火灾自动报警系统电源总线截面选择的计算探讨
吴梅燕
【摘 要】火灾自动报警系统是一种及时发现和通报火情并采用措施控制扑灭火灾的自动消防设施.火灾自动报警系统线路包括传输线路和供电线路.由于传输线路电压损失较小,所以报警系统供电导线截面大小的选择至关重要.本文主要是对电源总线电压损失产生的原因分析,结合工程实例对电源总线截面提供计算依据,供同行设计参考.
【期刊名称】《福建建筑》
【年(卷),期】2015(000)005
【总页数】3页(P108-110)
【关键词】火灾自动报警系统;供电线路电压损失;导线截面
【作 者】吴梅燕
【作者单位】厦门合道工程设计集团有限公司 福建厦门361004
【正文语种】中 文
【中图分类】TU998.13+2
1 火灾报警系统线路电压损失导致的常见问题及影响
火灾报警线路由报警总线、主机电源线(电源总线)组成。报警总线只接入烟感、温感、手动报警按钮等，报警总线电源引自报警控制器;主机电源线接入总线上控制模块及外控设备，电源总线引自消控室专业蓄电池。报警总线，通过电流小，一般采用1.5mm2线径，传输距离可达500m，以上，设计一般不用校验。主机电源线则比较复杂，一般报警水平电源支线采用2.5 mm2，而竖向电源总线不能简单采用2.5 mm2，其通过电流跟接入设备、联动控制顺序、二次接线有关。
火灾自动报警系统存在线路电压损失问题。根据GB50116－2013《火灾自动报警系统设计规范》第4.1.2条规定，电源容量应满足受控消防设备同时启动且维持工作的容量要求，线路压降不超过5%。当有冲击电流时，系统允许的电压损失可适当放大，按照10%来考虑。这在规模较小的系统中一般体现不出来，但在那些建筑面积较大、楼层较高、线路较长的工程中，
这一问题就显得尤为突出。在火灾报警系统调试的过程中，会出现这样的问题:火灾报警控制器已经发出控制指令，控制模块也已经动作，但一些外部控制设备如排烟阀、送风口之类的就是不能动作。而这些在工程前期，又未能引起施工人员的充分注意，直到在工程后期调试阶段问题暴露后，才想方设法采取各种补救措施，不仅费工费时，而且很难处理彻底。所以消防设备的可靠动作，就必须避免供电线路的电压损失的不良影响。
2 导致火灾报警系统电源总线电压损失的原因
根据欧姆定律，电压损失△U%=IxR，根据公式，电压损失大小取决于两个因数:线路内阻及线路电流。导致线路电压损失的首要原因是线路内阻。
线路电阻由两部分组成:导体内阻及接点电阻。导线内阻就是导线本身所固有的电阻，阻值的大小与线路长短(L)成正比、与导线横截面积(S)成反比，并且与导线质量有关，可根据R=ρxL/A(ρ为导线电阻率)进行计算。接点电阻是指线路中的导线与接线端子、导线与导线之间连接的接触电阻。当接入设备时，如果接线端子压接不紧，就会增大接点电阻。线头不焊锡、长时间裸露在空气中会产生氧化层，也会造成接点电阻增大。接点电阻取决于施工质量、后期保养等因数，很难计算。设计要求根据具体情况留有余量。
线路电流由两部分组成:正常工作电流、联动外控设备电流。正常工作设备包括模块等，外控设备包含声光警报器等接入线路的所有设备的。
模块电源图片
因此设计要控制电压损失的两个措施:①减小线路接入电流;②减小电阻。
2.1 减小线路电流的主要措施
1)减少接入设备，尽量就地取电。
如消防风机联动电源由24V变压器提供(图1)。
图1 消防风机配电系统图
2)合理安排动作顺序
①通过软件编程控制设备:根据GB50116－2013《火灾自动报警系统设计规范》第4.1.5条，若同时动作消防设备，瞬时电流太大，可采用软件延时几秒错开动作。分时控制可以减少同一时间内所需要控制的设备数量，这样同一时间内，并联在电源总线上的负载就减小了，就可以减低线路内阻对电压损失的影响。
②接力控制:在某个工程实例中，我们可以采取这样的方法减少线路电压损失:如共用控制模块的防火阀、排烟阀等应采用接力控制方式，由最后一个信号作为反馈输入。如(图2):
图2 多个防烟阀接力控制接线图
在同样满足允许电压损失前提下，合理限制动作电流意义重大，若电流小，可按比例减少电源总线截面，节省造价，方便施工。
3 如何确定电源线路截面
下面结合工程实例，对电源总线线路电流进行计算分析。
3.1 工程案例概况
某项目由1栋一类高层办公楼，层高为3m，共30层。消控室设置在本栋楼一层，消控室距离一层电源总线水平约15m，每层报警总线的水平距离为约15m。该项目总共30个报警回路，拟每十层共用竖向电源总线，系统详见(图3)。以下章节将对21～30层竖向电源总线截面进行选择分析。(为分析方便，仅画出相关部分)
图3 火灾自动报警系统图
3.2 电源总线线路电流计算分析
电源总线线路电流由主机设备电流及外控设备电流组成。主机设备电流为输入输出模块的正常工作电流;外控设备电流包括声光警报器、加压送风阀等外控设备电流。其中声光警报器电流为持续性电流，加压送风阀电流为瞬时性电流。
A、当只考虑正常监控电流时，电源总线线路电流(下简称I)为主机设备电流。结合本工程实例，每层报警回路中输入输出模块个数为14(查样本输入输出模块启动工作电流为20mA)，故B21～30回路主机设备电流为2.8A(下简称I1)。故:I=I1=2.8(A)
B、当火灾发生时，考虑到外控设备的电流，电源总线线路电流(下简称I)由主机设备电流和声光警报器、加压送风阀电流组成。结合本工程实例，根据GB50116－2013《火灾自动报警系统设计规范》第4.8.5条声光警报器(查样本启动工作电流为50mA)同时动作，B21～30回路持续性电流为2.5A(下简称I2);假设当30层发生火灾的时候，考虑加压送风阀顺序动作，及时复位，故仅考虑一个加压送风阀动作电流，查样本瞬时工作电流为0.5A(下简称I3)。
3.2.1 截面选型
经查《建筑电气常用数据手册》04DX101－1表3.14(表1)
表1 不同电压损失下24V及直流线路负荷矩(W.m)截面(m㎡)△U%铜1.5 2.5 4 6 10 16 25 1 217 361 578 866 1444 2310 3610 2 433 722 1155 1733 2888 4621 7220 3 650 1083 1733 2599 4332 6931 10830 4 866 1444 2310 3466 5776 9242 14440 5 1083 1805 2888 4332 7220 11552 18050
(1)当火灾发生时通过持续性电流，给报警回路输出输入模块供电的外控电源线电压损失
△U%=5。查表 2.5 mm2导线负荷矩为1805W.m，外控电源线路的工作电压为24V，折成电流矩75A.m。根据表中数据，同等压降的情况下，截面越大，负荷矩越大，电流矩大。截面和电流矩正比关系可以导成以下公式:
式中S—导线截面(mm2);
I—外控电源线的工作电流(A);
L—外控电源线的长度(m);
(2)根据负荷矩的计算方法，竖向距离按照楼高的70%计算，电源总线长度L=93m;
A、当只考虑正常监控电流时:根据GB50116－2013《火灾自动报警系统设计规范》第4.2条条文解释，严格控制电压损失不超过5%。
B、当火灾发生，考虑瞬时性电流时:经查样本，加压送风阀允许的电压损失一般为20%～30%，综合考虑到线路上接点电阻等因素，当有冲击电流时，系统允许的电压损失可适当放大，按照10%来考虑。
S=S1×L×I/(L1×I1)x(5%/U%)=(2.5×93×5.8/75)×0.5=8.99 mm2
经以上分析计算，当电源总线线路的工作电压为24V时，该项目火灾自动报警系统21层及以上竖向合用电源总线截面选择ZBN－BV－2x10。在实际的工程中，针对所选择的报警控制器输出电压大于24V的情况，允许电压损失适当增加。当电源总线截面超过10 mm2，考虑分层配置，也可就地取电供外控设备用电(如声光警报器)。
4 结语
通过以上的分析计算可以看出，电源总线根据经验数据采用2.5 mm2是错误的。电源总线截面选择太小是导致很多项目调试困难及投入一段时间后瘫痪的原因。在实际工程中，应针对不同工程的不同情况，校验外控电源线截面，从而解决线路电压损失的问题。
参考文献
[1]JGJ 16－2008，民用建筑电气设计规范[S].
[2]04DX101－1，建筑电气常用数据手册[S].
[3]GB50116－2013，火灾自动报警系统设计规范GB50116－2013.