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第2章电力供配电与消防电源系统
收录时间:2022-11-25 23:00:46  浏览:0
1 内容提要 本章主要介绍消防电源及其配电系统由电源 配电部分和用电设备子部分组成 本章重点 1 消防电源 电力系统 配电系统设计方法 2 消防系统耐热管线的配线设计 第2章电力供配电与消防电源系统 2 2 1电力供配电系统 2 1 1电力系统的基本概念电能是厂矿企业最主要的动力和社会生活不可缺少的能源 如何正确 安全合理 经济的利用电能是目前发展和研究的一项重要课题 也是我们如何更好的学习电气防火的前提 电能从生产到供给用户使用 一般要经过发电 变电 输电 配电和用电几个环节 1 发电厂火力发电厂 发电厂是生产电能的工厂 又称为发电站 它把其他形式的一次能源 如煤炭 石油 天然气 水能 原子核能 风能 太阳能 地热 潮汐能等等 通过发电设备转换为电能 大唐碧口水力发电厂 高压输电线路 2 变电所 变电所又称变电站 是变换电能电压和接受电能与分配电能的场所 是联系发电厂和用户的中间枢纽 7 地区降压变电站地区降压变电站又称为一次变电站 从220 500kV的超高压输电网或发电厂直接受电 通过变压器把电压降为35 110kV 供给该区域用户或大型工业企业用电 终端变电站终端变电站又称为二次变电站 多位于用电的负荷中心 高压侧从地区降压变电站受电 经变压器电压降到6 l0kV 对某个市区或农村城镇用户供电 其供电范围较小 若全终端变电站停电 只是该部分用户中断供电 9 企业降压变电站及车间变电站企业降压变电站又称企业总降压变电站 与终端变电站相似 它是对企业内部输送电能的中心枢纽 而车间变电站是接受企业降压变电站所提供的电能 电压降为220 380V 对车间各用电设备直接进行供电 组合变电所 电力网电力网是输电线路和配电线路的统称 是输送电能和分配电能的通道 电力网是把发电厂 变电站和电能用户联系起来的纽带 12 所有的用电单位均称为电能用户 我国工业企业用电占全年总发电量的63 9 是最大的电能用户 研究和掌握工业企业供电方面的知识和理论 对提高工业企业供电的可靠性 改善电能品质 做好企业的计划用电 节约用电和安全用电是极其重要的 电能用户 13 3 电力系统所谓电力系统 就是由发电机 输配电线路 变配电所以及各种用户用电设备连接起来所构成的总体 他们之间的关系如图1 1所示 组成电力系统的目的是 提高供电可靠性和电能质量电力系统中备用发电机组较多 容量也比较大 个别机组发生故障对系统影响较小 从而提高了供电可靠性 15 可减少系统的装机容量 提高设备利用率电力系统往往占有很大的地域 因为存在时差和季差 各系统中最大负荷出现时间就不同 综合起来的最大负荷 也将小于各系统最大负荷相加的总和 因此系统中总的装机容量可以减少些 同时 备用容量也可减少些 如果装机容量一定 则可提高设备的利用率 增加供电量 16 便于安装大机组 降低造价由于电力系统容量大 按照比例可装机容量较大的机组 而大机组每千瓦设备的投资和生产每千瓦 时电能的燃料消耗以及维修费用都比装小机组便宜 从而可节约投资 降低煤耗 降低成本 提高劳动生产率 加快电力建设速度 17 经济性水电站有多水与枯水之别 水电厂容量占的比例较大的系统 如湖北省 将造成枯水期缺电 丰水期弃水的后果 组成电力系统后 水火电联合运行 丰水期水电厂多发电 火电厂少发电并适当安排检修 枯水期火电厂多发电 水电厂少发电并安排检修 这样充分利用水动力资源 减少燃料消耗 从而降低电能成本 提高运行的经济性 充分利用各种资源 提高运行的 18 图2 1电力系统示意图1 总降压变电所2 配电所3 地区降压变电所4 低压用电设备5 高压用电设备 19 如前所述 工业用电量占电力系统总用电量的70 左右 是电力系统的最大电能用户 工厂 或企业 内部接受 变换 分配和消费电能的总电路称为工厂 或企业 供配电系统 是公共电力系统的一个重要组成部分 工业企业或建筑物为了从电力系统获得电能 首先通过降压 然后把但能分配到各个车间和用电设备上去 其中供电系统由高 低压配电系统 变配电所和用电设备组成 2 1 2工业企业供电系统及其组成 在大 中型工业企业一般都设有总降压变电所 内于这里负荷密度较大 则先把35 110kV电压降为6 10kV电压 再向车间变电所或高压电动机和其他高压用电设备供电 向高压电动机和其他高压用电设备供电 总降压变电所通常设有1 2台降压变压器 而小型工业企业设有一个简易变电所 直接由电力网以6 10千伏电压供电 对于大型工业企业 考虑其生产对国民经济的重要性需要自备发电厂作备用电源 或企业生产过程中的余热 废气可用来发电时 可建立工厂自备奋发电厂 一般当工业企业要求供电可靠性较高时 可采用从电力系统引两个***电源对其供电 在一个生产车间内 根据生产规模 用电设备的布局和用电量的大小等情况 可设立一个或几个车间变电所 包括配电所 也可以几个相邻且用电量小的车间共用一个车间变电所 车间变电所一般设置1 2台变压器 最多不超过三台 其单台容量一般为1000千伏安及以下 最大不超过1800千伏安 将6 10千伏电压降为380 220次电压 对低压用电设备供电 变电所中的主要电气设备是降压变压器和受 配电设备及装置 用来接受和分配电能的电气装置称为配电装置 其中包括开关设备 母线 保护电阻 测量仪表及其他电气设备等 对于10千伏及以下系统 为了安装和维护方便 现在均将受 配电设备及装置由制造厂组装成为成套开关柜 厂区内的高压线路敷设方式 优先选用架空敷设 其次可以采用地下电缆敷设 厂区内的高压线路敷设方式 优先选用架空敷设 其次可以采用地下电缆敷设 在车间内部则应根据具体情况而定 采用明敷配电线路或采用暗敷配电线路 在车间厂房内 动力配电箱到电动机的配电线路一般采用绝缘导线穿管敷设 在工厂内 照明线路与电力线路一般是分开的 但是 可采用380 220伏三相四线制 在民用建筑内低压配电线路 由于空间***和安全美观的要求 竖向和纵向均可采用电缆竖井 母线槽 穿管等方法进行 在这里消防用电设备的配线必须与一般动力 照明线路分开敷设 并按规定做耐火处理 26 2 1 3电力网的额定电压电力网额定电压的等级是根据国民经济发展的需要 技术经济上的合理性 电机电器制造工业的水平等因素 经全面研究分析 由国家制定颁布的 我国国家标准规定把各种电气设备的额定电压分为三类 第一类额定电压 把100V以下的额定电压称为第一类额定电压 主要用于安全照明 蓄电池及开关设备的直流操作电压 28 第二类额定电压 大于100V 小于1000V的额定电压 称为第二类额定电压 主要用于动力和照明 第三类额定电压 1000v以上的额定电压称为第三类额定电压 主要用于发电机 变压器 送电线路及高压用电设备 30 上述三类额定电压中 不满1kV的称为低压 36V 直流48V 及以下称为安全电压 1kV以上统称为高压 习惯上又把3 6 10kV电压等级称为配电电压 该等级的变压器叫做配电变压器 简称配变 220kV及以上的电压称为超高压 把用于发电机升压和用于35kV及以上电压等级变电站中 升 降压输送电能的变压器称为主变压器 简称为主变 31 变压器的额定电压有二个 额定一次电压和额定二次电压 额定一次电压指接到一次绕组电压的规定值 额定二次电压指变压器空载时 一次侧加上额定电压后二次侧两端电压 电力网电压等级是比较多的 不同电压等级有不同的作用 在线路运行时 有电流通过时 要产生电压降 所以线路上各点的电压都有所不同 即额定电压的线路始端电压为额定电压的1 15 末端电压为额定电压的0 95 供电线路的额定电压通常采用始端电压和末端电压的算术平均值 1 05 这个电压也是电力网的额定电压 他是确定各类电力设备额定电压的基本依据 从输电方面看 电压愈高 输送距离就愈远 输送的功率就越大 33 我国电力系统的额定频率为50HZ 一般情况允许的偏差不超过正 负0 5HZ 即频率的波动范围在49 5 50 5HZ内视为符合要求 美国常用电压是480 277V 东欧等国多用i50V 英国采用600 347V 小负荷用600 120v 原苏联在60年代初采用660v 因660v是380v的 3倍 这样可简化技术改造工作 34 受电设备的额定电压按规定应与其直接相连的电力网的额定电压相等 但由于电力网电压损失的存在 电力网电压不可能处处都一样 电压损失随着负荷的变化 可能维持在某一恒定值上 图是供电线路上各部分电压的分布 它正好可以说明电力网电压的损失 35 图2 2电压沿线路长度的分布 a 集中负荷 b 均部负荷 36 在电力系统内 应尽可能地简化电压等级 减少变电层次 以节约投资与降低远行费用 各级额定电压间的级差不宜太小 根据国内外经验 额定电压在110kV以下的配电网 电压间级差一般应在三倍以上 额定电压在110kV以上的输电网 电压间级差一般应在两倍以上 输配电线路的额定电压与受电设备的额定电压规定得相同 因为受电设备需要接在线路上 而线路运行时又有电压降落 一般线路首端电压高而末端电压低 如图所示负荷变化时 线路中电压降落也随着变化 因而电压分布随线路长度备不相同 要使接于线要使接于线各处的受电设备都保持在额定电压下运行是不可能的 只能使加于受电设备的端电压与额定电压尽可能的接近 图2 3供电线路上电压变化 39 加于用电设备端的网路实际电压与用电设备的额定电压差别较大时 对用户设备的危害很大 以照明用的白炽灯为例当加于灯泡的电压低于其额定电压时 发光效率降低 发光效率的降低使工人的身体健康受影响 也会降低劳动生产率 当电压高于额定电压时 则使灯泡经常损坏 例如某工厂由于夜间电压比灯泡额定电压高5 10 致使灯泡损坏率达到30 以上 表列出端电压与灯泡光通量和寿命的关系 40 电压变化对白炽灯光通量和寿命的影响 41 2 1 4工业企业的用电设备 为了满足生产的正常运行 根据需要工业企业中要安装各种类型和容量的电气设备 如果违规安装或者违规操作 它们可能极易引起火灾 这就需要我们按照要求安装和操作 工业和企业的用电设备包括 1 生产和转换电能的设备 2 接通或断开电路的高低压开关电器 3 控制和保护电器 4 接地装置 5 载流导体 42 工业企业的用电设备按电流可分为直流和交流 大多数为交流 按电压可分为高压和低压 高于1000V属高压 低于1000V属低压 我们常见的大多为低压用电设备 按频率可分为低频 50Hz以下 工频 50Hz 中频 50 10000Hs 和高频 10000Thu以上 大部分为工频 在变配电设备中通常把生产和分配电能的设备称为 次设备 如发电机 变压器 断路器等 对一次设备进行测量 控制 监视和保护用的设备称为二次设备 如仪用互感器 测量仪表 继电保护装置等 2 1 5负荷的分级及其对供电的要求用户的各种用电设备因为事故而停电所产生的损失和影响是不同的 根据供电的可靠性及终止供电在*** 经济方面所造成的影响以及损失的程度分为三个级别负荷 1 一级负荷 中断供电将造***身伤亡者 中断供电将造成重大的***影响者 中断供电将造成重大的经济损失者 中断供电将造成公共场所秩序严重混乱者 45 一级负荷供电要求 应有两个或两个以上***电源供电 当其中一个电源发生故障时 另一个电源应能自动投人运行 不至同时受到损坏 同时还必须增设应急电源 应急电源有 ***于正常电源的发电机组 在供电网络中有效地***于正常电源的专门馈电线路或是蓄电池 46 1 蓄电池静止型不间断供电装置 柴油机不间断供电装置系统 适用于允许中断供电时间为毫秒级的供电 2 带有自动投人装置的 ***于正常电源的专门馈电线路 用于允许中断时间为1 5s以上的供电 3 快速自起动柴油发电机组 适用于允许中断供电时间为15s以上的供电 所谓***电源有以下几种 47 2 二级负荷 中断供电将造成较大的***影响者 中断供电将造成较大的经济损失者 中断供电将造成公共场所秩序混乱者 3 ***负荷不属于一 一二级电力负荷者是***负荷 ***负荷对供电役有特别要求 二 ***负荷供电要求 二级负荷要求供电系统应作到当发生电力变压器故障或线路常见故障时 不至中断供电 或中断后能迅速恢复 在负荷比较小或地区供电的条件困难时 二级负荷可以由一路6kV以上专用架空线供电 应尽可能有两个***的电想供电 ***负荷对供电役有特别要求 49 2 2消防电源及其配电系统的组成 由于消防控制室 消防水泵 消防电梯 火灾自动报警和自动灭火装置 火灾应急照明 疏散指示标志和电动的防火门窗 卷帘阀门等专用的消防设备或设施都是以电力作为动力源的 而火灾发生时往往发生停电事故 或为保证安全扑救火灾而需拉闸断电 所以要保证火灾时消防安全设施 设备 能充分发挥作用 就必须设置符合消防安全要求的电源或备用动力 50 向消防用电设备供给电能的***系统称为消防电源及其配电系统 对此系统的供电可靠性要求特别高 消防电源及其配电系统由电源 配电部分和用电设备子部分组成 图2 4是一个典型的消防电源及其配电系统的方块图 图2 4消防电源系统方框图 1 电源 电源是提供电压的装置 也是将其他形式的能量转换成电能的装置 消防电源多由几个不同用途的***电源以一定的方式互相联接起连 构成一个电力网络进行供电 通常情况下 依据不同的时间和供电范围把消防电源分为主电源和应急电源两类 主电源指电力系统电源 消防电源中的电力系统电源是指通过输电 变压和分配 将其送到220V 380V低压消防用电设备 应急电源由自备柴油发电机组或蓄电池组担任 在消防电源中设置应急电源是确保消防电源向用电负荷连续供电的关键措施之一 消防系统如果完全依赖城市电网供给电能 火灾时一旦失电 势必给早期报警 灭火作业带来困难甚至造成巨大的人身和财产损失 所以电源设计必须考虑火灾时消防电源的连续供电问题 对于停电时间要求特别严格的用电设备还可采用不停电电源 UPS 进行连续供电 例如在火灾应急照明或疏散指示标志的光源处 需要获得交流电时 可设置将蓄电池直流电变为交流电的逆变器 2 配电部分 电源到用电设备的中间环节 其作用是对电源进行保护 监视 分配 转换 控制和向消防用电设备输配电能 配电装置有 变电所内的低压开关柜 发电机配电屏 动力配电箱 照明分配电箱 应急电源切换开关箱等和配电干线和支线线路 配电装置应设在不燃区域内 设在防火分区时要有耐火结构 从电源到消防设备的配电线路 要用绝缘电线穿管埋地敷设 或敷设在电缆竖井中 若明敷时应使用耐火的电缆槽盒 双回路配电线路在末端配电箱处进行电源切换 值得注意的是 正常供电时切换开关一般长期闲置不用 为防止对切换开关的锈蚀 平时应定期对其维护保养 以确保火灾时能正常工作 56 为保证用电的连续性 消防系统的配电应满足如下要求 消防用电设备的双路电源或双回路供电线路 应在末端配电箱处切换 火灭自动报警系统 应设有主电源和直流备用电源 其主电源应采用消防电源 直流备用电源宜采用火灾报警***的专用蓄电池 当直流备用电源采用消防系统集中设置的蓄电池时 火灾报警***应采用单独的供电回路 并能保证在消防系统处于最大负载状态下不影响报警***的正常工作 消防联动控制装置的直流操作电源电压 应采用24V 配电箱到各消防用电设备 应采用放射式供电 每一用电设备应有单独的保护设备 重要消防用电设备 如消防泵 允许不加过负荷保护 因消防用电设备总运行时间不长 短时间的过负荷对设备危害不大 以争取时间保证顺利灭火 为了在灭火后及时检修 可设置过负荷声光报警信号 消防电源不宜装漏电保护 如有必要可设单相接地保护装置 在故障发生时 发出报警信号 消防用电设备 疏散指灯 消防报警设备 火灾事故广播及各层正常电源配电线路均应按防火分区或报警区域分别出线 所有消防电气设备均应与一般电气设备有明显的区别标志 3 消防用电设备 消防负载 也称为电力设备 可归纳分为下面几类 报警相通报设备 如火灾报警器 事故广播器 消防专用电话等 电力拖动设备 如消防水泵 消防电梯 排烟风机 防火卷帘门等 电气照明设备 如消防控制室 变配电室 消防水泵房 消防电梯前室等处所 火灾时须提供照明的灯具 人员***的会议厅 观众厅 走廊 疏散楼梯 太平门等火灾时人员***和疏散处所的照明和指示标志灯具 4 其他用电设备 如应急插座等 自备柴油发电机通常设置在用电设备附近 这样电能输配距离短 可减少损耗和故障 电源电压多采用220 380v 直接供给消防用电设备 只有少数照明才增设照明用控制变压器 消防系统对供电要求有以下几点 61 消防主电源应设置专用的消防配电屏 供配电系统应能保证连续不间断工作 消防系统应设专用消防主电源及备用电源 主 备电源应能保证在极短时间内完成可靠地切换 起动 实现对消防系统的可靠供电 备用电源容量应保证在主电源发生停电事故时 确保至少两个监控区域消防设备的供电能力 各层消防联动控制设备及火灾报警***上电源宜由消防控制室专用回路集中供电 62 火灾事故照明 疏散指示照明 消防联动控制设备 火灾报警***等消防用电设备为分散供电时 在各层应设置专用配电箱供电 火灾报警***的备用电源用蓄电池供电时 其容量应按火灾报警***在监视状态下工作24h后再加上2个分路同时报警30min用电量之和计算 同时 对全部音响设备必须满足十分钟的供电能力 63 消防用电设备的双路电源 应在消防控制室 消防泵房 消防电梯机房 防排烟机房 事故照明配电箱 各楼层应急照明配电箱等处自动切换 消防系统中供电系统布线 应按我国高层建筑防火设计规范及有关消防法规的规定 配电线路无论是明敷还是暗敷 都要采取必要的防火耐热措施 64 建筑消防系统如消防控制室 消防水泵 消防电梯 防烟排烟设施 火灾自动报警设备及自动灭火装置 火灾事故照明 疏散指示标志等皆属于消防用电设备 在火灾中一旦断电 将会给早期报警 安全疏散 自动和手动灭火作业带来危险 甚至造成极为严重的财产损失和人身伤亡 因此 电源设计时必须认真考虑火灾时消防用电设备的电能连续供给问题 向消防用电设备供给电能的电源称为消防电源 需要绝对可靠 并便于操作和维护 2 3主电源 按照我国消防法规规定 消防系统供电电源分主工作电源及备用电源两类 主电源是保证工业与民用建筑火灾情况下系统工作用电的电源 为保证主电源能连续可靠地供电 按照负荷等级要求 还应包括备用电源 即当正常电源故障停电时 备用电源应继续连续供电 66 根据建筑物的结构 使用性质 火灾危险性 疏散和扑救难度 事故后果等的基本情况 可以确定消防负荷等级划分及其供电方式 1 高层民用建筑设计防火规范 中的规定高层建筑的消防安全指导思想是以自救为主 发生火灾时 主要是利用高层建筑本身的消防设施进行灭火和疏散人员 物资 如果没有可靠的消防设备供电电源 就不能及时报警和组织灭火 不能有效地疏散人员 2 3 1消防负荷等级 高层民用建筑设计防火规范 GB50045 95 根据我国具体情况 按照高层建筑的使用性质 火灾危险性 疏散和扑救难度划分的类别 规定消防负荷等级参照电力负荷分级原则来划分 消防负荷供电方式按照高层建筑的类别确定 即一类高层建筑按一级负荷要求供电 二类高层建筑按不低于二级负荷要求供电 高层民用建筑分类如表2 5所示 68 表2 5高层民用建筑分类 69 2 建筑设计防火规范 中的规定国家现行的 建筑设计防火规范 根据各种建筑物的使用性质和重要性 火灾危险性 疏散和扑救难度 将建筑物 储罐 堆场的消防用电设备负荷等级划分如下 建筑茵度超过50m的乙 丙类厂房和丙类库房的消防用电设备应按供电 70 下列建筑物储罐和堆场的消防用电应按二级负荷供电 1 室外消防用水量超过30L s的工厂 仓库 2 室外消防用水量超过35L s的易燃材料堆场 甲类和乙类液体储罐或储罐区 可燃气体储罐或储罐区 3 超过1000个座位的影剧院 超过3000个座位的体育馆 每层面积超过3000 的百货楼 展览楼和室外消防用水量超过25L s其他公共建筑 按一级负荷供电的建筑物 若供电不能满足要求 应设自备发电设备 除 外的民用建筑 储罐 区 和露天堆场等的消防用电设备 可采用***负荷供电 72 建筑物 堆场消防用电设备的负荷等级 73 3 人民防空工程设计防火规范 的规定国家现行 人民防空工程设计防火规范 明确规定 建筑面积大于5000 的 其消防用电按一级负荷要求供电 建筑面积小于5000 的人防工程消防用电可按二级负荷的要求供电 4 石油化工企业设计防火规范 的规定国家现行 石油化工企业设计防火规范 明确规定 石油化工生产区消防水泵房用电设备的电源 应满足一级消防负荷供电要求 5 汽*** 修*** 停车场设计防火规范 的规定 类汽*** 机械停车设备以及采用升降梯作车辆疏散出口的升降梯用电应按一级负荷供电 类汽***和 类修***应按二级负荷供电 消防负荷等级的确定 应根据消防用电设备所处的环境 位置 使用情况等因素来确定 为了达到消防法规对负荷等级的规定 又能做到技术 经济合理 所以必须对消防用电设备做周密的调查研究 表2 7所示为国内外一些大型饭店 宾馆 综合建筑等高层建筑设置双电源的实例 供参考 表2 9高层建筑消防电源设置举例 77 2 3 2供电要求 1 一级负荷的供电要求一级负荷应至少由两个电源供电 两个电源的要求 应符合下列条件之一 1 两个电源间无联系 2 两个电源间有联系 但符合下列各要求 发生任何一种故障时 两个电源的任何部分应不致同时受到损坏 78 发生任何一种故障且主保护装置动作正常时 有一个电源不中断供电 并且在发生任何一种故障且主保护装置失灵以致两电源均中断供电后 应有人值班完成各种必要操作 迅速恢复一个电源供电 电源来自两个不同的发电厂 电源来自两个区域变电站 电压在35kV及35kV以上 其中一个电源来自区域变电站 另一个为自备发电设备 2 二级负荷的供电要求 二级负荷应尽量做到当发生电力变压器故障或电力线路常见故障时不致中断供电 或中断后能迅速恢复 因此当地区供电条件允许且投资不高时 二级负荷宜由两个电源供电 在负荷较小或地区供电条件困难时 二级负荷可由6KV以上专用架空线路供电 如采用电缆时 应敷设备用电缆并经常处于运行状态 二类建筑有自备发电设备时 当采用自动启动困难时 可采用手动启动装置 3 ***负荷的供电要求***消防负荷应设有两台变压器 采用暗备用或一用一备的方式供电 80 2 3 3供电方式 电源供电方式 原则上有放射式 树干式和式三种 供电方式选择所依据的因素比较多 主要有电压高低 负荷大小及数目的多少 电源与负荷的相对位置 经济效果 将来的发展 负荷对供电可靠性的要求 建筑物规模和外形等 对消防负荷首先应考虑供电可靠性及其备用性问题 也就是必须保证它有两个电源或双回路 从这点出发 根据负荷对可靠性的要求 按上述三种供电方式又分为无备用系统和有备用系统 在有备用系统中 当一回路故障停电时 其余回路将保证负荷全部或只保证重要负荷供电 备用回线投入方式有手动 自动和经常投入等几种 82 1 无备用系统 这种系统的优点是 线路接线和敷设简单 运行操作和维护方便 容易发现和排除故障 其缺点是 可靠性差 无备用系统接线有单回路放射式和树干式 如图2 5所示 图2 5无备用系统的接线方式 84 单回路放射式 就是由电源点母线上引出的每一条专用回路直接向一个用户受电端供电 各条回路中途并不替接其他分支负荷 用户受电端之间也没有联系 主要优点是 各回路*** 当保护选择性配合好时及故障时互不影响 停电机会少 保护简单 保护装置动作时间短 缺点是 总降压变电所出线回路多 开关多投资较大 有色金属消耗多 特别是当电源进线 变压器和母线故障时 会使全部负荷供电中断 或某一馈线或开关故障时 则该出线供电负荷也要断电 就是由电源点引出的每回路供电干线沿线的用户用电点 都从该干线上直接接出分支线供电 优点是 高压配电装置少 投资少 出线少 总长度短 敷设简单 节约有色金属和降低线路损耗 缺点是 出线前段线路公用 若线路上任一线段 含干线或支线 发生故障 就会使全线停电 影响面广 若使线路继电保护通过有选择的动作切除故障 这样又会增加继电保护装置作时间 从而延长了故障存在时间 可靠性差 这两种接线只适于***负荷供电 直接联接树干式 2 有备用系统 这种系统的供电方式分 双回路放射式和环式 优点是可靠性高 缺点是使用设备多 投资大 双回路放射式每个负荷都用双回路供电 双回路放射式 按电源数目 又分为单电源双回路放射式和双电源双回路放射式 如图2 6所示 图2 6双回路放射式 当在一条线路发生故障或检修时 另一条线路可继续供电 对单电源双回路放射式来说 当电源发生故障时 则仍要停电 对双电源双回路放射式来说 又称双电源双回路交叉放射式 由于两路放射式线路联接在不同电源母线上 无论任一线路或任一电源故障时 则都能保证供电不中断 双电源双回路交叉放射式 从电源到负载都设置双套设备 可同时投入工作状态 互为备用 可靠性很高 适用于一级负荷 但投资大 接线复杂 操作维护不便 环式如图2 7所示 它实质上是串联型树干式的一种改进型 只要把两路串联型树干式线路的末端联络起来就构成了环状式 环式的优点是使用设备少 各线路走向不同 不易同时发生故障 可靠性较高 适于二 ***负荷 缺点是线路较长 电源附近故障时 电压损失大 一般要求电压损失不超过一定值 要减小电压损失则又使线路金属损耗量增加 环式运行方式有开环和闭环两种 由于闭环形成两端供电 当线路某一处故障时会使进线端断路器都跳闸 造成全部停电 故一般多用开环运行 虽说环式也是树干式的一种 但故障后的恢复供电要比树干式快 可用来供给二级负荷 91 以上是电源供电的两种基本供电系统 总的来说有备用系统比无备用系统可靠性高 双电源双回路放射式可满足对一级消防负荷供电要求 单电源双回路放射式可向二级消防负荷供电 而单回路放射式系统受电变压器低压侧有引自其他变电所变压器低压侧的联络线时 也可满足一 二级负荷要求 92 消防负荷在低压配电变电所如何取得用电电源 这是电气设计和电气防火审图人员经常思考的问题 当一个低压配电变电所设计的很可靠 技术经济也是很合理的情况 消防负荷电源在这里应接在什么位置 常见接线方法有下面几种 2 3 4消防负荷接线方法 1 将向消防负荷供电回路的电源端直接接在变压器低压母线上 如图2 8和2 9所示 图2 9双回路进线的一台变压器 这是通常接法 但是 这种接法当非消防负荷故障时 有可能使变压器出线自动空气开关跳闸 同时当母线检修时 该开关也要断开 影响消防供电可靠性 2 将向消防负荷供电回路的电源端直接接在变压器低压出线自动空气开关之前 如图所示 这样可以克服上述缺点 提高供电的可靠性 图2 10消防负荷的其他接线方法 96 2 4应急电源2 4 1概述 当工业与民用建筑处于火灾应急状态时 为了保证火灾扑救工作的成功 担负向消防用电设备供电的***电源称为应急电源 民用建筑电气设计规范 明确规定 一级负荷应由两个电源供电 当一个电源发生故障时 另一个电源应不致受到损坏 一级负荷的电源形式有二路高压电源和一路高压电源及一路低压电源 柴油发电机组或蓄电池组 一级负荷中的特别重要负荷除上述两个电源外 还必须增设应急电源 1常用应急电源的种类 1 ***于正常电源的发电机组 2 供电网络中有效地***于正常电源的专门馈电线路 3 蓄电池 4 对供电时间要求特别严格的地方 可采用不停电电源 UPS 98 2根据允许中断供电时间选型 1 静态交流不问断电源装置适用于允许中断供电时间为毫秒级 2 带有自动投入装置的***于正常电源的专门馈电线路 适用于允许中断时间大于1 5s 3 快速自动起动的柴油发电机组 适用于允许中断供电时间大于15s 99 在进行配电设计时 首先要明确的划分 一级负荷与一级负荷中的特别重要的负荷 一级负荷中的特别重要的负荷需要应急电源 应急电源设计中的重要参数是 1 特别重要负荷的容量 2 用电持续时间 是20min 40min 还是更长 3 允许间隔时间 是ms 还是1 5s或15s以上 应急电源型式 市电 柴油发电机及蓄电池 3 注意事项 4应急电源特征 集中供电的应急电源是在建筑物发生火情或其他紧急情况下 对疏散照明或其他消防 紧急状态急需的各种用电设备供电的电源 由其供电目的可以看出 应急电源应当具有以下特有的要求 高可靠性电源在紧急状态下能可靠供电 保证供电是它的第一目的 只要在元器件可以运行而不致损坏 供电就不能停止 可监视性 应急电源虽然是使用在特殊场合 供电电源停电 发生火情等等 但是应急柴油发电机组还应定期进行试车 尤其对应急静态不间断电源 EPS 一是利用其自身带的232接口 把信号送到主机 用计算机进行监视 二是对于正常负载 平时就可以用应急电源来供电是最好的监视 免维护性免维护在设备中表现在三个方面 一是电池的充放电量是利用设备自带的智能集成芯片完成的 二是利用了免维护电池 三是设备可发出状态警告信号 系统简单 控制方便 在一个特定的防火对象物中 应急电源种类并不是单一的 多采用几个电源的组合方案 其供电范围和容量的确定 一般是根据建筑负荷等级 供电质量 应急负荷数量和分布 负荷特性等因素决定的 应急电源供电时间有限 其容量可按表2 8中的时间予以换算 103 表2 8应急电源种类 供电范围和容量 104 2 4 2柴油发电机组 柴油发电机组是由柴油机 发电机 起动装置 油罐 油箱 ***系统等配套组成 它作为重要负荷的备用电源要求在市电故障或断电 火警时 在15s内启动向重要负荷供电 1 一般规定 1 符合下列情况之一时 宜设自备应急柴油发电机组 为保证一级负荷***别重要的负荷用电 有一级负荷 但从市电取得第二电源有困难或不经济合理时 大 中型商业性大厦 当市电中断供电将会造成经济效益有较大损失时 105 2 机组宜靠近一级负荷或配变电所设置 柴油发电机房可布置于坡屋 裙房的首层或附属建筑内 应避开主要出口通道 如确有困难也可布置在地下层 3 发电机间 控制室及配电室不宜设在厕所 浴室或其他经常积水场所的正下方和贴邻 4 发电机组的选择 机组的容量与台数应根据应急负荷大小和投入顺序以及单台电动机最大的起动容量等因素综合考虑确定 机组总台数不宜超过两台 在方案或初步设计阶段 可按供电变压器容量的10 一20 估算柴油发电机的容量 在施工图阶段可根据一级负荷 消防负荷以及某些重要的二级负荷容量 并根据供电电压质量的要求确定柴油发电机容量 5 机房设备布置 机组外廓与墙壁的净距最小尺寸 m 见表2 9 尺寸标注见图2 11 表2 9柴油发电机组外廓与墙壁的最小尺寸 当不设计控制室时 控制柜和配电柜宜布置在发电机端或发电机侧 拒前距发电机端为2m 杆前距发电机侧为1 50m 机房设置在地下层时 至少应有一侧靠外墙 热风和排烟管道应伸出室外 机房内应有足够的新风进口 气流分布应合理 机房进风口宜设在正对发电机端或发电机端两侧 进风口面积应大于柴油机散热器面积的1 5倍 机房设计应采取机组消音及机房隔音综合治理措施 治理后的环境噪音不宜超过表2 10中所列噪音标准 dBA 表2 10机组噪声标准 112 特别注意 1 机房应有良好的采光和通风 2 发电机问应有两个出入口 其中一个出口的大小应满足搬运机组的需要 门应采取防火 隔音措施 并应向外开启 发电机间与控制室之间的门和观察窗应采取防火 隔音措施 门开向发电机间 3 贮油间与机房相连布置时 应在隔墙上设防火门 并向发电机间开启 4 发电机问 贮油问宜做水泥压光地面 并应有防止油 水渗入地面的措施 控制室宜做水磨石地面 113 5 机房内的噪声应符合国家噪声标准规定 当机房噪声控制达不到要求时 应通过计算做消音 隔音处理 6 机房各工作问耐火等级与火灾危险性类别见表2 11 114 2 柴油发电机组可靠 安全 经济运行的措施 在消防用电设备中 一般说来消火栓水泵是最大的消防负荷 又具有很大的随机性 针对这种情况 为使柴油发电机组能可靠 采取下列措施 正确选择消防泵电机容量 对功率较大的异步电机尽量采用Y 起动 电抗器启动 电阻启动或自藕减压补偿器等降压起动方法 以减少电动机起动容量 调整起动顺序 较理想的顺序为 最大容量电动机 较小容量电动机 无冲击的其他负荷 115 错开起动时间 避免同时起动 比如 可在消火栓加压泵及自动喷淋泵电机控制回路中接入时间继电器 把起动时间错开 即当自动喷淋泵系统喷头受火灾热的作用 开始喷水时 水流继电器动作 自动喷淋泵电机自动起动 同时 可碎玻璃按钥也被击破 消火栓加压泵电机也开始起动 刚好***员或供电部门 为了安全又把主电源切除 这样 应急柴油发电机供电的负载 就是两台处于自起动状态的电机 可能使柴油发电机组熄火停车 火灾信号使柴油发电机组自起动投入前共用母线把非消防负荷自动切除 116 2 4 4蓄电池组 蓄电他组是一种***而又十分可靠的应急电源 火灾时 当电网电源一旦失去 它即向火灾信息检测 传递 弱电控制和事故照明等设备提供直流电能 当然 这种电源经过逆变器或逆变机组将直流变为交流 因此 它可兼作交流应急电源 不允许间断供电的交流负荷供电 蓄电池分为铅酸蓄电池和碱性蓄电池两大类 铅酸蓄电池 是历史最久 产量最大 价格便宜 用途最广的蓄电池 它按用途可分为起动用 牵引车辆用 固定型及其他用途等四种系列 碱性蓄电池包括 碱性锌锰电池 镍镉电池 氢镍电池等品种 蓄电池组通常按充放电制 定期浮克制和连续浮充制三种工作方式进行供电 消防常用连续浮充制的苦电池组对小容量的消防用电设备供电 所谓连续浮克制 即整昼夜地将蔷电他组和整流设备并接在消防负载上 消防用电电流全部由整流设备供给 而且电池组处于连续浮充备用状态 当市电停电时才起作用 蓄电池组的优点是供电可靠 转换快 缺点是容量不大 持续时间有限 放电过程中电压不断下降 需经常检查维护 118 在安装蓄电池组时应注意事项 1 电池排列应为双行 不应采用单行 2 电池线应取最短的途径 3 电池线 或汇流排 和电池相互间的连接都应采用*** 4 采用防酸隔爆蓄电池时 不必用电池架 而可采用铺设瓷砖的电池台 2 4 4不间断电源设备 现代许多重要用电设备是不能停电的 如重要的计算机系统 通信系统 医院手术等 停电就会造成重大事故 因此 近年来发展了一种新型不停电电源 UnintcHMPtcdPowerSystem 简称UPS UPS系统组成框图如图6 9所示 它主要由整流器 逆变器 充电器 蓄电池四部分组成 整流器将交流电变成直流电 图2 12UPS电源原理框图 正常工作时 Kl闭合 逆变器将整流器的输出直流电逆变为所需电压和频率的交流电 滤波后供给负载 同时 充电器 也是整流器 将交流电变换为直流电向蓄电池充电 如电网突然停电 则蓄电池通过二极管D为逆变器输入能量 交流电输出不受影响 电路中的二极管D起隔离开关的作用 电网正常供电时 二极管截止 整流器的输出不能向蓄电池充电 只有电网停电时二极管才导通 如逆变器发生故障 通过电子电路控制开关K2闭合 K1断开 负载直接连通交流电网 不停电供电系统 在满足可靠性的前提下 不停电电源可采用单台供电系统 多台并联供电系统或时序备用系统 下面主要介绍时序备用系统中最简单的静止开关旁路系统 其供电主接线图如图2 13 正常情况下 由市电I供电 逆变器从整流器得电能 经过交流静止开关向负载供给380 220v电能 若电池组在此时 按连续浮充制供电方式工作 蓄电池组只维持在一个正常的充电电平水平上 对负载不供给电能 当市电I发生故障停电时 蓄电池组经直流静止开关对逆变器供电 同时 柴油发电机开始起动 待其电压和频率运转正常后 作为应急电源 经旁路交流静止开关 取代市电继续供电 如果备用电源是市电 那么逆变器应与市电保持锁相同步 实现两套并联交流电源的相位*** 即同相位 同频率 当逆变器故障或发生超载时 临界负载就会自动地通过静止开关接通市电 其转换时间不超过1ms 从而保证了负载的不中断供电 单相交流不停电电源 逆变器输出为单相交流50HZ正弦波电压 电源旁路电磁开关 可在逆变器故障或蓄电池组输出不足时 自动切换到旁路备用电源 如图2 14所示 126 2 5主电源与应急电源的联接 建筑处于火灾紧急状态时 为了确保安全疏散和火灾扑救工作的成功 担负向消防应急用电设备供电的***电源 称为火灾应急电源 应急电源一般有三种类型 即城市电网电源 自备柴油发电机组和蓄电池 对供电时间要求特别严格的地方 还可采用不停电电源 UPS 作为应急电源 应急电源与主电源之间有一定的电器连锁关系 当主电源运行时 应急电源不允许工作 一旦主电源失电 应急电源必须立即在规定时间内投入运行 在采用自备发电机作为应急电源的情况下 如果启动时间不能满足应急设备对停电间隙要求时 可以在主电源失电而自备发电机组尚未启动之间 使蓄电池迅速投入运行 直至在自备发电机组向配电线路供电时才自动退出工作 2 5 1电源切换方式 常用的电源切换方式有首端切换和末端切换两种 1 首端切换主电源与应急电源的首端切换方式如图2 15所示 消防负荷各***馈电线分别接向应急母线 集中受电 并以放射式向消防用电设备供电 柴油发电机组向应急母线提供应急电源 应急母线则以一条单独馈线经自动开关 称联络开关 与主电源变电所低压母线相连接 图2 15电源的首端切换方式如图所示 正常情况下 该联络开关是闭合的 消防用电设备经应急母线由主电源供电 当主电源出现故障或因火灾而断开时 主电源低压母线失电 联络开关经延时后自动断开 柴油发电机组经30s启动后 仅向应急母线供电 实现首端切换目的并保证消防用电设备的可靠供电 这里联络开关引入延时的目的 是为了避免柴油发电机组因瞬间的电压骤降而进行不必要的启动 这种切换方式下 正常时应急电网实际变成了主电源供电电网的一个组成部分 消防用电设备馈电线在正常情况下和应急时都由一条线完成 节约导线且比较经济 但馈线一旦发生故障 它所连接的消防用电设备则失去电源 另外 由于选择柴油发电机容量时是依消防泵等大电机的启动容量来定的 备用能力较大 应急时只能供应消防电梯 消防泵 事故照明等少量消防负荷 从而造成了柴油发电机组设备利用率低的情况 2 末端切换 引自应急母线和主电源低压母线段的两条各自***的馈线 在各自末端的事故电源切换箱内实现切换 其切换方式见图2 16所示 由于各馈线是***的从而提高了供电的可靠性 但其馈线比首端切换增加了一倍 火灾时当主电源切断 柴油发电机组起动供电后 如果应急馈线故障 同样有使消防用电设备失去电能供应的可能 对于不停电电源装置 UPS 由于已经两级切换 两路馈线无论四一回路故障对消防负荷或计算机负荷都是可靠的 应当指出 根据建筑的消防负荷等级及其供电要求必须确定火灾监控系统联锁 联动控制的消防设备相应的电源配电方式 一级和二级消防负荷中的消防设备必须采用主电源与应急电源末端切换方式来配电 135 2 5 2备用电源自动投入装置 前面已经述及 当供电网路向消防负荷供电的同时 还应考虑电动机的自起动问题 如果网路能自动投入 但消防泵不能自起动 仍然无济于事 特别是火灾时消防水泵电动机 自起动冲击电流往往会引起应急母线上电压的降低 严重时使电动机达不到应有的转短 会使继电保护误动作 甚至会使柴抽机熄灭停车 从而使问路自动化实现不了 达不到火灾时应急供电 发挥消防用电设备投入灭火的目的 目前解决这一问题所需要手段 是设备用电源自动投入装置 BZT 136 消防规范要求一类 二类高层建筑分别采用双电源 双回路供电 为保障供电的可靠性 变配电所常用分段母线供电 DZT则装在分段断路器上 如图2 17所示 正常时分段断路器断开 两段母线分段运行 当其中任一电源故障时 BZT装置将分段断路器合上 保证另一电源继续供电 当然BZT也可装在备电电源进线的断路器上 如图6 14 b 所示 正常时备用线路处于明备用状态 当工作线路故障时 备用线路自动投入 1 对BZT装置的基本要求 当工作电源失电或电压降低得很低时 BZT应将工作电源切断后 再合上备用电源开关 工作电路开关继电器保护动作跳闸 或备用电路电源无电时 BZT装置均不应动作 BZT装置只应动作一次 它由备用电源开 或母联开关 跳闸后 将BzT装置合闸回路闭锁来实现 电压互感器回路断线 BZT装置不应误动作 正常操作需停工作电源时 应有事先解除BzT装置的压板 以防止BZT装置动作 图2 18是两台变压器低压侧采用交流接触器互为备用的备用电源自动投入装置原理接线 其操作电源直接来自互为备用的变乐器低压侧 图6 19接线具有下列特点 利用零电压继电器1L1K 2UK 采用几 22P型电磁式继电器 接点组成交叉式的起动电路 只有其中1个继电器动作 便接通3KM接触器合闸 若两个继电器都动作或不动作 3KM电路便不通 不能合闸 利用交流接触器的常闭辅助触点将交流接触器相互闭锁 例如 1KM 3KM接通时2KM不能接通 2KM 3删接通时1KM不能接通 3 对切换开关性能的要求 切换开关的性能对应急电源能否适时投入影响很大 从目前电网供电持续率来讲都比较高 有的地方可达每年只停电数分钟的程度 而供消防用的切换开关常是闭置不用 正因为电网的供电可靠性很高 切换开关就容易被忽视 比如 日本的仙台和我国大连就曾发生应急时不能切换情况 鉴于此 对切换开关性能应有待别高的要求归纳起来有下列四点 绝缘性能 这是基础性能 特别是平时不通电又不常用部分的性能要高 通电性能要良好 这是基本性能 切换通断性能要可靠 由于长期处于不动作的状态下 一旦应急就要立即投入 长期不维修 又能立即工作的性能 随着新材料的出现和自动化技术的发展 目前已进入不用维修 不用检查和不用人值班的时代 用户按这四条性能要求来选择产品 就能提高供电电源的可靠性 2 5 3应急母毁连接非消防负荷时应注意的问题 为了提高柴油发电机组设备的利用率和备用能力 设计人员有时出于经济效能的考虑而将部分非消防负荷接于应急母线上 这样 在非火灾停电时则可起动柴油发电机向其所联的用电设备供电 但从消防用电的安全可靠角度考虑要注意下面问题 144 1 柴油发电机的负荷能力必须满足应急母线所有装接负荷连续运行的要求 2 校验在带足非消防负荷的情况下 起动消防用电动机的能力 3 为确保柴油发电机起动消防用电动机的能力 可采取应急母线所有供电回路分励脱扣的方法 当火灾确认后 将非消防负荷从应急母线上自动切除 4 对非消防用的普通电梯 实行火灾管制 145 146 2 6火灾应急照明与疏散指示标志及火灾自动报警系统电源 火灾应急照明是在火灾发生 正常照明系统因电源发生故障 不再提供正常照明的情况下 供有关人员疏散 保障安全或继续工作的照明 它有两个作用 一是使消防人员继续工作 二是使居民安全疏散 在疏散期间 为防止疏散通道骤然变暗就要保证一定的照度 以抑制人们心理上的惊慌和保障疏散安全 同时 还要以显眼的文字 鲜明的箭头标记指明疏散方向 这种采用信号标记的照明 叫疏散指示标志 2 6 1电光源与照度 1 电光源电光源就是将电能转换为光能的器件或装置 电光源按其发光机理可分为两大类 热辐射光源 利用物体加热辐射发光的原理制成的光源 如白炽灯 卤钨灯 碘钨和溴钨灯 等 气体放电源 利用气体放电时发光原理而制成的光源
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