消防机械应急启动装置

我国新颁布的《消防给水及消火栓系统技术规范》于2014年10月1日起正式实施，其中的第11.0.12条中明确的规定：消防水泵控制柜必须具有机械应急启泵的功能，这样对消防泵控制柜行业又提出了一个新名词——机械应急启泵功能。

规范已经颁布实施那么它又该如何的具体实施呢？不管是电气专业人员和排水专业的人员都无从下手。新规范仅仅强调：电源只要供电正常，不管控制线路如何，必须能够强制启动，而如何去实现这个功能该规范并未详细说明。

新规范属于对排水专业的规范，针对其中提到的关于消防泵控制柜的内容，我司和该规范编制组成员进行了深入沟通了解，他们给的说法是，消防泵控制柜行业存在一定的问题，我国曾经出现多起因为控制柜不能启泵而导致不能灭火的案例发生，新规范的目的就是要提高消防控制柜的可靠性。消防控制柜中的机械应急启泵功能就是在控制电路出现故障而电源正常时，能通过机械应急启泵直接控制消防泵强制性启动，这样大大的提高了消防水泵控制柜的可靠性。

那么新规范规定消防水泵控制柜必须具有机械应急启泵功能，其原因我们就很清楚了。但是对于“机械应急启泵功能”是什么？如何去设计？对于传统设计、制造会带来什么？新规范只是指出了要有这个功能并没有具体操作方法。因此小编收集整理国内、国外的相关资料，通过严格的分析验证提出以下几点建议供君参考。

一、国内外相关标准解读

小编对国家标准GB / T 21208 - 2007 / IEC / TS 62091：2003，MOD《低压开关设备和控制设备 固定式消防泵驱动器的控制器》、美国消防协会NFPA 20 - 2007《Standard for the Installation of Stationary Pumps for Fire Protection》和国际电工委员会标准IEC 62091 - 2007《Low-voltage switchgear and controlgear — Controllers for drivers of stationary fire pumps》这三种国内外的相关标准进行分析解读，发现它们提出了“应急机械运行控制”和“紧急运行控制”着连个名词，其含义和我国的新规范中提出的“机械应急启泵功能”类似，可作为我们设计和生产消防泵控制柜的相关依据，小编对其关键部分翻译后发布供大家参考：

1、国家标准GB / T 21208 - 2007 / IEC / TS 62091：2003，MOD《低压开关设备和控制设备 固定式消防泵驱动器的控制器》

其中第8.5.1.2条：控制器紧急运行控制可由机械驱动（比如接触器的机械操作）或者由备用开关来控制完成

紧急运行控制应通过下面4中方式让其达到A优先级别：

①提供紧急运行装置和电动机连续运行和非自动启动的操作。

②紧急操作装置应该设计成只能往一个方向移动,从开始断开到最后运行这个方向。

③紧急运行装置要可以闭锁到运行的位置，应当由操作者选择锁定而不是自动的。

④在运行闭锁位置的以外位置，操作员释放手动紧急操作器，控制器要能够自动转换为断开。

2、国际电工委员会标准IEC 62091 - 2007《Low-voltage switchgear and controlgear — Controllers for drivers of stationary fire pumps》

该规范翻译为中文为《低压开关和控制设备固定式消防水泵驱动器中的控制器》，小编主要摘录了其中的8.5.1.2：控制器的紧急运行控制可以由机械驱动（如接触器机械操作）或者冗余开关装置来完成。冗余的开关装置必须可以进行可机械的操作，防止控制电源断电或者其他控制电路失效。

国标GB / T 21208 - 2007  / IEC / TS 62091：2003，MOD修改采用IEC / TS 62091：2003标准，IEC和我们的国标相比，我们把其的“redundantelectrical switching device”翻译成“冗余开关装置”，我们的国标则是“备用开关电源”。国际电工委员会第二句对冗余开关装置还提出了相关的要求，而我们的国标则没有相关规定。其他的关于“A优先级”相关要求国际电工委员会和国标是一样的。

3、美国消防协会标准NFPA 20 - 2007《Standard for the Installation of Stationary Pumps for Fire Protection》该标准翻译成中文意思为《固定式消防泵安装标准》，小编就着重摘录其中的10.5.3.2——控制器应急机械控制。

①控制器必须配备紧急运行手柄或者是操作杆用于机械性闭合电机电路上开关机构。

②操作杆或者手柄必须提供电机连续的运行和非自动的操作，这种操作不应受任何装置影响，更不能依赖压力开关的控制。

③以上这种方法必须能够手动操作通过手柄或者操作杆进行机械闭锁，或者使其位于启动位置，

④机械闭锁不能是自动必须由人为的操作。

⑤操作杆或者手柄应该只能往一个方向移动，也就是从断开的位置到最后的启动位置。

⑥除去一般的权运行位置，操作员在所有位置释放操作杆或者手柄时，电机启动器都要能自动的返回断开位置。

根据以上对三个标准的了解，小编通过总结得到下列信息：要实现新规范中的机械应急启泵功能，就必须先在消防水泵的电动机主电路设置一个可被机械驱动闭合的开关（比如接触器等）或者一个冗余开关装置，这一个冗余开关装置还必须是可以机械操作的；之后要在消防泵控制柜上加装一个紧急操作杆或者手柄，用来机械性别和上面的开关机构或者冗余开关装置。

二、机械应急启泵功能如何具体设置

我们要善于学习别人的有点，进而通过别人的优点反照出自身的不足，既然NFPA和IEC标准中有关于“应急机械运行控制”和“紧急运行控制”的要求，那么国外就可定有非常成熟的产品完全符合上述标志，那么我们就可以借鉴一下他们的做法，国外的应急启泵如何做的呢？

根据J我司技术人员叙述，他们的点击驱动消防泵控制器按照电机启动方式包括：电阻启动、全压直接启动、开式星三角启动、固态软启动、闭式星三角启动和部分绕组启动等类型，而这些所有的控制器都具备紧急启泵功能。下面为Joslyn Clark公司消防泵控制柜的部分技术细节。

1、消防泵控制柜

柜体设置有下列功能组件：

①断路器操作手柄和隔离器，可以同时进行断路器和隔离器的操作。

②手动的启动、停止按钮，用来实现标准规定的机械应急启泵功能。

③机械应急启动手柄可以通过机械方式闭合接触器。

④具有人机交互的界面，可以对各种系统参数进行设置和显示。

经过实际的检验，柜体设置这些功能组件都是根据NFPA和IEC标准。

2、机械应急启泵功能具体实施

通过小编和Joslyn Clark公司相关技术人员的多次沟通和交流，了解到机械应急启泵功能适用于全部的启动方式，包括降压启动和全压启动，在Joslyn Clark公司的消防泵控制柜中，配备机械应急启动手柄，紧急情况下一旦拉动手柄，柜内机构会以机械方式闭合主回路运行控制器，使水泵点击全压启动。

在Joslyn Clark公司生产的消防泵控制器中，直接气动控制其这种方式最为简单，应急手柄只需要拉动闭合主接触器，就可以实现机械应急启泵功能；软气动控制器方式，依靠应急手柄闭合支路接触器来实现应急启泵；而星三角启动控制器方式，必须要应急手柄同时闭合两个运行用接触器，从而实现应急启泵。所有降压启泵激动控制器，在实现机械应急启泵功能时，都需要通过应急手柄的操作，跳过了降压启动这一步，控制消防水泵点击直接全压运行，达到直接启动的目的。

3、电控制器的标准设置

①交互界面

包括手动停止和启动按钮；设定启泵的参数和显示系统压力数值；故障报警、运行中的电流显示和三相电压显示等实时数据显示；历史参数数据的记忆功能；Modbus TCP以太网通讯接口；可通过变成操作运行周期的定时器（如设置定期启动水泵）等。

②启动、停止水泵的控制功能

a.交互界面上设置停泵、启泵按钮；

b.控制柜柜体外表配备机械应急启动手柄，只要拉起就可以应急启泵；

c.水压力系统的应急启泵；

d.其他消防设备远程遥控自动启泵；

e.远程的手动启泵。

③PMR（电源监视继电器），基于继电器上的微处理器

提供水泵电机的堵转保护、电流和电压检测，并将参数实时显示在交互界面上。

4、典型的控制电路

配备全新的机械应急启泵装置的消防泵控制柜，对于控制线路又有哪一些新的要求呢？当操作人员拉动应急手柄进行紧急启动，控制电路需不需要断电？小编通过对Joslyn Clark公司产品的控制线路比较，发现其中开式星三角启动的控制线路（如图2）相对来说比较复杂，并且具有很强的代表性，我们就来进行详细的探讨如下：

1、常规的启动控制

电动机的主电路设置有S、1M、2M共三个接触器，当控制器由消防远程启动信号、主管低压压力信号、其他消防信号或者控制器的面板直接手动启动时，其中的CR2继电器启动（正常情况该继电器位于通电位置），1M、S接触器得电闭合，水泵电机绕组按照星形的连接方式启动。与此同时AT定时器进行延时，到达设定的时间，AT定时器常闭触电断开，使继电器ATR断电，ART辅助触电使S接触器断电、2M接触器通电。这时候 由于1M、2M主触头的闭合，水泵电机绕组将按照三角形接线进入全压的运行状态启动水泵电机。

2、机械应急启动控制

在上面的电路图中，有一条虚线把机械应急手柄、限位开关LS和1M、2M接触器互相连接，这种连接代表着一种机械操作逻辑关系，就是当进行应急启动时，拉起机械应急手柄会带动1M、2M接触器闭合，同时LS限位开关由6-30号段子的接通转换为6-2端子的接通，当应急手柄取消操作时，会进行反方向的联动。在小标和Joslyn Clark公司专业技术人员的了解交流中证实这一点，并且还印证了机械应急启动就是采用机械的动作方式、闭合主回路运行接触器，达到水泵电机直接全压启动。

这个结构推翻了小编原先的想法，原以为应急机械手柄拉动时，限位开关会立刻断开电路电源来避免机械操作和电器控制起冲突，但是Joslyn Clark公司设计的方法却并非如此，通过更加深入和了解，小编不得不佩服美国消防行业的缜密思维。

我们大家都应该知道，辨别接触器主触头性能好坏的方法大多是通过电磁铁快速动作为前提，接触器的动作越快速，电弧的触头伤害也就越小，如果我们只通过机械手柄来闭合或者断开接触器，会因为我们的动作缓慢而造成触头的损伤，虽然这种损伤非常小，但是Joslyn Clark公司为了尽可能减少伤害而设计了限位开关，每当操作员拉动应急手柄，限位开关会第一时间动作，绕过正常启动顺序，直接让1M、2M接触器通电，如果这时接触器线圈完好，接触器的主触头将会以电的方式先于机械方式快速闭合从而接通水泵电机电源，完成机械应急启泵。当然线圈如果发生故障，还有备用方案就是以机械的方法闭合接触器。

这个时候我们有些同行会说，火灾难得一遇，应急启泵装置很少去动用，这种对接触器触头的损伤非常的小，没必要去弄这个限位开关。小编认为这么说不无道理，可是火灾既然发生的概率非常的小，我们的消防水泵应急柜更应该做到养兵千日用兵一时，避免任何意外情况的发生，所以要减少这种触头的损伤。只有这样一旦发生火灾才能保证应急启泵功能的顺利运行。Joslyn Clark公司对于消防泵控制柜的这种做法非常的实用且科学，使应急启泵装置在日常维护、演练或者灭火实战中，才能最大程度减少这种对触头的损伤，同时也让应急启泵装置多一次的使用寿命，这种设置限位开关的做法值得借鉴。

3、消防泵控制柜和电源系统的组件性能要求

按照GB / T 21208 - 2007 / IEC / TS 62091：2003，MOD、NFPA20 - 2007、IEC 62091 - 2007标准设计生产机械应急启泵产品时，消防泵控制柜和电源系统各组件的性能要满足哪些要求？

①电源容量

不管消防泵控制柜采用哪种方式启动电机，当应急启泵时，最终都会用机械的方式闭合主电路的接触器，使水泵电机全压启动，那么电源容量就应该满足电机的全压启动。

②控制柜箱面

消防泵控制柜的箱面要配备本文章图1的功能组件，来满足上述标准对这些功能“可外部操作”的具体要求。

③隔离器

a.隔离器的额定电流不能小于水泵电机额定电流的115％；

b.出于安全性考虑，断路器要和隔离器联锁。

使用有隔离功能的断路器，要满足下面的要求。

④断路器和堵转保护装置——过流保护装置

上述标准中要求设置堵转保护和短路保护功能，并且是唯一允许装设的电流保护装置，还规定这样的保护装置要具备在火灾发生的情况下，其第一次动作断开后，消防人员还要具备“二次机会”的能力，将消防泵控制控柜迅速恢复工作状态。

电流的要求：断路器额定电流不能小于水泵电机额定电流的115％。并且要提供短路保护和分段的功能。

断路器应在正常启动和应急启动时不脱扣，所以其瞬动保护要按照电机全压启动设定，来避开水泵电机启动电流。

上述规定还描述了堵转保护装置的动作方式和特性，本文就不对此进行介绍。因为这种脱扣和跳闸的堵转保护，和我国现行的消防泵在过负荷情况下要坚持工作不能停泵的规定互相违背，所以这种装置在我国的消防泵控制柜中不能实现。

⑤接触器

a.接触器要为电磁型，同时可通过机械操作方式闭合主触头。根据小编的了解国产接触器大多数不具备这样的功能，在设计选择时，需要向接触器供应商核实。

b.接触器的使用类别为AC-3.

c.接触器要能承受堵转电流，要能承受长达20秒的7.2倍电机额定电流，和承受3倍电机额定电流3分钟以后，触头仍然完好。

中启小编认为上述标准对接触器和堵转保护组件提出的要求合情合理，因为它们能够确保在电机堵转保护前，这些组件还都能正常的坚持工作，能够让消防泵充分的发挥灭火的作用，这些都值得我们消防泵控制柜行业研究和思考。