種線纜執行的都是《阻燃及耐火電纜，塑料絕緣阻燃及耐火電纜分級和要求》國家標準，因此消防配電設計人員在實際進行線纜選擇時，通常不加以區分，經常交替使用這兩種線纜。上述兩種消防線纜依然有著一些明顯區別,對阻燃線纜而言，相較于耐火電纜，本身有著更強的抗失效能力。而耐火電纜本身也有著獨屬于自己的優勢，即在火災制造的高溫環境下，相較于阻燃電纜，能夠維持更長的供電時間。基于此，在消防供電線路中敷設阻燃線纜時，應注意與其他普通用電線路線纜區分開來。比如線纜法敷設位置是在電纜井和電纜溝內，敷阻燃電纜要分別敷設在井或溝內兩側。同時值得注意的是，無論是何種消防線纜，在實際敷設時，如果采用明敷方式，即使有金屬外套保護，在火災制造的高溫環境下，持續穩定供電時間也無法超出30min。而對建筑消防水泵而言，在火災發生后，要求持續供電時間為60min。而消火栓水泵對持續供電時間要求更長，一般要在120min，因此上述線纜并不能滿足消防需求。因此在一些重要建筑場所尤其是一些公共建筑場所，在實際進行消防線纜設計選擇時，主干線會優先采用礦物絕緣銅護套電纜。而針對一些支線位置，出于成本考量，會采用低煙無鹵阻燃耐火電線電纜，并穿金屬管進行保護，敷設方式為暗敷。

除此之外，為了能夠保障消費配電能夠持續穩定運行，在實際進行配電線路敷設時，還應落實以下幾點：（1）消防配電線路如果采用明敷方式，在采用阻燃或耐火電纜時，應采用穿金屬管保護，或者在線纜之上穿封閉式金屬槽盒，從而起到良好的保護作用。同時在用于保護的金屬管和封閉式金屬槽盒之外，還需要涂刷三道以上的丙烯酸乳膠等防火涂料，從而起到良好的防火保護作用。如果采用礦物絕緣電纜進行敷設，這些線纜本身有著較強的防火性能，因此可以采用梯架明敷方式。（2）在對消防配線纜進行暗敷時，應做好穿金屬管保護，同時還應合理選擇敷設位置，禁止在可燃性結構內進行線纜的敷設。（3）在消防配電線路設計如果采用阻燃或耐火電纜，應注意不得將其與非消防配電線路共用電纜井和溝；如果采用的是礦物絕緣線纜，可以敷設在同一電纜井、溝內，但消防配電線路和非消防配電線路分別在電纜井和溝的兩側布置。

4.4 非消防電源的切除

從《民用建筑電氣設計標準》（GB 51348—2019）我們能夠了解到，在建筑發生火災后，要求控制室及時做出反應，切斷火災區域內非消防電源。同時這種切斷決定必須要在火災得到確認后，才能正式切斷。因此針對上述整個過程，必須要做一個合理準確地判斷。如果非消防照明用電電源在出現火災報警后，立即將照明電源切斷，很容易制造恐慌情緒，撤離人員在這一過程中就很容易出現踩踏傷人事件，不利于保障人身安全。因此在建筑火災出現后，應確保建筑內有著充足的照明系統，能夠指引建筑內居民安全撤離疏散。在上述過程中，必須要謹慎切斷照明電源。一般在建筑內火情得到確認后，由專業人員結合實際情況，來到控制室，選擇手動切斷火區照明電源。針對其他一些非消防用電電源，可以結合建筑本身的重要性，來作為是否直接切斷電源的重要依據[4]。有的建筑物本身對暖通、空調等非消防電源較為依賴，因此在火災發生后，不可直接切斷這些非消防電源，而是結合火災發生的范圍，有針對性進行電源自動切斷設計，從而避免造成更大的損失。而針對普通建筑物可以直接切斷相應的非消防用電負荷電源，從而避免受火災影響，引發連鎖反應，對整體建筑安全與人員帶來更為嚴重的威脅。

4.5 雙電源自動轉換開關的選擇

在實際進行消防配電設計的過程中，雙電源自動轉換開關控制裝置是一種常用的消防配電設計常用的裝置。在實際設計時，做好上述裝置的合理選擇，有利于提高整體配電設計質量水平。在實際選擇過程中，需要考慮裝置結構設計特點。對雙電源自動轉換開關控制裝置而言，具體可分為兩類，一類是PC 級產品，另一類是CB 級產品。前者采用的是勵磁驅動方式，本身不具備分斷短路電流的能力，針對這一缺陷，在實際設計過程中，應注意地配置一些短路保護裝置。而對后者來說，本身在短期內能夠承載輸送較大的短路電流，在電源電路出現短路故障問題時，該裝置可以在短路保護裝置運行后開始轉換。對PC 級別雙電源自動轉換開關控制裝置來說，即使出現了超載問題，也能夠為電氣設備提供穩定電力供應。但對CB 級別的雙電源自動轉換開關控制裝置而言，本身有著較大的體積，且雙電源切換時間也比較長。在實際切換過程中，可能會因為內部結構問題，出現了打滑現象，因此在維持電力穩定供應方面可靠性并不佳。因此在消防配電線路設計時，應傾向于選擇PC 級別雙電源自動轉換開關控制裝置。

結語：

在建筑設計中，消防配電設計是一項不容忽視的工作內容，通過做好消防配電設計，一方面可以有效降低建筑電氣火災的發生概率，另一方面，在火災發生時，還能為消防工作開展提供穩定的電力供應，助力火災的消除。因此我們必須深刻認識的消防配電設計的重要性，嚴格遵循相應的設計原則，從多個方面出發，落實消防配電設計要點，促使消防配電設計發揮出應有作用價值，為人們的生命財產安全保駕護航。