建筑工程電力電纜防滅火安全技術(shù)綜述

高 楊，孔德娟

(1.山東省電建鐵軍建設(shè)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(jīng)濟的快速發(fā)展,電力能源地區(qū)供需不平衡問題日益突出,電力行業(yè)布局加快,西電東輸?shù)却笮突üこ剃懤m(xù)開建。在電力系統(tǒng)的建設(shè)中,導(dǎo)線的制作和敷設(shè)質(zhì)量是影響電力系統(tǒng)正常運行的重要因素,因此電纜的穩(wěn)定性和完好率對于電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行起到至關(guān)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(jié)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(tǒng)分析,可為電纜設(shè)計、施工、運行和維護提供借鑒。

1 電纜發(fā)生火災(zāi)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(chǎn)生過多的熱量且未及時散發(fā),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(fā)的事故率約占電纜事故總數(shù)的50 %,具體有如下原因。

1) 電纜型號選用不當(dāng),未考慮到使用環(huán)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(shè)計有效使用壽命周期內(nèi)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(tài),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(fā)生火災(zāi)。

3) 因電纜繼電保護設(shè)置不當(dāng),當(dāng)電纜短路故障發(fā)生時,未能及時切除故障而造成火災(zāi)。

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(fā)生火災(zāi)。

5) 施工前交底不到位或者作業(yè)人員技能不合格,造成電纜的接頭連接不當(dāng)或是與設(shè)備連接不當(dāng),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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)致沉積的雜物燃燒引燃電纜[2]。

3) 制粉系統(tǒng)爆炸波及電纜,進而引燃電纜。

4) 用電設(shè)備操作不當(dāng)或者保護裝置失效引起設(shè)備起火,引燃電纜。

5) 電纜穿越易燃易爆區(qū)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(chǎn)生的有毒有害物質(zhì),研究結(jié)果表明：橡膠護套電纜燃燒產(chǎn)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(chǎn)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小；交聯(lián)聚烯烴護套電纜燃燒產(chǎn)生的CO的濃度很低,不產(chǎn)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(shè)環(huán)境相適應(yīng)

針對特殊的環(huán)境,比如潮濕、強酸和高溫等異常環(huán)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(lián)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(tǒng)；具備阻燃特性和礦物絕緣的電纜適用于易燃易爆環(huán)境以及更高要求的環(huán)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(fā)生火災(zāi)的外部環(huán)境下,有效保護人員的安全；對于消防類用電設(shè)備和應(yīng)急照明等逃生救援類用電系統(tǒng),應(yīng)選用耐火電纜；鎧裝電纜適用于直埋敷設(shè),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(huán)境；氟塑料電纜的護套可承受150 ℃高溫,適用于高溫環(huán)境；丁腈復(fù)合物護套絕緣電纜可用于油污染環(huán)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(jīng)常移動的情況。此外,具有低溫、防白蟻等特性的電纜可根據(jù)具體環(huán)境設(shè)置[4]。

3.1.2 電纜截面要與負荷量和負荷的發(fā)展相適應(yīng)

電纜的設(shè)計需滿足發(fā)熱、熱損失和熱穩(wěn)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(cè)功率因數(shù)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(yōu)勢,應(yīng)用最為廣泛。成束敷設(shè)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(chǎn)生有毒有害氣體,只產(chǎn)生極少量煙霧,對人體和周圍設(shè)備設(shè)施的損害相對較小,易于人員逃生或火災(zāi)救援,可應(yīng)用于人員密集的交通樞紐站以及超高層建筑等安全標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)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(nèi)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(yīng)用于高溫、腐蝕性環(huán)境和易燃易爆場所,設(shè)計使用溫度為250 ℃,在950～1000 ℃環(huán)境中可持續(xù)保持供電3 h,但因制造和安裝復(fù)雜、造價高、中間接頭多等缺點,應(yīng)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(yīng)用不廣泛；三是復(fù)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(chǎn)長度不受限制等優(yōu)點,在國內(nèi)應(yīng)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(nèi)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(shè)數(shù)量較多、人員密集場所。同一場所內(nèi)應(yīng)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(shè),不同類別不同等級的阻燃電纜應(yīng)分開敷設(shè),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(yīng)急照明、消防設(shè)備和消防電梯等逃生設(shè)備設(shè)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(tǒng)的癱瘓,同時產(chǎn)生的有毒有害氣體和濃煙嚴重污染環(huán)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(fā)更大的火災(zāi)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(nèi)電纜與外部火源阻隔,保證電纜正常運行。因槽盒內(nèi)氧氣量有限,若槽盒內(nèi)電纜起火,也會在一定時間內(nèi)自動熄滅。

2) 堵。防火堵料的耐火等級不應(yīng)低于建筑物構(gòu)件的耐火等級,對電纜穿越產(chǎn)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(chǎn)煙量,但在燃燒中產(chǎn)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(qū)間,必要時對橋架內(nèi)的電纜設(shè)置分段阻燃的措施,橋架和電纜溝布設(shè)的電纜,設(shè)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(shè)置防火墻,電纜隧道與建筑物和配變電所入口設(shè)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(dāng)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(jīng)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(yīng)有可靠的接地保護措施。

4.2 消防滅火措施

電力控制系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置電纜溫度監(jiān)控系統(tǒng),自動向調(diào)度中心發(fā)出溫度異常警報,便于工作人員及時查看現(xiàn)場。火勢較小時,可采用手提式滅火器撲滅火災(zāi)；火勢較大時,則應(yīng)首先疏散人員,再向消防隊報警。另外配備滅火系統(tǒng),比較常見的是自動滅火系統(tǒng),共分為三類。

1) 水噴淋自動滅火系統(tǒng)。該系統(tǒng)滅火的介質(zhì)為水,易對電氣設(shè)備設(shè)施造成損害,目前國內(nèi)使用的并不多,并且該系統(tǒng)設(shè)置條件復(fù)雜,在電纜周圍架設(shè)比較困難。

2) 氣體自動滅火系統(tǒng)。該系統(tǒng)工作原理是將滅火氣體充滿著火所在區(qū)間,因氣體用量較大,如果出現(xiàn)小段電纜火災(zāi),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(nèi),對于管道和橋架內(nèi)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(guī)定的通風(fēng)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(tǒng)。該系統(tǒng)設(shè)置造價較高,水霧化后降低了對設(shè)備設(shè)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(dāng)運行溫度超過預(yù)警范圍時,應(yīng)緊急采取措施,排查故障。

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

2) 控制電纜線芯的溫度在允許范圍內(nèi)。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(dāng)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(yīng)排查并處理完故障再送電。

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

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

5.2 維護措施

1) 維護人員應(yīng)熟悉電纜的防護和布設(shè)情況,準(zhǔn)確掌握每條電纜線的走線,便于及時查找到目標(biāo)。

2) 維護檢修期間,時刻關(guān)注實時電流是否超出額定電流,并且根據(jù)規(guī)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(fā)生后,應(yīng)加倍巡查。

4) 嚴格控制負荷電流以及運行溫度在規(guī)定范圍內(nèi),電纜終端和中間接頭是薄弱點,應(yīng)不定期檢查電纜終端和中間接頭情況[14-15],發(fā)現(xiàn)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(yīng)檢查是否有效[16]。

5) 當(dāng)施工單位的作業(yè)可能危及電纜線路安全時,應(yīng)安排專人前去監(jiān)督、指導(dǎo)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(yīng)滿足濕度條件,防止部件因受潮導(dǎo)致電纜絕緣能力降低,甚至出現(xiàn)擊穿絕緣外層事故。

7) 當(dāng)作業(yè)環(huán)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(yīng)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(jié)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(tǒng)的設(shè)計、施工布線到運行維護,形成了系統(tǒng)的指導(dǎo)方案,提出了五項防滅火措施和九項維護措施,可為電纜設(shè)計、施工、運行和維護提供技術(shù)參考。