消防供配电设施

17第二章消防供配电第一节消防供电电源一、供配电系统的基本概念供配电系统是对电能起着接受、变换和分配的作用，向用电设备提供电能的系统，它是电力系统的一部分。图2-1所示为电力系统的组成示意图，由发电设备、电力网(输送电能)、变配电设备和用户(使用和消耗电能的场所)组成，产生、输送、变换和分配电能。图2—1中虚线框部分即为建筑供配电系统或企业内部供电系统。第一发电厂升压变电站3.15～15.75KV220V~500KV3.15～15.75KV升压变电站第二发电厂地区降压变电站35～110KV大型建筑群变电站6～10KV某大楼变电站220V~380V配电站图2-1电力系统示意图发电设备称为电源，它将其他形式的能量(如机械能、化学能、核能、太阳能等)转变为电能。对于电能用户，有时为了提高供电可靠性，除由电网取得一路电源作为工作电源(亦称常用电源)外，还设法取得第二电源作为备用电源，以便在工作电源因故停电时保证供电的连续性。二、消防负荷及其供电可靠性要求(一)消防负荷及其分级在供配电系统中，用电设备被称为电力负荷，简称负荷，其大小以功率或电流(因电压一定时，电流与功率成正比)表示。消防负荷，即指消防用电设备，一般包括消防水泵、消防电梯、防烟排烟设备、火灾自动报警装置、自动灭火装置、火灾事故照明、疏散指示标志、火灾应急广播和电动的防火门、卷帘、阀门及消防控制室的各种控制装置等用电设备。1.电力负荷分级电力负荷根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成损失或影响的程度分为以下三级：（1）一级负荷：中断供电将造成人身伤亡，或中断供电将在政治、经济上造成重大损失，或中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作。在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应视为特别重要负荷。18（2）二级负荷：中断供电将在政治、经济上造成较大损失，或中断供电将影响重要用电单位的正常工作。（3）三级负荷：不属于一级和二级负荷者。2.消防负荷分级（1）对于适用于《高层民用建筑设计防火规范》的高层建筑，其消防负荷的负荷等级为：一类建筑为一级负荷，二类建筑为二级负荷。（2）对于适用于《建筑设计防火规范》的建筑，消防负荷的分级为①一级负荷：除粮食仓库及粮食筒仓工作塔外，建筑高度大于50.0m的乙、丙类厂房和丙类仓库的消防用电应按一级负荷供电；②二级负荷：室外消防用水量大于30L/s的工厂、仓库；室外消防用水量大于35L/s的可燃材料堆场、可燃气体储罐（区）和甲、乙类液体储罐（区）；座位数超过1500个的电影院、剧院，座位数超过3000个的体育馆、任一层建筑面积大于3000㎡的商店、展览建筑、省（市）级及以上的广播电视楼、电信楼和财贸金融楼；室外消防用水量大于25L/s的其它公共建筑。③三级负荷：除上述一、二级负荷外的民用建筑、贮罐(区)和露天堆场等。(二)消防负荷供电要求根据供配电系统的有关规范，各级负荷的供电要求如下：（1)一级负荷应由两个电源供电，且当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。根据我国现阶段的经济、技术条件和供电情况，下列几种情况均视为满足一级负荷供电的两个电源：①两个电源分别来自两个不同的发电厂，如图2—2(a)所示。②两个电源分别来自两个变电站(指电压在35kV及35kV以上的变电站)，如图2—2(b)所示。③一个电源来自变电站，另一个电源来自自备发电设备，如图2-2(c)所示。消防用电设备升压变电站第二发电厂第一发电厂升压变电站降压变电站降压变电站降压变电站降压变电站降压变电站自备发电机变电站第二变电站第一变电站35KV及以上35KV及以上消防用电设备消防用电设备ABC图2-2一级负荷供电示意图（2)二级负荷宜由两回线路供电，且变压器亦应有两台。这是基于二级负荷所包括的范围比一级负荷广，其停电造成的损失较大。但是，如果二级负荷容量较小，或者地区供电条件困难无法提19供两回线路时，允许由一回6kV及以上的专用架空线或电缆供电。考虑到电缆发生故障后有时检查故障点和修复时间较长，故当用电缆线路供电时，应采用两根电缆组成的线路供电，并且每根电缆均应能承受100％的二级负荷。（3)三级负荷的供电没有特别要求。三、自备消防备用电源当地区供电条件不能满足消防一级负荷和二级负荷的供电可靠性要求，或从地区变电站取得第二电源不经济时，应设置自备消防备用电源。自备消防备用电源有：应急发电机组、蓄电池组、不间断电源装置(UPS)、燃料电池。(一)自备应急发电机组自备应急发电机组有柴油发电机组和燃气轮机发电机组两种。选择柴油发电机组时，宜选用高速柴油发电机组和无刷型自动励磁装置。因为，高速柴油发电机组具有体积小、重量轻、起动运行可靠等优点。无刷型自动励磁装置具有适应各种起动方式、易于实现机组自动化或对发电机组遥控的特点，并且，当与自动电压调整装置配套使用时，可使静态电压调整率保证在±2.5％以内。燃气轮机发电装置包括燃气轮机、发电机、控制屏、起动蓄电池、油箱、进气和排气，消音器及其他设备等。机组可分为固定型、可动型和轨道型。发电机为三相交流同期发电机，无刷交流励磁方式。燃气轮机的冷却不需水冷而用空气自行冷却，加之燃烧需要大量空气，所以，燃气轮机组的空气需要量比柴油机组大2.5～4倍。因此，装设位置必须考虑进气排气方便的地上层或屋顶为宜，不宜设在地下层，因地下层的进气排气都有一定难度。自备应急发电机组应装设快速自动起动及电源自动切换装置，并具有连续三次自起动的功能。对于一类高层建筑，自起动切换时间不超过30s；对于其他建筑，在采用自动起动有困难时也可采用手动起动装置。确定发电机房位置时应注意：①柴油发电机组宜靠近一级负荷，这样能节省有色金属，减少电能消耗，确保电压质量。考虑到正常电源与备用电源之间的互投联锁的方便，而且配变电所一般也尽量是在负荷中心，所以发电机房也宜与配变电所靠近。②为了遵照有关规范对防火的要求，同时考虑到进排风口所占的面积大，对建筑物的外立面有一定的影响，而且机组运行时噪声较大，对周围环境造成影响，所以，发电机房不宜设在高层建筑的主体内，最好布置于坡屋、裙房的首层或附属建筑内，且位于主体建筑的背面或侧面，以避开主要出口通道。③由于高层建筑功能较复杂，对面积的利用率要求高，尤其是首层，常用于对外营业，属于黄金层，难以占用。因此，很多高层建筑把发电机房设在地下层。这时，解决好通风、防潮、机组的排烟、消音和减振就成了最关键的问题。为了给热风管和排烟管伸出室外创造有利条件，当机房设在地下层时，应至少有一侧靠外墙。④发电机间、控制室和配电室不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方或与之贴邻。(二)不间断电源系统不间断电源装置，简称UPS，是一种在交流输入电源因电力中断或电压、频率波形等不符合要求而中断供电时，保证向负荷连续供电的装置。不间断电源装置一般可分为两大类：静止型不间断电源装置和旋转型不间断电源装置。静止型不间断电源装置如图2—3所示，由整流器、逆变器、蓄电池、常用电源(市电)、备用电源(市电或油机发电机)和静态开关等组成。当常用电源正常时，向整流器供电，一方面经逆变器输出交流电供给负荷，另一方面对蓄电池充电。当常用电源中断时，由蓄电池供电。当常用电源中断时间很长，蓄电池无法保证供电时，必须切换到备用市电电源或起动油机发电机组才能保证不间断供电。20整流器蓄电池逆变器静态开关备用电源常用电源交流输出图2-3静止型不间断电源装置组成示意图旋转型不间断电源装置如图2—4所示，由市电、整流器、蓄电池、直流电动机、飞轮和交流发电机等部分组成。飞轮的作用是利用其转动惯量大的性质，在发电机的负荷变动时维持机组的转速稳定，从而使发电机的输出电压的幅值和频率稳定，此外，在市电中断转换到蓄电池供电时，保证负载电源不会中断。常用电源备用电源蓄电池整流器交流输出直流电动机交流发电机飞轮图2-4旋转型不间断电源装置组成示意图(三)蓄电池组蓄电池是将所获得的电能以化学能的形式贮存并将化学能转变成电能的一种电化学装置。在放电以后，用充电的方法使活性物质复原，以后能够再放电，并且充电和放电能够反复多次、循环使用。它是一种独立而又十分可靠的备用电源。在建筑供配电系统中，蓄电池(组)用作小容量设备的备用电源，如火灾自动报警系统的直流备用电源、应急照明的备用电源、变电所的直流操作电源、不间断电源装置的直流电源等。按照电解液的性质不同，蓄电池分为酸性蓄电池和碱性蓄电池。酸性蓄电池主要有铅酸蓄电池，其电极为铅，电解液为硫酸溶液。碱性蓄电池主要有镉镍蓄电池和铁镍蓄电池等，其电解液是氢氧化钾或氢氧化钠溶液。蓄电池的充电分为充(放)电制和浮充电制两种工作方式。充(放)电制为蓄电池在使用前充足电，当使用时电压不足后再放电，放完电(但其端电压不得低于规定的终止电压)后再充电使用。浮充电制蓄电池一直由交流电源经整流器以微小充电电流充电，充电电流补偿自放电的损失，使之保持完全充电状态。用于小容量消防设备(如应急照明)的蓄电池常采用浮充电制工作方式。不间断电源系统用的蓄电池需在常温下能瞬时起动，一般选碱性或酸性蓄电池，有条件时应选用碱性型燃料电池。当要求继续维持供电时间较短时宜采用镉镍蓄电池，否则宜用固定型铅蓄电池。蓄电池的额定放电时间(是指在交流输入发生故障时，起动蓄电池，在规定的工作条件下，不间断电源设备保持向负荷连续供电的最小时间)，在为保证用电设备按照操作顺序进行停机时，以停机所需最长时间来确定，一般取8～15min；当有备用电源时，为保证用电设备的供电连续性，并等待备用电源的投入，蓄电池的额定放电时间取10～30min。蓄电池组容量应根据市电停电后由其维持供电时间来确定。(四)燃料电池燃料电池与普通电池一样，是将化学能直接转化成电能的一种化学装置。其基本工作原理为：在阳极，燃料(如天然气、液化石油气、沼气等)分解(或裂解)后所产生的氢气通过与电解质中的水形成水合氢离子，同时释放出电子，并经由阴极和阳极间的外部电路形成电流，使电子汇集于阴极。在阴极，氧气与电解质中的水合氢离子和由阴极流入的电子反应生成水分子，从而完成整个化学循21环。只要持续不断地提供氢气和氧气，就可以得到持续的、稳定的电流。燃料电池按工作温度分为低温燃料电池和高温燃料电池。低温燃料电池有碱性低温燃料电池、固态聚合物低温燃料电池和磷酸低温燃料电池等，其工作温度一般在250℃以下。高温燃料电池有碳酸盐燃料电池和陶瓷燃料电池等，其工作温度在650～1000C之间。目前，燃料电池因其能量转化率高、电气特性好，尤其因其在环保方面的优越性而越来越受到人们的关注。尽管当前的燃料电池在能量体积比和电池反应器寿命等方面尚待改进，相信随着技术的不断进步以及其输出功率的大为提高，燃料电池的应用前景将十分广阔。第二节消防配电系统设计一、消防配电系统(一)低压配电系统的形式1．低压配电系统的基本形式低压配电系统有放射式、树干式和环式(形)等三种基本形式。(1)放射式放射式配电系统如图2—5(a)所示，总配电箱(或变电所低压配电柜)向每一分配电箱(或用电设备)提供一条出线回路。其基本特点是：可靠性高，经济性差。当总配电箱的任一出线回路出现故障时，该回路保护装置动作(熔断器熔断或低压断路器跳闸)，切断故障线路电源，而其他回路不受影响。但是，这种配电形式所用开关设备和管线较多。放射式配电系统多用于可靠性要求较高以及每一出线回路负荷容量较大的场合。总配电箱总配电箱干线支线用电设备分配电箱A放射式C环式总配电箱分配电箱B树干式D链式图2-5低压配电系统的形式（2）树干式树干式配电系统如图2—5(b)所示，从总配电箱(或变电所低压配电柜)引出一条干线向分配电箱(或用电设备)供电。其基本特点是：可靠性低，经济性好。当干线出现故障时，所有分配电箱(或用电设备)都中断供电。这种配电形式总的出线回路少，开关设备和管线较节省。树干式配电系统多用于可靠性要求不高的场合。(3)环式环式配电系统如图2—5(c)所示，从总配电箱(或变电所低压配电柜)引出两条出线接分配电箱形成环路。其基本