電線電纜防火性能分析與工程應用探討
發布時間：2011-09-30 共1頁
摘要 文章通過對電線電纜火災原因及防火性能的分析，并結合相關規范標準，針對工程應用中的實際情況及其存在的問題，提出了電線電纜的選線措施、配線措施和線路的防火措施。
關鍵詞 電線電纜 防火性能 工程應用
目前，我國電線電纜設計規程所要求的防火措施，只是對電線電纜著火后的被動消防。在實際施工和運行中，由于電線電纜的增加、敷設的集中、施工的質量太差等加劇了電線電纜火災的危險性。因此，在實際工程應用中預防電線電纜火災，必須從控制危險因素著手，并運用相關標準，采取相應的防火措施。
1 電線電纜的火災原因及其特性
電線電纜引發火災的原因，主要是因為過負荷、短路、接觸電阻過大及外部熱源作用。在短路、局部過熱等故障狀態及外熱作用下，絕緣材料絕緣電阻下降、失去絕緣能力，甚至燃燒，進而引發火災。火災中電線電纜的主要特性有：
(1)火災溫度一般在800℃～1000℃，在火災情況下，導線電纜會很快失去絕緣能力，進而引發短路等次生電氣事故，造成更大的損失；
(2)導線電纜在規定的允許載流量下有較大的過載能力；
(3)短路狀態下，導線電纜會在瞬間引起絕緣材料熔化、燃燒，并引燃周圍可燃物。
2電線電纜防火性能分析
2．1防火機理分析
2．1．1 阻燃機理
(1)在燃燒反應的熱作用下，位于凝聚相的阻燃劑分解吸熱，使凝聚相內溫度上升減慢，延緩了材料的熱分解速度；
(2)阻燃劑受熱分解后，釋放出連鎖反應自由基阻斷劑，使火焰、連鎖反應的分支中斷，減緩了氣相反應速度；
(3)催化凝聚相熱分解固相產物，焦化層或泡沫層的形成加強了這些層狀硬殼阻礙熱傳遞的作用；
(4)在熱作用下，阻燃劑出現吸熱性相變，物理性地阻止凝聚相內溫度升高。
2．1．2耐火機理
(1)在電線電纜的絕緣和護套材料中加入某種添加劑，降低聚合物產生的熱量，防止聚合物分解或促進絕緣和護套材料炭化形成保護層；
(2)在線芯處增加一層云母玻璃絲帶等無機絕緣材料，在絕緣和護套層被火燃蝕后，靠纏包在導體上的云母耐火帶保護而繼續通電，從而在著火時保持一定時間的正常運行。
2．1．3礦物絕緣電纜機理
利用金屬水合物的吸收效應使電纜具有阻燃性。例如：用Al(OH)3和Mg(OH)：作為阻燃劑，高溫作業下Al(OH)3為34．6％，Mg(OH)z為31％，(見反應式1及反應式2)，反應分解為吸熱反應，因而可以抑制高聚物的燃燒。
2AI(OH)3--*Alz03+3H20-2648KJ (1)
Mg(OH)2--~MgO+H20-93．3KJ (2)
2．2電線電纜燃燒特性分類及其標準試驗
電線電纜根據其本身具有的燃燒特性，可分為普通電線電纜、阻燃電線電纜、耐火電線電纜、無鹵低煙電線電纜及礦物絕緣電纜。
(1)阻燃電線電纜指難以著火并具有防止或延緩火焰蔓延能力的電線電纜。常用的標準試驗為GB／T18380．3(等同于IEC60332-1999)；
(2)耐火電線電纜指在規定溫度和時間的火焰燃燒下，仍能保持線路完整性的電線電纜。常用的標準試驗為GB／T12666．6(等效于IEC60331-21-1999)：
(3)無鹵低煙電線電纜分為阻燃型和阻燃耐火型兩種。阻燃型指材料不含鹵素，燃燒時產生的煙塵較少并且具有阻止或延緩火焰蔓延的電線電纜。常用的標準試驗有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。阻燃耐火型在以上的基礎上還需滿足保持線路完整性的要求，同時常用的標準試驗增加了GB／T12666．6(等效于IEC60331)；
(4)礦物絕緣電纜在火焰中具有不燃和無煙無毒的性能，其本身不會因短路而引起火災。常用的標準試驗除GB／T12666．6耐火試驗外，還應針對火災實際情況，參照英國BS標準中對電纜的試驗有抗噴淋水和抗機械撞擊(重物墜落)能力的標準要求。同時，可以參照國家標準《額定電壓750V及以下礦物絕緣電纜及終端》(GBl3033-1991)。
3電線電纜在防火工程設4"1-中的應用
3．1電線電纜的選用
3．1．1選用原則
一般的用電系統，只需滿足非火災條件下的使用，故可按一般要求選用。而消防用電設備的供電線路，必須滿足消防設備在火災時的連續供電時間，保證線路的完整性及系統正常運行。同時，還須考慮電線電纜的火災危險性，避免因短路、過載而成為火源，在外火的作用下應不助長火災蔓延，能有效降低有機絕緣層分解的有害氣體，避免“二次災害”的產生。
3．1．2非消防電氣線路的選用
(1)普通設備線路穿管敷設時，可采用普通電線；直埋敷設和穿管暗敷時，可采用普通電纜；
(2)電線電纜成束敷設時，應采用阻燃電線電纜；
(3)用于特級、一級場所的電線電纜應采用無鹵低煙型，用于二級場所的電線電纜宜采用無鹵低煙型；
(4)用于木結構公共建筑，特級、一級場所中特別重要負荷的電源主干線路，宜采用礦物絕緣電纜。
3．1．3 消防電氣線路的選用
(1)消防設備用電時間長(≥1h)，配電線路明敷或暗敷時，應采用耐火電線或礦物絕緣電纜；電線在金屬線槽內明敷或穿金屬管、阻燃型硬質塑料管暗敷時，應采用阻燃耐火電線；電線在耐火金屬線槽內明敷或穿涂有防火涂料的金屬管時，可采用阻燃電線；由變配電所(或總配電室)引至消防設備的電源主干線應采用阻燃耐火電纜或礦物絕緣電纜；
(2)用電時間較長(≤1h)，配電線路明敷時可采用礦物絕緣電纜；埋墻(保護層厚度不應小于30mm)暗敷、耐火電纜橋架敷設或云母絕緣耐火電纜封閉式金屬橋架敷設時，可采用普通電線電纜；
(3)用電時間短(~<20min)，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時，可采用普通電線電纜。
3．2消防設備電氣配線措施
3．2．1 配線原則
消防設備應采用耐火耐熱配線設計，以確保配電線路的完整性、耐火性。在符合有關技術規定的前提下，導線截面選擇應適當放寬，以避免由于火災過程中環境溫度上升引起導體電阻增大以致壓降增大，影響消防設備功能的發揮。
3．2．2基本配線措施
(1)當線路暗敷設時，采用普通電線電纜穿金屬管或阻燃型硬質塑料管(氧指數30)埋設在非燃燒體結構內，且穿管暗敷保護(層厚度30ram)；
(2)當線路明敷設時，穿金屬管或金屬防火涂料以提高線路的耐燃性能，或是直接采用阻燃電線電纜和銅線槽保護，且應采用皮防火電纜等，并敷設在電纜豎井或吊頂內有防火措施的封閉式線槽內；
(3)當配電線路采用絕緣層和護套為不延燃的電纜并敷設在井內(同時要采用金屬線槽密封)，可不穿金屬管保護；但當與延燃電纜敷設在同一豎井時，兩者間應用耐火材料隔開；
(4)建筑物吊頂內的消防電氣線路采用金屬管或金屬線槽布線；在難燃型材料吊頂內，可采用難燃型(氧指數50)硬質塑料管、塑料線槽布線；
(5)配電線路不得穿越風管內腔或敷設在風管外壁上，穿金屬管保護的配電線路可緊貼風管外壁敷設；悶頂內有可燃物時，其配電線路應采用金屬管保護。
3．3工程應用中的防火措施
在工程應用中，消防設備分系統的配線十分關鍵，是系統在整個工程中發揮防火功能的保障。下文以火災自動報警系統配線和消防電梯配線為例介紹消防設備分系統的配線保護。
(1)火災自動報警系統配線保護
火災自動報警系統的傳輸線路應采用穿金屬管、經阻燃處理(氧指數35％)的硬質塑料管或封閉式防火線槽保護；消防控制、通信和警報線路在暗敷時最好采用阻燃型電線穿保護管敷設在不燃結構層內(保護層厚度30mm)，或按基本配線措施(1)和(2)處理；總線制系統的干線，需考慮更高的防火要求，可采用耐火電纜敷設在耐火電纜橋架內，或選用銅皮防火型電纜；
(2)消防電梯配電線路
消防電梯一般由高層建筑底層的變電所敷設兩路專線配電至位于頂層的電梯機房，線路較長且路由復雜。為提高供電可靠性，消防電梯配電線路應盡可能采用耐火電纜；當有供電可靠性特殊要求時，兩路配電專線中一路可選用銅皮防火型電纜；垂直敷設的配電線路應盡量設在電氣豎井內，并考慮基本配線措施(3)。
3．4電纜線路敷設的防火措施
3．4．1防火原則
電纜線路敷設防火的基本原則是：
(1)防止電纜著火，著火后不延燃；
(2)沿電纜路徑或易燃區段采取有效的防堵消防措施；
(3)實現電纜本身難燃化。
3．4．2防火措施
(1)電纜在下列情況下敷設時，應采取防火封堵措施。
①電纜穿過不同的防火分區時；②電纜沿豎井垂直敷設穿越樓板處，超高層建筑應每層進行封堵，其他建筑可每隔2~3層進行封堵；③電纜隧道、電纜溝、電纜間的隔墻處；④穿越耐火極限不小于lh的隔墻處；⑤穿越建筑物的隔墻處；⑥至建筑物入口處，或至配電間、控制室的溝道人口處；⑦電纜引至電氣柜、盤或控制屏、臺的開口部位；
(2)遠離熱源和火源
電纜道溝應盡可能遠離蒸汽及油管道；可燃氣體和可燃液體管溝，不應敷設電纜；若敷設在熱力管溝中應采取隔熱措施。在具有爆炸和火災危險的環境中不應敷設電氣；
(3)設置火災報警系統
根據實際情況，選擇適當的報警探頭和適合電纜層特點的報警系統。目前在電纜溝、管道井使用較為廣泛的是線性(或稱纜式)感溫探測器；
(4)高壓水噴霧滅火
在電纜廊道、電纜密集的地區，采用一般的滅火材料比較困難，宜采用高壓水噴霧滅火方式。為使水噴霧滅火及時有效地發揮作用，需配置高靈敏度的監測及控制系統。在大型建筑物內及電纜隧道中采用此法效果顯著；
(5)加強電纜層(井)的通風
積極利用自然通風條件，盡可能在電纜層靠外墻部位設置通風口(通風口的具體設置可以結合火災撲救時的突破口)。同時還應建立不間斷供電的機械排煙系統，以便在火災初期通過自動報警聯動打開排煙風機。
4工程應用問題分析
(1)目前我國沒有國家標準或行業標準，只是依據GBl2666．6對耐火特性進行檢驗。耐火特性優越，不能夠說明耐火電纜質量好，其電性能如何?機械性如何?而且實驗室單一火源的耐火試驗結果與實際火災影響因素有一定差距，因此對耐火電纜應進行全面檢驗，制定統一標準；
(2)現行規范有關消防設備配電線路的規定中，應細化各種配電電線電纜的使用要求，補充新型耐火電纜的內容，給出更多的選擇余地。特別是礦物絕緣電纜，在規范中應明確規定可將其作為消防用電設備的配電線纜明敷或暗敷使用。
5結束語
綜上分析，電線電纜的正確選擇和合理配線直接關系到建筑的防火安全。在工程應用中應該加強標準化和規范化，制定科學、具體的方案，為工程設計中電線電纜防火和消防設備電氣配線提供依據，使其做到安全可靠、技術先進、經濟合理，有效防止電線電纜引起的火災，減少在火災中造成的人員傷亡和財產損失。
關鍵詞 電線電纜 防火性能 工程應用
目前，我國電線電纜設計規程所要求的防火措施，只是對電線電纜著火后的被動消防。在實際施工和運行中，由于電線電纜的增加、敷設的集中、施工的質量太差等加劇了電線電纜火災的危險性。因此，在實際工程應用中預防電線電纜火災，必須從控制危險因素著手，并運用相關標準，采取相應的防火措施。
1 電線電纜的火災原因及其特性
電線電纜引發火災的原因，主要是因為過負荷、短路、接觸電阻過大及外部熱源作用。在短路、局部過熱等故障狀態及外熱作用下，絕緣材料絕緣電阻下降、失去絕緣能力，甚至燃燒，進而引發火災。火災中電線電纜的主要特性有：
(1)火災溫度一般在800℃～1000℃，在火災情況下，導線電纜會很快失去絕緣能力，進而引發短路等次生電氣事故，造成更大的損失；
(2)導線電纜在規定的允許載流量下有較大的過載能力；
(3)短路狀態下，導線電纜會在瞬間引起絕緣材料熔化、燃燒，并引燃周圍可燃物。
2電線電纜防火性能分析
2．1防火機理分析
2．1．1 阻燃機理
(1)在燃燒反應的熱作用下，位于凝聚相的阻燃劑分解吸熱，使凝聚相內溫度上升減慢，延緩了材料的熱分解速度；
(2)阻燃劑受熱分解后，釋放出連鎖反應自由基阻斷劑，使火焰、連鎖反應的分支中斷，減緩了氣相反應速度；
(3)催化凝聚相熱分解固相產物，焦化層或泡沫層的形成加強了這些層狀硬殼阻礙熱傳遞的作用；
(4)在熱作用下，阻燃劑出現吸熱性相變，物理性地阻止凝聚相內溫度升高。
2．1．2耐火機理
(1)在電線電纜的絕緣和護套材料中加入某種添加劑，降低聚合物產生的熱量，防止聚合物分解或促進絕緣和護套材料炭化形成保護層；
(2)在線芯處增加一層云母玻璃絲帶等無機絕緣材料，在絕緣和護套層被火燃蝕后，靠纏包在導體上的云母耐火帶保護而繼續通電，從而在著火時保持一定時間的正常運行。
2．1．3礦物絕緣電纜機理
利用金屬水合物的吸收效應使電纜具有阻燃性。例如：用Al(OH)3和Mg(OH)：作為阻燃劑，高溫作業下Al(OH)3為34．6％，Mg(OH)z為31％，(見反應式1及反應式2)，反應分解為吸熱反應，因而可以抑制高聚物的燃燒。
2AI(OH)3--*Alz03+3H20-2648KJ (1)
Mg(OH)2--~MgO+H20-93．3KJ (2)
2．2電線電纜燃燒特性分類及其標準試驗
電線電纜根據其本身具有的燃燒特性，可分為普通電線電纜、阻燃電線電纜、耐火電線電纜、無鹵低煙電線電纜及礦物絕緣電纜。
(1)阻燃電線電纜指難以著火并具有防止或延緩火焰蔓延能力的電線電纜。常用的標準試驗為GB／T18380．3(等同于IEC60332-1999)；
(2)耐火電線電纜指在規定溫度和時間的火焰燃燒下，仍能保持線路完整性的電線電纜。常用的標準試驗為GB／T12666．6(等效于IEC60331-21-1999)：
(3)無鹵低煙電線電纜分為阻燃型和阻燃耐火型兩種。阻燃型指材料不含鹵素，燃燒時產生的煙塵較少并且具有阻止或延緩火焰蔓延的電線電纜。常用的標準試驗有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。阻燃耐火型在以上的基礎上還需滿足保持線路完整性的要求，同時常用的標準試驗增加了GB／T12666．6(等效于IEC60331)；
(4)礦物絕緣電纜在火焰中具有不燃和無煙無毒的性能，其本身不會因短路而引起火災。常用的標準試驗除GB／T12666．6耐火試驗外，還應針對火災實際情況，參照英國BS標準中對電纜的試驗有抗噴淋水和抗機械撞擊(重物墜落)能力的標準要求。同時，可以參照國家標準《額定電壓750V及以下礦物絕緣電纜及終端》(GBl3033-1991)。
3電線電纜在防火工程設4"1-中的應用
3．1電線電纜的選用
3．1．1選用原則
一般的用電系統，只需滿足非火災條件下的使用，故可按一般要求選用。而消防用電設備的供電線路，必須滿足消防設備在火災時的連續供電時間，保證線路的完整性及系統正常運行。同時，還須考慮電線電纜的火災危險性，避免因短路、過載而成為火源，在外火的作用下應不助長火災蔓延，能有效降低有機絕緣層分解的有害氣體，避免“二次災害”的產生。
3．1．2非消防電氣線路的選用
(1)普通設備線路穿管敷設時，可采用普通電線；直埋敷設和穿管暗敷時，可采用普通電纜；
(2)電線電纜成束敷設時，應采用阻燃電線電纜；
(3)用于特級、一級場所的電線電纜應采用無鹵低煙型，用于二級場所的電線電纜宜采用無鹵低煙型；
(4)用于木結構公共建筑，特級、一級場所中特別重要負荷的電源主干線路，宜采用礦物絕緣電纜。
3．1．3 消防電氣線路的選用
(1)消防設備用電時間長(≥1h)，配電線路明敷或暗敷時，應采用耐火電線或礦物絕緣電纜；電線在金屬線槽內明敷或穿金屬管、阻燃型硬質塑料管暗敷時，應采用阻燃耐火電線；電線在耐火金屬線槽內明敷或穿涂有防火涂料的金屬管時，可采用阻燃電線；由變配電所(或總配電室)引至消防設備的電源主干線應采用阻燃耐火電纜或礦物絕緣電纜；
(2)用電時間較長(≤1h)，配電線路明敷時可采用礦物絕緣電纜；埋墻(保護層厚度不應小于30mm)暗敷、耐火電纜橋架敷設或云母絕緣耐火電纜封閉式金屬橋架敷設時，可采用普通電線電纜；
(3)用電時間短(~<20min)，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時，可采用普通電線電纜。
3．2消防設備電氣配線措施
3．2．1 配線原則
消防設備應采用耐火耐熱配線設計，以確保配電線路的完整性、耐火性。在符合有關技術規定的前提下，導線截面選擇應適當放寬，以避免由于火災過程中環境溫度上升引起導體電阻增大以致壓降增大，影響消防設備功能的發揮。
3．2．2基本配線措施
(1)當線路暗敷設時，采用普通電線電纜穿金屬管或阻燃型硬質塑料管(氧指數30)埋設在非燃燒體結構內，且穿管暗敷保護(層厚度30ram)；
(2)當線路明敷設時，穿金屬管或金屬防火涂料以提高線路的耐燃性能，或是直接采用阻燃電線電纜和銅線槽保護，且應采用皮防火電纜等，并敷設在電纜豎井或吊頂內有防火措施的封閉式線槽內；
(3)當配電線路采用絕緣層和護套為不延燃的電纜并敷設在井內(同時要采用金屬線槽密封)，可不穿金屬管保護；但當與延燃電纜敷設在同一豎井時，兩者間應用耐火材料隔開；
(4)建筑物吊頂內的消防電氣線路采用金屬管或金屬線槽布線；在難燃型材料吊頂內，可采用難燃型(氧指數50)硬質塑料管、塑料線槽布線；
(5)配電線路不得穿越風管內腔或敷設在風管外壁上，穿金屬管保護的配電線路可緊貼風管外壁敷設；悶頂內有可燃物時，其配電線路應采用金屬管保護。
3．3工程應用中的防火措施
在工程應用中，消防設備分系統的配線十分關鍵，是系統在整個工程中發揮防火功能的保障。下文以火災自動報警系統配線和消防電梯配線為例介紹消防設備分系統的配線保護。
(1)火災自動報警系統配線保護
火災自動報警系統的傳輸線路應采用穿金屬管、經阻燃處理(氧指數35％)的硬質塑料管或封閉式防火線槽保護；消防控制、通信和警報線路在暗敷時最好采用阻燃型電線穿保護管敷設在不燃結構層內(保護層厚度30mm)，或按基本配線措施(1)和(2)處理；總線制系統的干線，需考慮更高的防火要求，可采用耐火電纜敷設在耐火電纜橋架內，或選用銅皮防火型電纜；
(2)消防電梯配電線路
消防電梯一般由高層建筑底層的變電所敷設兩路專線配電至位于頂層的電梯機房，線路較長且路由復雜。為提高供電可靠性，消防電梯配電線路應盡可能采用耐火電纜；當有供電可靠性特殊要求時，兩路配電專線中一路可選用銅皮防火型電纜；垂直敷設的配電線路應盡量設在電氣豎井內，并考慮基本配線措施(3)。
3．4電纜線路敷設的防火措施
3．4．1防火原則
電纜線路敷設防火的基本原則是：
(1)防止電纜著火，著火后不延燃；
(2)沿電纜路徑或易燃區段采取有效的防堵消防措施；
(3)實現電纜本身難燃化。
3．4．2防火措施
(1)電纜在下列情況下敷設時，應采取防火封堵措施。
①電纜穿過不同的防火分區時；②電纜沿豎井垂直敷設穿越樓板處，超高層建筑應每層進行封堵，其他建筑可每隔2~3層進行封堵；③電纜隧道、電纜溝、電纜間的隔墻處；④穿越耐火極限不小于lh的隔墻處；⑤穿越建筑物的隔墻處；⑥至建筑物入口處，或至配電間、控制室的溝道人口處；⑦電纜引至電氣柜、盤或控制屏、臺的開口部位；
(2)遠離熱源和火源
電纜道溝應盡可能遠離蒸汽及油管道；可燃氣體和可燃液體管溝，不應敷設電纜；若敷設在熱力管溝中應采取隔熱措施。在具有爆炸和火災危險的環境中不應敷設電氣；
(3)設置火災報警系統
根據實際情況，選擇適當的報警探頭和適合電纜層特點的報警系統。目前在電纜溝、管道井使用較為廣泛的是線性(或稱纜式)感溫探測器；
(4)高壓水噴霧滅火
在電纜廊道、電纜密集的地區，采用一般的滅火材料比較困難，宜采用高壓水噴霧滅火方式。為使水噴霧滅火及時有效地發揮作用，需配置高靈敏度的監測及控制系統。在大型建筑物內及電纜隧道中采用此法效果顯著；
(5)加強電纜層(井)的通風
積極利用自然通風條件，盡可能在電纜層靠外墻部位設置通風口(通風口的具體設置可以結合火災撲救時的突破口)。同時還應建立不間斷供電的機械排煙系統，以便在火災初期通過自動報警聯動打開排煙風機。
4工程應用問題分析
(1)目前我國沒有國家標準或行業標準，只是依據GBl2666．6對耐火特性進行檢驗。耐火特性優越，不能夠說明耐火電纜質量好，其電性能如何?機械性如何?而且實驗室單一火源的耐火試驗結果與實際火災影響因素有一定差距，因此對耐火電纜應進行全面檢驗，制定統一標準；
(2)現行規范有關消防設備配電線路的規定中，應細化各種配電電線電纜的使用要求，補充新型耐火電纜的內容，給出更多的選擇余地。特別是礦物絕緣電纜，在規范中應明確規定可將其作為消防用電設備的配電線纜明敷或暗敷使用。
5結束語
綜上分析，電線電纜的正確選擇和合理配線直接關系到建筑的防火安全。在工程應用中應該加強標準化和規范化，制定科學、具體的方案，為工程設計中電線電纜防火和消防設備電氣配線提供依據，使其做到安全可靠、技術先進、經濟合理，有效防止電線電纜引起的火災，減少在火災中造成的人員傷亡和財產損失。
