消防设备的过载保护(任元会定稿)

消防设备的过载保护

李兴龙

（苏州工业园区建设工程设计施工图审查有限公司，215028，江苏）

在施工图的审查工作中，笔者发现工程设计人员对于GB 50054—1995《低压配电设计规范》第4.3.5条理解各不相同，设计图纸也多种多样，违反这一强制性条文的情形占了很大的比例。如何理解规范的这个条文？这个条文引发出哪些问题？下面笔者从规范条文角度进行解读。

1 规范适用于消防设备过载保护的条文

GB 50054—1995《低压配电设计规范》第4.3.5条规定：突然断电比过载造成的损失更大的线路，其过载保护应作用于信号而不应作用于切断电路[1][2]。这条规定被列入《工程建设标准强制性条文（房屋建筑部分）2009年版》，是建设工程设计施工图关于消防设备配电审查的重点内容，尽管此条并不局限于消防设备配电。

同时，该规范第4.1.3条还规定：对电动机、电焊机等用电设备的配电线路的保护，除应符合本章要求外，尚应符合现行国家标准GB 50055－1993《通用用电设备配电设计规范》的规定。一般人理解的是，GB 50055－1993第2.4.6条所述“……但断电导致损失比过载更大时，不宜装设过载保护，或使过载保护动作于信号[3]”和GB 50054—1995第4.3.5条遥相呼应。于是，设计图纸不问青红皂白，凡是消防设备的主电路都要求热继电器在过载时只发出报警信号，而不切断电源。笔者认为这实在有些片面，应根据消防设备有无备用设备来具体分析，下面进行详细讨论。

2 对规范关于消防设备过载保护的理解

由于GB 50054—1995编制的年代久远，对于我们关心的消防设备配电而言，第4.3.5条的条文“仅仅”解释了为什么过载保护应作用于信号而不应作用于切断电源。这点很好理解。但是，这个解释还不足以解决工程中的诸多实际问题。因此，引发出一些技术上的争论就在所难免了。

2.1 问题一：消防配电线路是否应配置过载保护？

《建设工程施工图设计审查技术问答》中指出：设复式脱扣器在过载时会跳闸切断电源（除非加大整定电流，使其达到计算电流的1.5～2倍）以及不设过载保护（热过载继电器）均不符合GB 50054—1995第4.3.5条的规定[4]。明确要求消防设备电动机主电路必须设置过载保护。这是为什么呢？

经典的流体力学理论表明，对于大部分流体传输设备(比如风机、水泵)而言，其输出流量与其转速成正比，输出扬程或者风压与其转速的平方成正比，输出的轴功率与其转速的立方成正比。显然，随着水泵和风机转速的升高，此类设备将要过载。而GB 50055－1994第2.4.6条规定：对运行中容易过载的电动机应装设过载保护[1]。

所以，对于消防水泵、防排烟风机等可能过载的消防设备，应根据具体情况（设备有无备用）设置消防设备过载保护动作于切断电源或仅动作于报警信号（动作于切断电源时，必须确保有一套消防设备处于工作状态）。

2.2 问题二：消防设备过载保护应动作于切断电源还是仅动作于报警信号？

根据GB 50055—1993第2.4.6条：消防设备在过载时仍应该继续工作[3]。那么，是不是不加区分，不管消防设备有没有备用，都要求过载保护动作于报警信号呢？从笔者审图情况来看，大部分图纸确实都是如此执行的。

其实，在《工程建设标准强制性条文（房屋建筑部分）实施导则》里，就已经提示了：无备用泵的消防泵和排烟风机的过载保护的热继电器触点，不动作于切断其控制电路，而发出报警信号[5]。注意这里的前提是“无备用”的情况（在有备用设备的情况下，应强调能确保在规定的时间内自动切换，并持续可靠地运行），很多设计人员忽视了这一点。另外，GB 50055—1993第2.4.6条的条文

中也特别提到：某些场合下断电的后果比过载运行更严重，如没有备用机组的消防水泵，应在过载情况下坚持工作[3]。这里依然强调了“没有备用”这个前提条件。

因此，当消防设备没有备用时，如果其过载，过载保护应动作于信号而不应动作于切断电源。

然而，在通常情况下，消火栓泵、喷淋泵和稳压泵等消防设备都是两台一组，一用一备，互为备用。注意这里“互为备用”的措辞。当其中一台处于工作状态时，另外一台则处于备用状态。当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，则不应切断电源。此时，该如何处理？

国家标准图集《04X501火灾报警及消防联动控制》在消防设备的控制电路图里有清晰的表达，那就是：在自动工作位置（即消防联动控制）及手动操作位置（即消火栓按钮控制），过载动作于跳闸；在备用位置及消防应急工作位置（即消防控制室手动直接控制），过载动作于报警信号[6]。另外，一本新版国家标准图集《10D303-3常用水泵控制电路图》也有同样的表达，有兴趣的同行不妨研读一下这些控制电路原理图。

2.3 问题三：消防设备过载保护应采用何种器件？

GB 50055—1993第2.4.7条要求：交流电动机过载保护器件的动作特性应与电动机过载特性相配合。过载保护器件宜采用热过载继电器（以下简称热继电器）或反时限特性的过载脱扣器，也可采用反时限过电流继电器。有条件时，可采用温度保护或其他适当的保护[3]。

可见，GB 50055—1993推荐优先使用热继电器作为电动机的过载保护。那么，传统意义上配备热磁（热动—电磁）脱扣器（也就是复式脱扣器）的MCCB/MCB（塑壳断路器/微型断路器)能否作为消防设备的过载保护呢？答案是否定的！

（1）带热磁脱扣器的MCCB/MCB的绝大多数只能过载跳闸后才能发出信号。也就是说，发生过载时，如果不跳闸，MCCB/MCB是不可能发出报警信号的！对于消防设备而言，这是违反GB 50054—1995第4.3.5条的。

断路器制造商是深知这一点的，而很多设计人员则未必知道。因此，若一份图纸上标注消防设备配电回路MCCB/MCB带代号328脱扣器（328为传统的热磁脱扣器代码，表示带辅助触头和报警触头），要求其过载时只发出报警信号而不跳闸，一般是难以实现的。

（2）带热磁脱扣器的MCCB/MCB不能对过载保护进行精确调节。

首先，电动机主回路各元件都有自己的功能，使用功能不宜交叉。断路器承担短路保护功能和低电压保护功能。当满足接地故障保护要求时，断路器的短路保护兼作接地故障保护。交流接触器执行电动机的合分功能。热继电器承担电动机的过载保护功能，并通过热继电器的常开触点发出过载报警信号。同时，GB 50055－1993推荐采用具有断相保护的热继电器（标注字母D）为电动机的断相保护。鉴于此，一般电动机主电路上的断路器宜采用单电磁式（仅装设瞬时脱扣器），主电路采用“单磁保护MCCB+接触器+热继电器”的方案。此方案在《工程建设标准强制性条文（房屋建筑部分）实施导则》在技术要点说明里也被推荐，它的措辞是“……或选用仅带短路瞬动保护的脱扣器[5]”。

其次，带热磁脱扣器的MCCB/MCB即使具有过载保护功能，也不能平滑连续调节，多点调节。所以，热磁脱扣器并不能取代热继电器。当主电路断路器带有过载保护时，《工程建设标准强制性条文（房屋建筑部分）实施导则》在技术要点说明里提出：断路器的长延时脱扣器整定值必须加大到计算电流的1.5～2倍[5]。那么，该实施导则的这个要求是否合理呢？答案是否定的！因为GB 50054—1995第4.3.4条明确规定过载保护电器的动作特性应同时满足I B≤I n≤I z和I2≤1.45I z两个算式[1]。算式中I

为线路计算负载电流，单位A；I n为熔断器熔体额定电流或断路器额定电流或整定电

B

流，单位A；I z为导体允许持续载流量，单位A；I2为保证保护电器可靠动作的电流，单位A（当保护电器为低压断路器时，I2为约定时间内的约定动作电流；当为熔断器时，I2为约定时间内的约定熔断电流）。假如按照该实施导则的理解，使I2≥1.5I B，经过简单的推算，可知这将直接推翻规范的两个算式！所以，该实施导则对GB 50054—1995的理解是不全面的，除非相应加大I z，满足I n≤I z要

求。此时，将加大导体截面，甚至加大很多，往往不够合理，所以消防设备电动机主电路应采用“单磁保护MCCB+接触器+热继电器”的方案。

最后，小功率的消防水泵和风机是也可以用MCB代替MCCB。由于A、B、C型保护特性的MCB允许电缆绝缘承受1.45倍额定电流，但是电动机绝缘却不允许这么高的倍数（只允许1.2倍额定电流），所以只能选择D型保护特性的MCB。笔者审图中发现，一部分图纸选择了C型保护特性的MCB，一部分图纸对MCB保护特性不加标注。这都是不对的。

GB 50055—1993第2.4.4条第一款要求“当交流电动机正常运行、正常起动或自起动时，短路保护器件不应误动作。为此，应符合下列规定：一、正确选择保护电器的使用类别；熔断器、低压断路器和过电流继电器，宜采用保护电动机型……[3]”。该条文第第三款还规定“瞬动过电流脱扣器……的整定电流，应取电动机起动电流的2～2.5倍[3]”。因此，选择C型脱扣特性的MCB是与此条规定相悖的。所以，小功率的消防设备电动机主电路也可采用“单磁保护MCB（D型）+接触器+热继电器”的方案。

（3）配备电子脱扣器和附件的MCCB/MCB时，可以取消热继电器。如前所述，传统意义上的MCCB/MCB配备热磁脱扣器,不能代替热继电器的过载保护功能。但是，一些断路器制造商已推出了带电子脱扣器的断路器，如ABB、施耐德和常熟开关厂都有这种产品。这些产品可实现平滑连续调节，多点调节的过载保护功能，并且可以做到过载保护只发出报警信号而不跳闸。

因此，当使用电子脱扣器的MCCB/MCB时，电动机的主电路配置方案变化为“带电子脱扣器的MCCB/MCB（D型）+接触器”。

3 消防设备配电干线不需要设置过载保护

3.1 消防设备配电干线不会过载

在进行电力负荷计算时，对于消防配电干线，需要系数按1.0考虑。而且，在前文谈到，电动机的主电路已经设置了过载保护电器，或动作于报警信号，或动作于跳闸切断电路。消防设备的过载保护由它来完成，因此配电干线出现过载的可能性微乎其微。

新版规范GB 50054—2011（自2012年6月1日起实施）第6.3.5条第三款也规定：不可能过负荷的线路，且该线路的短路保护符合本规范第6.2节的规定，并没有分支线路或出线插座时，可不装设过负荷保护电器[7]。GB 50054—1995《低压配电设计规范》第4.3.2条第二款也有类似规定。3.2 消防设备配电干线不设过载保护时选择性的保证

比如在消防设备配电干线设置单磁型MCCB时，如何保证上下级MCCB的选择性配合呢？此时，配电干线上的MCCB可以选取比消防设备MCCB额定电流大1级的断路器，以上级较大的瞬时脱扣器的整定电流来扩大其选择性范围。由于单磁和复式的MCCB和MCB均属非选择型断路器，一般不具备良好的选择性；上级用熔断器或带短时延时脱扣器的选择型断路器，其参数整定正确，才能保证更好的选择性。

参考文献

[1] GB 50054—1995 低压配电设计规范[S].

[2] 强制性条文咨询委员会. 工程建设标准强制性条文（房屋建筑部分）2009年版[M].北京:中国建筑工业出版社,2009:242.

[3] GB 50055－1993 通用用电设备配电设计规范[S].

[4] 谈小华.建设工程施工图设计审查技术问答[M] 北京:中国建筑工业出版社,2010:90.

[5] 强制性条文咨询委员会.工程建设标准强制性条文（房屋建筑部分）实施导则[M].北京:中国建筑工业出版社,2004:261.

[6] 核工业第二研究设计院.04X501火灾报警及消防联动控制[M].北京:中国建筑工业出版社.2004:5.

[7] GB 50054—2011 低压配电设计规范[S].