慧聪消防网讯 CFIC2024&交易会暨第十七届品牌盛会 2024消防中国万里行 易招通牛企榜
今年10月12日-13日,CFIC2024中国消防安全产业大会&交易会暨第十七届消防行业品牌盛会在广州隆重举办。本次大会主题为“新质·融合·迎变”,由“主题报告、高峰论坛、品牌盛会、交易会”等内容组成,汇聚了全国各地消防同仁。主题报告环节,CCDI悉地国际电气总工程师 李炳华发表主题演讲《城市更新智慧用电改造防火设计》。
很高兴有这个机会和大家做一个交流,今天也看到了很多新的技术、新的产品。我分享的题目是《城市更新智慧用电改造防火设计》。
首先看一下城市更新,大家都很熟悉了,但是标准还是缺失的。我查了相关资料,相对靠谱的就是CECS,还能说明一些问题,相对还是不错的。它是这么定义城市更新:为了完善盘活利用存量资源、促进城市产业转型升级,完善城市公共服务设施,治理城市生态环境,挖掘历史文化资源价值,提升防灾减灾能力,治理城市生态环境,完善交通功能等对城市建成区城市空间形态、功能进行整治提升的活动。可以看到,它不局限于建筑,建筑仅仅是其中的一部分,还包括其他的好多领域。
截至今年7月份,全国已经实施城市更新项目超过6.6万个,完成投资2.6万亿元。消防方面,今年消防救援局新闻发布会上公布,今年1到8月份,我国在共发生火灾66万起,造成1324人死亡,与去年同期相比,火灾起数和死亡人数上升了。同时,1到8月份,因电气原因引发的火灾还是高居榜首,20.8万起,比去年同期上升14.4%,比例是很高的。从2007年到今年1到8月份的数据找出来了,发现电气原因发生的火灾,大的比例就是30%上下,有的年份稍微高一点,有的年份稍微低一点,这就是电气火灾总体的情况,不容乐观。
关于智慧用电,其实我们的智慧用电和配电是一体的,我们把电配好了后给你电源,我们的用电设备怎么使用,那是用户使用的问题。智慧用电,我也查了资料,也没有相关的标准和定义,相关的国标、行业标准还是比较缺失的。有一个定义还是有点意思,就是智慧用电是基于物联网、大数据、云计算等技术实时检测电气设备,实现用电安全的智能化管理。这其中,我理解的用电安全包括电击防护和电气火灾防范,电击防护就是避免人遭电击伤亡,包括监控和预防。今天的主题主要就是电气火灾防范。
这是中国建筑学会的《民用建筑智能供配电设计标准》,现在正在报批阶段。它的定义是在传统的供配电基础上,基于物联网等信息技术,结合云平台、大数据分析和人工智能等技术,具备智能化监控和运维管理的供配电系统。
对比上面这个智慧用电的定义来看,两者是比较接近的,毕竟供电和用电是相辅相成的。也就是说,智慧用电是智能供配电系统的组成部分,也是它功能的延伸。
在这个设计标准里面有一个IMS网络结构图,这个构架图是三层结构(设备层、通信层、平台层),最下面的是设备层,主要是对相关的数据进行检测和采集,包括有一些智能的设备,像断路器,有很多企业在生产智能断路器,还有一些传统的非智能性断路器,要配其他的智能采集器、智能终端等等把数据采集起来;通信层就是把采集的数据进行数据传输;再到上面就是平台层,平台层对数据进行存储、处理、分析等等,还有一些应用都是在这个层面里面。目前这个标准正在报批阶段,应该很快和大家见面。
1、电气火灾的原因
可以看一下电气火灾的最主要的原因。通过这个公式能得出,导体通过电流可以发热,这个发的热和电流的平方成正比,和电阻成正比,和通电的时间成正比。所以我们很多电气火灾就是由于这三大原因,相对来讲,造成的火灾占的比重就更大,当然还有其他的原因。
我们再详细分析一下,短路尤其是相线短路,两个相线一搭接起来以后,短时间里面非常大的一个电流,所以电流的平方就非常高。我们可以看到有一些电气的事故突然短路以后甚至造成爆炸,像有一些开关柜都可以给炸坏掉,所以这是非常恐怖的。
还有一种现象就是,过载的电流没有短路电流大,但是它也超过了导体的载流能力,这样会把绝缘慢慢老化。如果这个电流再大一点的话,它甚至可以把绝缘损坏掉,这就是一个过载,过载尽管没有短路来得这么快,它时间可能会长一点,更可怕。所以过载也是属于电流大了,超过了载流的能力,它一平方起来,这个能量就大了起来。
还有漏电,漏电在我们目前应用中更多是剩余电流。漏电本身电流并不是很大,不太容易引起人们的重视,更多的人重视漏电是保护人身安全的,从火灾来讲,容易被忽略。尤其最近这十几年,我们采用剩余电流火灾报警用的,经常出现一些误报,所以很多单位把它拆了、不用了,这是不应该的,如果出现了报警的事故,这种信号应当检测一下到底是什么原因。所以漏电也是可以引起火灾的。所以,IEC标准、我们国家的标准GB50054《低压配电设计规范》、GB50116《火灾自动报警设计规范》等等都提出相关的要求,(探测器报警值)定在300mA~500mA。
从电弧的类别来看,这张图是一个动画拍出来的视频,可以看到电弧的威力也是很大的,现在从电弧的保护来讲,也是对火灾很好的预防办法。还有接触电阻过大等类别原因。
我们可以看一下城市更新,在建筑里面,老旧的建筑存在很多设备,电气设备的概念是一个大的概念,包括用电设备。还有系统也是比较陈旧的,这样对我们电气防火提出了一个新的挑战。
1、 系统老化、电气设备陈旧对电气防火的挑战
左边这个系统是改革开放前的住宅系统,以住宅为例跟大家做一个介绍。这个系统有什么特点?大家可以看一下,前面的保护用的不是断路器,而是熔断器,导线用的是铝导线,这就是改革开放前“以铝代铜”,因为我们国家铜的资源比较匮乏,铝是比较多的,所以在改革开放之前大量使用铝导体。当时还有一个特点,不是接地系统,是接零系统,现在还有很多单位还是说的接零。铝导体的载流能力相对铜来讲是比较弱的,大概只有铜导体的60%左右。这里有什么问题呢?随着我们家用电器的增加,导体的通流能力大大不足,前面的熔断器的熔丝,如果是单位里配备电工还好,但是我们家里面过去经常出现这种现象,熔丝没了,怎么办?用一根铜线把它缠上,灯亮了,以为就是好事,其实隐患就在这个地方,该保护的时候起不到保护作用,这样就容易引发火灾。
到了90年代的时候,我们国家经济水平也提高了,家用电器也进入到了我们的家庭,包括冰箱、彩电、洗衣机、空调器等等。这时候我们的系统发生了一些变化,好多城市在这个时期进行了城网改造。这样的话,把每一户的照明、插座分开,分回路进行供电。另外,保护电器不再采用不好维护的,你让老百姓怎么维护呢?不好维护的熔断器换成了自动开关,就是断路器。而且导线采用了铜导线,通流能力得到了大大提高,把接地系统,按照IEC的要求,不再是前苏联的接零系统进行推广和实施,这个举措取得了非常大的作用。
到了新世纪,随着用电设备的增加,我们的住宅又发生了很大变化,我们的设计标准也逐渐完善,比如像住宅设计规范出了两个版本,住宅建筑规范、住宅建筑电气设计规范等等这种标准的出现,对我们新世纪的住宅建设起到很好的作用。我们看新世纪的住宅系统和之前的系统有很大的区别,因为一家多个空调器,家用电气种类繁多,回路数也就多了。
具体看一下《住宅建筑电气设计规范》的要求,它把我们住宅里面分成ABC三种类型,分别对应用电负荷指标是3KW、4KW、6KW,所以我们看到有容量的保证,同时在8.4.2条里面又对家居配电箱供电回路也提出了要求。也就是说,在我们住宅里面,至少5个配电回路,往往这5个配电回路是不能满足需求,所以我们上面那个系统图的案例可以看出,大概有10个回路,有的项目比这10个回路还要多。
到了现在,家用电器种类家用电器种类更多,户式中央空调、家用电梯、电动汽车充电桩以及光伏进入家庭,但新的住宅项目规范现在还没出来,已经经过几次的审查和报批,现在还没最终出来。在工程建设行业总共有38本全文强制性的规范,现在已经发布了37本,就剩住宅,因为住宅涉及广大老百姓。在这个报批稿里面明确指出,两层以上要设电梯,所以大家可以看到电梯有可能会进入到我们的家庭,这种可能性还是会越来越大,用电设备、用电负荷容量会大大增加,无论是旧城改造还是城市更新,这些因素都要考虑进去。
所以从用电角度来看,城市更新需要相应的供配电系统同步更新,以满足城市空间形态、功能整治提升的要求,并提升电气防火、电击防护能力。
2、新时代电气系统、用电设备的不断增加对电气防火提出更高的要求
新时代电气系统、用电设备的不断增加对电气防火提出更高的要求。这里有一个预测,因为我们国家在双碳战略目标下,到2060年实现碳中和。在这种情况下,我们建筑用能水平还能提高,但是这个提高需要在合理增长的前提下,我们建筑电气系统至少要达到两个90%,还要大力推广建筑节能的工作,这才有可能实现碳排放降到5.5亿吨左右。这样的话,基本满足《巴黎协定》2度目标的要求,现在有的专家已经提出了2度都不行,赶快实施1.5度这个目标,否则2060年碳中和达不到。所以这个2度目标有可能要调整。
两个90:第一个是建筑电气化率90%,第二建筑电力供给中非化石能源比例要不低于90%。我们主要看第一个90%,各位想一下,你们现在家里用能还有什么没有用电?我数了数,我们家的热水是烧的天然气,我们家做饭用天然气,我们家空调集中供暖,集中供暖烧什么不知道,大概率是烧的天然气清洁能源。如果电气化了,这三大头都要改,其中供热我们没办法改,那是属于热力公司从碳源头弄起,没办法。包括说采暖、电热水器、做饭等,不用天然气而用电,这样用电设备又大大增加,用电的容量也大大增加。在这种情况下,我这边就给出几点建议:
* 第一,电炊具用一个回路不够,至少两个回路。中餐,为什么很多人不愿意用电磁炉?我们炒菜用电磁炉炒煳了或者炒出来不好吃,所以有它的这种特点,必须要用大功率的。而且每个导线截面积建议不低于4mm2,这要根据具体情况来看。
* 餐厅电炊具也要用专用回路,不带别的设备,也不少于1路。为什么餐厅也要搞一个?我们经常冬天吃火锅,这个功率也很大。
* 电热水器因为是固定安装的,我们要用专用回路,截面积是4~6mm2,视具体情况而定。
* 还有小厨宝,使用方便但功率也都很大,至少也得2KW。在这种情况下,建议导线截面积2.5~4mm2,根据这个功率再进行调整。
* 电采暖(如空气能热泵空调)专用回路1路,家里面用少说也得要4、5KW以上,这是电的功率,建议导线截面积4~6mm2,根据具体情况来确定。
所以,未来建筑电气化是实现“双碳战略”的重要措施,在这种情况下,城市更新,我们要有新的系统和它进行相适应、相配套。
3、 电动汽车充电设施对建筑电气防火的影响
首先是要避免高峰时段负荷叠加,这个是非常可怕的一种现象。在这种情况下,有很多种解决措施,其中有序充电是解决问题的有效措施之一,现在相应的标准也都逐渐推出。
光储充一体也是解决供电能力不足的有效措施之一,也都有相关的案例,相关的标准也逐渐在进行推出。
建筑内的充电设施防火措施,如果我的充电设备不在建筑里面,进入到建筑里面,它就要进行供电,同时带来一些隐患。在这种情况下,中国建筑学会标准《电动汽车充换电设施系统设计标准》中提到,基于动力电池的现状,民用建筑内设置电动汽车充电设备的有三个要求:设置防火单元,一旦发生火灾,控制在一定小的范围里,不至于造成更大的损失,同时也争取到了疏散的时间和救援的时间;限制充电设备容量,这个充电设备容量目前定的是不大于7000瓦;设置并完善消防报警、消防灭火相关系统。
3、 城市更新建筑电气防火也需同步更新
城市更新建筑电气防火也需同步更新,重点说一下智能供配电系统是电气防火有效措施之一,变“消”为“防”!消就是发生火灾了要给它灭掉,但我们要主动地防。《智能供配电系统设计标准》中就给出了一些相应的做法,这张表就是标准里面的一张表,通过正常运行时候的监测,监测故障电弧、剩余电流、谐波、电缆母线的温度等等,这样有异常时就能及时报警、及时处理、及时处理。现在智能供配电系统已经得到了很好地应用,有很多案例,有我们国产的品牌,也有国际大的品牌。
最后总结一句话,从用电的角度看,城市更新需要相应的供配电系统同步更新,以满足功能整治提升后的供电能力,在此基础上提升电气防火、电击防护能力,谢谢大家!
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