简述建筑配电设计中电气防火与消防供电措施

简述建筑配电设计中电气防火与消防供电措施

马驰平

马驰平

保利物业发展股份有限公司510308

摘要：截至2018年，中国即已拥有8层以上、超过24米的高层建筑34.7万多幢，百米以上超高层6000多幢，数量均居世界第一，但同时，高层建筑的火灾情况却越加严峻且难以扑救。当前，高层建筑一旦发生火灾，除了利用内部消防设施外，没有更有效灭火手段。据统计，目前建筑火灾成因中，电气火灾占比30%以上，因此，建筑（特别是高层建筑）中的电气消防安全极为重要。本文对建筑配电设计中电气防火和消防供电措施进行分析，指出建筑电气防火的重点，并阐述合理的消防供电措施，以此加强建筑内部火灾的防控。

关键词：建筑配电；电气防火；消防供电

现代建筑中电气设备设施是基础的配备，而设备、设施在带电运行时，存在许多非正常因素的影响，使得电能在转化为热能、动能等其他能量的过程中，导致可燃物燃烧并最终发生火灾。这就需要我们系统地探讨电气火灾的原因、特点和防火重点，并配以合理的消防供电措施，这样才能在建筑内部筑起一道防火墙，使建筑内的电气火灾隐患消弭于无形。

一、建筑的电气防火管控

1、一般建筑的电气火灾，其引发的原因有：

（1）最危险且多发的电气火灾隐患——接地电弧性短路

电器由于接触不良在故障点上产生较大的热量，使连接处温度升高，可达千度以上，高温造成绝缘氧化加剧，使绝缘失效从而形成接地电弧性短路，迸发出电弧或电火花引发火灾，也可能直接烤燃附近的可燃物而引发火灾。

由于发生电弧性短路的故障点阻抗较大，因而短路电流并不大，断路器一般难以动作，从而使电弧持续存在。根据测量，仅略大于0.5A的电流产生的电弧温度即可高达2000℃--3000℃，足以引燃周围任何可燃物，而且电弧的维持电压低至20V时仍可使电弧连续稳定的存在，难以熄灭。这种短路电弧常成为电气火灾的点火源。因此，接地电弧性短路是最危险且多发的电气火灾起因。

（2）泄漏电流

当电器或电源插座内部的灰尘增多，并遭遇雷雨天气或气候潮湿时，因绝缘受损或线路对地电容大，相对产生泄漏电流。在不使用剩余电流动作保护器RCD的情况下泄漏电流将持续存在，如泄漏电流达300mA，故障处的消耗功率约为20W，时间延续2小时，会使绝缘进一步损坏，而造成相对地短路，即可能引起火花放电，酿成火灾。

（3）电气线路中的谐波电流

随着电气技术的发展，非线性负荷的电气设备日益增多，如电视机、计算机、微波炉、变频调速设备等。这类设备的负荷电流含有多次谐波电流，这些谐波电流进入公用电网可引起电源电压畸变、波形失真、损耗增加，并可使电气线路（特别是中性线N）过载发热，加速绝缘老化而存在火灾隐患。中性线过载发热的原因是：在三相平衡负载中3次谐波在各相中的分量是彼此同相的，在中性线内不是互相抵消而是相互叠加的（其他正序、负序谐波分量在中性线中可相互抵消），叠加后的中性线电流可能超过相线电流，甚至达到近2倍的中性线电流，造成中性线过热而埋下电气火灾隐患。如果三相负载不平衡，中性线再叠加上不平衡电流后发热将更为严重。在不平衡电流及谐波电流的作用下，可能使中性线损坏甚至烧断从而引发火灾。

（4）10KV网络小电阻接地系统

现今，城市10KV供电网越来越多地将过去的中性点不接地系统（或经消弧线圈接地）改造为经小电阻（大电流）接地系统，这虽然有许多优点，但同时也存在着隐患。由于改造后的10KV电网线路大量采用高压电缆供电，而且线路一般都较长，使线路的电容电流增大。原不接地系统接地故障电流为正常相的容性电流，接地故障电压仅约百伏左右。改接小电阻接地系统后，一般接地小电阻选择较小，流过接地点的电流为几百安，接地故障暂态过电压可达数百伏甚至1—2KV。如果在10/0.4KV变电所内发生10KV接地故障，且变压器低压侧的中性点与变压器外壳、10KV高压配电柜共同使用一个接地体时，该故障电压会沿着PEN线或PE线传到采用保护接零的用户，低压用电设备外壳可能产生接触电压危及人身安全，低压设备的绝缘，特别是老旧设备的绝缘将承受不了如此高的过电压，极易被击穿短路而导致起火危险，这也是电气技术发展而带来的负面影响之一。

（5）另一重要火灾隐患——设计考虑不周和施工质量差

电气线路长期过载，导致绝缘下降，成为一个难以处理的火灾隐患。在电气工程的施工过程中，电气线路安装不规范，施工工艺不良，导线连接不实，接触不良，绝缘刮破等也是发生电气火灾的一个重要原因。特别是中性线连接质量差，造成中性线断裂，易损坏设备绝缘，引起单相设备烧坏，甚至火灾。

（6）三相负载不平衡

对于大量的单相设备，由于三相负载不平衡，引起某相电压升高，严重时将烧毁单相用电设备，导致起火。如以下三种形式：

①负载阻抗大小相等而功率因数不相等，则某相出现过电压，严重时可达1．27倍额定电压；

②负载阻抗大小不等而功率因数相等，负载阻抗大的一相电压最高，最大值可达1．73倍额定电压；

③如果三相负载阻抗和功率因数都不相等，最大相的负载过电压有可能达2．36倍额定电压。

2、电气火灾的特点

（1）电气火灾不容易被察觉：首先，为确保建筑的整体美观性，建筑中的电气设备、设施、线路等大多以隐藏的方式存在，若电气发生漏电、短路等情况被察觉的可能性则有所降低；另外，电气设备发生漏电等情况大多是在设备的内部发生，因此也不容易被察觉；

（2）电气火灾蔓延的速度非常快：当电气火灾发生，其火势会沿着电气线路迅速蔓延，这主要是由于电气设备、设施等在运行的情况下，本身温度较高再加上是带电运行，则使得电气火灾火势蔓延速度加快；

（3）电气火灾灭火相对复杂：如果电气设施、设备发生火灾，则比较难在短时间内快速判断起火点，并且电气火灾不能用水浇灭，以切断电源的方式灭火，则还需要根据火势及相关操作要求进行处理，所以灭火相对复杂；

（4）火灾报警设备感应探测存在不及时的情况：一般建筑中都会设有相应的报警感应设备，但是如果发生火灾，其警报设备通常都是有浓烟或较高温度的情况下发出警报，而这种情况实际上电气火灾已经比较难控制。

3、建筑电气防火重点

建筑的配电设计，无论是住宅还是商业建筑，一般都遵循从电源（即高压进线和低压分配中心）到楼层电房或设备机房，再分配至各用户点或末端设备，这样一种树干式和放射式相结合的配电结构，而结构中的节点，也就是电源机房、楼层电房、设备机房（特别是管井房）、用户户内等等，则是建筑电气防火的着力点所在。

（1）管井是电气火灾防控重点

近年来，建筑火灾，尤其是高层建筑火灾有一个突出特点，就是楼梯间、管道井等部位经常发生较大火灾事故，人员伤亡和社会影响很大。究其原因，楼梯间和管道井天然存在火灾的烟囱效应，助长火势的蔓延。带电设备的管井房，则是电气火灾较常发生地方：如电缆井、供电母排、到用户点供电出线、电梯井电缆等，都是可能的风险源。

通常情况下，这些地方都安装有消防报警探测器（火灾感应探测器），可是等到探测器触发的时候，电气火灾已经形成并很快蔓延。所以，对于这类高风险的地方，应该通过红外线测温、超声波控测等技术定期进行电气设施的检测，以及时发现电气火灾隐患。

（2）采用电气火灾监控系统

引发电气火灾的电气故障从其表现形式上看，分为：突变型故障和渐变型故障。突变型故障也称为金属性短路故障；过电流、接触不良、漏电等电气故障一般先是表现为渐变型故障，渐变型故障未得到及时消除，最终将演变为突变型故障。渐变型故障发生后，将以不可逆的态势向突变型故障发展，在这个过程中直接表现为电能的非正常释放，即泄漏电流的增大、接线端子等处温度的升高以及故障电弧的产生，这些因素最终均会导致故障点温度的升高，尤其是故障电弧产生的上千℃的高温足可以引燃周围的可燃物，从而引起火灾。

电气火灾监控系统则是预防上述电气故障引发火灾的最佳手段，是作用于电气火灾发生前的一种实时监控系统，对作用于火灾发生时的“火灾自动报警系统”起到互补的作用。以日本为例，日本从1989年开始强制安装电气火灾监控系统装置，每年电气火灾数量占全部火灾数量的比例低于13％，可见安装电气火灾监控系统装置以后，可以有效消除电气火灾隐患，减少电气火灾的发生。

（3）户内用电必须使用RCD（剩余电流动作保护装置，也习惯称漏电开关）

RCD是着眼于直接接触电击和间接接触电击的防护手段，是防止人身电击伤害事故、电气火灾和电气设备损坏事故的有效措施。国家规范GB/T13955-2017《剩余电流动作保护装置安装和运行》对RCD的安装使用有强制性的要求。接地故障电流实际上是一种很大的对地泄漏电流，在产生单相接地大电流之前，往往有较小的漏电流先兆，其破坏绝缘，常常引起大的单相接地电流的产生。因此，RCD是杜绝微小的电气故障，防范其发展为电气火灾的必要设施。由于使用者的原因，对于户内火灾的防范是较难保障的，但规范户内用电必须安装RCD，则是做好电气火灾防控的良好开端。

（4）保证末端设备的可靠保养，建立良好的建筑设备维护机制

末端设备的使用不当，保养不良（如过载、短路、接触不良、电弧火花、漏电、摩擦）等，也是电气火灾的引发的原因之一。因此，对设备日常的保养检测工作是基础和防火的首要一步。基于此，需要建立起良好的建筑设备维护机制，对电气设备如发电机、设备电机（风机、电梯曳引机、水泵等）及其导线电缆，制定严格的定期维护保养制度，保持设备运行在良好的工况，从而避免电气火灾的发生。

二、加强建筑消防供电措施设计

在进行电气设计时，从防火灾和节能的角度考虑，应认真做好负荷预测，充分考虑突发性负荷的发生。正确合理地确定电气设备的负载率，以便确定设备的容量和导体的截面，以保证在电气设备正常运行条件下，保持经济运行负载率。

消防设备的配电设计则应在合理确定消防供电方案的情况下进行。

1.合理确定消防供电对象

随着高层建筑和大型建筑的兴建，消防设施的地位愈来愈重要。合理确定消防供电对象不但关系到消防安全，也涉及到建筑物供配电系统的经济性问题。

2.确定供电回路和每个回路的供电范围

消防供电，包括事故照明和消防电力，在确定回路及供电范围时应满足以下要求：

（1）照明配电宜以防火分区为单元划分配电区域，以便断电控制事故照明及疏散引导指示供电，采用两路在照明配电箱处互投；

（2）在一般照明配电箱内的干线处加装断电控制环节，以满足为防止发生二次火灾，由消防控制室遥控断电的要求，同时要避免消防监控线路上的交直流交叉；

（3）防排烟的风机、消防的电梯、消防的控制室和消防的水泵等两路的电源应在末端控制箱使用自动切换的功能；

（4）应严格划分动力供电与消防用电的界线，一般动力配电宜按防火分区划分，可在变配电室总控制或由消防控制室转控断电。对于分布在现场的消防设备，应相对集中并采用分区的放射式配电方式以便于断电控制。

3.合理确定火灾时的断电原则

火灾时的断电控制对象一般是动力电源和照明电源。照明电源断电控制是很重要的事，不恰当的断电控制将会造成不应有的人为混乱和损害，只有在万不得已时才控制断电。断电控制应坚持二个原则，一是必要，二是断电范围要尽量小，最好以防火分区为界，不要因断电控制而造成疏散困难和不应有的混乱。

结束语：

综上所述，本文对建筑配电设计中电气防火和消防供电措施进行了分析，指出了电气消防重点，并阐述了建筑消防电气供电设计的策略，对建筑内部电气火灾的防控有较好的指引作用，有利于建筑管理单位加强对电气火灾防范管理。

参考文献：

[1]程爱平.论建筑电气设计中的消防设计[J].魅力中国.2014.

[2]何献忠.探析建筑电气设计中的消防设计[J].中华民居.2014.

[3]黄凤云.浅析建筑电气配电线路的配电方式及防火措施[A].科技与企业杂志社、北京科技大学计算机与通信工程学院、北京科技大学土木与环境工程学院.科技与企业——企业科技创新与管理学术研讨会论文集（上）[C].科技与企业杂志社、北京科技大学计算机与通信工程学院、北京科技大学土木与环境工程学院：，2016：2.