建筑電氣消防供配電系統(tǒng)設(shè)計分析

長沙有色冶金設(shè)計研究院有限公司 陳 焱

在建筑施工設(shè)計內(nèi)容中不可缺少的就是電氣施工設(shè)計。在電氣設(shè)計的過程里，消防供配電系統(tǒng)是非常關(guān)鍵的部分。消防系統(tǒng)是所有工程項目中必須安裝的安全系統(tǒng)，在不同的應(yīng)用模塊中也有不同的消防系統(tǒng)模塊。消防供配電系統(tǒng)就是保證電氣系統(tǒng)安全性的至關(guān)重要的設(shè)施，主要負責對建筑內(nèi)部各種電氣設(shè)備的電力支持工作，以及分配電力資源的協(xié)調(diào)工作。建筑消防供配電系統(tǒng)的設(shè)計也相對復(fù)雜，存在諸多值得深究的細節(jié)。在超高層建筑中，所使用的電氣設(shè)備數(shù)量較多，所以更要重視其消防供配電系統(tǒng)設(shè)計的研究，以確保系統(tǒng)的安全性與可靠性。

1 淺析建筑電氣供配電系統(tǒng)出現(xiàn)災(zāi)情的原因

1.1 受到惡劣氣候條件的影響

惡劣的氣候條件是引發(fā)電氣火災(zāi)情況的主要原因之一。如雷雨天氣會產(chǎn)生較大的雷電，雷電放電的過程中可能會對電氣設(shè)備造成一定的負面影響，嚴重時甚至會擊毀電氣設(shè)備，造成電路損壞，進而引起爆炸、火災(zāi)等惡劣的災(zāi)害；電壓異常升高。電壓出現(xiàn)異常升高的情況也會引起電氣火災(zāi)災(zāi)害。一些工作人員對電氣設(shè)備的操作不合理，或電氣系統(tǒng)因系統(tǒng)受損出現(xiàn)操作紊亂的情況，都可能會使電壓突然升高。如果沒有及時得到解決，電壓升高后產(chǎn)生較大的電流，會使線路出現(xiàn)故障，導(dǎo)致變壓器損壞，而且電壓過高更可能會引起電路溫度急劇升高，引發(fā)安全隱患。

1.2 電路短路

電路可能會出現(xiàn)突然短路的情況。短路會使電路承受較大的電流，使得電線路的熱量突然增加，超出原本的負載能力，進而導(dǎo)致整條線路的損耗急劇增加，發(fā)生過熱燃爆的情況。一旦電氣設(shè)備發(fā)生爆炸或過熱的情況，會直接牽連附近的易燃物，引發(fā)火災(zāi)；電氣設(shè)備接觸過大電阻。

電氣設(shè)備接觸過大電阻也可能會產(chǎn)生引發(fā)火災(zāi)的隱患。因為電氣在接觸電阻的過程中，接頭難免會出現(xiàn)不牢固或混入雜質(zhì)的情況，這樣就會導(dǎo)致接觸不良，在電阻過大的情況下會產(chǎn)生大量熱量，進而引發(fā)火災(zāi)。

1.3 電氣設(shè)備的超負荷運行

超負荷運行在大多數(shù)的高層建筑中都比較常見，因為人們對于用電的需求量越來越高，尤其是在大型的辦公樓當中幾乎每一層都被應(yīng)用于辦公，在許多臺電腦和空調(diào)等電氣設(shè)備共同使用的情況下，會造成建筑整體的電氣負荷量過大，接入的電線太多也會導(dǎo)致電量負荷超載。如果在超負荷的情況下運行時間過久就會造成安全隱患，一旦發(fā)生事故將會導(dǎo)致嚴重的火災(zāi)。

2 結(jié)合案例分析超高層建筑消防供配電設(shè)計

2.1 案例的基本情況與規(guī)范要求

本文詳細分析的案例主體是B301-0081地塊的建安大廈，位于湖南長沙市中心，是辦公、會議、商業(yè)交談為一體的超高層辦公大樓。該大廈地處于長沙的黃金地段，在CBD 商務(wù)板塊和生態(tài)板塊的交界處，環(huán)境十分優(yōu)良。附近有體育廣場、花園等大型景點，與眾多高樓大廈緊鄰。該大廈是一座30層的塔樓，內(nèi)含六層裙樓，建筑高度是126.84m，建設(shè)總用地的面積為4979.5平方米，地下的建筑面積為16128.3平方米。

整個辦公大樓當中的人員較多，消防安全工作至關(guān)重要。在進行供配電系統(tǒng)的設(shè)計之前，必須明確設(shè)計的基本原則和要求。首先確保安全性，增強節(jié)能性。安全是整個消防供配電系統(tǒng)最主要的目的，而高建筑樓層用電量很大，如不落實節(jié)能型設(shè)計的原則就會導(dǎo)致供配電系統(tǒng)負荷過重，造成資源過多的損耗，不利于實現(xiàn)資源節(jié)約。

在建筑施工的過程當中，施工團隊所遵循的高層建筑消防供配電設(shè)計的規(guī)范有《建筑安全檢查標準》、《低壓配電設(shè)計規(guī)范》等。此外，在選擇消防配電導(dǎo)體、干線、支線、回路開關(guān)、切斷設(shè)備等設(shè)備時都有著許多細節(jié)方面的規(guī)范。該建筑工程把具體的負荷分為了三個級別，第一級是整體監(jiān)控系統(tǒng)和消防系統(tǒng)等重要負荷，第二級是生活泵污水泵等較為重要的負荷，第三級是照明設(shè)備等普通設(shè)備的負荷。

2.2 高壓供配電系統(tǒng)和供電電源

本大廈建筑工程采取的是10kV 的真空斷路器，用于電壓保護的設(shè)備是氧化鋅避雷器，安裝于出線開關(guān)柜內(nèi)。還要采用相應(yīng)的直流鉛酸電池柜和繼電器保護器、信號電源等設(shè)備，用于輔助整個供配電系統(tǒng)的運行。總體配電箱采用的是2mm 的鐵皮材料。這種材料的質(zhì)量優(yōu)良，制作工藝十分講究，應(yīng)當在內(nèi)板安裝好有絕緣的膠板，將隔離的開關(guān)置在內(nèi)側(cè)，同時配備保護開關(guān)、配電器、電表等設(shè)備。

本工程采用的供電電源主要是分為兩路的10kV電源。將這兩路的電源分開進行引入，將10kV 的電纜引至建筑地下一層當作變電所，電路在引進各層門戶的過程中所采用的鋼管主要是鍍鋅鋼管，要保證其能達到室內(nèi)的開關(guān)柜，確保各級負荷供電的安全性與可靠性。為防止緊急斷電的情況，要配備1000kW 的應(yīng)急柴油發(fā)電機組，能夠針對突發(fā)狀況及時完成應(yīng)急供電響應(yīng)工作，在15秒內(nèi)切換至正常供電模式。其所使用的發(fā)電機組應(yīng)當進行合理管護，保證其安全性。

2.3 低壓供配電系統(tǒng)設(shè)計

本建筑工程在低壓配電系統(tǒng)的設(shè)計方面，全面考察了實際的用電需求，采取了220/380V 的放射式和樹干式相結(jié)合的供電系統(tǒng)。除了采用這種負荷的供電系統(tǒng)之外，針對單臺較大負荷的情況會采取發(fā)射式的供電形式；針對不同的負荷分級情況采取不同的供配電形式，精準計算負荷；對于當?shù)啬茉唇Y(jié)構(gòu)以及整體用電情況進行詳細地計算。

由此可得出，在第一級主要是采用兩臺不同的變壓器對兩路電源進行供電，而針對二級負荷的線路，也是采用兩臺變壓器的兩路電源供電。通常三級負荷線路都是采用單電源形式，要確保消防供配電線路不會出現(xiàn)過負荷的情況，進行過負荷的保護措施，啟動時如出現(xiàn)過負荷的情況，應(yīng)及時進行解決，也可提前設(shè)置跳閘或報警等處理方式。

2.4 消防設(shè)備的供配電系統(tǒng)設(shè)計

高層建筑的供配電系統(tǒng)通常是采取母線分段、自行切換的方式來連接線路，在對消防設(shè)備進行供電的設(shè)計過程里，也應(yīng)當考慮相應(yīng)的線路連接規(guī)范。選擇專用并且可靠的消防電源，針對不同樓層的具體情況采取特定的供給措施。如15層和27層是作為避難層，那么對于消防電源的需求就是最迫切的，因此就應(yīng)及時并且有針對性地供給最合理的應(yīng)急配電設(shè)施。

在電纜井和消防電線電纜的選擇方面，應(yīng)盡可能結(jié)合辦公需求以及建筑高層的設(shè)置，規(guī)范合理地選擇10kV 的電纜井，并在選擇低壓的電纜井時嚴格遵循相關(guān)的消防管理規(guī)范，采用礦物絕緣的電纜通常可有效減少發(fā)生火災(zāi)危害時產(chǎn)生的毒氣。

對于消防設(shè)備的配電線路，應(yīng)盡可能采用可靠的方式將其保護起來，確保整條消防供電線路的安全，在出現(xiàn)斷路時能采取應(yīng)急處理，并可及時地完成險情通報工作。其選擇的斷路器可采用無過載的具備較強保護功能的單磁型斷路器，這種斷路器非常適合用于消防的線路當中。

在生產(chǎn)和生活用電的過程里，即使生活用電被切斷也應(yīng)及時保證消防供電，尤其是在發(fā)生火災(zāi)時更應(yīng)及時給消防電源供電，斷開其他非消防電源的供電，及時落實相關(guān)的安全設(shè)施的供電情況。為保證電力供應(yīng)的整體安全，也要對消防電力供應(yīng)系統(tǒng)及時進行優(yōu)化，確保其可以穩(wěn)妥進行自動滅火、自動切斷電源等相關(guān)操作，有效控制火災(zāi)險情，保證安全線路可靠，使整體的消防救援工作能在18分鐘內(nèi)完成。

2.5 火災(zāi)應(yīng)急照明方案設(shè)計

在突發(fā)火災(zāi)時，應(yīng)急照明系統(tǒng)的電源設(shè)定至關(guān)重要。火災(zāi)應(yīng)急照明系統(tǒng)的應(yīng)急電源情況如表1所示。能夠采用的應(yīng)急電源有集中EPS，自帶蓄電池和柴油發(fā)動機。每種應(yīng)急電源都有著各自的優(yōu)點，適用于不同的情況，通常大多數(shù)的專業(yè)建筑團隊會采取多種電源共同使用的方式完成應(yīng)急供配電源的工作。

表1 應(yīng)急電源形式

因本案例分析的建筑樓層達到30層，屬于較高的建筑，在每個樓層中所需配備的應(yīng)急燈具數(shù)量較多。在設(shè)計應(yīng)急燈的布置路線時應(yīng)結(jié)合智能疏散系統(tǒng)的位置來配置，對整個樓層的各個重要空間進行合理的疏散路線規(guī)劃，以確保可在最短時間內(nèi)疏通人員。在應(yīng)急燈具的選用方面有著許多值得深究的細節(jié)。如：如果都采取高級且智能的應(yīng)急燈具會消耗非常多的費用，這是不合理的。畢竟很多樓層的一些位置除極為特別的情況下，一般不會需要使用應(yīng)急通道。

所以，應(yīng)結(jié)合建筑成本預(yù)算盡可能分層次規(guī)劃燈具配置細節(jié)，在最為緊急的應(yīng)急路線采取更高級的一級燈具，對于普通的路線則采取可靠且經(jīng)濟的應(yīng)急燈具。對于15層及27層而言，其火災(zāi)應(yīng)急照明設(shè)計要符合更高的規(guī)范，因為這兩層是避難層，要確保避難層的樓梯間入口和疏散用樓梯間通往避難層的出口都具備更加明顯的標識，并具備更加智能化的應(yīng)急響應(yīng)設(shè)備。針對相應(yīng)的規(guī)范要求，需保證應(yīng)急的照明時間大于60分鐘，同時在消防場所的應(yīng)急照明時間要超過180分鐘，這就需根據(jù)具體的需求合理完成配置。

2.6 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計

要保證整個消防供配電系統(tǒng)的安全性就須具備火災(zāi)自動報警系統(tǒng)，在火災(zāi)發(fā)生時第一時間切斷除消防電源之外的電源。同時應(yīng)配備有消防控制室、應(yīng)急響應(yīng)中心、火災(zāi)應(yīng)急廣播及通信系統(tǒng)，并要與消防團隊進行聯(lián)動控制，在每個樓層的各個位置都要配備有火災(zāi)自動探測設(shè)備和火災(zāi)自動報警設(shè)備。探測設(shè)備通常是采用傳感器探測煙霧的方式及時獲取災(zāi)情信息，并多加注意一些不起眼的地方。當煙霧濃度達到特定的指數(shù)后，就要及時響應(yīng)火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。

相關(guān)工作人員必須第一時間進行處理，根據(jù)相應(yīng)的火災(zāi)應(yīng)急規(guī)范對全樓層進行相應(yīng)的廣播工作，通過有線或無線的方式接收控制中心的信號。消防控制中心務(wù)必保證及時的響應(yīng)能力，確保廣播線路的通暢以及消防電話線路的通暢，快速獲取樓層中的火災(zāi)蔓延情況，采用相應(yīng)的備用機組落實消防保護措施，當險情危害程度較大時及時報警處理。

確保消防系統(tǒng)與供配電系統(tǒng)的自主性，對排煙閥和防火系統(tǒng)進行緊密的聯(lián)動控制，面對復(fù)雜的危害情況，根據(jù)控制中心的指令及時把防護工作落實到各個樓層。除正常配備的消防泵外，在整體的消防應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)中也應(yīng)采取合理的方式和消防團隊形成聯(lián)動系統(tǒng)。在這個高層建筑當中，主要是在一樓和二樓的大堂區(qū)域內(nèi)配備有相應(yīng)的聯(lián)動控制系統(tǒng)、消防炮系統(tǒng)。確保可第一時間內(nèi)征用相應(yīng)的消防設(shè)施，并在最短的時間里有效控制災(zāi)情。

3 結(jié)語

建筑供配電系統(tǒng)出現(xiàn)災(zāi)情的原因是十分復(fù)雜的，其影響因素也比較多，可能會受到惡劣氣候的影響，也可能會因為電路出現(xiàn)電壓異常升高、電路短路、電氣設(shè)備接觸過大電阻等因素導(dǎo)致電路出現(xiàn)故障，進而引發(fā)火災(zāi)。結(jié)合具體的實際案例，在建安大廈的施工過程當中，所采用的相關(guān)方案必須符合高層建筑設(shè)計規(guī)范，高壓供配電系統(tǒng)采取的是10kV 的供電電源，低壓供配電系統(tǒng)主要采取的是220/380V的放射式和樹干式相結(jié)合的供電系統(tǒng)，在消防設(shè)備的供配電系統(tǒng)設(shè)置方面，應(yīng)當格外注重避難層的應(yīng)急響應(yīng)設(shè)置。火災(zāi)應(yīng)急照明方案也應(yīng)當結(jié)合實際情況采取合適的照明燈設(shè)備。關(guān)鍵是火災(zāi)自動報警系統(tǒng)要聯(lián)動消防系統(tǒng)配置相應(yīng)的控制中心，在最短時間內(nèi)有效控制住災(zāi)情。