白雪婧， 薛海龍

(中國(guó)航空規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院有限公司，北京100120)

0 引言

配電線(xiàn)路裝設(shè)過(guò)負(fù)荷保護(hù)，是指在約定時(shí)間內(nèi)按照約定電流切斷過(guò)電流運(yùn)行線(xiàn)路。線(xiàn)路過(guò)負(fù)荷保護(hù)作為保障供配電線(xiàn)路及用電設(shè)備安全，及時(shí)解除線(xiàn)路故障、防止故障危害擴(kuò)大進(jìn)而引發(fā)電氣火災(zāi)，保障用電安全及用電環(huán)境安全的重要措施，在電氣設(shè)計(jì)時(shí)必須予以重視。

由于規(guī)范GB 50054-2011《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“《低規(guī)》”)第6.3.6條 “過(guò)負(fù)荷斷電將引起嚴(yán)重后果的線(xiàn)路，其過(guò)負(fù)荷保護(hù)不應(yīng)切斷線(xiàn)路，可作用于信號(hào)?！睂?duì)于“不應(yīng)切斷線(xiàn)路”的主體沒(méi)有明確的指向，更沒(méi)有對(duì)其范圍提出明確要求，使得設(shè)計(jì)或者審圖在面對(duì)消防負(fù)荷及其供配電線(xiàn)路的過(guò)負(fù)荷保護(hù)做法時(shí)，規(guī)范執(zhí)行起來(lái)分歧較大，各方意見(jiàn)無(wú)法統(tǒng)一。

設(shè)計(jì)中面對(duì)上述消防負(fù)荷過(guò)負(fù)荷保護(hù)問(wèn)題時(shí)，實(shí)際工作中比較常見(jiàn)的一種做法是“一刀切”，即不管消防負(fù)荷的種類(lèi)、配電方式，只要末端是消防負(fù)荷，自變壓器低壓配電屏至該消防設(shè)備整條供配電回路均采取“只報(bào)警不切斷線(xiàn)路”的過(guò)負(fù)荷保護(hù)策略。但筆者認(rèn)為該做法過(guò)于粗獷，不夠精細(xì)，有待商榷。

在所有建筑物火災(zāi)當(dāng)中，電氣火災(zāi)占比較大。線(xiàn)路過(guò)負(fù)荷保護(hù)和消防設(shè)備均系保障所服務(wù)場(chǎng)所安全的重要措施，前者是保障用電安全、預(yù)防電氣火災(zāi)的重要手段；后者則是火災(zāi)發(fā)生后，消滅火災(zāi)、降低火災(zāi)危害的重要保障。對(duì)于消防負(fù)荷，如果大面積弱化甚至忽略了線(xiàn)路的過(guò)負(fù)荷保護(hù)，雖然貌似保障了消防負(fù)荷的供電連續(xù)性，但同時(shí)也弱化甚至拆除了預(yù)防電氣火災(zāi)的一道重要屏障。

基于上述矛盾，本文旨在通過(guò)分析討論，找出一條可以最優(yōu)化建筑物安全(特指降低災(zāi)危險(xiǎn)及危害)性能的消防負(fù)荷供配電線(xiàn)路的過(guò)負(fù)荷保護(hù)策略。

1 過(guò)負(fù)荷及其保護(hù)

1.1 過(guò)負(fù)荷保護(hù)

為了方便討論，首先建立一段線(xiàn)路及其保護(hù)電器的模型，如圖1所示。

圖1 線(xiàn)路模型

假設(shè)線(xiàn)路采用了非選擇型斷路器作為該線(xiàn)路的保護(hù)裝置，依據(jù)《低規(guī)》6.3.3條規(guī)定，過(guò)負(fù)荷保護(hù)電器的動(dòng)作特性應(yīng)符合IB≤In≤IZ及I2≤1.45IZ。再結(jié)合斷路器I-t特性曲線(xiàn)圖，可將該斷路器過(guò)負(fù)荷保護(hù)的過(guò)電流區(qū)間以圖形的方式展示，如圖2。

圖2 線(xiàn)路模型

其中，IB為回路計(jì)算電流，A；In為斷路器額定電流或整定電流，A；IZ為導(dǎo)體允許持續(xù)載流量，A；I2為保證保護(hù)電器可靠動(dòng)作的電流，在此處即為斷路器約定時(shí)間內(nèi)的約定動(dòng)作電流，A；Iset1為斷路器長(zhǎng)延時(shí)脫口器整定電流，A；Iset3為斷路器瞬時(shí)過(guò)電流脫口器整定電流，A；I3為整定完成后，斷路器能以動(dòng)作響應(yīng)的最小電流，A。需要說(shuō)明的是，In并非動(dòng)作電流，它只是可長(zhǎng)期通過(guò)保護(hù)電器而不使電器保護(hù)特性變劣的最大電流。

可以看出，如果沒(méi)有了線(xiàn)路的過(guò)負(fù)荷保護(hù)，該線(xiàn)路將有長(zhǎng)期承載區(qū)間為I3～I(xiàn)set3過(guò)電流的潛在可能。

從斷路器I-t反時(shí)限特性曲線(xiàn)可以看出，如果電流值進(jìn)入斷路器反時(shí)限曲線(xiàn)范圍內(nèi)，斷路器會(huì)依據(jù)自身特性在約定的時(shí)間到達(dá)后第一時(shí)間跳閘，通常認(rèn)為這樣在約定時(shí)間到達(dá)后立即切斷線(xiàn)路的動(dòng)作是最及時(shí)的。由于規(guī)范有過(guò)負(fù)荷時(shí)“只報(bào)警，不切斷線(xiàn)路”的做法，對(duì)于過(guò)負(fù)荷即使有“收到報(bào)警信號(hào)后，核實(shí)情況，再由工作人員去切斷報(bào)警線(xiàn)路”的后續(xù)動(dòng)作，通常也認(rèn)為并不比設(shè)備自動(dòng)切除線(xiàn)路的動(dòng)作快(對(duì)于平時(shí)兼用的消防設(shè)備，其在非火災(zāi)情況下的過(guò)負(fù)荷故障摘除的及時(shí)性更顯重要)。故為了方便后文表述，暫時(shí)把“只報(bào)警，不切斷線(xiàn)路”這樣的過(guò)負(fù)荷保護(hù)行為定義作“弱化”過(guò)負(fù)荷保護(hù)。

1.2 過(guò)負(fù)荷

從字面講，過(guò)負(fù)荷是電流超過(guò)導(dǎo)體或設(shè)備允許載流量的所有工況。但是本文要討論的是保護(hù)器(本文以斷路器為主進(jìn)行討論)過(guò)負(fù)荷保護(hù)功能是否配置或“弱化”配置的問(wèn)題，所以為了便于討論，本文從斷路器的角度出發(fā)，重新設(shè)定“過(guò)負(fù)荷”概念，即線(xiàn)路通過(guò)電流值為1.1節(jié)中所提到的斷路器過(guò)負(fù)荷保護(hù)電流區(qū)間值時(shí)的工況。

1.3 過(guò)負(fù)荷的危害

根據(jù)國(guó)際電工標(biāo)準(zhǔn)，將過(guò)載的后果定義為對(duì)絕緣、接頭端子或周?chē)矬w造成損害。過(guò)載的后果看起來(lái)不像短路那樣危險(xiǎn)。但是，持續(xù)的過(guò)載將使導(dǎo)線(xiàn)或電纜長(zhǎng)期承受過(guò)高溫度，導(dǎo)致絕緣老化(變硬、變脆、失去彈性)、絕緣能力下降、電纜局部形成不完全金屬接地、加劇過(guò)熱、絕緣加速損壞，惡性循環(huán)，有短路和引發(fā)火災(zāi)的安全隱患?？梢?jiàn)，過(guò)負(fù)荷是造成電氣火災(zāi)的一個(gè)間接火源。

線(xiàn)路如果取消了過(guò)負(fù)荷保護(hù)，只留短路保護(hù)，那么前文所提到I3～I(xiàn)set3區(qū)間的過(guò)電流危害在造成短路故障之前將一直處于“放任”狀態(tài)，這給用電安全和防火安全留下了巨大隱患。結(jié)合斷路器I-t脫扣曲線(xiàn)不難發(fā)現(xiàn)，小于Iset3而又接近Iset3的過(guò)電流值IS的反時(shí)限動(dòng)作時(shí)間為S級(jí)。理論上說(shuō)，如果在過(guò)負(fù)荷保護(hù)缺失的情況下，IS持續(xù)流過(guò)電纜或者設(shè)備，會(huì)很快造成電纜或者設(shè)備的損壞，甚至釀成更大危害[1]。

2 討論的前提條件認(rèn)定

本文是源于《低規(guī)》第6.3.6條“過(guò)負(fù)荷斷電將引起嚴(yán)重后果的線(xiàn)路，其過(guò)負(fù)荷保護(hù)不應(yīng)切斷線(xiàn)路，可作用于信號(hào)。”及GB 50055-2011《通用用電設(shè)備配電設(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“《通規(guī)》”)第2.3.7條“斷電比過(guò)載造成的損失更大時(shí)，應(yīng)使過(guò)載保護(hù)動(dòng)作于信號(hào)”的規(guī)定及如何正確的執(zhí)行規(guī)范展開(kāi)的討論，是在認(rèn)為規(guī)范正確的大前提下進(jìn)行的討論。所以，本文先設(shè)定討論的如下假設(shè)條件成立。

(1)對(duì)“不切斷線(xiàn)路”場(chǎng)景的認(rèn)定

所有消防設(shè)備在火災(zāi)期間應(yīng)該保障“不因過(guò)負(fù)荷保護(hù)自動(dòng)切除線(xiàn)路或設(shè)備”而導(dǎo)致斷電。也就是說(shuō)消防回路在回路電流值到達(dá)斷路器最小短路動(dòng)作電流之前，斷路器對(duì)于回路中的任何電流值不允許采取“自動(dòng)切除”的動(dòng)作。

(2)對(duì)火災(zāi)期間保障消防設(shè)備供電的認(rèn)定

在火災(zāi)期間，斷路器因短路而跳閘之前的連續(xù)供電是有意義的；在斷路器因短路而跳閘之前連續(xù)供電的時(shí)長(zhǎng)沒(méi)有最短限制，即在犧牲過(guò)負(fù)荷保護(hù)跳閘前提下連續(xù)供電的任何時(shí)長(zhǎng)都是有意義的。

(3)對(duì)火災(zāi)期間，消防設(shè)備回路過(guò)負(fù)荷電流值的認(rèn)定

火災(zāi)期間，由于火場(chǎng)環(huán)境惡劣，在斷路器跳閘之前，消防設(shè)備末端回路由于設(shè)備或者供電線(xiàn)路的原因，線(xiàn)路電流值達(dá)到斷路器最小動(dòng)作電流前的任何過(guò)負(fù)荷電流值都是有可能的。

(4)對(duì)火災(zāi)期間大、小概率事件的認(rèn)定

電氣保護(hù)要做的就是把所有安全隱患降到最低，所以對(duì)于線(xiàn)路保護(hù)來(lái)說(shuō)，非火災(zāi)期間，整個(gè)消防設(shè)備供配電系統(tǒng)發(fā)生設(shè)備或者線(xiàn)路過(guò)負(fù)荷的可能性是存在的(尤其是對(duì)于平時(shí)兼用的消防設(shè)備發(fā)生過(guò)負(fù)荷的幾率更大)，通常認(rèn)為這屬于大概率事件，必須納入保護(hù)范疇。

消防設(shè)備及其末端供電回路，盡管平時(shí)有定期的巡視、檢修、保養(yǎng)及過(guò)負(fù)荷報(bào)警等措施，但火災(zāi)期間，消防設(shè)備末端回路往往由于設(shè)備多、線(xiàn)路多、線(xiàn)路長(zhǎng)、線(xiàn)路接頭多、設(shè)備及其線(xiàn)路所處環(huán)境惡劣等原因，導(dǎo)致設(shè)備本身及其線(xiàn)路過(guò)載的可能性成了大概率事件。

其消防配電箱的干線(xiàn)回路由于采用礦物絕緣電纜[2]，且平時(shí)有定期巡視、檢修及過(guò)負(fù)荷的報(bào)警等措施，認(rèn)為在火災(zāi)期間末端過(guò)負(fù)荷的同時(shí)，配電干線(xiàn)由于線(xiàn)路本身發(fā)生非金屬性接地、擠壓等誘發(fā)線(xiàn)路本身過(guò)負(fù)荷的可能性是小概率事件，不可能發(fā)生。

3 常見(jiàn)消防設(shè)備及其過(guò)載分析

3.1 消防設(shè)備的分類(lèi)

常見(jiàn)的消防用電設(shè)備包括:消防控制室、消防水泵(消火栓泵、噴淋泵、地下室排水泵等)、消防電梯、防排煙設(shè)施、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制系統(tǒng)、應(yīng)急照明、疏散指示標(biāo)志和電動(dòng)的防火門(mén)、窗、卷簾、閥門(mén)等。按照它們的使用狀況，可分為四類(lèi)，見(jiàn)表1。

表1 消防設(shè)備分類(lèi)

3.2 消防供配電系統(tǒng)過(guò)負(fù)荷的成因

過(guò)負(fù)荷保護(hù)的對(duì)象有兩個(gè):一個(gè)是設(shè)備，另一個(gè)則是給設(shè)備配電的線(xiàn)路。對(duì)于消防負(fù)荷配電系統(tǒng)來(lái)講，可以從末端消防設(shè)備和線(xiàn)路兩個(gè)方面進(jìn)行分析。

3.2.1 設(shè)備過(guò)載

(1)火災(zāi)應(yīng)急照明、疏散指示標(biāo)志及火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制系統(tǒng)

火災(zāi)應(yīng)急照明和疏散指示標(biāo)志的設(shè)置是依據(jù)現(xiàn)行防火規(guī)范設(shè)計(jì)的；國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范都規(guī)定了“消防用電設(shè)備應(yīng)采用專(zhuān)用的供電線(xiàn)路”，所以火災(zāi)應(yīng)急照明和疏散指示標(biāo)志在通過(guò)消防驗(yàn)收投入運(yùn)行后，除燈具功率換大、設(shè)備老化、人員違規(guī)操作給回路串接更多燈具外，其負(fù)荷增加可能性不大。火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)自身功率不大，且設(shè)計(jì)好后，本身過(guò)載可能性不大。綜合分析可知，造成應(yīng)急照明、疏散指示標(biāo)志及火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警回路過(guò)載的原因不在設(shè)備，而在線(xiàn)路[3]。

(2)其余電機(jī)類(lèi)消防設(shè)備

電動(dòng)機(jī)發(fā)生過(guò)載的原因有:電動(dòng)機(jī)周?chē)h(huán)境溫度過(guò)高；電壓和頻率偏離額定值過(guò)多；電壓波形的非正弦以及電壓對(duì)稱(chēng)性差；電動(dòng)機(jī)冷卻介質(zhì)通路受阻；電動(dòng)機(jī)因工藝原因及機(jī)械缺陷而在機(jī)械過(guò)負(fù)載狀況下運(yùn)行；電動(dòng)機(jī)在大的啟動(dòng)電流下緩慢地啟動(dòng)；電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間的低速運(yùn)行；電動(dòng)機(jī)頻繁地起動(dòng)、制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)運(yùn)行以及經(jīng)常反接制動(dòng)；電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期帶負(fù)載欠電壓運(yùn)行；三相電動(dòng)機(jī)斷相運(yùn)行；電動(dòng)機(jī)在連續(xù)周期工作制運(yùn)行時(shí)的操作頻率過(guò)高等[4]。

3.2.2 線(xiàn)路過(guò)負(fù)荷

線(xiàn)路在運(yùn)輸、施工過(guò)程中的局部機(jī)械損傷，使用過(guò)程中非人為破壞(如蟲(chóng)、鼠咬)導(dǎo)致的線(xiàn)路局部絕緣破損，進(jìn)而引發(fā)的非金屬性接地；線(xiàn)路施工、使用過(guò)程中產(chǎn)生的線(xiàn)路連接處絕緣損壞或連接處“虛接”導(dǎo)致的局部電阻增加，溫度升高導(dǎo)致的絕緣破壞，引發(fā)非金屬性接地。

4 消防回路過(guò)負(fù)荷保護(hù)策略的爭(zhēng)論

4.1 消防負(fù)荷常見(jiàn)供配電系統(tǒng)模型

本文主要針對(duì)模型中保護(hù)裝置A或A’處的過(guò)負(fù)荷保護(hù)策略展開(kāi)討論。

電力負(fù)荷依據(jù)對(duì)供電可靠性的要求及中斷供電對(duì)人身安全、經(jīng)濟(jì)損失上所造成的影響程度進(jìn)行分級(jí)，一般可分為四級(jí):一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷、一級(jí)負(fù)荷、二級(jí)負(fù)荷、三級(jí)負(fù)荷。在不同的項(xiàng)目中，依據(jù)建筑物的規(guī)模、性質(zhì)等，其消防負(fù)荷可能為其中任何一級(jí)。不管消防負(fù)荷屬于哪一級(jí)，從電源(本文中指變壓器或應(yīng)急電源)的低壓出線(xiàn)屏至負(fù)荷端，其供配電系統(tǒng)模型大致可歸納為兩種，詳見(jiàn)圖3。其中，模型一為單回路供電，其模型主要常見(jiàn)于消防負(fù)荷為三級(jí)負(fù)荷及少部分二級(jí)負(fù)荷時(shí)的供配電系統(tǒng)。模型二為雙回路供電，其模型主要常見(jiàn)于消防負(fù)荷為一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷、一級(jí)負(fù)荷及大部分二級(jí)負(fù)荷時(shí)的供配電系統(tǒng)。

4.2 相關(guān)規(guī)范規(guī)定及分析

《低規(guī)》第6.3.6條，其條文本身并未對(duì)“不應(yīng)切斷線(xiàn)路”的主體作明確的指向，更沒(méi)有對(duì)“不應(yīng)切斷線(xiàn)路”的范圍(是只有末端回路，還是整條供配電線(xiàn)路)提出明確要求，其條文解釋也只是以消防水泵為例，而未提及所有消防負(fù)荷。所以此條文并不可以作為所有消防負(fù)荷的過(guò)負(fù)荷保護(hù)必須采取“只報(bào)警，不跳閘”的依據(jù)。特別應(yīng)注意的是，該條文是針對(duì)線(xiàn)路過(guò)負(fù)荷保護(hù)做的規(guī)定。

圖3 消防負(fù)荷供配電系統(tǒng)模型

《通規(guī)》第2.3.7條的條文解釋特別指出“本條中的過(guò)載保護(hù)用來(lái)防止電動(dòng)機(jī)因過(guò)熱而造成的損壞，不同于《低規(guī)》中的線(xiàn)路過(guò)負(fù)荷保護(hù)?！笨梢?jiàn)本條文規(guī)定針對(duì)的是電機(jī)類(lèi)設(shè)備自身的過(guò)載保護(hù)。其條文及條文解釋同樣沒(méi)有明確“過(guò)載保護(hù)動(dòng)作于信號(hào)”的主體和范圍。

通過(guò)對(duì)規(guī)范的研讀，不難看出規(guī)范之所以有“過(guò)負(fù)荷保護(hù)不應(yīng)切斷線(xiàn)路，可作用于信號(hào)”的規(guī)定，主要是為了火災(zāi)撲救期間，保障消防設(shè)備不因過(guò)負(fù)荷而導(dǎo)致自動(dòng)斷電(這里指的過(guò)負(fù)荷包括線(xiàn)路和設(shè)備造成的過(guò)負(fù)荷)。規(guī)范旨在強(qiáng)調(diào)火災(zāi)撲救期間，消防設(shè)備正常運(yùn)行的重要性，而并非否認(rèn)消防線(xiàn)路過(guò)負(fù)荷保護(hù)的必要性。也就是說(shuō)，要針對(duì)火災(zāi)撲救期間，過(guò)負(fù)荷的可能及其特性進(jìn)行“過(guò)負(fù)荷保護(hù)不應(yīng)切斷線(xiàn)路，可作用于信號(hào)”條文的執(zhí)行。

在1.2節(jié)內(nèi)容中，筆者論述了過(guò)負(fù)荷保護(hù)的缺失或者“弱化”會(huì)帶來(lái)電氣火災(zāi)危害的隱患，可見(jiàn)過(guò)負(fù)荷保護(hù)和火災(zāi)期間消防設(shè)備供電連續(xù)性的保障，都是為了減少或降低電氣火災(zāi)的危害，只不過(guò)過(guò)負(fù)荷保護(hù)的作用更多地體現(xiàn)在大概率事件的非火災(zāi)期間；而消防設(shè)備供電連續(xù)性的保障則表現(xiàn)在小概率事件的火災(zāi)期間。

對(duì)規(guī)范的兩點(diǎn)基本認(rèn)識(shí):(1)火災(zāi)期間，消防設(shè)備供電回路不因過(guò)負(fù)荷而切斷回路；(2)消防設(shè)備供電回路過(guò)負(fù)荷應(yīng)報(bào)警，但報(bào)警后續(xù)動(dòng)作沒(méi)有規(guī)定，但是依據(jù)前文對(duì)過(guò)負(fù)荷危害的分析，如果過(guò)負(fù)荷發(fā)生在非火災(zāi)期間應(yīng)該越早切除越好。

4.3 常見(jiàn)的消防設(shè)備過(guò)負(fù)荷保護(hù)做法及分析

正如前文所述，由于規(guī)范對(duì)“不應(yīng)切斷線(xiàn)路”的主體沒(méi)有明確的指向，更沒(méi)有對(duì)“不應(yīng)切斷線(xiàn)路”的范圍提出明確要求，但因?yàn)槠錀l文解釋提及消防負(fù)荷相關(guān)名詞—“消防水泵”，使得設(shè)計(jì)人員或者審圖人員在面對(duì)消防負(fù)荷及其供配電線(xiàn)路的過(guò)負(fù)荷保護(hù)做法時(shí)，做法不一，分歧較大。下面筆者列舉幾種在設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的消防負(fù)荷線(xiàn)路過(guò)負(fù)荷保護(hù)的做法[5]，并做分析。

(1)只對(duì)電機(jī)類(lèi)消防設(shè)備(如排煙風(fēng)機(jī)，消防水泵，電動(dòng)排煙窗，電動(dòng)防火門(mén)、窗、卷簾，電動(dòng)防火閥)末端供電線(xiàn)路的保護(hù)電器采用“只報(bào)警，不切斷線(xiàn)路”的過(guò)負(fù)荷保護(hù)策略。

以4.1節(jié)中闡述的配電系統(tǒng)模型為例，常見(jiàn)具體做法為:若末端消防負(fù)荷為電機(jī)類(lèi)，“保護(hù)C”處的斷路器采用單磁型，相應(yīng)熱繼電器要求只動(dòng)作于報(bào)警而不切斷線(xiàn)路。

分析:在單磁型斷路器不具備過(guò)負(fù)荷報(bào)警功能的情況下，雖然輔以熱繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)消防設(shè)備的過(guò)負(fù)荷保護(hù)及過(guò)負(fù)荷時(shí)的報(bào)警功能就滿(mǎn)足了規(guī)范要求。但是，對(duì)于非電機(jī)類(lèi)消防負(fù)荷的過(guò)負(fù)荷保護(hù)沒(méi)有采取火災(zāi)期間的“不切斷”措施。

(2)對(duì)消防配電箱的進(jìn)線(xiàn)斷路器及所有末端出線(xiàn)回路的保護(hù)電器均采用“只報(bào)警，不切斷線(xiàn)路”的過(guò)負(fù)荷保護(hù)策略。

以4.1節(jié)中闡述的配電系統(tǒng)模型為例，常見(jiàn)具體做法為:“保護(hù)C”處的斷路器(包括有時(shí)因?yàn)楣芾淼男枨笤谙琅潆娤溥M(jìn)線(xiàn)處設(shè)置的斷路器)均采用單磁型，且電機(jī)類(lèi)回路的熱繼電器要求只動(dòng)作于報(bào)警而不切斷線(xiàn)路。

分析:除電機(jī)類(lèi)回路真正做到“過(guò)負(fù)荷只報(bào)警，不切斷線(xiàn)路”，其他回路包括總進(jìn)線(xiàn)斷路器只是把過(guò)負(fù)荷保護(hù)去掉而已，“過(guò)負(fù)荷時(shí)的報(bào)警功能”實(shí)現(xiàn)起來(lái)較為困難。

(3)除采取上文所述的第2種負(fù)荷保護(hù)做法外，從變電站低壓配電屏(或總配電箱)至消防配電箱的整條配電干線(xiàn)也采用“只報(bào)警，不切斷線(xiàn)路”的過(guò)負(fù)荷保護(hù)策略。

以4.1節(jié)中闡述的配電系統(tǒng)模型為例，常見(jiàn)具體做法為:在上文所述的第2種做法基礎(chǔ)上，變電站低壓配電屏(或總配電箱)處的斷路器(以常熟開(kāi)關(guān)為例)選用32008。并認(rèn)為與3300相比，32008去掉了熱保護(hù)，做到了“過(guò)負(fù)荷不切斷線(xiàn)路”；在后者的基礎(chǔ)上增加了“過(guò)負(fù)荷報(bào)警”的功能。

分析:這里對(duì)32008的功能理解有誤，選用帶電磁脫扣器(代號(hào)3200)的斷路器只是達(dá)到配電線(xiàn)路不設(shè)過(guò)負(fù)荷保護(hù)切斷電路的要求，并未滿(mǎn)足線(xiàn)路過(guò)載保護(hù)應(yīng)動(dòng)作于信號(hào)之規(guī)定。報(bào)警常開(kāi)觸頭是斷路器在非人為斷開(kāi)(也稱(chēng)自由脫扣)時(shí)才閉合，也就是說(shuō)斷路器由磁脫扣器切斷電路再發(fā)信號(hào)。

4.4 本文探討重點(diǎn)

自上述規(guī)范條文發(fā)布以來(lái)，IEC相關(guān)條文引進(jìn)者、國(guó)內(nèi)規(guī)范制定者及從業(yè)人員對(duì)于消防配電箱及其以后配電回路及消防設(shè)備的過(guò)負(fù)荷保護(hù)做法，已經(jīng)有大量的分析和研究，本文不再贅述。目前對(duì)于末端配電箱內(nèi)所有保護(hù)開(kāi)關(guān)均應(yīng)采用“只報(bào)警，不切斷線(xiàn)路”的過(guò)負(fù)荷保護(hù)措施較能一致認(rèn)同，但是對(duì)于上級(jí)保護(hù)的過(guò)負(fù)荷保護(hù)措施，依然分歧較大，筆者認(rèn)為不應(yīng)一概而論，應(yīng)在遵守規(guī)范條文的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)具體分析進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)。

5 模型分析討論

5.1 兩級(jí)配電系統(tǒng)模型

為了方便討論我們建立如下兩級(jí)配電系統(tǒng)模型，如圖4。

圖4 兩級(jí)配電系統(tǒng)模型

其中，IB為回路L2計(jì)算電流，A；ICn為斷路器C處斷路器額定電流，A；ICset1為斷路器C處的長(zhǎng)延時(shí)脫口器整定電流，A；ICset3為斷路器C處的瞬時(shí)過(guò)電流脫口器整定電流，A；IAn為斷路器A處斷路器額定電流，A；IAset1為斷路器A處的長(zhǎng)延時(shí)脫口器整定電流，A；IAset3為斷路器A處的瞬時(shí)過(guò)電流脫口器整定電流，A。

5.2 討論的本質(zhì)

通過(guò)前面對(duì)規(guī)范的解讀，可以得出結(jié)論:火災(zāi)期間，如果消防回路的過(guò)負(fù)荷電流觸發(fā)上級(jí)斷路器的過(guò)負(fù)荷保護(hù)而導(dǎo)致其跳閘進(jìn)而導(dǎo)致斷電是不允許的。那么消防配電箱的上級(jí)斷路器的過(guò)負(fù)荷保護(hù)是否應(yīng)該按“只報(bào)警，不跳閘”執(zhí)行的問(wèn)題，其實(shí)就是判斷“消防回路的過(guò)負(fù)荷電流是否能觸發(fā)上級(jí)斷路器的過(guò)負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作進(jìn)而導(dǎo)致斷電”的問(wèn)題。

在設(shè)計(jì)兩級(jí)配電系統(tǒng)時(shí)，做到上下級(jí)斷路器之間的保護(hù)選擇性配合是公認(rèn)的。如果以斷路器的I～t特性曲線(xiàn)來(lái)表述，上下級(jí)配合的本質(zhì)就是，下級(jí)斷路器的特性曲線(xiàn)整體位于上級(jí)斷路器的左邊且二者沒(méi)有交叉。如圖5所示。

圖5 上下級(jí)配合曲線(xiàn)(一)

用曲線(xiàn)來(lái)表述上述上級(jí)斷路器過(guò)負(fù)荷保護(hù)是否需要按“只報(bào)警，不切斷線(xiàn)路”來(lái)處理的問(wèn)題就變成，上、下級(jí)斷路器反時(shí)限特性曲線(xiàn)在I軸的投影有沒(méi)有重疊的問(wèn)題。也就等同于判斷ICset3與IAset1之間大小關(guān)系的問(wèn)題。從圖形分析可以得出如下結(jié)論:若IAset1＞ICset3，則上級(jí)斷路器只需按正常設(shè)置線(xiàn)路的過(guò)負(fù)荷保護(hù)，如圖6所示；若IAset1≤ICset3，則上級(jí)斷路器需要按“只報(bào)警，不切斷線(xiàn)路”設(shè)置線(xiàn)路過(guò)負(fù)荷保護(hù)，如圖7所示。

圖6 上下級(jí)配合曲線(xiàn)(二)

圖7 上下級(jí)配合曲線(xiàn)(三)

5.3 分析計(jì)算

在低壓配電設(shè)計(jì)時(shí)，除特殊情況，通常選擇非選擇型斷路器，為了滿(mǎn)足上下兩級(jí)斷路器之間的配合特性，按我國(guó)斷路器設(shè)計(jì)級(jí)差，通常按上級(jí)比下級(jí)額定電流大兩級(jí)進(jìn)行設(shè)計(jì)。表2列出了上下級(jí)斷路器配合系數(shù)m，其中，m＝In2/In1。

表2 斷路器上下級(jí)配合系數(shù)

從表2可以看出，按兩級(jí)級(jí)差選擇上下級(jí)斷路器，其配合系數(shù)在1.25～1.8范圍內(nèi)。也就是IAn≈(1.25～1.8)ICn

“保護(hù)C”處的斷路器，一般主要用微斷(以下簡(jiǎn)稱(chēng)MCB)或塑殼斷路器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)MCCB)；“保護(hù)A”處斷路器，一般主要用塑殼斷路器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)MCCB)。

關(guān)于微斷，當(dāng)微斷的額定電流In選定后，它的瞬動(dòng)電流為5～10In(C特性微斷，也稱(chēng)配典型微斷)或10～20In(D特性微斷，也稱(chēng)電動(dòng)機(jī)型微斷)。

關(guān)于塑殼斷路器，當(dāng)塑殼斷路器的額定電流In選定后，它的瞬動(dòng)電流為10In(配典型)或12In(電動(dòng)機(jī)型)。

(1)如果負(fù)載端為非電動(dòng)機(jī)型設(shè)備，那么末端回路采用配電型斷路器。

式中，nA為上級(jí)斷路器長(zhǎng)延時(shí)的整定倍數(shù)。

上下級(jí)級(jí)差按兩級(jí)計(jì)時(shí)，由配合關(guān)系得IAn≈(1.25～8)ICn，則IAset1＝nA(1.25～1.8)ICn

若要滿(mǎn)足IAset1＞ICset3，即nA(1.25～1.8)ICn＞10ICn，可見(jiàn)只有上級(jí)斷路器長(zhǎng)延時(shí)的整定倍數(shù)nA在5.6～8之間時(shí)才有可能不需要理會(huì)規(guī)范“只報(bào)警，不跳閘”的規(guī)定，當(dāng)然這個(gè)數(shù)據(jù)是在默認(rèn)上下級(jí)斷路器級(jí)差為兩級(jí)時(shí)的結(jié)果。

(2)如果負(fù)載端為電機(jī)型設(shè)備，那么末端回路采用電動(dòng)機(jī)型斷路器。

1)如果下級(jí)為微斷，則ICset3＝20ICn。 若要，滿(mǎn)足IAset1＞ICset3，即nA(1.25～1.8)ICn＞20ICn，可見(jiàn)只有上級(jí)斷路器長(zhǎng)延時(shí)的整定倍數(shù)(長(zhǎng)延時(shí)整定值和斷路器額定電流的比值)在11～16倍時(shí)才有可能不需要理會(huì)規(guī)范“只報(bào)警，不跳閘”的規(guī)定，當(dāng)然這個(gè)數(shù)據(jù)是在默認(rèn)上下級(jí)斷路器級(jí)差為兩級(jí)時(shí)的結(jié)果。

2)如果下級(jí)為塑殼斷路器，則ICset3＝12ICn。若要滿(mǎn)足IAset1≥ICset3，即nA(1.25～1.8)ICn≥12ICn，可見(jiàn)只有上級(jí)斷路器長(zhǎng)延時(shí)的整定倍數(shù)(長(zhǎng)延時(shí)整定值和斷路器額定電流的比值)在6.7～9.6倍時(shí)才有可能不需要理會(huì)規(guī)范“只報(bào)警，不跳閘”的規(guī)定，當(dāng)然這個(gè)數(shù)據(jù)是在默認(rèn)上下級(jí)斷路器級(jí)差為兩級(jí)時(shí)的結(jié)果。

5.4 小結(jié)

以上分析均是在默認(rèn)上下級(jí)級(jí)差為兩級(jí)時(shí)得出的結(jié)論，在實(shí)際操作中，由于配電箱內(nèi)出線(xiàn)回路多等原因，配電箱內(nèi)出線(xiàn)回路斷路器與上級(jí)斷路器之間級(jí)差可能不止兩級(jí)，這時(shí)只需要將配電箱內(nèi)出線(xiàn)回路額定電流最大的斷路器與上級(jí)斷路器代入上述模型即可判斷出結(jié)果，其結(jié)論可概括如下。

(1)如果負(fù)載端出線(xiàn)回路最大額定電流斷路器所保護(hù)負(fù)載為非電動(dòng)機(jī)型設(shè)備，那么末端回路采用配電型斷路器。

這時(shí)如果nA×m＞10，則上級(jí)斷路器按正常設(shè)置斷路器過(guò)負(fù)荷保護(hù)。

(2)如果負(fù)載端出線(xiàn)回路最大額定電流斷路器所保護(hù)負(fù)載為電動(dòng)機(jī)型設(shè)備，那么末端回路采用電動(dòng)機(jī)型斷路器。

當(dāng)下級(jí)斷路器為微斷時(shí)，如果nA×m＞20，則上級(jí)斷路器按正常設(shè)置斷路器過(guò)負(fù)荷保護(hù)。

當(dāng)下級(jí)斷路器為塑殼斷路器時(shí)，如果nA×m＞12，則上級(jí)斷路器按正常設(shè)置斷路器過(guò)負(fù)荷保護(hù)。

6 結(jié)論及建議

前文的1.1節(jié)和1.3節(jié)內(nèi)容介紹了過(guò)負(fù)荷保護(hù)的重要性和過(guò)負(fù)荷保護(hù)缺失危害的嚴(yán)重性。經(jīng)過(guò)對(duì)規(guī)范的推敲，規(guī)范旨在強(qiáng)調(diào)火災(zāi)撲救期間，過(guò)負(fù)荷保護(hù)應(yīng)特殊處置，所以簡(jiǎn)單的將一切跟消防有關(guān)的供配電線(xiàn)路的過(guò)負(fù)荷保護(hù)“弱化”處理的做法不準(zhǔn)確也不安全。為了使得消防供配電線(xiàn)路更加安全合理，本文特別針對(duì)消防配電箱上級(jí)斷路器的過(guò)負(fù)荷保護(hù)做法進(jìn)行了計(jì)算、分析，得出判斷其做法的具體依據(jù)。結(jié)合3.1節(jié)消防設(shè)備的分類(lèi)，得出如下結(jié)論。

6.1 消防設(shè)備有備用

當(dāng)消防設(shè)備為一用一備或幾用一備型，且主、備界定清晰(即沒(méi)有自動(dòng)輪換控制)時(shí)，考慮在有定期維護(hù)、檢修的情況下常用設(shè)備和備用設(shè)備同時(shí)故障的概率微乎其微。所以，常用設(shè)備主回路可按正常設(shè)置過(guò)負(fù)荷保護(hù)，備用設(shè)備過(guò)負(fù)荷保護(hù)按“只報(bào)警，不跳閘”設(shè)置，當(dāng)撲火期間主設(shè)備過(guò)負(fù)荷跳閘時(shí)，自動(dòng)切換至備用設(shè)備。此時(shí)，對(duì)于上級(jí)斷路器來(lái)說(shuō)，回路故障相當(dāng)于已經(jīng)排除，所以上級(jí)斷路器也應(yīng)正常設(shè)置過(guò)負(fù)荷保護(hù)。當(dāng)設(shè)計(jì)時(shí)遇到有備用消防設(shè)備的設(shè)備組(如一用一備水泵，兩用一備水泵等)自帶控制箱時(shí)，控制箱配電回路的斷路器，之于單臺(tái)的消防設(shè)備的保護(hù)就屬于上級(jí)保護(hù)，這時(shí)斷路器按正常設(shè)置過(guò)負(fù)荷保護(hù)即可。

6.2 消防兼平時(shí)兩用雙速風(fēng)機(jī)

當(dāng)消防設(shè)備為消防兼平時(shí)兩用雙速風(fēng)機(jī)時(shí)，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖集(10D303-2/27～41)，平時(shí)運(yùn)行于低速，應(yīng)設(shè)置過(guò)負(fù)荷保護(hù)作用于切斷電源；火災(zāi)期間運(yùn)行于高速，應(yīng)設(shè)置過(guò)負(fù)荷保護(hù)只作用于報(bào)警而不切斷線(xiàn)路。

6.3 其他情況

除上述情況外，消防負(fù)荷末端回路的過(guò)負(fù)荷保護(hù)均應(yīng)按“只報(bào)警，不切斷線(xiàn)路”設(shè)置，其所在配電箱上級(jí)斷路器的過(guò)負(fù)荷保護(hù)應(yīng)按5.4節(jié)結(jié)論進(jìn)行判斷設(shè)置。

6.4 建議

6.4.1 做法建議

針對(duì)目前多見(jiàn)的4.3中闡述的第3種做法，當(dāng)要在消防配電箱上級(jí)保護(hù)實(shí)現(xiàn)“只報(bào)警，不跳閘”的過(guò)負(fù)荷保護(hù)做法時(shí)，筆者建議可以采用如下幾種方式實(shí)現(xiàn)。

(1)選用脫扣器代號(hào)為3200(以常熟開(kāi)關(guān)為例)的斷路器作短路保護(hù)，另設(shè)熱繼電器對(duì)消防配電線(xiàn)路的過(guò)負(fù)荷進(jìn)行保護(hù)。為了不降低主回路的可靠性，熱繼電器應(yīng)通過(guò)電流互感器接入，其過(guò)負(fù)荷動(dòng)作信號(hào)與報(bào)警裝置連接。

(2)若該建筑設(shè)有剩余電流火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，應(yīng)選用具有過(guò)電流或超溫報(bào)警功能的剩余電流火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，利用剩余電流火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的過(guò)電流或超溫報(bào)警功能對(duì)消防配電線(xiàn)路作過(guò)負(fù)荷報(bào)警，同時(shí)選用3200的斷路器對(duì)消防配電線(xiàn)路作短路保護(hù)。

(3)當(dāng)前有很多廠(chǎng)家可以生產(chǎn)一種帶電子脫扣器的消防型塑殼斷路器，該斷路器具有短路跳閘過(guò)載僅報(bào)警的功能。采用這種斷路器對(duì)消防配電線(xiàn)路進(jìn)行保護(hù)是最簡(jiǎn)單而可靠的方法。

6.4.2 對(duì)電氣設(shè)備的一點(diǎn)建議

由于消防設(shè)備過(guò)負(fù)荷保護(hù)特殊做法的現(xiàn)實(shí)需求，廠(chǎng)家可以研發(fā)單獨(dú)的熱保護(hù)模塊，使其具有如下特性:(1)反時(shí)限特性，能按線(xiàn)路過(guò)負(fù)荷保護(hù)要求整定動(dòng)作值；(2)具有跟火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的簡(jiǎn)單接口，使其能輸出本身狀態(tài)且能接收火警信號(hào)；(3)能做簡(jiǎn)單的“與”、“或”判斷，使得當(dāng)設(shè)備達(dá)到動(dòng)作電流值時(shí)，先進(jìn)行是否有火警的判斷，再做出是否切除回路。即過(guò)負(fù)荷時(shí)有火警則不動(dòng)作但報(bào)警；過(guò)負(fù)荷時(shí)無(wú)火警則動(dòng)作。