黄世奎
南宁市建筑设计院 广西南宁 530022
摘要：本文对消防水泵配电、电机保护及控制进行研究，归结出一套适用于消防水泵电动机保护和控制方案。
关键词：消防水泵 过载保护 星三角降压启动 机械应急启动
0 前言
现代建筑集群因建筑复杂、规模庞大、设备繁多、人员密集，火灾隐患的概率也大大增加。为了预防建筑火灾，减少火灾危害，保护人身和财产安全，建筑内应设置必要的防火措施及灭火设施。作为使用最广泛的水灭火设施，消防水泵能保障满足水灭火设施所需的工作压力和流量。因此，保障消防水泵的正常、可靠、安全运行至关重要。
1供配电设计
1.1 负荷分级
消防水泵属于重要消防设备，负荷等级可按以下划分：一类高层建筑为一级负荷；二类高层民用建筑和室外消防用水量大于25L/s的其他公共建筑为二级负荷；其余可按三级负荷供电。
1.2 供电要求
为保障消防水泵的电源可靠性，消防水泵应采用专用的供电回路，并在其配电线路的最末一级配电箱处设置自动切换装置。
工程设计中，当消防水泵为三级负荷时，本着消防从严，保障供电可靠性原则，若该项目有双电源或双回线路（如双台变压器），消防水泵由双回路供电；若无第二电源，则由单回路供电。
1.3 配电装置要求
1.3.1 持续供电时间
为满足建筑火灾延续时间，消火栓给水系统用电设备持续供电时间就能时间不少于3h，自动喷水灭火系统用电设备持续供电时间就能时间不少于1h。当采用柴油发电机组作为第二路电源时，应考虑3h～8h的储油量。
1.3.2 消防线路
消防电源的配电线路应采用耐火温度950℃、持续供电时间180min的耐火电缆，即选用矿物绝缘类不燃性电缆。在火灾情况下，电缆的电压损失增大，为保障电压偏差在允许值±5%范围内，选择电缆的截面放大一至二级：推荐50mm2及以下，放大一级截面，70mm2及以上放大两级截面。
1.3.3 消防控制柜
消防控制柜应设置在消防水泵房或专用消防水泵控制室内，设置在泵房内控制柜的防护等级不低于IP54，且柜前操作间距不小于1.5m。
控制柜柜内双电源自动转换开关（ATSE）选用PC级，二段式（即不带OFF检修位）产品，以确保主供、备供电源切换的可靠性。同时，在ATSE的进线侧加装具有隔离功能的断路器或隔离开关。
2 电动机保护
为保障电动机正常运行，其主电路采用“单磁保护MCCB（仅装设瞬时脱扣器）+接触器+热继电器（带断相保护）”保护方案，如图1所示。
图1 电动机主电路
2.1 短路保护
采用低压断路器作为短路保护时，瞬动过电流脱扣器的整定电流，取电动机起动电流的2～2.5倍。
2.2 接地故障保护
当电动机的短路保护件满足接地故障要求时，应采用断路器兼作接地故障的保护。工程设计中不能忽视交流电动机的接地故障保护，特别是远距离电源点的电动机，应按下（公式1）进行校验，以判定能否用断路器的短路保护兼作接地故障保护。
（ 从（公式1）分析，对于TN-S系统，电动机配电回路中，断路器过载脱扣器的整定电流不宜过大，应接近但不小于电动机的额定电流；当电动机距离电源点较远，不能用断路器短路保护兼作接地故障保护时，应采用PE与相线等截面，或适当加大相线截面，也可增设剩余电流保护器来满足接地故障保护要求。
2.3 过载保护
热继电器的整定电流，应接近但不小于电动机的额定电流；过载保护的动作时限应躲过电动机的正常起动或自起动时间。
2.3.1 过载动作于跳闸或信号
当消防水泵没有备用时，如果其过载，过载保护应动作于报警信号而不应动作于切断电源。当采用一用一备或两用一备时，工作泵过载时直接跳闸，切断电源，备用泵自动投入；如备用泵再出现过载现象，则只报警不应切断电源。此部分功能控制二次线路可参考图1。
2.3.2过载设置原则
对消防水泵配电干线上的出线及上级开关均为对消防线路的保护，仅就线路而言，消防负荷恒定。在进行电力负荷计算时，消防配电干线需要系数按1.0考虑，且电动机的主电路已经设置了过载保护电器。因此配电干线出现过载的可能性微乎其微，上述开关是否设置或取消“过负荷保护”，即常规热磁复合型，都没有关系。通常，将过载长延时脱扣器电流整定为1.5～2倍的电机额定电流值，则末端电机过负荷时开关不会跳闸。
3 电气控制
3.1 控制回路电源
工程设计中，电动机控制二次回路的可靠性问题往往被忽视，对于多台工作泵、备用泵电机的控制回路电源共用一路控制电源，各泵控制回路不能分割，一旦故障将同时停泵。控制回路的电源及接线方式应安全可靠、简单适用，对台工作泵、备用泵电机的控制回路电源不能共用一路控制电源，可参考图1中X１：１～X１：４三组控制回路电源。
3.2 星三角降压启动
当符合设计规范要求、条件许可时，消防水泵应采用全压启动方式。当启动次数少，启动时引起系统压降影响小，且要求启
动设备简单可靠时，消防水泵应尽量采用全压启动；当功率较大时，可采用星三角或自耦降压变压器启动，不宜采用有源器件启动。对于星三角降压电动机配电系统，供电回路中的线缆、接触器、热继电器等设备，均应按电动机额定电流的
3.3 机械应急启动
根据规范要求消防水泵应有机械应急启动功能。国外机械应急启动操作方式，是以机械闭合主回路交流接触器，从而达到接通电机电源，完成应急启动的目的。但国产接触器很多不具备此功能，且一旦一台接触器有问题，同样无法实现启泵功能，因此在国内短期推广可靠性较低，鉴于此，本文给出方案二：采用一套不通过二次控制回路启泵，直接与消防水泵控制柜进行电气连接的机械应急启动的电气装置[4]，如图2所示。
图2 消防水泵一用一备全压启动机械应急启泵电气装置
4 结束语
本文对消防水泵的配电，电动机保护，控制回路在设计中可能存在的各种问题进行了研究，归纳出一套适用于消防水泵电动机保护和控制方案。希望提出的上述方案能够抛砖引玉，为广大设计人员提供思路，文中若有不当之处，敬请斧正。
参考文献：
[1]GB50016-2014《建筑设计防火规范》
[2]GB50974-2014《消防给水及消火栓系统技术规范》
[3]GB50055-2011《通用用电设备配电设计规范》
[4]孙绍国，谷明，消防泵机械应急启泵电气装置的研究.建筑电气，2017（3）：53-56
论文作者:黄世奎
论文发表刊物:《建筑科技》2018年第1期
论文发表时间:2018/4/8
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