建筑工程電力電纜防滅火安全技術綜述

高 楊，孔德娟

(1.山東省電建鐵軍建設工程有限公司，山東 煙臺 265100；2.濟寧市匯源建安有限公司，山東 濟寧 272000)

0 引言

隨著我國經濟的快速發展,電力能源地區供需不平衡問題日益突出,電力行業布局加快,西電東輸等大型基建工程陸續開建。在電力系統的建設中,導線的制作和敷設質量是影響電力系統正常運行的重要因素,因此電纜的穩定性和完好率對于電力系統的安全穩定運行起到至關重要的作用[1]。在建筑電氣事故中,電纜起火引起的事故占比將近60 %,因此亟需研究電纜防滅火問題。

將電纜防滅火作為研究課題,通過實驗總結了不同電纜的燃燒性能,針對性地提出了電纜防滅火措施,同時在電纜的選擇和運行維護方面進行了深入的系統分析,可為電纜設計、施工、運行和維護提供借鑒。

1 電纜發生火災的原因

電纜燃燒分為兩種情況：一種是電纜自燃。由于長期超負荷運行, 電纜自身因電阻產生過多的熱量且未及時散發,造成絕緣護套層過早老化,從而引起電纜線路短路自燃。另外一種是外部火源引起的電纜燃燒。

1.1 電纜自燃

電纜自燃而引發的事故率約占電纜事故總數的50 %,具體有如下原因。

1) 電纜型號選用不當,未考慮到使用環境中存在的高溫、高寒、潮濕和強腐蝕等影響因素,使電纜絕緣能力在原設計有效使用壽命周期內受到破壞而短路起火。

2) 截面與負荷不相符,通常是截面過小造成電纜負荷過大,電纜長期處于超負荷運行狀態,超負荷造成電纜過熱,加速絕緣層老化,從而引起相間短路,發生火災。

3) 因電纜繼電保護設置不當,當電纜短路故障發生時,未能及時切除故障而造成火災。

4) 在施工或者維護過程中,因外力損傷絕緣層,電纜不再具備絕緣性能從而引起相間短路,發生火災。

5) 施工前交底不到位或者作業人員技能不合格,造成電纜的接頭連接不當或是與設備連接不當,引起電纜起火。

6) 電纜日常維護檢修不到位,未更換外絕緣層損壞部位或者電纜超期使用造成絕緣老化擊穿,導致短路起火。

1.2 外部火源引燃

1) 在日常的檢修維護過程中未及時清理沉積粉塵,導致電纜上粉塵積累過多嚴重影響散熱,從而引起粉塵自燃,進而引燃電纜。

2) 施工過程中電纜未做防護,焊渣掉落在電纜上,導致沉積的雜物燃燒引燃電纜[2]。

3) 制粉系統爆炸波及電纜,進而引燃電纜。

4) 用電設備操作不當或者保護裝置失效引起設備起火,引燃電纜。

5) 電纜穿越易燃易爆區域未做防護措施以及未使用阻燃防爆電纜,易燃易爆物品燃燒引燃電纜。

2 電纜的燃燒性能分析

通過大量實驗,分析對比不同電纜護套燃燒產生的有毒有害物質,研究結果表明：橡膠護套電纜燃燒產生的CO、CO2、NO、SO2濃度最高, 煙氣毒害作用最大；聚氯乙烯護套電纜燃燒產生的CO、CO2、NO、SO2的濃度比橡膠護套電纜稍低點；煙氣毒害作用相對較??；交聯聚烯烴護套電纜燃燒產生的CO的濃度很低,不產生NO、SO2等有毒氣體[3],毒害作用最小。

3 阻燃電纜的選用與分類

3.1 阻燃電纜的選用

3.1.1 電纜型號和性能要與敷設環境相適應

針對特殊的環境,比如潮濕、強酸和高溫等異常環境,可選用不同護套的電纜,降低絕緣層的老化速度,延長電纜的使用壽命。

交聯聚乙烯絕緣電纜(YJV型)具有耐高溫的特性,適用于電流較大的電力系統；具備阻燃特性和礦物絕緣的電纜適用于易燃易爆環境以及更高要求的環境；低煙無鹵阻燃電纜適用于一類防火建筑和人員密集建筑,可在發生火災的外部環境下,有效保護人員的安全；對于消防類用電設備和應急照明等逃生救援類用電系統,應選用耐火電纜；鎧裝電纜適用于直埋敷設,可有效避免機械外力造成的外絕緣層損壞；具有防腐層的電纜適用于腐蝕性土壤環境；氟塑料電纜的護套可承受150 ℃高溫,適用于高溫環境；丁腈復合物護套絕緣電纜可用于油污染環境；硅橡膠電纜具有耐磨、耐拉力和強度高的特性,適用于需經常移動的情況。此外,具有低溫、防白蟻等特性的電纜可根據具體環境設置[4]。

3.1.2 電纜截面要與負荷量和負荷的發展相適應

電纜的設計需滿足發熱、熱損失和熱穩定等原則,正常使用中要嚴格限制超負荷運行的時間,可考慮采取增大電纜截面或者提高負載側功率因數等措施。

3.2 阻燃電纜的分類

3.2.1 普通阻燃電纜

普通阻燃電纜具有制造簡單和成本低的優勢,應用最為廣泛。成束敷設條件下,普通阻燃電纜在燃燒時可以控制火勢的蔓延范圍,避免電纜延燃,具有較高的防火能力。

3.2.2 無鹵低煙阻燃電纜

該電纜燃燒時基本不產生有毒有害氣體,只產生極少量煙霧,對人體和周圍設備設施的損害相對較小,易于人員逃生或火災救援,可應用于人員密集的交通樞紐站以及超高層建筑等安全標準較高的場所。

3.2.3 低鹵低煙阻燃電纜

該電纜的HCl釋放量和煙濃度指標介于上述兩種電纜之間,主要用于機場、地鐵站、公共汽車站和高層建筑等場所。

3.2.4 耐火電纜

耐火電纜最明顯的特征是燃燒時能在一定時間內保持電纜的正常運行,共有三種類型：一是礦物絕緣電纜,可應用于高溫、腐蝕性環境和易燃易爆場所,設計使用溫度為250 ℃,在950～1000 ℃環境中可持續保持供電3 h,但因制造和安裝復雜、造價高、中間接頭多等缺點,應用受到限制；二是硅絕緣護套電纜,耐火性能較好,但因造價較高,應用不廣泛；三是復合絕緣電纜,因其具有施工和安裝簡單、造價低、適用范圍廣和生產長度不受限制等優點,在國內應用最為廣泛。

3.2.5 阻燃電纜

阻燃電纜具有延長電纜著火時間,且在一定時間內仍能保持正常運行的特性,施工簡單,維護方便,適用于電纜布設數量較多、人員密集場所。同一場所內應盡量選用同一防火等級的阻燃電纜,非阻燃和阻燃電纜不能一起敷設,不同類別不同等級的阻燃電纜應分開敷設,因為非阻燃電纜一旦燃燒可能會延燃,進而影響阻燃電纜的阻燃效果,降低阻燃電纜正常運行的時間,嚴重影響應急照明、消防設備和消防電梯等逃生設備設施的供電運行[5]。

4 電纜的防滅火措施

電纜燃燒會造成電力系統的癱瘓,同時產生的有毒有害氣體和濃煙嚴重污染環境,人一旦吸入會對肺部造成直接傷害。如果撲救不及時,可能引發更大的火災事故,因此研究電纜的防滅火措施特別有必要。

4.1 電纜防火封堵措施

防火封堵共分為五種類型,分別是封、堵、涂、隔和包等。

1) 封。封使用的是防火阻燃的槽盒,槽盒具有難燃或不燃的特性,可以將槽盒內電纜與外部火源阻隔,保證電纜正常運行。因槽盒內氧氣量有限,若槽盒內電纜起火,也會在一定時間內自動熄滅。

2) 堵。防火堵料的耐火等級不應低于建筑物構件的耐火等級,對電纜穿越產生的所有孔、洞、縫以及套管管口兩端等防火薄弱部位進行封堵[6-7]。

3) 涂。電纜表面防火涂料的工作原理是采用具有遇火膨脹的材料,生成隔熱層,增大電纜表面的熱慣性,增大點燃難度,延長點燃時間,繼電保護動作時間較長,適用于金屬管以及金屬線槽等防火性能差或者無防火性能的管線,可有效減少產煙量,但在燃燒中產生的CO的濃度很高,毒性較大。目前來講,防火涂料的抑煙性是其受限使用的主要因素[8-10]。

4) 隔。采用防火隔墻分割著火區間,必要時對橋架內的電纜設置分段阻燃的措施,橋架和電纜溝布設的電纜,設置防火隔離措施,杜絕火勢沿著管道蔓延。電纜溝與建筑物入口設置防火墻,電纜隧道與建筑物和配變電所入口設置帶甲級防火門的防火墻,所有孔洞和縫隙均采用符合防火等級的防火堵料封堵。

5) 包。采用防火包帶密閉纏繞電纜形成保護套,當遇外部火源時,形成隔熱阻燃的碳化層,延長電纜點燃的時間,保持電纜正常運行[11]。

封、堵、隔是最經濟有效的三種防火方法,由于涂、包兩種方式需要大量的人力和物力,造價較高,為達到相同等級的防火效果可以采用耐火阻燃電纜替代。無論采取何種措施,電纜都應有可靠的接地保護措施。

4.2 消防滅火措施

電力控制系統應設置電纜溫度監控系統,自動向調度中心發出溫度異常警報,便于工作人員及時查看現場。火勢較小時,可采用手提式滅火器撲滅火災；火勢較大時,則應首先疏散人員,再向消防隊報警。另外配備滅火系統,比較常見的是自動滅火系統,共分為三類。

1) 水噴淋自動滅火系統。該系統滅火的介質為水,易對電氣設備設施造成損害,目前國內使用的并不多,并且該系統設置條件復雜,在電纜周圍架設比較困難。

2) 氣體自動滅火系統。該系統工作原理是將滅火氣體充滿著火所在區間,因氣體用量較大,如果出現小段電纜火災,成本也會較高,由于其針對性不強,氣體無法滲透到管道和橋架內,對于管道和橋架內電纜自燃無法有效滅火。因滅火氣體具有一定的毒性,施放后必須達到規定的通風時間人員才能進入,否則可能損害人員健康。

3) 水噴霧自動滅火系統。該系統設置造價較高,水霧化后降低了對設備設施的損害程度,適用范圍較廣,但在電纜溝中無法安裝。

5 電纜運行條件與維護措施

5.1 運行條件

定期檢查外絕緣層有無破損,當運行溫度超過預警范圍時,應緊急采取措施,排查故障。

1) 電纜運行的電壓值應始終保持低于其額定電壓1.15倍值。當中性點不接地系統單相接地短路時,運行時間必須限制在2 h內,因為單相短路發生時,非故障相電壓會在短時間內升高到原有電壓的1.73倍,如果長時間繼續工作,絕緣層很可能會被擊穿,從而引發事故。

2) 控制電纜線芯的溫度在允許范圍內。因無法直接測量電纜線芯的溫度,可通過測量電纜外皮的溫度推算線芯溫度,一般電纜線芯溫度比外皮溫度高15～20 ℃。當電纜線芯溫度過高時,可通過限制輸電負荷的方式降低輸電電流,從而達到降低電纜線芯溫度的目的。

3) 若跳閘,不允許試送電,應排查并處理完故障再送電。

4) 應保證電纜在允許負荷內運行。過負荷產生的熱量會加速絕緣層的老化,雖允許短時間出現過負荷,但必須嚴格控制時長。

5) 對電纜接頭檢修結束后,應檢查相位,確保正確再接入,防止因相位錯亂引發事故[12-13]。

5.2 維護措施

1) 維護人員應熟悉電纜的防護和布設情況,準確掌握每條電纜線的走線,便于及時查找到目標。

2) 維護檢修期間,時刻關注實時電流是否超出額定電流,并且根據規范要求測定每條線路段外皮溫度和外皮絕緣性能。

3) 定期進行全面巡查和檢修,對于戶外終端,在異常惡劣天氣發生后,應加倍巡查。

4) 嚴格控制負荷電流以及運行溫度在規定范圍內,電纜終端和中間接頭是薄弱點,應不定期檢查電纜終端和中間接頭情況[14-15],發現問題及時解決,尤其是中間接頭的金屬外殼可靠接地措施應檢查是否有效[16]。

5) 當施工單位的作業可能危及電纜線路安全時,應安排專人前去監督、指導施工,并要求施工單位采取可靠保護措施后再進行施工。

6) 電纜接頭制作時應滿足濕度條件,防止部件因受潮導致電纜絕緣能力降低,甚至出現擊穿絕緣外層事故。

7) 當作業環境溫度低于10 ℃時,嚴禁搬動電纜,因為過低的溫度會降低電纜外皮的柔性,強行搬動會損傷電纜外皮。

8) 引出地面2 m的彎曲位置電纜要有金屬套管或保護罩進行防護,避免電纜彎折折損,同時金屬套管或保護罩應可靠接地。

9) 保護電纜的鐵管要采取可靠的接地措施[17]。

6 結束語

通過電纜的防滅火研究,找出了電纜著火的原因并進行了燃燒性能對比,從電力系統的設計、施工布線到運行維護,形成了系統的指導方案,提出了五項防滅火措施和九項維護措施,可為電纜設計、施工、運行和維護提供技術參考。