簡析非消防應急負荷配電

趙 金 劍

[悉地國際設計顧問(深圳)有限公司,廣東 深圳 518057]

0 引 言

目前,消防用電設備需采用專用的供電回路,除了防火用的消防設備之外,任何設備不得接入消防配電系統。這使得非消防設備如事故風機、地下室排水泵、航空障礙燈等在火災時不能中斷電源,供電等級高特別是用電功率較小的設備在配電上帶來不便。本文將結合國內外相關標準,就非消防應急供電系統及其負荷的配電進行簡要分析。

1 應急供電系統

1.1 應急供電系統(安全設施供電系統)

GB 50052—2009《供配電系統設計規范》[1](簡稱《供規》)第2.0.3條規定“應急供電系統(安全設施供電系統)用來維持電氣設備和電氣裝置運行的供電系統,主要是為了人體和家畜的健康和安全,和/或為了避免對環境和其他設備造成損失以符合國家規范要求。”

GB/T 16895.33—2017(IEC 60364-5-56:2009)《低壓電氣裝置 第5-56部分電氣設備的選擇和安裝安全設施》[2](簡稱《IEC安全設施》)第560.3.1條規定“安全設施供電系統用來維持電氣裝置和設備的重要部分運行的供電系統,主要是為了人體和家畜的健康和安全,和/或為了避免對環境和其他設備造成損害。例如安全設置包括應急(疏散)照明、消防泵、消防電梯、報警系統,如火災報警器、一氧化碳報警和入侵防盜報警、疏散系統、排煙系統、重要醫療系統)。”

美國消防規范NFPA 70—2020(簡稱《NEC》)2017版第700.2條規定:應急系統為根據市、州、聯邦或其他法規,或任何主管的政府機構依法要求和歸類為緊急狀態的制度。這些系統的目的是在正常供應發生故障或事故發生時,系統可以自動為人身安全提供必要的電力配電和照明控制”。在其備注中明確“應急系統通常安裝在諸如酒店、電影院、體育場館、衛生醫療設施及類似機構等人員密集且需要人工照明,用于安全撤離及控制恐慌的場所。應急系統還會為諸如維持生命所需的通風、火警探測與報警系統、消防電梯、消防泵、公共安全通信系統、那些一旦出現斷電就會對生命安全或健康造成嚴重危害的工業工藝流程及類似功能的設備進行供電”。

在更新不久的NFPA 101—2018中,擴大了規范的適用范圍,包括危險品應急處置、防墜落受傷、應急通信等。條文新增內容包括:與火災無關的危險品防護;新建集會和居住建筑內一氧化碳探測等。其中第1.2條中明確了適用范圍“主要用于火災中的生命安全保障,也用于類似緊急情況下的生命安全。”

從以上規范可以看出,《IEC安全設施》和《供規》同出一轍,應急供電系統即安全設施供電系統,其保障的是人身、環境和設備的安全。美國消防規范NFPA把應急系統提高到一個更高層次,不局限于火災情況,包括公共安全類的涉及生命安全的緊急狀態均被視為是應急。

因此,應急系統是個綜合保護措施,包含消防滅火系統。防火設施的供電只是應急供電系統的一部分(比重較大)。除了火災還有很多情況可以危害人身、設備也需要保護。這些非火災情況下的安全設施均應視為與防火設備同等重要,要納入到應急供電系統。

1.2 與備用供電系統的區別

與應急供電系統不同的是,備用供電系統是當正常供電中斷時,由于非安全原因用來維持電氣裝置或其中某些部分的功能所需要的供電系統[1-2],在正常電源停電時用來保障正常生產和生活的用電由備用電源供電。例如,高層建筑的生活水泵為居民生活提供生活用水,在日常生活中起著重要的作用,但不能為人身安全提供保障,只能納入備用供電系統而不能歸入應急供電系統。

在GB 50016—2014(2018年)《建筑設計防火規范》(簡稱《建規》)中備用和應急的概念比較混亂,消防電力及疏散照明均采用備用電源供電的說法不妥,涉及到安全設施供電的建議統一調整為應急電源。備用供電系統與應急供電系統是兩個完全不同用途的供電系統。區別開來,是為了保障應急負荷的供電可靠性。例如,《IEC安全設施》第560.7.1條規定“安全設施回路,應獨立于其他回路”。《供規》第3.0.9條規定“備用電源的負荷嚴禁接入應急供電系統”,《International Building Code—2018國際建筑規范》第2702.1.4條規定應急電源要在主電源斷電后10 s內自動供電,備用電源在60 s內自動供電。因此,兩者供電的用途、對象和線路要求以及系統響應時間均不同。

2 非消防應急負荷的類型

民用建筑中,除了火災之用消防負荷外,還有若中斷供電會對人身傷亡和重大設備損害或發生中毒、爆炸等有重大影響的負荷,此類負荷稱為非消防應急負荷。

2.1 重要醫療場所設備

JGJ 312—2013《醫療建筑電氣設計規范》中第4.2.1條規定,一級負荷中特別重要的負荷如:手術室、血液透析室、重癥監護室等這些場所涉及患者生命安全的設備和照明用電一旦停電,將嚴重威脅患者生命安全,此類場所的設備與消防負荷應由應急電源供電。

2.2 有毒有害、爆炸危險場所設備

在鍋爐房、燃氣廚房等有爆炸氣體危險場所[3];在制冷劑為有毒氣體的冷凍站、制冷劑密度大于空氣的制冷機房[4-5]、變電所、數據機房等采用氣體滅火措施[6]等場所,均需要事故風機。而事故風機一旦中斷供電,將危害人身安全,同樣需要由應急電源供電。

2.3 產生次生災害設備

火災中若中斷供電,會對建筑結構和設施產生次生災害的設備,此類負荷在火災情況下也不應中斷供電,也需要由應急電源供電。標準GB 50974—2014《消防給水及消火栓系統技術規范》[7](簡稱《水消規》)第9.1.2條規定“排水措施應滿足財產和消防設施安全”第9.2.1條規定“應在設有消防給水系統的地下室和倉庫設置排水措施”。因此,有消防給水的地下室排水泵中斷供電,會喪失排水能力對地下室結構和設施產生損害。

航空障礙燈顯示構筑物的輪廓,使飛行器操作員能判斷障礙物的高度與輪廓,起到警示作用。其中斷供電,會對飛行器和建筑本體造成更大危害。

2.4 特殊安防通信系統

NFPA 101—2018[8-9]中首章適用范圍中新增第1.1.7條,規定,“在緊急情況下需考慮與其他人進行通信的情況”。NFPA-1211規定“本標準不僅僅用于消防系統,而能夠用于任何緊急系統”,第1-2.1條要求,該系統包括但不限于公眾報告系統、任務下達系統、電話、單工或雙工無線通信系統。

GB 50314—2015《智能建筑設計標準》中第4.6.5條規定“應急響應系統應符合下列規定:第1款應以火災自動報警系統、安全技術防范系統為基礎;第2款應具備下列功能:1)對各類危及公共安全的事件進行就地實時報警;2)采取多種通信方式對自然災害、重大安全事故、公共衛生事件和社會安全事件實現就地報警和異地報警;3)管轄范圍內的應急指揮調度;4)緊急疏散與逃生緊急呼叫和導引;5)事故現場應急處置等…第4款規定“應配置下列設施:1)有線/無線通信、指揮和調度系統;2)緊急報警系統;3)火災自動報警系統與安全技術防范系統的聯動設施;4)火災自動報警系統與建筑設備管理系統的聯動設施;5)緊急廣播系統與信息發布與疏散導引系統的聯動設施。”

公安部發布的公消〔2018〕57號文件《建筑高度大于250米民用建筑防火設計加強性技術要求(試行)》的第23條第7款規定“避難層(間)、輔助疏散電梯的轎箱及其停靠層的前室內應設置視頻監控系統,視頻監控信號應接入消防控制室,視頻監控系統的供電回路應符合消防供電的要求。”

可以看出,火災時的人員疏散和處置也需要綜合的應急措施,通信方面非火災自動報警及消防電話、廣播系統能完全勝任的。因此弱電通信系統在火災中仍需繼續工作,是有利于人員疏散和救援的,需要由應急電源供電[10-15]。

2.5 安全照明

應急照明中的“應急”含義與《IEC安全設施》中的保護人身安全的“應急”含義不同,需對應急照明的種類區分。

GB 50034—2013《建筑照明設計規范》中第2.0.19條～第2.0.22條規定:應急照明是因正常照明的電源失效而啟動的照明,應急照明包括疏散照明、安全照明、備用照明;疏散照明是用于確保疏散通道被有效地辨認和使用的應急照明;安全照明是用來確保處于危險之中的人員安全的應急照明;備用照明是用于確保正常生活繼續或暫時繼續進行的應急照明。

《建規》第10.3章把應急照明只限定在防火層面,稱之為消防應急照明和疏散指示標志。

BS EN1838:2013在“介紹”章節中說明應急照明分為應急逃生照明和備用照明。應急逃生照明分為逃生路線照明、開放區域照明(NFPA稱為反恐慌照明)和高危作業區域照明。

BS 5266-1:2016在“介紹”章中明確:本標準修訂版包括在沒有立即疏散的處所使用的應急照明以及傳統的應急逃生照明。應急照明可以實現以下功能,其中一些功能可以組合成一個系統:① 應急逃生照明,提供逃生路線、標志和重點區域的照明,以協助使用者撤離建筑物;② 應急安全照明,當使用者不需要立即撤離房屋時,為房屋內的安全移動提供照明;③ 備用照明,由提供的備用電源供電。在主電源完全失效的情況下,有足夠的照明設備正常工作。

《IEC安全設施》中,對應急照明的定義是參照CIE S020/ISO 30061:2007而來,僅對應急疏散照明進行了規定,基本與BS EN 1838—2013一致。

因此,NPFA、IEC、BS(EN)等國際標準都是把高危作業區域(手術室、易燃易爆場所、(殘疾人)衛生間等正常照明停電會帶來人身安全危險的場所)等非火災情況納入應急系統。因此,除了備用照明是為了滿足正常生活所需,由備用電源供電之外,安全照明應由應急電源供電[16-22]。

3 配電方式

3.1 負荷等級

如上所述的負荷均為安全設施,應和消防用電一樣,為本體建筑內最高等級供電。《IEC安全設施》第560.6.2條規定:安全設施電源應作為固定設備安裝,并使其不會因為正常電源的中斷而受到不利影響,第560.6.5條規定:來自于一個供電網絡中分開的獨立饋線,不能作為安全電源。除非能確保兩條饋線不大可能同時發生故障。《IEC安全設施》不談負荷等級,強調的是建筑物內根據使用性質來劃分系統,如應急系統、備用系統等。而國內負荷劃分,同樣是一級負荷的,指的是應急負荷或備用負荷。

3.2 過負荷保護

GB 51348—2019《民用建筑電氣設計標準》第7.6.3條規定了消防配電線路“對于突然斷電比過負荷造成損失更大的線路,不應設置過負荷保護”。而對于非消防的應急負荷,如標準GB 50054—2011《低壓配電設計規范》第6.3.6條和標準GB 50055—2011《通用用電設備配電設計規范》第2.3.7.1條中都有“過負荷斷電造成的損失更大時,應使過負荷保護動作于信號”的規定。標準GB 51039—2014 《綜合醫院建筑設計規范》第8.4.2條中要求:“在醫用IT系統變壓器的一次側和二次側不應設置過負荷保護”。《IEC安全設施》第560.7.3條要求,安全設施回路“當失電可能造成更大的危害時可以取消過載保護”。因此,根據應急負荷的用途屬性可以看出,非消防應急負荷過負荷也需要同消防負荷一樣,過負荷不能斷電。

3.3 回路要求

《建規》第10.1.6條規定“消防用電設備應采用專用的供電回路,當建筑內的生活、生產用電被切斷時,應仍能保證消防用電”,因此有觀點認為,非消防負荷均不能納入消防配電系統,那些非消防的應急負荷雖然是建筑中最高供電等級也不能納入消防配電系統。這是沒有能夠正確認識應急系統的作用所致。

3.3.1 火災時不能被切除電源

《建規》第10.1.6條的條文解釋為“如果生產、生活用電與消防用電的配電線路采用同一回路,火災時,可能因電氣線路短路或切斷生產、生活用電,導致消防用電設備不能運行。”

應急供電系統是保障人身安全和重大設備的,非消防應急負荷并非備用負荷,不是為了生產、生活使用,在任何情況下,包括火災情況,此類負荷是不能像普通負荷和備用負荷一樣被切斷電源的,非消防應急負荷還是需要堅持工作的,除非本負荷所在場所已經不具備工作條件,如醫院手術室,只要本房間沒有著火,為了病人的生命安全,不能立刻中斷電源,視火情發展可先暫時繼續堅持工作。地下室排水泵在火災時,需要及時排出地下室積水,縱然本防火分區著火,也不能中斷電源。對于事故風機,非本體場所著火,也不能停止工作,否則有可能出現毒氣蔓延、危及生命等情況發生。

3.3.2 線路也需防火

《IEC安全設施》第560.8.1條規定“在火災情況下時需要工作的安全設施應采用…具有耐火保護和機械保護的布線系統”。BS 9999:2017第15.7條規定“用于生命安全,消防或財產保護的所有其他需要耐火的回路電纜應符合BS 8519”,第37.2.3.1條規定“由于無法確定火災可能從何處開始,所有生命安全及消防設備的電源(主、備用和緊急狀態)及其相關控制設備應被視為在危險區內…。除了電纜的線路外,終端、電路保護設施和控制面板的位置也應仔細規劃,以確保這些位置也有防火保護。生命安全及消防設備的電源應與建筑物內的所有其他電路分開,以免其他設備發生故障而導致供電中斷”。

BS 8519:2010第5章火災持續供電時間規定“用于提供生命安全和消防系統的配電系統應符合下列標準:生命安全系統,應能維持運作,以便讓樓宇內的住戶在逃離樓宇時得到警報、疏散和保護,大型及/或復雜樓宇時間60 min,其他建筑30 min;對于消防系統,應能夠根據具體的消防應用程序。

因此非消防應急負荷在消防狀態下,設備不能被切除且其線路也是防火的,與消防負荷同為應急負荷,理應可以與消防設備共用回路,甚至可以說成,非消防應急負荷與消防負荷合用一套應急供電系統。當醫療設備、手術室等負荷較大,可由低壓母線單獨放射式供電;當負荷較小且分散時,如事故風機、地下室排水泵等可單回路就近接入本防火分區的消防電源雙切箱;安全照明、航空障礙燈等照明燈具可以接入本防火分區的應急照明箱(回路)中;當消防和安保控制室合用時,安保控制室的電源可與消防控制室的電源合用。當然,至于配電形式具體問題要具體分析。

4 結 語

保護人身安全和重要設備安全的非消防應急負荷與火災消防負荷并沒有本質區別,從使用功能、負荷等級以及配電方式上均一致。建議非消防應急負荷接入消防配電系統中,火災時也不能隨意的全部切除。應急系統供電回路獨立即可,否則會喪失應急系統整體配電的靈活性,給其他非消防應急負荷的供電帶來不便。建議我國建筑消防規范不應僅為狹義的防火,應該把“消防”系統提升到應急系統和機制層面,成為基于保護生命安全的綜合的規范體系。