電線電纜防火性能分析

劉水和

摘 要：電力線路在現(xiàn)代社會生產(chǎn)生活中十分常見，因?yàn)殡娋€電纜使用、管理不當(dāng)引發(fā)的火災(zāi)事故也常有發(fā)生。加強(qiáng)電線電纜防火性能研究，對于提高電力系統(tǒng)防火水平保障消防安全具有十分重要的意義。文章圍繞電線電纜防火性能有關(guān)問題進(jìn)行分析和探討，首先分析了電線電纜的起火因素以及相關(guān)特性，其次對電線電纜防火阻燃性能的產(chǎn)生與檢測進(jìn)行了詳細(xì)闡述，最后從消防安全角度對電線電纜的具體應(yīng)用進(jìn)行了討論。

關(guān)鍵詞：電線電纜；防火性能；機(jī)理；防火措施；防火應(yīng)用

引言

現(xiàn)代社會，電力的廣泛應(yīng)用在促進(jìn)社會生產(chǎn)力的發(fā)展的同時(shí)，也給消防安全帶來了威脅。作為電力系統(tǒng)中不可或缺的重要組成，電線電力的消防水平對系統(tǒng)的消防安全水平有著直接影響。大量火災(zāi)事故調(diào)查結(jié)果顯示，電線電纜存在消防缺陷是引發(fā)火災(zāi)事故的重要原因。當(dāng)前，我國關(guān)于電線電纜的消防安全思想屬于被動消防，其采取的防火措施只是從火災(zāi)發(fā)生后抑制火災(zāi)影響范圍擴(kuò)散而制定的。這種被動型的消防原則使得電線電纜防火能力有限，而受實(shí)際施工過程中電線電纜數(shù)量多、分布密度大、施工質(zhì)量不穩(wěn)定等因素的影響，電線電纜發(fā)生火災(zāi)的可能性進(jìn)一步增加。因此，要提高電線電纜消防防火能力，就必須加強(qiáng)電線電纜火災(zāi)隱患防控管理，通過行之有效的技術(shù)措施和嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)要求，最大限度降低電線電纜發(fā)生火災(zāi)的可能性以及提高在高溫、明火等環(huán)境下的耐受能力。

1 電線電纜的起火因素以及相關(guān)特性分析

通過大量火災(zāi)事故調(diào)查分析可知，電線電纜發(fā)生火災(zāi)的原因主要有電路負(fù)荷超標(biāo)，短路、接觸電阻過大及外部熱源作用。在短路、局部過熱和外部高溫環(huán)境下絕緣材料喪失絕緣性能等。調(diào)查結(jié)果顯示，在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，電線電纜會有如下表現(xiàn)：

（1）火災(zāi)事故發(fā)生后，起火環(huán)境溫度會迅速升高，當(dāng)溫度上升至800℃到1000℃，在高溫狀態(tài)下，電線電纜表面的絕緣層會迅速老化，絕緣性能急劇下降。當(dāng)絕緣層絕緣能力降到一定水平后就可能導(dǎo)致短路等次生電氣事故發(fā)生，從而造成更大的損失；（2）導(dǎo)線電纜在規(guī)定的允許載流量下有較大的過載能力；（3）當(dāng)電線電纜發(fā)生短路時(shí)，形成電路通路位置的絕緣層溫度迅速升高，進(jìn)入熔融狀態(tài)，隨著起火燃燒，引發(fā)火災(zāi)。

2 電線電纜防火性能分析

2.1 防火機(jī)理分析

2.1.1 阻燃機(jī)理

電線電纜的阻燃能力的形成在于絕緣層材料在加工生產(chǎn)過程中添加了阻燃劑，從而使得當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)絕緣層的性質(zhì)、表現(xiàn)發(fā)生了改變，進(jìn)而達(dá)到阻燃的效果。

（1）吸熱作用。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，電線電纜絕緣層受高溫影響發(fā)生熱裂解，破壞絕緣層結(jié)構(gòu)，這是絕緣層絕緣能力下降的直接原因。而添加了阻燃劑后，在高溫狀態(tài)下阻燃劑發(fā)生分解反應(yīng)，反應(yīng)過程中吸收大量的熱，從而降低絕緣層溫度，延緩了材料的熱分解速度；此外，在高溫環(huán)境下，阻燃劑相發(fā)生改變，同時(shí)吸收大量熱，這一物理變化也是延緩絕緣層內(nèi)部溫度升高的一個(gè)重要因素。

（2）中止反應(yīng)。阻燃劑受熱分解后，會產(chǎn)生大量具有阻斷效果的物質(zhì)。這些物質(zhì)與燃燒反應(yīng)物發(fā)生反應(yīng)，阻止了燃燒反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，起到了抑制火災(zāi)的作用。

（3）產(chǎn)生隔離層。絕緣層受熱發(fā)生裂解反應(yīng)，生成的產(chǎn)物會在電纜電線表層形成堅(jiān)硬的隔層，從而將尚未反應(yīng)的材料部分與外界隔離，降低熱傳導(dǎo)速度，延緩絕緣層熱裂解的過程。

2.1.2 耐火機(jī)理

（1）電線電纜耐火性能主要是通過在電線電纜的絕緣和護(hù)套材料中加入某種添加劑而實(shí)現(xiàn)的，在火災(zāi)環(huán)境下，該添加劑可以有效降低聚合物產(chǎn)生的熱量，防止聚合物分解或促進(jìn)絕緣和護(hù)套材料炭化形成保護(hù)層。

（2）物理隔離是提高電線電纜耐火性能的另一種方法。目前常用的方法是使用云母玻璃絲帶包覆在線芯金屬周圍，通過云母玻璃絲帶所具有的耐高溫、絕緣效果提高電線電纜的耐高溫能力，使之在高溫環(huán)境下可以正常工作一段時(shí)間。

2.1.3 礦物絕緣電纜機(jī)理

這種提高電線電纜阻燃能力的方法是借助了金屬水合物的吸收效應(yīng)。下面以氫氧化鋁和氫氧化鎂兩種金屬水合物為例，在高溫環(huán)境下，氫氧化鋁和氫氧化鎂受熱分解，分別生成氧化鋁和水、氧化鎂和水，并同時(shí)吸收大量的熱。具體反應(yīng)方程式見下：

2Al（OH）3--*Al2O3+3H2O-2648KJ （1）

Mg（OH）2--～MgO+H2O-93.3KJ （2）

由于吸收了大量的熱，使得絕緣層高聚物燃燒速度受到很大控制。

2.2 電線電纜燃燒特性分類及其標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)

藉由電線電纜的阻燃、耐火性能水平以及阻燃，對其進(jìn)行分類，可以分為普通電線電纜、阻燃電線電纜、耐火電線電纜。而根據(jù)阻燃、耐火的機(jī)理可以將阻燃、耐火電線電纜分為無鹵低煙電線電纜及礦物絕緣電纜。

（1）火焰不僅是火災(zāi)發(fā)生時(shí)的主要危害因素之一，也是火災(zāi)擴(kuò)散的主要原因。阻燃電線電纜就是針對避免明火產(chǎn)生而設(shè)計(jì)出來的。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，阻燃電線電纜絕緣層受到高溫影響發(fā)生變化，但并不形成火焰，從而降低了火災(zāi)的威脅，延緩了火災(zāi)擴(kuò)散的速度。常用的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)為GB/T18380.3（等同于IEC60332-1999）。

（2）耐火電線電纜則指的是在火災(zāi)高溫環(huán)境下一定時(shí)間內(nèi)保持材料性質(zhì)穩(wěn)定和電路正常工作的電線電纜。其檢測標(biāo)準(zhǔn)為GB/T12666.6（等效于IEC60331-21-1999）：

（3）在電線電纜絕緣層材料合成生產(chǎn)時(shí)加入鹵素是常見的絕緣材料阻燃設(shè)計(jì)方法。但由于鹵素毒性較大，所以無鹵絕緣材料成為目前開發(fā)的一個(gè)重要方向。低煙電線電纜根據(jù)耐火性能分為阻燃型和阻燃耐火型兩種，均不含鹵素。其中，阻燃型電線電纜在發(fā)生火災(zāi)時(shí)不產(chǎn)生火焰，生成的煙塵也較少，對火焰的擴(kuò)散、蔓延有一定的控制、抑制作用。檢測標(biāo)準(zhǔn)主要有GB/T17650.2（等同于IEC60754-2）、GB/T17651.2（等同于IEC61034-2）和GB/T18380.3（等同于IEC60332-3）三項(xiàng)。阻燃耐火型則是對阻燃性電線電纜進(jìn)行了強(qiáng)化，不但阻燃，而且保障電線電纜在火災(zāi)環(huán)境下一定時(shí)間內(nèi)工作正常，檢測標(biāo)準(zhǔn)則在上述標(biāo)準(zhǔn)之外增加了GB/T12666.6（等效于IEC60331）。

（4）礦物絕緣電纜是在綠色環(huán)保、健康理念下設(shè)計(jì)開發(fā)出來的又一新型電線電纜，該種電纜不僅在火災(zāi)條件下不會起火燃燒，而且不會形成煙塵和有毒物質(zhì)。其本身也不會因短路而引起火災(zāi)。檢測標(biāo)準(zhǔn)除了常用的GB/T12666.6耐火試驗(yàn)外，還針對火災(zāi)實(shí)際情況，參照英國BS標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)內(nèi)容對電線電纜進(jìn)行了抗噴淋水和抗機(jī)械撞擊（重物墜落）檢測。此外，國標(biāo)GBl3033-1991《額定電壓750V及以下礦物絕緣電纜及終端》也是礦物絕緣電纜常用的重要參考標(biāo)準(zhǔn)。

3 電線電纜在防火工程中的應(yīng)用

3.1 電線電纜的選用

3.1.1 選用原則

消防工程中使用電線電纜，除了要滿足一般電線電纜的使用要求外，還要具有與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)相符合的防火等級，以保證其在火災(zāi)發(fā)生條件下正常工作，保障必須的電力供應(yīng)，將火災(zāi)損失降到最低限度。同時(shí)，基于電線電纜在火災(zāi)環(huán)境下也可能燃燒的情況，在選擇電線電纜時(shí)，要充分考慮其在火災(zāi)狀態(tài)下的特性表現(xiàn)，具體有兩項(xiàng)要求，一是要避免電線電纜因?yàn)槎搪?、過載發(fā)熱引發(fā)火災(zāi)，二是要提高絕緣層在外部火焰灼燒狀態(tài)下保持狀態(tài)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的性能，從而減少絕緣層材料裂解產(chǎn)生的小分子有毒有害物質(zhì)，避免“二次災(zāi)害”的產(chǎn)生。在選用電線電纜時(shí)要堅(jiān)持實(shí)事求是、因地制宜的原則，根據(jù)使用條件選擇恰當(dāng)、適宜的電纜電線，要既滿足使用要求，又保證運(yùn)行安全，還要注意控制成本。

3.1.2 非消防電氣線路的選用要求

（1）對于沒有特殊要求的常規(guī)線路，使用普通電線電纜進(jìn)行敷設(shè)，如果是采用直埋或穿管暗敷的敷設(shè)方式的話，也可以使用普通電纜；（2）如果是多條電線電纜集成一束進(jìn)行敷設(shè)，由于集束電纜工作狀態(tài)下溫度更高，宜使用阻燃電線電纜；（3）對于特級、一級場所等消防安全要求嚴(yán)格的場所，應(yīng)該使用無鹵低煙型；（4）對于木制結(jié)構(gòu)公共建筑，特級、一級場所中承擔(dān)著主干線路職責(zé)，負(fù)荷水平高的線路應(yīng)使用礦物絕緣電纜。

3.1.3 消防電氣線路的選用要求

在為消防設(shè)備選擇電氣線路時(shí)，消防設(shè)備的用電工作時(shí)間是個(gè)重要指標(biāo)，不同用電時(shí)間的線路選擇的電線電纜種類也不一樣。具體情況如下：（1）對于消防設(shè)備用電時(shí)間超過1小時(shí)的情況，根據(jù)敷設(shè)方式選擇電線電纜類型，其中，耐火電線或礦物絕緣電纜用于配電線路采用明敷或暗敷方式的場合，阻燃耐火電線主要用于電線在金屬線槽內(nèi)明敷或穿金屬管、阻燃型硬質(zhì)塑料管暗敷時(shí)的場合，阻燃電線主要用于電線在耐火金屬線槽內(nèi)明敷或穿涂有防火涂料的金屬管的場合；阻燃耐火電纜或礦物絕緣電纜則應(yīng)用于變配電所（或總配電室）引至消防設(shè)備的電源主干線路上。（2）對于消防設(shè)備用電時(shí)間小于1小時(shí)，大于20分鐘的場合，電線電纜負(fù)荷略小，對電線電纜的絕緣阻燃耐火等級要求也較低，其中，采用明敷形式的電力線路應(yīng)采用礦物絕緣電纜；而使用埋墻方式，同時(shí)保護(hù)層厚度大于等于30毫米，或者采用耐火電纜橋架敷設(shè)或云母絕緣耐火電纜封閉式金屬橋架敷設(shè)的情況，可使用普通電線電纜。（3）對于消防設(shè)備用電時(shí)間小于20分鐘的場合，常規(guī)電線電纜的應(yīng)用范圍較廣，比如配電線路穿金屬管或封閉式金屬線槽并涂防火涂料，云母絕緣耐火電纜明敷設(shè)等情況，均可使用常規(guī)電線電纜。

3.2 電纜線路敷設(shè)的防火措施

3.2.1 做好防火封堵措施

對于電力線路穿過多個(gè)區(qū)域的情況，要做好線路穿經(jīng)途中不同區(qū)域間的封堵處理，做好消防隔離，避免發(fā)生火災(zāi)時(shí)火勢沿線路擴(kuò)散。

3.2.2 確保電力線路與熱源和火源間的安全距離

在敷設(shè)電力線路時(shí)，要注意與附近存在的熱源、火源間的距離足夠安全，避免熱源、火源給電力線路帶來的不安全因素。在某些易燃易爆環(huán)境下不能進(jìn)行電氣線路敷設(shè)。

4 結(jié)束語

消防安全重于泰山。電線電纜起火因素和起火后形成的危險(xiǎn)源都較多。在使用、管理電線電纜過程中，必須高度重視電線電纜的防火性能。根據(jù)具體應(yīng)用環(huán)境正確選擇電線電纜的種類、規(guī)格，既要滿足使用技術(shù)要求，又要考慮經(jīng)濟(jì)成本。要加強(qiáng)電力線路的日常維護(hù)管理，確保電線電纜長期處于正常工作狀態(tài)，加強(qiáng)巡視檢查，及時(shí)排除異常情況，將火災(zāi)隱患消滅于起始狀態(tài)，從而有效預(yù)防電線電纜火災(zāi)事故發(fā)生，保障人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全和國家經(jīng)濟(jì)、社會秩序安定和諧。

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