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。