建筑电气设计中的消防配电设计要点分析

文／张超 北京班墨国际工程设计有限公司 北京100075

引言：

在建筑行业迅猛发展的今天，很多高层建筑、超高层建筑数量也越来越多，这些建筑体量规模更大，建筑功能丰富，人员聚集数量众多，因此疏散难度也比较高。建筑内消防设施与用电设备众多，对消防供电保障也有着非常高的要求。一旦在发生火灾时，无法保障消费电力负荷供应，很容易延误最佳救火时机，造成严重的经济财产损失与人员伤亡。因此必须要提高对建筑电气设计的重视，尤其要加强对电气设计中消防配电的合理设计，从而确保消防电力能够安全稳定供应，有效保护建筑消防与人民生命财产安全。

1、建筑电气设计中消防配电设计的重要性

伴随着城市化进程的深入推进，各种高层建筑建设的数量也在不断增加，建筑功能也越来越丰富。与之相对应的，高层建筑的电气设计也越来越复杂，对建筑消防安全也提出了更高要求。一旦高层建筑发生火灾，如果无法及时疏散群众，很容易酿成重大安全事故，带来的财产损失也不可估量。而从建筑火灾发生原因来看，消防配电设计不合理是其中一项重要的因素，受此影响，很容易引发各种电气火灾，比如短路火灾、过负荷火灾、漏电火灾等，因此在开展建筑电气设计工作的过程中，必须要提高对消防配电设计的重视，可有效降低建筑发生火灾的概率。从消防配电设计功能来看，一方面，通过合理的消防配电设计，可以有效避免线路发生短路或其他故障起火，引发火灾问题，从而更好地保护建筑安全[1]。另一方面，通过合理的消防配电设计，能够给予建筑消防独立的配电线路，从而能够保障建筑消防系统用电稳定可靠，为后续消防工作开展提供良好的保障。基于此，必须要提高对建筑电气设计中消防配电设计的重视，从而促使其发挥出应有的安全保护作用，为人们营造一个安全舒适的居住环境。

2、建筑电气设计中消防配电设计原则

在建筑电气设计中，针对消防配电设计工作的开展，应遵循以下原则：消防系统配电装置保护性原则。在实际设计消防配电装置的过程中，应注重加强设计保护，可选择设置在建筑配电所之中，或者将设置位置选择在电源进线处。针对应急电源装置，应注意与其他装置分配设置。特别是对一些主电源装置而言，应注意将其与应急配电装置隔离开来。在配电装置之中，还应注意做好消防标志的标记，从而更好地维护消防系统配电装置的安全性。在实际进行配电装置回路开关设置时，注意做好独立的配电箱与配电柜的设置，从而便于进行统一管理[2]。另一方面，在实际消防配电设计的过程中，还应注重遵循线路保护原则。当前的很多建筑电气火灾，多是因为线路短路、超负荷运行所引起，因此在实际进行消防配电设计时，必须要加强消防线路的保护。从而即使在建筑发生火灾后，相应的消防线路也能够正常稳定运行，为消防提供稳定充足的电力供应。针对消防线路的设计，必须要采用阻燃、防火电缆，加强对线路的保护，从而才能更好地保证消防配电线路的安全，避免因为火灾高温炙烤而失效，影响消防电力正常供应。

3、建筑电气设计中消防配电设计现状

通过上文叙述可知，在建筑电气设计中，消防配电设计在保障消防电力供应，维护建筑消防安全方面发挥着非常关键的作用。尤其是随着当前建筑建设规模越来越大，建筑层高越来越高，因此对建筑消防配电设计也提出了更高要求。尽管在建筑消防配电设计方面当前已经取得了很大的进步，但依然存在一些问题不容忽视，具体可表现为以下几点：（1）在个别区域中，一些供电企业在实际进行配网局部时，出于对配电网的安全的考虑，选择将消防设在电源中，很多开关均与低压开关直接连接，供电采用了双电源方式。一条线为发电机提供电源，另一条线路为高压电路提供电源，这对供电给消防设备供电系统安全稳定运行带来了非常严重的影响。（2）针对一些高层建筑，在消防配电设计方面，虽然采用了自发电机系统来满足消防电力供应要求。但在实际设计过程中，没有安装自动启动装置。还有一些发电机缺乏电压监测设备,在突发火灾时，只能够采用手动启动方式。受此影响，自然无法在30 秒内启动整个消防电源，这显然不利于消防电力安全稳定供应。（3）少部分电气设计师在实际开展消防配电设计工作的过程中，没有结合相关国家规范标准，合理选择火灾供电设备、线缆等装置，而是出于成本原因的考虑，采用了热电跳闸继电器，这样很难保障消防电力安全稳定运行。尤其是随着时间的推移，一旦发生线路超载过负荷问题，连接相关消防设备的塑壳断路器就会跳闸，从而导致消防设备停止运转。此时一旦发生火灾，将很难及时做出反应，延误最佳救火时机，消防电力设备也失效，由此将会造成非常大的财产损失，对居民生命安全也会造成严重的威胁。

4、建筑电气设计中消防配电设计要点

4.1 消防配电方式选择

在建筑电气设计中，针对消防配电设计工作的开展，合理选择配电方式非常重要。从当前情况来看，消防配电线路分配方式主要包括三种，一是树干式配电方式，二是放射式配电方式，三是混合式配电方式。其中对树干式消防配电方式而言，主要有着以下优点：整体配线结构简单，干线数量较少，线路运行有着良好的经济性，实际配线分布方式也更加的灵活多变。但采用这种方式作为消防配线，由于主干线消防分配较少，一旦出现消防事故问题，很容易产生连锁反应，导致大面积停电。因此这种消防配电方式设计，通常适合应用于人员疏散的应急照明系统之中。对放射式消防配电方式而言，整体线路数量更多，且不同的线路彼此相互独立。因此当其中一条线路出现故障问题时，其他线路能够正常运行，不会受到上述故障问题的影响。因此放射式消防配电方式更加稳定和安全，能够更好地保护电源正常稳定运行，减少事故发生。因此这些消防配电方式适合在一些比较重要的消防电力负荷之中应用，比如消防电梯，消防泵，防排烟等消防系统[3]。如此一来，无论建筑何种部分出现火灾问题，相应的消防设备以及消防装置都能够正常运用，为消防工作开展提供稳定安全的电力供应。总而言之，在实际进行消防配电方式选择的过程中，应结合实际情况慎重考虑，针对一些比较重要的消防设备，应满足其电力稳定性要求，优先选择放射模式，保障消防电源电力供应的安全可靠性，其他消防设备则结合实际，灵活采用树干式与混合式配电方式，从而既能够满足消防电力供应的需求，又有利于节约消防配电成本。

4.2 低压配电系统主接线方案

在当前的建筑电气消防设计中，一般有两种供配电设计方案可供选择，一是不分组设计方案。这种设计方案整体的主接线方式比较简单，造价也比较低，在消防负荷中，一般不设置专用的低压母线，而是和消防负荷共用同一个进线断路器。或者选择在同一个低压母线之上，共同运转消防负荷电源与非消防负荷电源。但在实际运行过程中，一旦非消防负荷出现了故障问题，很容易对消防负荷供电带来严重的影响。二是分组设计方案，这种设计方案相对更加复杂，且整体造价较高。如果是高压供电，则是从变电站低压侧第一级母线位置开始，消防负荷电源与非消防负荷电源会直接分开，各自进行独立供电。如果是从低压电缆位置处进行供电，那么会在进线开关的下端开始，消防负荷电源与建筑负荷电源分开，两者独立供电。

传统的低压消防配电系统通常采用第一种设计方案，即所有负荷设置在主进线断路器后或同一母线段上，这显然对消防负荷供电可靠性将会带来非常严重的影响。尤其是在低压母线位置处出现了短路问题，或者因为在火灾时，没有及时切断非消防电源。此时灭火用水四处喷射，很容易引起配电线路出现接地故障，造成越级跳闸问题。因此从近些年建筑电气火灾案例情况来看，很多都是在火灾初期，消防灭火设备能够正常启动灭火。但随着时间的推移，出现了主电源跳闸问题，或者主电源虽然有电，但无法合闸，最终导致消防灭火装置运行中断，延误了最佳灭火时机，最终造成了严重的人员伤亡与财产损失。

因此为避免出现上述问题，在实际进行消防配电系统设计时，可采用第二种设计方案，从低压侧母线段开始，将消防负荷和非消防负荷进行分开配置，从而使其能够相互独立，互不影响。还可以将这一设计方案与发电机备用电源供电线路结合在一起，通过在消防负荷母线段中设置联锁转换开关，从而既能够有效确保消防负荷独立运行，不受非消防负荷的故障影响，同时还能够额外增加一路消防负荷备用电源，从而能够更好地保障消防负荷电力供应的稳定可靠性。

4.3 消防线缆选择与敷设

做好消防线缆的选择，能够有效减少火灾对消防配电系统运行的影响。常用的消防线缆包括消防矿物绝缘电缆、阻燃电缆与耐火电缆。消防矿物绝缘电缆，这种线缆组成并不复杂，内部由铜芯、矿物绝缘物质组成，外部则配置有铜护套。为了提高线缆的阻燃性，在铜护套之外，还包裹一层低烟无卤阻燃外护套。这些线缆有着非常好的防火性能，在高温环境下，不会产生对人体有害的气体和烟雾，从而为人们逃生创造一个更好的环境。同时这种线缆本身有着较强的机械强度，导电性能好，因此非常适合作为消防配电设计线缆。“阻燃电缆”与“耐火电缆”，因为上述两种线缆执行的都是《阻燃及耐火电缆，塑料绝缘阻燃及耐火电缆分级和要求》国家标准，因此消防配电设计人员在实际进行线缆选择时，通常不加以区分，经常交替使用这两种线缆。上述两种消防线缆依然有着一些明显区别,对阻燃线缆而言，相较于耐火电缆，本身有着更强的抗失效能力。而耐火电缆本身也有着独属于自己的优势，即在火灾制造的高温环境下，相较于阻燃电缆，能够维持更长的供电时间。基于此，在消防供电线路中敷设阻燃线缆时，应注意与其他普通用电线路线缆区分开来。比如线缆法敷设位置是在电缆井和电缆沟内，敷阻燃电缆要分别敷设在井或沟内两侧。同时值得注意的是，无论是何种消防线缆，在实际敷设时，如果采用明敷方式，即使有金属外套保护，在火灾制造的高温环境下，持续稳定供电时间也无法超出30min。而对建筑消防水泵而言，在火灾发生后，要求持续供电时间为60min。而消火栓水泵对持续供电时间要求更长，一般要在120min，因此上述线缆并不能满足消防需求。因此在一些重要建筑场所尤其是一些公共建筑场所，在实际进行消防线缆设计选择时，主干线会优先采用矿物绝缘铜护套电缆。而针对一些支线位置，出于成本考量，会采用低烟无卤阻燃耐火电线电缆，并穿金属管进行保护，敷设方式为暗敷。

除此之外，为了能够保障消费配电能够持续稳定运行，在实际进行配电线路敷设时，还应落实以下几点：（1）消防配电线路如果采用明敷方式，在采用阻燃或耐火电缆时，应采用穿金属管保护，或者在线缆之上穿封闭式金属槽盒，从而起到良好的保护作用。同时在用于保护的金属管和封闭式金属槽盒之外，还需要涂刷三道以上的丙烯酸乳胶等防火涂料，从而起到良好的防火保护作用。如果采用矿物绝缘电缆进行敷设，这些线缆本身有着较强的防火性能，因此可以采用梯架明敷方式。（2）在对消防配线缆进行暗敷时，应做好穿金属管保护，同时还应合理选择敷设位置，禁止在可燃性结构内进行线缆的敷设。（3）在消防配电线路设计如果采用阻燃或耐火电缆，应注意不得将其与非消防配电线路共用电缆井和沟；如果采用的是矿物绝缘线缆，可以敷设在同一电缆井、沟内，但消防配电线路和非消防配电线路分别在电缆井和沟的两侧布置。

4.4 非消防电源的切除

从《民用建筑电气设计标准》（GB 51348—2019）我们能够了解到，在建筑发生火灾后，要求控制室及时做出反应，切断火灾区域内非消防电源。同时这种切断决定必须要在火灾得到确认后，才能正式切断。因此针对上述整个过程，必须要做一个合理准确地判断。如果非消防照明用电电源在出现火灾报警后，立即将照明电源切断，很容易制造恐慌情绪，撤离人员在这一过程中就很容易出现踩踏伤人事件，不利于保障人身安全。因此在建筑火灾出现后，应确保建筑内有着充足的照明系统，能够指引建筑内居民安全撤离疏散。在上述过程中，必须要谨慎切断照明电源。一般在建筑内火情得到确认后，由专业人员结合实际情况，来到控制室，选择手动切断火区照明电源。针对其他一些非消防用电电源，可以结合建筑本身的重要性，来作为是否直接切断电源的重要依据[4]。有的建筑物本身对暖通、空调等非消防电源较为依赖，因此在火灾发生后，不可直接切断这些非消防电源，而是结合火灾发生的范围，有针对性进行电源自动切断设计，从而避免造成更大的损失。而针对普通建筑物可以直接切断相应的非消防用电负荷电源，从而避免受火灾影响，引发连锁反应，对整体建筑安全与人员带来更为严重的威胁。

4.5 双电源自动转换开关的选择

在实际进行消防配电设计的过程中，双电源自动转换开关控制装置是一种常用的消防配电设计常用的装置。在实际设计时，做好上述装置的合理选择，有利于提高整体配电设计质量水平。在实际选择过程中，需要考虑装置结构设计特点。对双电源自动转换开关控制装置而言，具体可分为两类，一类是PC 级产品，另一类是CB 级产品。前者采用的是励磁驱动方式，本身不具备分断短路电流的能力，针对这一缺陷，在实际设计过程中，应注意地配置一些短路保护装置。而对后者来说，本身在短期内能够承载输送较大的短路电流，在电源电路出现短路故障问题时，该装置可以在短路保护装置运行后开始转换。对PC 级别双电源自动转换开关控制装置来说，即使出现了超载问题，也能够为电气设备提供稳定电力供应。但对CB 级别的双电源自动转换开关控制装置而言，本身有着较大的体积，且双电源切换时间也比较长。在实际切换过程中，可能会因为内部结构问题，出现了打滑现象，因此在维持电力稳定供应方面可靠性并不佳。因此在消防配电线路设计时，应倾向于选择PC 级别双电源自动转换开关控制装置。

结语：

在建筑设计中，消防配电设计是一项不容忽视的工作内容，通过做好消防配电设计，一方面可以有效降低建筑电气火灾的发生概率，另一方面，在火灾发生时，还能为消防工作开展提供稳定的电力供应，助力火灾的消除。因此我们必须深刻认识的消防配电设计的重要性，严格遵循相应的设计原则，从多个方面出发，落实消防配电设计要点，促使消防配电设计发挥出应有作用价值，为人们的生命财产安全保驾护航。