民用建筑電氣火災起因及防火設(shè)計要點探討

劉永平

（中建富林集團有限公司，福建 泉州 362000）

0 引言

近年來，隨著居民使用電氣設(shè)備數(shù)量增多，民用建筑電氣火災事故也逐年上升，尤其是高層建筑電氣火災。據(jù)統(tǒng)計，2022年前三季度電氣火災事故共發(fā)生19.81萬起，在已查明火災原因中占比最大，達到31.10%，形勢日趨嚴峻。民用建筑電氣主要由供配電和電子信息兩大系統(tǒng)構(gòu)成，具體包括電氣設(shè)備、電線電纜、用電設(shè)備電氣部分等。民用建筑電氣火災是指發(fā)生在建筑物內(nèi)電氣系統(tǒng)因用電故障性放熱而引起的火災，火災初期往往不容易發(fā)現(xiàn)，火災隱蔽性較強，但一旦形成明火以后，會迅速點燃電線電纜、塑料開關(guān)等可燃物質(zhì)，火勢蔓延較快，并會釋放出有毒有害氣體和煙塵，危害性大；同時撲救難度大，容易發(fā)生觸電事故[1]。因此，相比于其他類型火災，民用建筑電氣火災事故危險等級高、危害大。

為預防事故發(fā)生，減少事故損失，應總結(jié)分析民用建筑電氣火災特點、發(fā)生規(guī)律及原因，從安全角度做好電氣防火設(shè)計，確保工程施工質(zhì)量。

1 民用建筑電氣火災主要起因

根據(jù)電氣系統(tǒng)運行故障的不同，建筑電氣火災可分為漏電火災、短路火災、過負荷火災、接觸電阻過大火災[2],其發(fā)生的主要原因有以下幾種：

（1）電氣系統(tǒng)故障發(fā)熱導致電氣設(shè)備或線路起燃。建筑電氣設(shè)備涵蓋供配電設(shè)備、照明設(shè)備、動力設(shè)備、空調(diào)與通風設(shè)備等，具體包括變壓器、配電柜、開關(guān)柜、控制箱等。電氣系統(tǒng)中的電線電纜包覆層、開關(guān)及配件、電路板多為塑料制品，屬于易燃、可燃材料；當電氣設(shè)備發(fā)生運行故障時，功率急劇增大，釋放大量熱量，系統(tǒng)中易燃、可燃材料遇電火花或外界火源后就易發(fā)生火災。

（2）電火花和電弧產(chǎn)生高溫。電火花分為工作電火花和事故電火花，前者主要產(chǎn)生于按鈕、開關(guān)等電器斷合過程中，后者主要產(chǎn)生于高壓擊穿、導線短路、絕緣導線外絕緣層損壞等線路、電器故障；而大量電火花匯集就形成了電弧。電火花和電弧都能產(chǎn)生高溫，特別是電弧，僅2～20A的電弧電流就可以產(chǎn)生2000～4000℃的局部高溫，極易點燃塑料制品甚至將金屬熔化，引起火災事故。

（3）雷電產(chǎn)生的感應電流引燃周邊可燃物。雷電放電時能產(chǎn)生高達數(shù)萬伏甚至數(shù)十萬伏的沖擊電壓，極易破壞發(fā)電機、變壓器、斷路器等設(shè)備和線路，引起絕緣擊穿而發(fā)生短路，同時會產(chǎn)生強大的交變電磁場，會在構(gòu)成閉合回路的金屬物上產(chǎn)生感應電流，最終都會引起發(fā)生火花放電或局部過熱，導致可燃、易燃、易爆物品著火和爆炸。

2 民用建筑電氣防火設(shè)計

民用建筑電氣火災應堅持預防為主、防消結(jié)合的方針，應優(yōu)先做好安全設(shè)計，合理設(shè)置火災自動報警系統(tǒng)、電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)、消防應急照明系統(tǒng)、消防負荷供配電系統(tǒng)，合理選擇非消防負荷配電線纜和通信線纜的燃燒性能等級[3]。

2.1 火災自動報警系統(tǒng)設(shè)計

火災自動報警系統(tǒng)是探測火災早期特征、發(fā)出火災報警信號，為人員疏散、防止火災蔓延和啟動自動滅火設(shè)備提供控制與指示的消防系統(tǒng)，一般由觸發(fā)裝置、火災報警裝置、聯(lián)動輸出裝置、電源、其它輔助功能裝置五大部分組成[4]，系統(tǒng)組成及工作原理如圖1所示。觸發(fā)裝置即火災探測器，根據(jù)火災特征不同分為感煙、感溫、感光、氣體、復合五類；其選配和設(shè)置直接關(guān)系到火災預警的及時性和精確性，應根據(jù)火災燃燒釋放的信號特點、探測區(qū)域的空間特點合理選擇。因電氣設(shè)備故障發(fā)熱引起的火災，初期有陰燃并產(chǎn)生大量煙和少量熱，宜選擇熱用感煙探測器；因電火花和電弧引起的火災，發(fā)展迅速并釋放大量的熱、煙和火焰，宜選擇感煙、感溫、火焰探測組合。同時應根據(jù)空間高度和探測器探測范圍，合理布置探測器的位置和數(shù)量。

圖1 火災自動報警系統(tǒng)組成及工作原理

高層住宅、二類高層住宅公共部位以及住宅建筑敷設(shè)的商業(yè)服務網(wǎng)點應按要求設(shè)置火災自動報警系統(tǒng)，且不同級別保護對象，其火災自動報警系統(tǒng)類型選擇也不同。住宅公共門廳無人值班時，應采用集中報警系統(tǒng)和控制中心報警系統(tǒng)相結(jié)合，即兼具報警、自動消防設(shè)備、消防控制室；住宅公共門廳有人值班時，宜采用區(qū)域報警系統(tǒng)和集中報警系統(tǒng)相結(jié)合，即兼具報警、自動消防設(shè)備。此外，還需設(shè)置消防應急廣播系統(tǒng)、消防專用電話網(wǎng)絡(luò)、消防電源監(jiān)控系統(tǒng)等，以便及時報警，疏散人員。

2.2 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)又稱漏電火災報警系統(tǒng)，是通過對電氣線路中的剩余電流、溫度、故障電弧實時監(jiān)控，出現(xiàn)故障信號時能及時預警，并顯示故障位置，能早期預防電氣火災，避免火災事故發(fā)生。電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)主要由電氣火災監(jiān)控器、剩余電流探測器、測溫時探測器、故障電弧探測器中全部或部分組成，在TN-C-S系統(tǒng)、TN-S系統(tǒng)或TT系統(tǒng)非消防負荷的配電回路中獨立設(shè)置，并應作為火災自動報警系統(tǒng)的子系統(tǒng)。電氣火災監(jiān)控器為系統(tǒng)主機，主要是分析處理探測器預警信號，判斷事故情況，發(fā)出報警信息；剩余電流式探測器主要是監(jiān)測被保護線路的相線對地接通產(chǎn)生的剩余電流，當電流量大于預定值時就會觸發(fā)報警信號并反饋至監(jiān)測器，預警值宜為300mA，具備門檻電平連續(xù)可調(diào)功能；測溫式探測器監(jiān)測對象為被保護線路的溫度，預警溫度為所用電纜最高耐溫的70%～80%，應具備0～150℃連續(xù)可調(diào)功能；故障電弧式探測器監(jiān)測對象為被保護線路發(fā)生故障時產(chǎn)生的電弧，工作原理與前兩者探測器相近。電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的控制器應安裝在消防控制室內(nèi)，且探測器監(jiān)測點在計算電流300A及以下時宜設(shè)置在配電室；超過300A時宜設(shè)置在樓層配電箱進線開關(guān)下端口。

2.3 消防應急照明系統(tǒng)設(shè)計

消防應急照明系統(tǒng)包括疏散照明系統(tǒng)和備用照明系統(tǒng)，其中前者主要用于指示疏散路徑，設(shè)置在通道走廊、樓梯間、安全出口、地下車庫、電梯廳等公共區(qū)域，連續(xù)供電時間不小于90min；后者主要用于火災救援時照明，設(shè)置在變電所、消防控制室、消防水泵房等發(fā)生火災后仍需正常工作的場所，連續(xù)供電時間不小于180min。消防應急照明系統(tǒng)由照明及指示燈具、控制器、電源構(gòu)成，其中控制器應采用集中控制型系統(tǒng)，并設(shè)置在消防控制室；電源采用集中電源和自帶電源組合供電。燈具類型應根據(jù)使用環(huán)境的危險因素和等級選擇，防爆、隔爆、防水、防塵等級符合設(shè)計要求，在可燃裝修材料或可燃構(gòu)件上不應采用大于60W的白熾燈、鹵鎢燈等高溫照明燈具；安裝位置、間距和安裝方式應滿足地面水平最低照度要求且設(shè)置在墻面、頂棚時不應采用嵌入式安裝；其中疏散標志燈的設(shè)置位置如圖2所示。

圖2 疏散走道、防煙樓梯間及前室疏散照明布置示意圖

2.4 消防負荷供配電系統(tǒng)設(shè)計

消防用電負荷設(shè)備主要有火災自動報警裝置、消防水泵、消防電梯、消防應急照明、滅火系統(tǒng)、火災應急廣播、防排煙設(shè)備等，且對持續(xù)供電時間應符合設(shè)計要求。消防負荷供配電系統(tǒng)設(shè)計應根據(jù)負荷等級和消防負荷確定，不同負荷等級主電源和直流備用電源的配置線路不同。一類高層住宅的消防用電屬于一級負荷，必須由雙重的電源供電，配電架構(gòu)如圖3所示，其供配電系統(tǒng)的兩個低壓回路可由主電源在最末一級配電箱自主轉(zhuǎn)換供電，也可由一路市政供電和一路自備應急電源組合供電。一、二類高層民用建筑的主要通道及樓梯間照明用電以及二類高層民用建筑消防用電、消防電梯用電等屬于二級負荷，可由雙重電源或雙回路電源供電，配電架構(gòu)如圖4所示，其供配電系統(tǒng)的兩個低壓回路可由一路10kV電源的兩臺變壓器在最末一級配電箱自主轉(zhuǎn)換供電，也可由一路10kV電源的一臺變壓器和一路主電源不同變電系統(tǒng)組合供電。火災自動報警系統(tǒng)和二級負荷及以上疏散照明主電源應由消防雙電源配電箱供給，直流備用電源宜采用集中設(shè)置的蓄電池組。消防用電設(shè)備的配電箱和控制箱安裝位置應與火災現(xiàn)場隔離，防火卷簾的控制箱除外。

圖3 一級負荷建筑配電架構(gòu)

圖4 二級負荷建筑配電架構(gòu)

2.5 線纜選擇及敷設(shè)

電纜的燃燒會加快電氣火災火勢蔓延，并釋放出有毒有害氣體，是電氣火災危害的主要來源，因此消防配電線路應選擇防火性能較好的電線電纜。電線電纜主要由線/纜芯、絕緣層、屏蔽和保護層構(gòu)成，防火性能取決于線芯截面積、線芯導體材質(zhì)、護套材質(zhì)及敷設(shè)方式[5]。線芯截面積須根據(jù)負載電流、機械強度要求計算確定，且穿管、槽盒內(nèi)敷設(shè)的絕緣電線截面積分別不應低于1.00mm2、0.75mm2，多芯電纜線芯截面積不應低于0.50mm2。線芯導體材料主要有銅導體、鋁導體兩種，其中需要長時間運行且可靠連接的重要回路、存在爆炸及易發(fā)生火災的線路應選擇銅質(zhì)線芯，而危險性不大的一般線路可選擇價格更低的鋁質(zhì)線芯。電線電纜絕緣層和護套材料應選擇阻燃或耐火電纜，其中消防供配電系統(tǒng)、消防通信線路應選擇耐火電纜，火災自動報警系統(tǒng)等非消防負荷線纜與通信線纜可選擇相應燃燒等級的阻燃電纜。電氣防火系統(tǒng)電線電纜敷設(shè)方式和保護措施應根據(jù)應用場景和使用要求確定，主要有獨立穿導管、獨立槽盒、共用槽盒且加設(shè)金屬隔板分隔三種方式，其中暗敷設(shè)時應采用穿金屬導管保護。

3 結(jié)束語

總之，電氣火災消防應堅持“預防為主、防治結(jié)合”原則，從預防、預警、消除等方面做好安全設(shè)計。優(yōu)先選擇防火性能好的阻燃和耐火線纜并合理敷設(shè)，自動監(jiān)測火災隱患，能在火災初期及時預警，啟動消防措施以延緩火勢蔓延，并在一段時間內(nèi)持續(xù)供電保障人員疏散和消防救援。