简析非消防应急负荷配电

赵 金 剑

[悉地国际设计顾问(深圳)有限公司,广东 深圳 518057]

0 引 言

目前,消防用电设备需采用专用的供电回路,除了防火用的消防设备之外,任何设备不得接入消防配电系统。这使得非消防设备如事故风机、地下室排水泵、航空障碍灯等在火灾时不能中断电源,供电等级高特别是用电功率较小的设备在配电上带来不便。本文将结合国内外相关标准,就非消防应急供电系统及其负荷的配电进行简要分析。

1 应急供电系统

1.1 应急供电系统(安全设施供电系统)

GB 50052—2009《供配电系统设计规范》[1](简称《供规》)第2.0.3条规定“应急供电系统(安全设施供电系统)用来维持电气设备和电气装置运行的供电系统,主要是为了人体和家畜的健康和安全,和/或为了避免对环境和其他设备造成损失以符合国家规范要求。”

GB/T 16895.33—2017(IEC 60364-5-56:2009)《低压电气装置 第5-56部分电气设备的选择和安装安全设施》[2](简称《IEC安全设施》)第560.3.1条规定“安全设施供电系统用来维持电气装置和设备的重要部分运行的供电系统,主要是为了人体和家畜的健康和安全,和/或为了避免对环境和其他设备造成损害。例如安全设置包括应急(疏散)照明、消防泵、消防电梯、报警系统,如火灾报警器、一氧化碳报警和入侵防盗报警、疏散系统、排烟系统、重要医疗系统)。”

美国消防规范NFPA 70—2020(简称《NEC》)2017版第700.2条规定:应急系统为根据市、州、联邦或其他法规,或任何主管的政府机构依法要求和归类为紧急状态的制度。这些系统的目的是在正常供应发生故障或事故发生时,系统可以自动为人身安全提供必要的电力配电和照明控制”。在其备注中明确“应急系统通常安装在诸如酒店、电影院、体育场馆、卫生医疗设施及类似机构等人员密集且需要人工照明,用于安全撤离及控制恐慌的场所。应急系统还会为诸如维持生命所需的通风、火警探测与报警系统、消防电梯、消防泵、公共安全通信系统、那些一旦出现断电就会对生命安全或健康造成严重危害的工业工艺流程及类似功能的设备进行供电”。

在更新不久的NFPA 101—2018中,扩大了规范的适用范围,包括危险品应急处置、防坠落受伤、应急通信等。条文新增内容包括:与火灾无关的危险品防护;新建集会和居住建筑内一氧化碳探测等。其中第1.2条中明确了适用范围“主要用于火灾中的生命安全保障,也用于类似紧急情况下的生命安全。”

从以上规范可以看出,《IEC安全设施》和《供规》同出一辙,应急供电系统即安全设施供电系统,其保障的是人身、环境和设备的安全。美国消防规范NFPA把应急系统提高到一个更高层次,不局限于火灾情况,包括公共安全类的涉及生命安全的紧急状态均被视为是应急。

因此,应急系统是个综合保护措施,包含消防灭火系统。防火设施的供电只是应急供电系统的一部分(比重较大)。除了火灾还有很多情况可以危害人身、设备也需要保护。这些非火灾情况下的安全设施均应视为与防火设备同等重要,要纳入到应急供电系统。

1.2 与备用供电系统的区别

与应急供电系统不同的是,备用供电系统是当正常供电中断时,由于非安全原因用来维持电气装置或其中某些部分的功能所需要的供电系统[1-2],在正常电源停电时用来保障正常生产和生活的用电由备用电源供电。例如,高层建筑的生活水泵为居民生活提供生活用水,在日常生活中起着重要的作用,但不能为人身安全提供保障,只能纳入备用供电系统而不能归入应急供电系统。

在GB 50016—2014(2018年)《建筑设计防火规范》(简称《建规》)中备用和应急的概念比较混乱,消防电力及疏散照明均采用备用电源供电的说法不妥,涉及到安全设施供电的建议统一调整为应急电源。备用供电系统与应急供电系统是两个完全不同用途的供电系统。区别开来,是为了保障应急负荷的供电可靠性。例如,《IEC安全设施》第560.7.1条规定“安全设施回路,应独立于其他回路”。《供规》第3.0.9条规定“备用电源的负荷严禁接入应急供电系统”,《International Building Code—2018国际建筑规范》第2702.1.4条规定应急电源要在主电源断电后10 s内自动供电,备用电源在60 s内自动供电。因此,两者供电的用途、对象和线路要求以及系统响应时间均不同。

2 非消防应急负荷的类型

民用建筑中,除了火灾之用消防负荷外,还有若中断供电会对人身伤亡和重大设备损害或发生中毒、爆炸等有重大影响的负荷,此类负荷称为非消防应急负荷。

2.1 重要医疗场所设备

JGJ 312—2013《医疗建筑电气设计规范》中第4.2.1条规定,一级负荷中特别重要的负荷如:手术室、血液透析室、重症监护室等这些场所涉及患者生命安全的设备和照明用电一旦停电,将严重威胁患者生命安全,此类场所的设备与消防负荷应由应急电源供电。

2.2 有毒有害、爆炸危险场所设备

在锅炉房、燃气厨房等有爆炸气体危险场所[3];在制冷剂为有毒气体的冷冻站、制冷剂密度大于空气的制冷机房[4-5]、变电所、数据机房等采用气体灭火措施[6]等场所,均需要事故风机。而事故风机一旦中断供电,将危害人身安全,同样需要由应急电源供电。

2.3 产生次生灾害设备

火灾中若中断供电,会对建筑结构和设施产生次生灾害的设备,此类负荷在火灾情况下也不应中断供电,也需要由应急电源供电。标准GB 50974—2014《消防给水及消火栓系统技术规范》[7](简称《水消规》)第9.1.2条规定“排水措施应满足财产和消防设施安全”第9.2.1条规定“应在设有消防给水系统的地下室和仓库设置排水措施”。因此,有消防给水的地下室排水泵中断供电,会丧失排水能力对地下室结构和设施产生损害。

航空障碍灯显示构筑物的轮廓,使飞行器操作员能判断障碍物的高度与轮廓,起到警示作用。其中断供电,会对飞行器和建筑本体造成更大危害。

2.4 特殊安防通信系统

NFPA 101—2018[8-9]中首章适用范围中新增第1.1.7条,规定,“在紧急情况下需考虑与其他人进行通信的情况”。NFPA-1211规定“本标准不仅仅用于消防系统,而能够用于任何紧急系统”,第1-2.1条要求,该系统包括但不限于公众报告系统、任务下达系统、电话、单工或双工无线通信系统。

GB 50314—2015《智能建筑设计标准》中第4.6.5条规定“应急响应系统应符合下列规定:第1款应以火灾自动报警系统、安全技术防范系统为基础;第2款应具备下列功能:1)对各类危及公共安全的事件进行就地实时报警;2)采取多种通信方式对自然灾害、重大安全事故、公共卫生事件和社会安全事件实现就地报警和异地报警;3)管辖范围内的应急指挥调度;4)紧急疏散与逃生紧急呼叫和导引;5)事故现场应急处置等…第4款规定“应配置下列设施:1)有线/无线通信、指挥和调度系统;2)紧急报警系统;3)火灾自动报警系统与安全技术防范系统的联动设施;4)火灾自动报警系统与建筑设备管理系统的联动设施;5)紧急广播系统与信息发布与疏散导引系统的联动设施。”

公安部发布的公消〔2018〕57号文件《建筑高度大于250米民用建筑防火设计加强性技术要求(试行)》的第23条第7款规定“避难层(间)、辅助疏散电梯的轿箱及其停靠层的前室内应设置视频监控系统,视频监控信号应接入消防控制室,视频监控系统的供电回路应符合消防供电的要求。”

可以看出,火灾时的人员疏散和处置也需要综合的应急措施,通信方面非火灾自动报警及消防电话、广播系统能完全胜任的。因此弱电通信系统在火灾中仍需继续工作,是有利于人员疏散和救援的,需要由应急电源供电[10-15]。

2.5 安全照明

应急照明中的“应急”含义与《IEC安全设施》中的保护人身安全的“应急”含义不同,需对应急照明的种类区分。

GB 50034—2013《建筑照明设计规范》中第2.0.19条～第2.0.22条规定:应急照明是因正常照明的电源失效而启动的照明,应急照明包括疏散照明、安全照明、备用照明;疏散照明是用于确保疏散通道被有效地辨认和使用的应急照明;安全照明是用来确保处于危险之中的人员安全的应急照明;备用照明是用于确保正常生活继续或暂时继续进行的应急照明。

《建规》第10.3章把应急照明只限定在防火层面,称之为消防应急照明和疏散指示标志。

BS EN1838:2013在“介绍”章节中说明应急照明分为应急逃生照明和备用照明。应急逃生照明分为逃生路线照明、开放区域照明(NFPA称为反恐慌照明)和高危作业区域照明。

BS 5266-1:2016在“介绍”章中明确:本标准修订版包括在没有立即疏散的处所使用的应急照明以及传统的应急逃生照明。应急照明可以实现以下功能,其中一些功能可以组合成一个系统:① 应急逃生照明,提供逃生路线、标志和重点区域的照明,以协助使用者撤离建筑物;② 应急安全照明,当使用者不需要立即撤离房屋时,为房屋内的安全移动提供照明;③ 备用照明,由提供的备用电源供电。在主电源完全失效的情况下,有足够的照明设备正常工作。

《IEC安全设施》中,对应急照明的定义是参照CIE S020/ISO 30061:2007而来,仅对应急疏散照明进行了规定,基本与BS EN 1838—2013一致。

因此,NPFA、IEC、BS(EN)等国际标准都是把高危作业区域(手术室、易燃易爆场所、(残疾人)卫生间等正常照明停电会带来人身安全危险的场所)等非火灾情况纳入应急系统。因此,除了备用照明是为了满足正常生活所需,由备用电源供电之外,安全照明应由应急电源供电[16-22]。

3 配电方式

3.1 负荷等级

如上所述的负荷均为安全设施,应和消防用电一样,为本体建筑内最高等级供电。《IEC安全设施》第560.6.2条规定:安全设施电源应作为固定设备安装,并使其不会因为正常电源的中断而受到不利影响,第560.6.5条规定:来自于一个供电网络中分开的独立馈线,不能作为安全电源。除非能确保两条馈线不大可能同时发生故障。《IEC安全设施》不谈负荷等级,强调的是建筑物内根据使用性质来划分系统,如应急系统、备用系统等。而国内负荷划分,同样是一级负荷的,指的是应急负荷或备用负荷。

3.2 过负荷保护

GB 51348—2019《民用建筑电气设计标准》第7.6.3条规定了消防配电线路“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”。而对于非消防的应急负荷,如标准GB 50054—2011《低压配电设计规范》第6.3.6条和标准GB 50055—2011《通用用电设备配电设计规范》第2.3.7.1条中都有“过负荷断电造成的损失更大时,应使过负荷保护动作于信号”的规定。标准GB 51039—2014 《综合医院建筑设计规范》第8.4.2条中要求:“在医用IT系统变压器的一次侧和二次侧不应设置过负荷保护”。《IEC安全设施》第560.7.3条要求,安全设施回路“当失电可能造成更大的危害时可以取消过载保护”。因此,根据应急负荷的用途属性可以看出,非消防应急负荷过负荷也需要同消防负荷一样,过负荷不能断电。

3.3 回路要求

《建规》第10.1.6条规定“消防用电设备应采用专用的供电回路,当建筑内的生活、生产用电被切断时,应仍能保证消防用电”,因此有观点认为,非消防负荷均不能纳入消防配电系统,那些非消防的应急负荷虽然是建筑中最高供电等级也不能纳入消防配电系统。这是没有能够正确认识应急系统的作用所致。

3.3.1 火灾时不能被切除电源

《建规》第10.1.6条的条文解释为“如果生产、生活用电与消防用电的配电线路采用同一回路,火灾时,可能因电气线路短路或切断生产、生活用电,导致消防用电设备不能运行。”

应急供电系统是保障人身安全和重大设备的,非消防应急负荷并非备用负荷,不是为了生产、生活使用,在任何情况下,包括火灾情况,此类负荷是不能像普通负荷和备用负荷一样被切断电源的,非消防应急负荷还是需要坚持工作的,除非本负荷所在场所已经不具备工作条件,如医院手术室,只要本房间没有着火,为了病人的生命安全,不能立刻中断电源,视火情发展可先暂时继续坚持工作。地下室排水泵在火灾时,需要及时排出地下室积水,纵然本防火分区着火,也不能中断电源。对于事故风机,非本体场所着火,也不能停止工作,否则有可能出现毒气蔓延、危及生命等情况发生。

3.3.2 线路也需防火

《IEC安全设施》第560.8.1条规定“在火灾情况下时需要工作的安全设施应采用…具有耐火保护和机械保护的布线系统”。BS 9999:2017第15.7条规定“用于生命安全,消防或财产保护的所有其他需要耐火的回路电缆应符合BS 8519”,第37.2.3.1条规定“由于无法确定火灾可能从何处开始,所有生命安全及消防设备的电源(主、备用和紧急状态)及其相关控制设备应被视为在危险区内…。除了电缆的线路外,终端、电路保护设施和控制面板的位置也应仔细规划,以确保这些位置也有防火保护。生命安全及消防设备的电源应与建筑物内的所有其他电路分开,以免其他设备发生故障而导致供电中断”。

BS 8519:2010第5章火灾持续供电时间规定“用于提供生命安全和消防系统的配电系统应符合下列标准:生命安全系统,应能维持运作,以便让楼宇内的住户在逃离楼宇时得到警报、疏散和保护,大型及/或复杂楼宇时间60 min,其他建筑30 min;对于消防系统,应能够根据具体的消防应用程序。

因此非消防应急负荷在消防状态下,设备不能被切除且其线路也是防火的,与消防负荷同为应急负荷,理应可以与消防设备共用回路,甚至可以说成,非消防应急负荷与消防负荷合用一套应急供电系统。当医疗设备、手术室等负荷较大,可由低压母线单独放射式供电;当负荷较小且分散时,如事故风机、地下室排水泵等可单回路就近接入本防火分区的消防电源双切箱;安全照明、航空障碍灯等照明灯具可以接入本防火分区的应急照明箱(回路)中;当消防和安保控制室合用时,安保控制室的电源可与消防控制室的电源合用。当然,至于配电形式具体问题要具体分析。

4 结 语

保护人身安全和重要设备安全的非消防应急负荷与火灾消防负荷并没有本质区别,从使用功能、负荷等级以及配电方式上均一致。建议非消防应急负荷接入消防配电系统中,火灾时也不能随意的全部切除。应急系统供电回路独立即可,否则会丧失应急系统整体配电的灵活性,给其他非消防应急负荷的供电带来不便。建议我国建筑消防规范不应仅为狭义的防火,应该把“消防”系统提升到应急系统和机制层面,成为基于保护生命安全的综合的规范体系。