電線電纜帶電燃燒研究進展

梁偉

（河南省煤科院檢測技術有限公司 河南鄭州 450000）

引言

MT3g6-95《煤礦用阻燃電纜阻燃性的試驗方法和判定規則》是我國第一個用于煤礦阻燃電纜的行業標準。它是煤炭系統加快行業標準的制定.提高煤礦用設備、材料質量的體現.也是確保煤礦安全生產所必需。煤礦安全生產是煤炭企業的生命線。加強安全生產的管理體現了黨和國家對礦工生命安全的關懷，歷來是煤炭部領導十分重視的環節。近年來，煤炭部領導致力于解決井下瓦斯爆炸為重點的各項安全措施.其中制服井下“三條火龍一（輸送帶、導風筒、電纜）正是安全生產的重大舉措。

1 井下電纜概述

井下電纜的安全性能顯得更為重要。它與輸送帶不同，不但是一種延燃的介質，而且還是一種火源，具有雙重危險性，因而對其阻燃性能的要求更加嚴格。煤礦井下電纜的規格品種繁多.使用環境惡劣.電壓等級也由低壓到高壓。隨著煤礦機械化、自動化生產的發展，高產高效礦井的出現，日產萬噸、日產七千噸工作面的裝機功率比原有綜采又有大幅度提高，工作面電壓從1140V升到3300V已成趨勢，對工作面的輸供電工作和相應的電纜都有新的要求。掘進工作面機械化和連續采煤機的應用等也增加了拖拽移動電纜的使用，這些都對煤礦阻燃電纜的使用，管理提出了更高要求。

2 電流變量與燃燒特性的相互影響

由于火焰的本質為弱電離等離子體，具有導電的特性，因此火焰與電場之間存在相互作用，電場特性參數會影響燃燒穩定性及燃燒強度。為了強化燃燒及獲得更為穩定的燃燒，研究人員在電流變量與燃燒特性方面開展了大量研究，主要集中在交流和直流電場對火焰形狀、火焰溫度及燃燒穩定性等的影響方面。基于當前研究，電場對火焰特性參數的影響機理基本歸結于其對于火焰傳播速度的影響，而多數學者都是從離子風的角度對這一影響進行解釋和分析的。開展交流電場對小尺度乙醇火焰行為影響的試驗研究，通過分析指出離子風作用是交流電場影響火焰的主要機理，通過擬合得到火焰強化比（Qen）與交流電有效功率（PAC）之間的關系為：

Qen=0.262×PAC0.338

研究了低頻率與直流電場對層流預混本生燈火焰穩定特性的影響，揭示了火焰的穩定性隨著交流電壓的增大呈現下降趨勢。此外他們還研究了直流和交流電場對丙烷非預混層流射流火焰穩定性的影響，重點分析了不同電場條件下火焰“抬升”和“吹熄”現象。國內學者也開展了大量相關研究。研究了直流電場作用下乙醇汽化及擴散火焰特性，研究表明在負電場作用下，隨著電壓強度的增大，火焰高度減小，逐漸變得扁平。開展了不同角度的針形電場和平板電場對乙醇擴散小火焰結構特性和熄滅特性影響的試驗研究，結果表明，在一定范圍內，外加電場可以強化微尺度擴散火焰的燃燒，由于微尺度火焰尺度較小，電場強度進一步增強，則會導致燃燒不穩定進而發生熄滅。研究了直流電場對預混甲烷/氧氣/氮氣火焰傳播特性的影響，結果表明正負直流電場均能有效加快火焰傳播速度、改善燃燒，同時直流電場還可以增強火焰傳播的穩定性，在這一方面負電場具有更好的效果。

以上研究都著眼于利用電場強化燃燒，多針對于外加電場對微尺度火焰燃燒特性的影響，這與電場參數對真實電纜火災的影響仍具有一定的差別，然而由于試驗條件等方面的限制，當前針對電場參數對電纜火災影響的相關研究較少。通過以上分析，在當前已開展的電流變量與燃燒特性相互影響的研究中，重點集中在外加電場與燃燒的相互影響方面，旨在通過研究尋求強化燃燒和增強燃燒穩定性的最優電場參數設計，研究中火源類型多集中在預混或擴散的氣體火。所得結論證明了外加直流和交流電場在強化燃燒、增強燃燒穩定性方面的優異效果，并從離子風角度對這一機理進行了解釋，同時部分研究發現，外加電場強化燃燒具有一定的范圍要求，對于微燃燒，若電場過強則可能會導致燃燒熄滅。然而對于電線電纜這類火災，在故障條件下線芯由于過載發熱本身就可能引燃絕緣皮而導致火災的發生，同時在火災過程中，電纜很可能仍處于通電狀態，通電電流在電纜絕緣層燃燒過程中也會對火焰形態及蔓延速度造成影響。目前針對這部分內容所開展的研究較少，所開展的研究多集中在參數變化規律的定性描述上，規律發生機理的解釋還不夠深入，相關參數的預測模型也尚未完善。從當前所得結論可以看出，導線在通電狀態下的燃燒強度和火焰傳播速度均有所加強，因此在制定電線電纜火災安全相關規范和標準時，僅以電纜未通電狀態下的燃燒試驗數據為依據很可能會導致規范要求不足，從而在電纜滅火有效性方面埋下隱患。

3 結語

總體而言，帶電電纜燃燒特性已得到了國內外研究人員的重視，并開展了一系列的相關研究，所得結果對于電纜防火設計及電纜火災調查都具有重要的指導意義。然而由于帶電電纜故障發熱及燃燒試驗在試驗開展時間以及系統設計方面均較為復雜，因此相關研究結論尤其是在電纜故障起火和帶電電纜燃燒特性方面多以試驗結果的定性分析為主，機理揭示及模型建立仍需開展深入研究。

[1]公安部消防局．中國消防年鑒2012[M]．北京：中國人事出版社，2012．

[2]公安部消防局．中國消防年鑒2013[M]．北京：中國人事出版社，2013．

[3]公安部消防局．中國消防年鑒2014[M]．昆明：云南出版集團/云南人民出版社，2014．