2016.9|韩帅:安全设施电源供电设计的几个问题

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建筑物内安全设施供电系统主要包含消防泵、消防电梯、火灾自动报警、排烟风机、应急照明等消防设备，也包括重要医疗系统等非消防负荷设备。

因其是用来保证系统运行的重要部分，且损坏后会导致人体的健康和安全受损，其供电可靠性长期以来都受到设计单位及消防部门的重视，但因安全问题关系重大，导致目前对于安全设施电源系统，无论从国家及地方设计标准，还是设计师自身来说，都存在过度提高设计标准，片面迎合规范字面规定的现象，反而对系统性的安全整体把握不够的情况。

本文将结合国内外相关标准，从安全设施电源、安装构件的耐火性能等几个方面进行简要分析。

安全设施电源供电持续时间不宜过短

安全设施电源（electricalsource for safety services），即“用作安全设施供电系统组成部分的电源”。安全设施电源一般可由蓄电池、干电池、独立于正常电源的发电装置或供电网络中有效的独立于正常馈电线路分设的馈电线路实现，应有足够的容量，具备适当的安装位置且只允许熟练技术人员或受过培训的人员接近与操作。

从IEC 60364 - 5- 56：2009《Low-voltage electricalinstallations — Part 5 - 56：Selection and erection ofelectrical equipment — Safety services》的要求：

“560. 5. 2 要求在火灾情况下工作的安全设施，应满足下列两个附加条件：

—— 应提供具备足够持续供电时间的安全供电电源和

—— 安全设施的所有设备应由结构或安装提供足够长时间的耐火保护，以确保火灾时正常操作。

IEC 60364 - 5 - 56：2009的附录B（资料性附录）消防设备指南提供了具体的电源持续要求，如表1所示。

安全设施电源的持续时间在我国也有相应规定，如JGJ 16 - 2008《民用建筑电气设计规范》13． 9． 13 条对各类消防用电设备在火灾发生期间最少持续供电时间进行了规定，如表2所示。

表2规定为国内普遍认可的消防设备电源持续时间，国内标准基本源于相关防火规范一次火灾持续时间。根据GB 50974 - 2014《消防给水及消火栓系统技术规范》表3. 6. 2规定，民用建筑火灾延续时间分为3h和2 h两种情况，从火灾扑救角度看是适当的。

但考虑其为电源级供电，需要考虑有限的额外备用，例如市政停电状况下，其应急电源仍需为消防、重要医疗设备等持续负载供电，此时若发生火灾等事故，可能导致扑救无法实施的后果。

因此，由表1可见，同样是消防泵，IEC标准推荐为12 h，消防电梯为8 h，远超国内3 h的要求，电源响应时间也高于目前国内要求的30 s。相比国内标准，IEC标准要求的时间更具安全性，建议工程中优先采纳。

此持续时间也是选择蓄电池、发电机组储油量的必要依据。国内目前多数使用市政双重电源或双回路供电，必然满足此供电时间，但如设置发电机，需考虑储油量问题。

安全设施电源的电压降及电击防护问题

1 线路压降问题

火场中的导体因环境温度的升高，将会出现导体载流量降低、阻抗变化带来的压降升高影响等情况。

根据 GB / T 3956- 2008 / IEC 60228 - 2004《电缆的导体》附录B所提供的温度校正系数的精确公式：

        

因此，如采用导体实际工作温度60℃ 的铜导线及80 ℃ 的铜电缆时，对应的工作温度对应系数为：60 ℃升高至950 ℃时，

80 ℃升高至950 ℃ 时，

例1：假设某负载为10A单相负载，功率因数为0. 8，供电距离50m，采用2. 5mm²铜导线穿管供电，设火场温度为950 ℃，根据其正常运行压降公式（单相负荷）：

Δu % ≈ 2Δu_a%Il

式中：Δu% —— 线路电压损失百分数，%；

  Δu_a% ——三相线路每1 A · km的电压损失百分数，% /（A·km），查表得2. 5mm²时为3.083，95 mm²时为0. 105；

  I —— 负荷计算电流，A；

  l —— 线路长度，km。

则正常运行时压降为：Δu%= 2 × 3. 083 × 10 × 0. 05 = 3. 08%；假设线路长度中10m曝露于火场范围以内时的电压降为：

Δu% = 2 × 3. 083 × 10 × 0. 04 + 2 × 3. 083 × 4. 022 6 × 10 × 0. 01 = 4. 95%；假设线路长度全部曝露于火场范围以内时的电压降为：Δu% = 2 × 3. 083 × 4. 022 6 × 10 × 0. 05 = 12.4%。

例2：当负载为200A三相平衡负载，功率因数为0. 8，供电距离100m，采用95 mm²铜电缆供电时：Δu% = Δu_a %Il。

正常运行时压降为：Δu%= 0. 105 × 200 × 0. 1 = 2. 1%；假设线路长度中20m曝露于火场范围以内时的电压降为：Δu% = 0. 105 × 200 × 0. 08 + 0. 105 × 3. 766 7 × 200 × 0. 02 = 3.26%；假设线路长度全部曝露于火场范围以内时的电压降为：Δu% = 0. 105 × 3. 766 7 × 200 × 0. 1 = 7. 91%。

可见，即便是导线或电缆部分经过火场，也将对线路的压降产生较大的影响。

在这种阻抗急剧提升的情况下，可能导致电动机负载启动或运行困难，需根据阻抗计算启动压降和运行压降，以免设备无法正常运行。

2 安全设施的电击防护

虽然一般情况下火灾发生后需要切除非消防电源，但仍有部分消防设施需要维持工作。此时疏散人员及扑救的消防队员需要特别考量人身安全问题。

火场环境恶劣，且一般伴有喷淋、消火栓等扑救设施的动作，极易产生接地故障。但随着火场内导线阻抗的提高，可能直接导致终端回路接地故障电流偏小，对消防队员的扑救安全构成威胁。

在这种情况下，需提前考虑缩短安全设施供电电源的长度，增加防火构件分隔或者增加辅助等电位等措施，接触电压宜考虑不大于25 V，以便保证人身安全。

值得注意的是，毕竟电缆在火场内的长度很难达到供电支路的整体长度，而且因火场范围难以控制，火场温度也随燃烧范围变化剧烈，考虑实际情况，根据敷设方式不同，放大1 ~ 2级电缆截面一般即可满足需求。

安全设施电源供电应考虑其整体防火性能，应是设计、政府管理、施工、维护共同完成的一个体系性工程，需要宏观协调整体判定，方能保证可靠的效果。本文仅从几个角度浅析设计方面需考虑的事项，供大家探讨。

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作者：

韩帅，天津市天友建筑设计股份有限公司，高级工程师，电气专业室室主任兼主任工程师。

本文有删减，全文载于《建筑电气》2016年第9期，详文请见杂志。版权归《建筑电气》所有。

大鼻山

理论上是好的。可行性不强啊

han2003

大鼻山 发表于 2016-10-9 16:42
理论上是好的。可行性不强啊

是呢，只能提一下，慢慢会有改观的。。。。

zz_1973

1、应规定“柴发兼做非消防备用电源时，应为消防状态预留3小时的油量”

zz_1973

2、个人意见，消防电缆强制要求比计算电流高两级以上选取。

zz_1973

3,220v供电的应急照明要切断点亮，应该强调。

wurenhecai

1、所有的消防线路均可能遭受火灾，按线路压降的说法来计算，所有的消防线路是否都需要按950度的温升考虑截面呢。这恐怕不现实吧。

2、因消防水的问题导致电击，确有发生，接触电压按25V考虑，也是考虑周全的。降低线路电阻值，确实可以降低接触电压，但考虑线路长度的问题，这不是解决问题的根本。应该从PE接地、等电位等方面考虑。建议取消线路长度这种说法。

wurenhecai

个人认为：“安全设施电源供电设计“，最重要的两点是：

1、明确安全设施应包括消防、安防等人身、财产等安全，不仅仅只是目前消防。例如很多涉及人身安全的事故风机，竟然也不能接入消防电源，这本身就是顾此失彼。

2、消防系统的线路途经都是一致的，正常工作回路和备用回路，不可避免的都会遭受损坏，末端切换这种有中国特色的做法，早应该更正了。

秋石

wurenhecai 发表于 2016-11-22 17:47
个人认为：“安全设施电源供电设计“，最重要的两点是：

1、明确安全设施应包括消防、安防等人身、财产 ...

说的有理！