电线电缆带电燃烧研究进展

梁伟

（河南省煤科院检测技术有限公司 河南郑州 450000）

引言

MT3g6-95《煤矿用阻燃电缆阻燃性的试验方法和判定规则》是我国第一个用于煤矿阻燃电缆的行业标准。它是煤炭系统加快行业标准的制定.提高煤矿用设备、材料质量的体现.也是确保煤矿安全生产所必需。煤矿安全生产是煤炭企业的生命线。加强安全生产的管理体现了党和国家对矿工生命安全的关怀，历来是煤炭部领导十分重视的环节。近年来，煤炭部领导致力于解决井下瓦斯爆炸为重点的各项安全措施.其中制服井下“三条火龙一（输送带、导风筒、电缆）正是安全生产的重大举措。

1 井下电缆概述

井下电缆的安全性能显得更为重要。它与输送带不同，不但是一种延燃的介质，而且还是一种火源，具有双重危险性，因而对其阻燃性能的要求更加严格。煤矿井下电缆的规格品种繁多.使用环境恶劣.电压等级也由低压到高压。随着煤矿机械化、自动化生产的发展，高产高效矿井的出现，日产万吨、日产七千吨工作面的装机功率比原有综采又有大幅度提高，工作面电压从1140V升到3300V已成趋势，对工作面的输供电工作和相应的电缆都有新的要求。掘进工作面机械化和连续采煤机的应用等也增加了拖拽移动电缆的使用，这些都对煤矿阻燃电缆的使用，管理提出了更高要求。

2 电流变量与燃烧特性的相互影响

由于火焰的本质为弱电离等离子体，具有导电的特性，因此火焰与电场之间存在相互作用，电场特性参数会影响燃烧稳定性及燃烧强度。为了强化燃烧及获得更为稳定的燃烧，研究人员在电流变量与燃烧特性方面开展了大量研究，主要集中在交流和直流电场对火焰形状、火焰温度及燃烧稳定性等的影响方面。基于当前研究，电场对火焰特性参数的影响机理基本归结于其对于火焰传播速度的影响，而多数学者都是从离子风的角度对这一影响进行解释和分析的。开展交流电场对小尺度乙醇火焰行为影响的试验研究，通过分析指出离子风作用是交流电场影响火焰的主要机理，通过拟合得到火焰强化比（Qen）与交流电有效功率（PAC）之间的关系为：

Qen=0.262×PAC0.338

研究了低频率与直流电场对层流预混本生灯火焰稳定特性的影响，揭示了火焰的稳定性随着交流电压的增大呈现下降趋势。此外他们还研究了直流和交流电场对丙烷非预混层流射流火焰稳定性的影响，重点分析了不同电场条件下火焰“抬升”和“吹熄”现象。国内学者也开展了大量相关研究。研究了直流电场作用下乙醇汽化及扩散火焰特性，研究表明在负电场作用下，随着电压强度的增大，火焰高度减小，逐渐变得扁平。开展了不同角度的针形电场和平板电场对乙醇扩散小火焰结构特性和熄灭特性影响的试验研究，结果表明，在一定范围内，外加电场可以强化微尺度扩散火焰的燃烧，由于微尺度火焰尺度较小，电场强度进一步增强，则会导致燃烧不稳定进而发生熄灭。研究了直流电场对预混甲烷/氧气/氮气火焰传播特性的影响，结果表明正负直流电场均能有效加快火焰传播速度、改善燃烧，同时直流电场还可以增强火焰传播的稳定性，在这一方面负电场具有更好的效果。

以上研究都着眼于利用电场强化燃烧，多针对于外加电场对微尺度火焰燃烧特性的影响，这与电场参数对真实电缆火灾的影响仍具有一定的差别，然而由于试验条件等方面的限制，当前针对电场参数对电缆火灾影响的相关研究较少。通过以上分析，在当前已开展的电流变量与燃烧特性相互影响的研究中，重点集中在外加电场与燃烧的相互影响方面，旨在通过研究寻求强化燃烧和增强燃烧稳定性的最优电场参数设计，研究中火源类型多集中在预混或扩散的气体火。所得结论证明了外加直流和交流电场在强化燃烧、增强燃烧稳定性方面的优异效果，并从离子风角度对这一机理进行了解释，同时部分研究发现，外加电场强化燃烧具有一定的范围要求，对于微燃烧，若电场过强则可能会导致燃烧熄灭。然而对于电线电缆这类火灾，在故障条件下线芯由于过载发热本身就可能引燃绝缘皮而导致火灾的发生，同时在火灾过程中，电缆很可能仍处于通电状态，通电电流在电缆绝缘层燃烧过程中也会对火焰形态及蔓延速度造成影响。目前针对这部分内容所开展的研究较少，所开展的研究多集中在参数变化规律的定性描述上，规律发生机理的解释还不够深入，相关参数的预测模型也尚未完善。从当前所得结论可以看出，导线在通电状态下的燃烧强度和火焰传播速度均有所加强，因此在制定电线电缆火灾安全相关规范和标准时，仅以电缆未通电状态下的燃烧试验数据为依据很可能会导致规范要求不足，从而在电缆灭火有效性方面埋下隐患。

3 结语

总体而言，带电电缆燃烧特性已得到了国内外研究人员的重视，并开展了一系列的相关研究，所得结果对于电缆防火设计及电缆火灾调查都具有重要的指导意义。然而由于带电电缆故障发热及燃烧试验在试验开展时间以及系统设计方面均较为复杂，因此相关研究结论尤其是在电缆故障起火和带电电缆燃烧特性方面多以试验结果的定性分析为主，机理揭示及模型建立仍需开展深入研究。

[1]公安部消防局．中国消防年鉴2012[M]．北京：中国人事出版社，2012．

[2]公安部消防局．中国消防年鉴2013[M]．北京：中国人事出版社，2013．

[3]公安部消防局．中国消防年鉴2014[M]．昆明：云南出版集团/云南人民出版社，2014．