建筑电气防火设计中电线电缆的应用

张文才（中国建筑设计研究院， 北京 100044）

1 概述

在建筑电气防火方面，据有关统计显示，电气火灾占建筑物火灾数量的25%～27%，而由电气线路引发的火灾约占电气火灾的60%左右，电气火灾造成的损失占总数的30%～50%。如此惊人的数字，应该给我们带来警示：在建筑电气设计中，对于电线电缆的应用，一定要认真考虑，精心设计。现有的规范对消防线路以及消防设备的配电用电线电缆的要求较为详细，但是对于大量的一般线路的要求则有些欠缺。纵观电气线路引发的火灾，绝大部分是一般的配电线路和系统引起的。建筑中发生电气线路火灾，总是在线缆最薄弱的环节。因此，在建筑配电设计中，合理选用电线电缆以及恰当的敷设方式，对于建筑电气防火非常重要。

2 电线电缆选用

2.1 相关规范规定

建筑中，电线电缆的基本功能是为电气负荷输送电力。在输送电力的过程中重点需考虑的问题有：

1）减少线路损耗，保证供配电系统正常运行；

2）防止电气火灾；

3）火灾发生时，应有利于人员的疏散；

4）发生突发事件，尤其是发生火灾时，应确保防灾设备、消防设备的正常运行。

这些问题中，1）是属于配电正常运行的问题；2）～4）则是属于安全问题，它们对于中、低压配电系统均适用。但是在建筑电气设计时，如何正确地选择电线电缆，往往还是存在一些问题和模糊的认识。在相关的规范中，对不同的场所和消防用电设备在火灾时延续供电时间做出了规定。

《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045-95，2005年版）7.3.3中规定：商业楼、展览楼、综合楼、一类建筑的财贸金融楼、图书馆、书库，重要的档案楼、科研楼和高级旅馆的火灾延续时间应按3.00h计算，其他高层建筑可按2.00h计算。自动喷水灭火系统可按火灾延续时间1.00h计算。

《建筑设计防火规范》（GB50016-2006） 8.6.3条中表8.6.3规定了不同场所的火灾延续时间要求——对于民用建筑：公共建筑、居住建筑其火灾延续时间均为2.0h；对于灭火系统：自动喷水灭火系统、泡沫灭火系统、防火分隔水幕，应按相应现行国家标准确定。

《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008第13.9.13条要求各类消防用电设备在火灾发生期间，最少持续供电时间应符合表13.9.13的规定：

表13 .9.13

这是对消防设施持续供电时间的要求，不同场所和不同消防用电设备，要求持续供电时间有所不同，作为配电系统中的电缆，应根据此要求做出不同的选择。

2.2 电线电缆分类及选用要点

在我们的日常设计中，有多种类型的电缆，在什么情况下选用何种电缆呢？首先我们来看看电缆的分类及定义：

1）普通电线电缆：不具有阻燃、耐火、无卤及低烟等特性的电线电缆 ；

2）阻燃电线电缆：难以着火并具有阻止或延缓火焰蔓延能力的电线电缆；

3）耐火电线电缆：在规定温度和时间的火焰燃烧下仍能保持线路完整性的电线电缆；

4）无卤低烟阻燃电线电缆：材料不含卤素，燃烧时产生的烟尘较少并且具有阻止或延缓火焰蔓延的电线电缆 ；

5）无卤低烟阻燃耐火电线电缆：材料不含卤素，燃烧时产生的烟尘较少并且具有阻止或延缓火焰蔓延、可保持线路完整性的电线电缆。

2.2.1 阻燃电线电缆

阻燃电线电缆根据GB/T18380.3-2001规定的不同等级标准的实验，可分为A、B、C、D四种阻燃等级，其要求应符合表1的规定。

表1 阻燃电线电缆的等级

在实际的工程设计中，主要考虑选用的是A、B、C这三个等级的电线电缆。从表1我们可以看出，当试样所含非金属材料总体积达到7 L/m时，就应该选择A级阻燃电缆。而在工程设计中，变配电所的出线往往有数十条电缆，而且截面也不尽相同。这就需要我们对电缆的非金属材料总体积进行统计，从而决定需要选用何种等级，并根据电缆在桥架或线槽内的占空比确定需要采用的规格以及桥架或线槽的数量。

以通常的YJV电缆为例：在建筑中通常采用的是TN-C-S系统或TN-S系统，对于TN-C-S系统，我们选用4芯电缆；而对于TN-S系统，则采用5芯电缆。对于TN-C-S系统采用的4芯等截面电缆，以25mm2的为例，其直径为23.8mm，一根电缆的非金属含量是0.3447L/m，20根电缆非金属含量达到7L/m，为A级阻燃级别；10根电缆达到B级；4根电缆达到C级。而对于150mm2的电缆，近5根就达到了A级的非金属含量。若对于TN-S系统采用5芯电缆，以4+1为例，25mm2的电缆直径为25.4mm，一根电缆的非金属含量是0.3905 L/m， 17根电缆非金属含量达到7 L/m，为A级阻燃级别；9根电缆达到B级；4根电缆达到C级。而对于150mm2的电缆，近5根就达到了A级的非金属含量。

从上面的分析计算中可以看出，在变配电所的出线回路中，几根大截面的电缆的非金属含量就达到7L/m，因此在选用阻燃电缆级别时，一定要明确要求等级，否则如果选用了低级别的阻燃电缆，就根本达不到要求。当非金属含量超过7 L/m时，A级阻燃电缆也不能满足要求。表2是0.6/1kV，4芯和5芯不等截面YJY电力电缆单位长度内非金属材料含量以及A、B、C三个级别能同时在一起敷设的数量情况。

表2 0.6/1kV 不等截面YJY电力电缆参数

2.2.2 耐火电线电缆

对于耐火电线电缆，则应通过GB/T19216.21-2003(等效IEC 60331)标准的试验，其耐火试验要求应符合表3在火焰条件下电缆的线路完整性试验。

表3 耐火电线电缆的耐火试验要求

2.3 敷设方式的选择

选择电线电缆，与敷设方式直接有关，因为敷设方式直接关系到对电缆的保护程度。在建筑内敷设方式主要有：电缆桥架或线槽敷设、穿管明敷、穿管暗敷、直接敷设等。

1.《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95（2005年版）中：

9.1.4 消防用电设备的配电线路应满足火灾时连续供电的需要，其敷设应符合下列规定：

9.1.4.1 暗敷设时，应穿管并应敷设在不燃烧体结构内且保护层厚度不应小于30mm ；明敷设时，应穿有防火保护的金属管或有防火保护的封闭式金属线槽；

9.1.4.2 当采用阻燃或耐火电缆时，敷设在电缆井、电缆沟内可不采取防火保护措施；

9.1.4.3 当采用矿物绝缘类不燃性电缆时，可直接敷设；

9.1.4.4 宜与其它配电线路分开敷设，当敷设在同一井沟内时，宜分别布置在井沟的两侧。

2.《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008中：

7.4.1 第2款 导体的绝缘类型应按敷设方式及环境条件选择，并应符合下列规定：

1）在一般工程中，在室内正常条件下，可选用聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套的电缆或聚氯乙烯绝缘电线；有条件时，可选用交联聚乙烯绝缘电力电缆和电线。

2）消防设备供电线路的选用，应符合本规范第13.10节的规定；

3）对一类高层建筑以及重要的公共场所等防火要求高的建筑物，应采用阻燃低烟无卤交联聚乙烯绝缘电力电缆、电线或无烟无卤电力电缆、电线。

13.10 .4 消防设备供电及控制线路选择，应符合下列规定：

1 火灾自动报警系统保护对象分级为特级的建筑物，其消防设备供电干线及分支干线，应采用矿物绝缘电缆；

2 火灾自动报警保护对象分级为一级的建筑物，其消防设备供电干线及分支干线，宜采用矿物绝缘电缆。当线路的敷设保护措施符合防火要求时，可采用有机绝缘耐火类电缆；

3 火灾自动报警保护对象分级为二级的建筑物，其消防设备供电干线及分支干线，应采用有机绝缘耐火类电缆；

4 消防设备的分支线路和控制线路，宜选用与消防供电干线或分支干线耐火等级降一类的电线或电缆。

13.10 .5线路敷设应符合下列规定：

1 当采用矿物绝缘电缆时，应采用明敷设或在吊顶内敷设；

2 难燃型电缆或有机绝缘耐火电缆，在电气竖井内或电缆沟内敷设时可不穿导管保护，但应采取与非消防用电电缆隔离措施；

3 当采用有机绝缘耐火电缆为消防设备供电的线路，采用明敷设、吊顶内敷设或架空地板内敷设时，应穿金属导管或封闭式金属线槽保护。所穿金属导管或封闭式金属线槽应采取涂防火涂料等防火保护措施；当线路暗敷设时，应穿金属导管或难燃型刚性塑料导管保护，并应敷设在不燃烧结构内，且保护层厚度不应小于30mm；

4 火灾自动报警系统传输线路采用绝缘电线时，应采用穿金属导管、难燃型刚性塑料管或封闭式线槽保护方式布线；

5 消防联动控制、自动灭火控制、通信、应急照明及应急广播等线路暗敷设时，应采用穿导管保护，并应暗敷在不燃烧体结构内，其保护层厚度不应小于30mm。当明敷时，应穿金属导管或封闭式金属线槽保护，并应在金属导管或金属线槽上采取防火保护措施；

采用绝缘和护套为难燃性材料的电缆时，可不穿金属导管保护，但应敷设在电缆竖井内；

6 当横向敷设的火灾自动报警系统传输线路采用穿导管布线时，不同防火分区的线路不应穿入同一根导管内。探测器报警线路采用总线制布设时可不受此限；

7 火灾自动报警系统用的电缆竖井，宜与电力、照明用的电缆竖井分别设置。当受条件限制必须合用时，两类电缆宜分别布置在竖井的两侧。

3.《建筑设计防火规范》 GB50016-2006中：

11.1.6 消防用电设备的配电线路应满足火灾时连续供电的需要，其敷设应符合下列规定：

1 暗敷时，应穿管并敷设在不燃烧体结构内且保护层厚度不应小于30 mm。明敷时（包括敷设在吊顶内），应穿金属管或封闭式金属线槽，并应采取防火保护措施；

2 当采用阻燃或耐火电缆时，敷设在电缆井、电缆沟内可不采取防火保护措施；

3 当采用矿物绝缘类不燃性电缆时，可直接明敷；

4 宜与其他配电线路分开敷设，当敷设在同一井沟内时，宜分别布置在井沟的两侧。

《高层民用建筑设计防火规范》和《建筑设计防火规范》用词基本一致，提出了是否需要采取防火保护措施。《民用建筑电气设计规范》则规定较为细致，提出了在什么情况下应采用何种电缆（宜采用、宜选用、可采用等）。一条线路应从起点到终点全程考虑（干线、分支干线、支线），在一条线路中，可以有多种敷设方式，对于每个环节，都应予以认真的考虑和设计。线槽敷设：耐火线槽、阻燃线槽、普通线槽；穿管敷设：明敷、刷防火涂料；穿管暗敷：30mm厚的保护层（不燃烧体结构）。

表4 耐火电缆槽盒的耐火性能分类

2.4 无卤低烟电线电缆

当建筑中发生火灾，燃烧时产生的烟气、有毒气体等，应予以充分考虑。有毒气体的蔓延和扩散，将造成人员伤亡。为了使建筑内的人员能尽快安全疏散，可采用无卤低烟电线电缆（烟气毒性小、烟气透明度高、利于逃生）。例如八方电工集团生产的辐照交联低烟无卤阻燃耐火电线电缆。值得注意的是，有的人在设计时考虑采用无卤低烟电线电缆，设计说明中也明确了采用无卤低烟电线电缆，但在标注电缆型号时，却又错误地将有卤的电线电缆标注上去。因为低烟无卤电线电缆型号中不应有“V”。凡是带“V”字母，就表示含有卤化物，就不属于无卤电线电缆。

表6 燃烧滴落物/微粒等级及分级判据

2.5 电缆及光缆产品的燃烧性能

笔者在参编《民用建筑电气设计防火规范》的讨论中，认为电缆的耐火性能主要有三种要求，即950℃，180min ；950℃，90min ；750℃，90min。按照正准备报批的国家标准《电缆及光缆燃烧性能分级》，将线缆按燃烧性能分级。该规范适用于电缆及光缆产品的燃烧性能，不包括耐火性能。分级为：

1）电缆及光缆产品的燃烧性能分为主等级、燃烧滴落物/微粒等级、产烟毒性等级。

2）电缆及光缆产品的燃烧性能主等级分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级，燃烧滴落物/微粒等级分为d0、d1、d2三个等级；产烟毒性等级分为t0、t1、t2三个等级。5个级别的电缆及光缆产品应给出以下等级信息：燃烧性能分为主等级、燃烧滴落物/微粒等级d、产烟毒性等级t。

表5 电缆及光缆燃烧性能等级判据

从阻燃性能来看，A类电缆就是不可燃的。如浙江久盛的氧化镁矿物绝缘电缆，由于其采用氧化镁矿物作为绝缘材料，外皮是铜材料，根本没有任何可燃物。

电缆及光缆的燃烧性能等级附加信息包括燃烧滴落物/微粒等级和产烟毒性等级。燃烧性能等级Ⅱ级和Ⅲ级的电缆及光缆应给出相应的附加信息。

燃烧滴落物/微粒等级

燃烧滴落物/微粒等级分为d0级、d1级和d2级,共3个级别。

燃烧滴落物/微粒等级及分级判据见表6。

产烟毒性等级

产烟毒性等级分为t0级、t1级和t2级, 共3个级别。

产烟毒性等级及分级判据见表7。

表7 产烟毒性等级及分级判据

标识

依照本标准检验符合规定要求的电缆及光缆，应在其产品和包装上标识出燃烧性能等级。

燃烧性能等级为Ⅱ级和Ⅲ级的电缆及光缆应按规定给出燃烧滴落物/微粒等级、产烟毒性等级等附加信息标识。

例如：电缆及光缆的燃烧性能等级及附加信息标识如下：

3 其他设计要点

3.1 检测技术的应用

要使配电线路安全可靠，除了正确的应用之外，还需要有良好的管理。不要等到出现问题才去处理，而应转变思路和做法，在出现问题之前就能发现隐患，提前处理，解决问题。然而在当今大型建筑中，这种管理若依靠人工是难以实现的，必须借助现代的一些科技手段和技术，对电线电缆进行必要的监测。例如火灾漏电探测，线缆的漏电并非表示火灾发生，而是表明线路存在火灾的隐患，需要对线路漏电进行检查。因为长期漏电将会导致线缆的绝缘过早老化，从而导致线缆短路发生火灾。另外，在大量线缆集中敷设的线槽中，采用线型感温探测器，对线缆的温度进行监测。设计合理时，线缆在正常工作时温度较低；一旦出现过负荷现象，线缆会出现温升。早期对异常温升进行监测，可以查找出故障，避免故障进一步蔓延和发展，防止火灾发生。

3.2 新型产品

随着技术发展，多种新型电线电缆研发出来，并应用于实际工程。从耐火阻燃的效果上看，火灾时延续供电时间都有所提高，达到甚至超过规范规定的火灾时的持续供电时间。例如上海高桥电缆集团研发的超阻燃电缆，其非金属含量可达到50L/m甚至更高，这就极大地解决了线路在敷设过程中所需解决的阻燃级别问题，也极大地提高了电缆的安全性。另外中压耐火电缆采用的填充物中有氢氧化铝和氢氧化镁，这两种材料在不同的温度下会发生分解，释放出一定量的水分，使火灾时电缆在燃烧过程中单一的热传导成为热阻，达到规范规定的3h耐火要求，从而大大提高了中压系统供电的可靠性，为低压应急供电提供了可靠的保证。另外，高桥的NG-A-1kV-4x35隔离型矿物绝缘耐火电缆通过了英国标准协会BS-6387 C.W.Z.试验（在火灾条件下保持线路完整性的电缆性能要求，C：耐火，经受950℃火焰燃烧180min；W：耐火防喷淋，经受650℃火焰燃烧15min和喷水15min；Z：耐火耐撞击，经受950℃火焰燃烧和极限冲击15min），这也是我国目前唯一通过该项试验的产品，对于我们进行建筑电气防火安全设计十分有益。

3.3 中压线路设计

《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95(2005年版）第9.1.1 条规定：高层建筑的消防控制室、消防水泵、消防电梯、防烟排烟设施、火灾自动报警、漏电火灾报警系统、自动灭火系统、应急照明、疏散指示标志和电动的防火门、窗、卷帘、阀门等消防用电，应按现行的国家标准《供配电系统设计规范》GB50052的规定进行设计，一类高层建筑应按一级负荷要求供电，二类高层建筑应按二级负荷要求供电。

《供配电系统设计规范》GB50052-2009第3.0.2条规定：一级负荷应由双重电源供电，当一电源发生故障时，另一电源不应同时受到损坏。

大型和高层及超高层建筑基本均由10kV(或20kV、35kV）中压电源供电，中压电源线路的可靠性就显得尤其重要。从电缆的选择到线路的敷设，必须予以认真的考虑。在工程设计中，往往重点考虑的是低压系统，很少考虑中压。然而对于供电的可靠性，不能仅仅考虑低压，中压实际上是供电可靠性的源头。《供配电系统设计规范》GB50052第3章（负荷分级及供电要求）重点讲的就是中压电源的问题。低压侧根据场所和设备供电要求来选择阻燃或耐火电缆，采取双电源互投，就是为了提高对重要负荷供电的可靠性。在工程设计中，设计人员常常会将注意力放在低压电缆的选择和敷设，而往往忽略了中压电缆的选择和敷设。对于中压（10～35kV）电缆，以往的设计常见的型号是YJV或YJV22，这些都属于普通电缆，不具备阻燃功能，更别说具有耐火功能了。但是以往设计中选备用的电缆，也很少强调阻燃和耐火电缆的详细性能参数，因此，对于设计中选用的一般电缆，也就无人去追究其耐火性能。但现在有了阻燃耐火电缆，需要我们很好地去应用。

我们可以看看建筑中中压电缆的路由：对于仅设一个配变电所的情况，从城市降压站→建筑内电缆分界小室（或开闭所）→配变电所高压进线柜；对于设置多个配变电所的情况，从城市降压站→建筑内电缆分界小室（或开闭所）→主配变电所高压进线柜→各配变电所高压进线柜。

对于中压电源进线的电气设计分界：中压进线由供电部门送至高压开关柜进线端，电气设计人员需考虑进入建筑物的路径，这就有线路的路由和敷设问题。尤其是对于有多个变配电所的工程，从主变配电所出线至各分配变电所，所有缆线选择和敷设路由均由设计人员考虑。

为了确保中压线路的安全，在选型方面：要考虑阻燃或耐火；在路由方面：要考虑阻燃或耐火桥架（线槽）。中压电缆的敷设方式主要有：电缆沟内敷设、直接埋地敷设、在线槽内敷设、穿管敷设。在设计中，往往忽略了采取防火保护措施。在线槽内敷设、穿管敷设的防火措施是：采用阻燃或耐火金属线槽、金属管刷防火涂料、选用阻燃或耐火电缆。

一级负荷需要双重电源供电，尤其是在大型公共建筑（在同一平面层有多个配变电所，如机场、火车站等建筑）或是超高层建筑中，设置多个变配电所（在不同楼层），从主变配电所至各分变配电所的中压电缆选择和敷设路由等问题需要我们予以足够的重视。

3.4 铜、铝电缆的应用

关于铜和铝芯（或铝合金）电缆的应用，从耐火时间上看，消防线路还是应采用铜芯；对于非消防线路，缆线截面在16mm2或35mm2及以上时，可以采用铝芯（或铝合金）电缆。铝芯（或铝合金）电缆从供配电性能方面，与铜芯电缆无区别，但是从节能和减排方面，还是具有一定的优势。因为冶炼1t铜和1t铝所耗的能源差异很大，且1t铝所能制造出来的电缆比1t铜要长。因此在北京市地方标准DB11/ 687-2009《公共建筑节能设计标准》中，就有专门的条文，并用了较大的篇幅进行说明。在实际工程设计中，希望广大设计人员在保证供配电系统的安全可靠性的同时，在电气节能方面，为节能减排多做一些工作。

4 结束语

本文从相关规范规定及实际应用经验出发，从电线电缆分类及选用要点、敷设方式、电缆及光缆产品的燃烧性能、中压线路设计、新产品新技术的应用等方面，详细分析了建筑配电设计中电线电缆、敷设方式等的选择，提出了建筑电气防火设计中电线电缆的应用要点，希望能对广大设计人员在建筑电气防火设计时有所帮助和提示，合理设计，保证供配电系统的安全可靠性，做到安全，节能。

[1] 中华人民共和国公安部.GB 50045-95高层民用建筑设计防火规范（2005年版）[S]. 北京: 中国计划出版社, 2005.

[2] 中华人民共和国公安部. GB 50016-2006建筑设计防火规范[S]. 北京: 中国计划出版社, 2006.

[3] 中华人民共和国住房和城乡建设部. JGJ16-2008民用建筑电气设计规范[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2008.

[4] 中华人民共和国机械工业部. GB50052-2009供配电系统设计规范[S]. 北京: 中国计划出版社, 2009.