民用建筑電氣線路防火系統設計初探
發布時間：2011-09-30 共1頁
摘 要 文章從造成電氣火災的重要線路著手，詳細闡述了民用建筑配變電系統中電氣線路的防火設計選型、配電線路敷設的防火蔓延措施和配電線路的電氣防火保護，力圖從電氣火災的源頭線路防止火災的發生。
關鍵詞 電纜母線槽 防火設計
據全國火災事故統計分析，因電氣線路著火造成的火災事故在其中占有很大的比例。電氣線路故障引起火災的過程如下：電線、電纜局部著火后，火勢迅速蔓延，同時產生大量的有毒的煙氣，對人體構成威脅，致使消防人員不能靠近火場及時撲救。
同時，線路絕緣膠皮燃燒產生的氯化氨與空氣中的水分相結合，化合成稀鹽酸附著在電氣設備、儀器裝置上生成導電薄膜，嚴重降低了機電設備和一、二項接線回路的絕緣性能，直接影響機電設備和發電機組的安全運行并縮短其壽命。因此為防止電纜引起火災和盡量減少氯化氫等有毒氣體的產生，迫切需要國內有關部門重視電氣線路防火的管理、監督和科研工作，并采取有效的預防措施減少電氣線路火災的發生率。
1.電纜、電線及母線槽的防火設i,-I-選型
任何民用建筑和內部裝修本身的不燃化是有局限性的，而電能分布在民用建筑物內、外各個部分。盡管消防部門年年都強調加強防火管理，注意用電安全，但任何完善的防火管理都不可能使電氣引發火災的幾率為零。
電氣火災的危害案例最多的還是線路，如電纜、電線(包括母線槽)等配電線路。近年來，因電纜、電線、母線槽著火延燃釀成的重大火災，國內外時有發生，已引起人們的深切關注。民用建筑物特別是高層、超高層民用建筑，除認真考慮建筑物及裝修材料的不燃化外，電氣設備、配電線路所采用的各類電纜、電線、母線槽更需要采取阻燃化、難燃化和不燃化的措施。
1.1阻燃型電纜、電線
具有阻燃性能的PVC絕緣和護套電纜、電線，耐溫有70℃、90℃、105℃之分，阻燃特性氧指數為32級以上。阻燃型電纜、電線不易著火或是著火后不延燃，離開火源可以自熄。但用阻燃材料作導體的絕緣有一定的局限性，它僅適用于有阻燃要求的場所。耐溫105℃絕緣導線也稱作耐熱線，用于溫度較高的場所。
日本JISK7201標準中規定了按測得的氧指數對材料難燃性進行判定的等級：
材料難燃性進行判定表
難燃級別 一級 二級 三級 四級 五級
材料氧指數 >30 27~30 24~27 21~24 <21
1．2銅護套、氧化鎂粉絕緣銅芯不燃電纜
一級負荷的特別重要負荷中，如消防電梯、消防泵、應急發電機等電源線，應積極推廣銅護套銅芯氧化鎂絕緣防火電纜(簡稱為MI電纜)。MI電纜和耐火母線槽是預防和撲救高層、超高層民用建筑火災的重要舉措之一。MI電纜價格比阻燃電纜價格更高，敷設方式均為明裝敷設。
MI電纜有如下特點：
(1)防火、耐火、耐高溫。銅護套、銅芯線熔點為1083~C，無機物氧化鎂粉絕緣材料在2200~C高溫下不熔化，有很強的防火、耐火性能，且氧化鎂絕緣材料被緊密地擠壓在銅護套與銅芯之間，MI電纜的部件全部用絲扣連接，任何氣體、火焰都無法進入設備和電纜內。能在250~C的高溫環境中長期安全工作，用在應急發電機、消防電梯和消防泵的低壓配電線路上，可為消防人員火災的撲救贏得時間和提供保證；
(2)無煙、無毒，有利于人們撤離火災現場，更有利益于消防人員撲救；
(3)防水、耐腐蝕性能高。銅護套本身就具有良好的防腐性能，MI電纜在民用建筑中無需套塑料護套。銅護套為無縫銅管制成，即使浸泡在水中也可長期安全通電運行；
(4)無輻射、無渦流、過載能力強。銅護套有很高的防磁性能，能起到很好的屏蔽作用，還能防止輻射。單芯電纜無渦流效應，故銅護套不會發熱。與相同截面的其他阻、難燃型電纜相比較，MI電纜內無機絕緣的氧化鎂材料短路和過載時不存在絕緣軟化和損壞，也不會自燃。由于其過載能力很強，根據負荷計算電流選用線芯截面時沒必要放大1~3級，這在性能價格比上較為可取；
(5)機械強度高，外徑小，使用壽命長。MI電纜的銅護套、絕緣粉、銅護套三維一體的結構，在機械撞擊和外力敲打下也不會損壞，確保電氣和絕緣性能指標不變。由于特殊的結構和機械強度高，銅護套外部直徑比其他阻燃、耐火電纜要小，因此占地面積就小。氧化鎂粉是無機材料，化學性能極為穩定，也不存在老化的問題。銅護套在民用建筑中幾乎能達到永久性保護作用，而其他有機材料作絕緣的導體，在不過載的情況下其壽命為15-20年。阻燃電纜和難燃電纜只要經火燒烤后，外部有機絕緣材料就會軟化，失去或降低電氣和絕緣性能。火災燃燒后，一般都要更換。而MI電纜在火烤后，氧化鎂無機絕緣材料不會降低電氣和絕緣性能，仍可繼續使用，無需更換；
(6)安全可靠性高，MI電纜的銅護套本身就是很好的PE接地線，確保人身和設備安全運行，不必另增設一根PE地線；
(7)使用靈活方便。在民用建筑中的配電線路，只要滿足敷設高度在2．5m以上，MI電纜就不必要求機械保護。MI電纜可直接敷設在天棚內，無需金屬封閉線槽保護。
1．3密集型插接式母線槽
配電線路采用密集型母線槽與傳統的電力電纜配電方式相比較，有許多突出的優點。如體積小、結構緊湊、占用空間位置小；傳輸電流大，能很方便地通過母線槽插接式開關箱引出電源分支線；選材優良、設計精致，具有較高的電氣及機械性能，外殼接地好，安全可靠。因此，在國內外高層與超高層民用建筑的低壓配電干線中廣泛采用。密集型母線槽，不如空氣式母線槽插接孔引出分支回路隨意性強，但防火性能好。密集型母線槽的敷設必須現場實測，安裝線槽的長度精確度要求較高，母線槽的插接式開關箱高度也應根據設計確定。
密集型母線槽的分類如下：
(1)普通密集型母線槽：采用國內名牌熱縮套管，精細加工組裝，絕緣性能可靠，壽命可達20年，免維護。但不阻燃，該母線槽可作為普通多層民用建筑的大負荷機電設備的配電干線；
(2)阻燃密集型母線槽：銅母排上采用聚四氟乙烯薄膜纏繞3層，工頻耐壓可達3750V。母排纏繞后，采用進口PayChem或國產名牌熱收縮套管作為護套，在各相母線間采用阻燃絕緣薄板隔離，氧指數32級以上，達到母線槽的電氣和阻燃性能；
(3)耐火母線槽：設有特殊耐火性能的纏包云母帶(或絕緣性能高且不燃的特殊的環氧樹脂粉噴涂在母排上)，附件為耐火的絕緣件。在母線連接頭、插接箱、母線槽殼體等部位經特殊設計加工，具有符合耐火標準的耐火性能。消防泵、消防電梯、應急發電機等低壓配電干線應選用耐火型密集母線槽，保證在火災時電源的供應，以利于火災的撲救。
2.配電線路敷設的防火蔓延措施
就防火而言，進入建筑中的中壓10kV電力電纜、進人民用建筑物內電纜的敷設應采用金屬鋼管和金屬封閉式線槽保護，但金屬鋼管和金屬封閉式線槽無論是在電氣豎井內還是在其他部位明敷設均應刷防火漆保護。10kV電纜從建筑物進戶處至中壓配電柜以及由中壓配電柜至電力變壓器，線路雖不長，但電力電纜也應按防火要求敷設和防護。
為防止低壓配電線路電氣火災，除盡量減少線路的短路、過載和接地故障外，還需在低壓配電線路發生火災能有效地限制火勢沿配電線路的路徑蔓延。
(1)高層、超高層民用建筑的電氣豎井較長，一旦發生火災，豎井則成為通風道，會產生煙囪效應。因此要妥善處理每層配電及弱電豎井的地面，將各種電氣線路孔洞的空隙，采用與建筑構件具有相同耐火等級的材料堵塞嚴實，形成樓層豎井間的防火密封隔離。電纜在樓層間穿通時，穿板套管兩端管口空隙也應作封閉隔離。強、弱電豎井的地面應高出同層地面高度50~100mm，以防止水進入豎井造成強、弱電線路二次災害。尤其在有火情時，確保火災自動報警系統和消防聯動系統的配電和信息系統的暢通非常必要。自動火災報警系統和消防聯動系統應單獨設置電氣豎井，貫徹“預防為主、防消結合”的方針也是重要舉措之一。電纜橋架、母線槽、金屬管等配電線路干線安裝位置，應盡量避開可能受到噴淋裝置直接噴淋的部位；
(2)關于貫穿耐火墻的配電線路，應按防火分區的要求認真考慮，特別是易燃絕緣材料的配電線路，選用電纜橋架、母線槽等貫穿耐火墻時，應采用按相同燃燒等級的材料將孔洞堵塞嚴密。隔墻兩側貫穿的電纜橋架均應鋪細砂，長度距墻一般為lm。以免火勢從一個防火分區，經線路通道竄人另一個防火分區的線路通道而擴大火勢；
(3)配電線路選用易燃絕緣材料的電纜時，應將易燃線路完全封閉在耐火的電線槽內，外殼應刷防火涂料；
(4)電纜、電線的套管(G25以下除外)，管口兩端均應采用與周圍相同耐火等級的材料堵塞：
(5)在橋架上敷設電纜不是在橋架內分支，而應在橋架外檐附加的分線盒內分支。電氣線路敷設及電纜溝在進入建筑物處應設防火墻；電纜隧道進入建筑物及配變電所應設有帶防火門(帶鎖)的防火墻，電纜穿墻保護管兩端應采用難燃材料封堵。對用易燃絕緣材料防護的導體的電氣線路，應要求隔離和封閉外，并盡量縮短線路的長度。具有防火隔離的不同線路通道間的線路也應防止相互串通，避免火勢從一線路通道竄人另一線路通道，擴大火災的范圍。在室內的電纜橋架布線，其電纜不應有黃麻或其他易燃材料的外護套。消防配電線路采用暗敷設時，應敷設在不燃燒體結構內，且保護層厚度不宜小于30mm。當采用明敷設時，采用金屬管或金屬線槽上刷防火涂料保護，因為金屬管和金屬槽本身并不具備防火性能。當采用絕緣和護套為不延燃材料的電纜時，在豎井內可不穿金屬管、金屬線槽保護，但線路穿過豎井地板時，必須穿過板管、槽保護，上、下兩端管、槽口空隙同樣應作密封隔密。
3.配電線路的電氣防火保護
配電系統和電氣設備由于絕緣老化、損壞或其他原因，可能發生各種故障和不正常的工作狀態。其中最常見的是短路故障(包括接地故障)及線路的長期過載。當電氣線路發生故障時，必須迅速切除故障，縮小故障的時間和范圍，以降低電氣線路火災幾率。
3．1 配電線路應設過負荷保護
電氣線路短時過載是不正常的，但如果電動機起動時間不長，不會超過母線槽、電纜、電線的允許溫升，也不會對線路造成損害。輕微的過負荷時間較長，也將對線路的絕緣、接頭、端子造成損害。導體的絕緣長期過負荷，會長時間超過允許溫升，導體絕緣將會加速老化，縮短絕緣導體的使用壽命。嚴重過負載，例如100％過負載時，會使絕緣在短時間內軟化變形，介質損耗增大，耐壓水平降低，導致電氣線路短路，引起火。過負載保護的目的也在于防止短路和接地故障的發生。
中華人民共和國強制性標準GBG50054-95《低壓配電設計規范》第4．3．4條過負載保護電器動作特性應同時滿足下列條件：
Ib≤In≤Iz 12≤1．45Iz
式中 Ib——線路計算負載電流(A)；
In--一熔斷器熔體額定電流、斷路器額定電流或整定電流(A)；
Iz——導體允許持續載流量(A)；
12——保證保護電器可靠動作的電流(A)。當保護電器為低壓斷路器時，12為約定時間內的約定動作電流；為熔斷器時，12為約定時間內的經定熔斷電流。
3．2配電線路應設短路保護
配電線路不僅要考慮正常運行情況，而且要考慮發生故障時的非正常運行狀態，尤其是短路故障，即配電線路中不同相或相與中性線的絕緣導體，直接金屬性連接或經過小阻抗連接在一起。配電線路短路時，如果不在短路電流對導體和連接件產生熱作用和機械作用造成危害之前切斷短路電流，那么短路電流會迅速使電氣線路的絕緣軟化甚至燃燒。其導體、電流、電火花的高溫，也會引燃近旁易燃物質。因此線路的電流側都裝有熔斷器或低壓斷路器等保護電器，正是為了在短路時能迅速切斷線路的電源，避免火災的發生。配電線路采用的上、下級保護電器，其動作除應具有選擇性外，還要使保護電器與電氣線路的導線和電纜相匹配。如果保護電器整定值選得過大而不匹配，即使線路短路將絕緣燃燒，保護電器仍不會動作。
《低壓配電設計規范》第4．2．2條絕緣導體的熱穩定校驗應符合下列規定：
當短路持續時間不大于5s時，絕緣導體的熱穩定應按下式進行校驗：
S~>I／K (1)
其中：S——絕緣導體的線芯截面(mm)；
I——短路電流有效值(均方根值A)；
t——在已達到允許最高持續工作溫度的導體內短路電流持續作用的時間(s)；
k——不同絕緣的計算系數。
將(1)式變換為：$2K2I>12t (2)
(1)式應不大于短路持續時間5s，否則由于熱量傳導，輻射會影響溫升；另外短路持續時間也不宜小于0．1s，因為這時要計人短路電流的非周期分量對溫升的影響；
(2)式已計人非周期分量。
因此，在設計時對低壓配電線路用計算電流選用導體截面時應選上限，在滿足性能價格比的情況下，可放大1~3級，以利于5~15年線路上的用電規劃，更利于防止電氣線路過負荷的發生，并相應地延長了線路的使用壽命。
4.結束語
前我國民用建筑電氣線路火災防范的理論與經濟發達國家有不小的差距，問題也較多，應積極向經濟發達的國家和IEC標準靠攏，努力學習經濟發達國家的先進防火理論和實踐，結合我國國情把電氣線路的火災減少到最低程度。另外，我國大部分建筑設計及電氣設計人員不參與工程建設和最后的竣工驗收，業主不了解設計意圖，工程二次建設或內部裝修擅自改變原工程的電氣線路設計，也是導致重大電氣火災事故的重要因素之一。
