建筑工程电力电缆防灭火安全技术综述

高 杨，孔德娟

(1.山东省电建铁军建设工程有限公司，山东 烟台 265100；2.济宁市汇源建安有限公司，山东 济宁 272000)

0 引言

随着我国经济的快速发展,电力能源地区供需不平衡问题日益突出,电力行业布局加快,西电东输等大型基建工程陆续开建。在电力系统的建设中,导线的制作和敷设质量是影响电力系统正常运行的重要因素,因此电缆的稳定性和完好率对于电力系统的安全稳定运行起到至关重要的作用[1]。在建筑电气事故中,电缆起火引起的事故占比将近60 %,因此亟需研究电缆防灭火问题。

将电缆防灭火作为研究课题,通过实验总结了不同电缆的燃烧性能,针对性地提出了电缆防灭火措施,同时在电缆的选择和运行维护方面进行了深入的系统分析,可为电缆设计、施工、运行和维护提供借鉴。

1 电缆发生火灾的原因

电缆燃烧分为两种情况：一种是电缆自燃。由于长期超负荷运行, 电缆自身因电阻产生过多的热量且未及时散发,造成绝缘护套层过早老化,从而引起电缆线路短路自燃。另外一种是外部火源引起的电缆燃烧。

1.1 电缆自燃

电缆自燃而引发的事故率约占电缆事故总数的50 %,具体有如下原因。

1) 电缆型号选用不当,未考虑到使用环境中存在的高温、高寒、潮湿和强腐蚀等影响因素,使电缆绝缘能力在原设计有效使用寿命周期内受到破坏而短路起火。

2) 截面与负荷不相符,通常是截面过小造成电缆负荷过大,电缆长期处于超负荷运行状态,超负荷造成电缆过热,加速绝缘层老化,从而引起相间短路,发生火灾。

3) 因电缆继电保护设置不当,当电缆短路故障发生时,未能及时切除故障而造成火灾。

4) 在施工或者维护过程中,因外力损伤绝缘层,电缆不再具备绝缘性能从而引起相间短路,发生火灾。

5) 施工前交底不到位或者作业人员技能不合格,造成电缆的接头连接不当或是与设备连接不当,引起电缆起火。

6) 电缆日常维护检修不到位,未更换外绝缘层损坏部位或者电缆超期使用造成绝缘老化击穿,导致短路起火。

1.2 外部火源引燃

1) 在日常的检修维护过程中未及时清理沉积粉尘,导致电缆上粉尘积累过多严重影响散热,从而引起粉尘自燃,进而引燃电缆。

2) 施工过程中电缆未做防护,焊渣掉落在电缆上,导致沉积的杂物燃烧引燃电缆[2]。

3) 制粉系统爆炸波及电缆,进而引燃电缆。

4) 用电设备操作不当或者保护装置失效引起设备起火,引燃电缆。

5) 电缆穿越易燃易爆区域未做防护措施以及未使用阻燃防爆电缆,易燃易爆物品燃烧引燃电缆。

2 电缆的燃烧性能分析

通过大量实验,分析对比不同电缆护套燃烧产生的有毒有害物质,研究结果表明：橡胶护套电缆燃烧产生的CO、CO2、NO、SO2浓度最高, 烟气毒害作用最大；聚氯乙烯护套电缆燃烧产生的CO、CO2、NO、SO2的浓度比橡胶护套电缆稍低点；烟气毒害作用相对较小；交联聚烯烃护套电缆燃烧产生的CO的浓度很低,不产生NO、SO2等有毒气体[3],毒害作用最小。

3 阻燃电缆的选用与分类

3.1 阻燃电缆的选用

3.1.1 电缆型号和性能要与敷设环境相适应

针对特殊的环境,比如潮湿、强酸和高温等异常环境,可选用不同护套的电缆,降低绝缘层的老化速度,延长电缆的使用寿命。

交联聚乙烯绝缘电缆(YJV型)具有耐高温的特性,适用于电流较大的电力系统；具备阻燃特性和矿物绝缘的电缆适用于易燃易爆环境以及更高要求的环境；低烟无卤阻燃电缆适用于一类防火建筑和人员密集建筑,可在发生火灾的外部环境下,有效保护人员的安全；对于消防类用电设备和应急照明等逃生救援类用电系统,应选用耐火电缆；铠装电缆适用于直埋敷设,可有效避免机械外力造成的外绝缘层损坏；具有防腐层的电缆适用于腐蚀性土壤环境；氟塑料电缆的护套可承受150 ℃高温,适用于高温环境；丁腈复合物护套绝缘电缆可用于油污染环境；硅橡胶电缆具有耐磨、耐拉力和强度高的特性,适用于需经常移动的情况。此外,具有低温、防白蚁等特性的电缆可根据具体环境设置[4]。

3.1.2 电缆截面要与负荷量和负荷的发展相适应

电缆的设计需满足发热、热损失和热稳定等原则,正常使用中要严格限制超负荷运行的时间,可考虑采取增大电缆截面或者提高负载侧功率因数等措施。

3.2 阻燃电缆的分类

3.2.1 普通阻燃电缆

普通阻燃电缆具有制造简单和成本低的优势,应用最为广泛。成束敷设条件下,普通阻燃电缆在燃烧时可以控制火势的蔓延范围,避免电缆延燃,具有较高的防火能力。

3.2.2 无卤低烟阻燃电缆

该电缆燃烧时基本不产生有毒有害气体,只产生极少量烟雾,对人体和周围设备设施的损害相对较小,易于人员逃生或火灾救援,可应用于人员密集的交通枢纽站以及超高层建筑等安全标准较高的场所。

3.2.3 低卤低烟阻燃电缆

该电缆的HCl释放量和烟浓度指标介于上述两种电缆之间,主要用于机场、地铁站、公共汽车站和高层建筑等场所。

3.2.4 耐火电缆

耐火电缆最明显的特征是燃烧时能在一定时间内保持电缆的正常运行,共有三种类型：一是矿物绝缘电缆,可应用于高温、腐蚀性环境和易燃易爆场所,设计使用温度为250 ℃,在950～1000 ℃环境中可持续保持供电3 h,但因制造和安装复杂、造价高、中间接头多等缺点,应用受到限制；二是硅绝缘护套电缆,耐火性能较好,但因造价较高,应用不广泛；三是复合绝缘电缆,因其具有施工和安装简单、造价低、适用范围广和生产长度不受限制等优点,在国内应用最为广泛。

3.2.5 阻燃电缆

阻燃电缆具有延长电缆着火时间,且在一定时间内仍能保持正常运行的特性,施工简单,维护方便,适用于电缆布设数量较多、人员密集场所。同一场所内应尽量选用同一防火等级的阻燃电缆,非阻燃和阻燃电缆不能一起敷设,不同类别不同等级的阻燃电缆应分开敷设,因为非阻燃电缆一旦燃烧可能会延燃,进而影响阻燃电缆的阻燃效果,降低阻燃电缆正常运行的时间,严重影响应急照明、消防设备和消防电梯等逃生设备设施的供电运行[5]。

4 电缆的防灭火措施

电缆燃烧会造成电力系统的瘫痪,同时产生的有毒有害气体和浓烟严重污染环境,人一旦吸入会对肺部造成直接伤害。如果扑救不及时,可能引发更大的火灾事故,因此研究电缆的防灭火措施特别有必要。

4.1 电缆防火封堵措施

防火封堵共分为五种类型,分别是封、堵、涂、隔和包等。

1) 封。封使用的是防火阻燃的槽盒,槽盒具有难燃或不燃的特性,可以将槽盒内电缆与外部火源阻隔,保证电缆正常运行。因槽盒内氧气量有限,若槽盒内电缆起火,也会在一定时间内自动熄灭。

2) 堵。防火堵料的耐火等级不应低于建筑物构件的耐火等级,对电缆穿越产生的所有孔、洞、缝以及套管管口两端等防火薄弱部位进行封堵[6-7]。

3) 涂。电缆表面防火涂料的工作原理是采用具有遇火膨胀的材料,生成隔热层,增大电缆表面的热惯性,增大点燃难度,延长点燃时间,继电保护动作时间较长,适用于金属管以及金属线槽等防火性能差或者无防火性能的管线,可有效减少产烟量,但在燃烧中产生的CO的浓度很高,毒性较大。目前来讲,防火涂料的抑烟性是其受限使用的主要因素[8-10]。

4) 隔。采用防火隔墙分割着火区间,必要时对桥架内的电缆设置分段阻燃的措施,桥架和电缆沟布设的电缆,设置防火隔离措施,杜绝火势沿着管道蔓延。电缆沟与建筑物入口设置防火墙,电缆隧道与建筑物和配变电所入口设置带甲级防火门的防火墙,所有孔洞和缝隙均采用符合防火等级的防火堵料封堵。

5) 包。采用防火包带密闭缠绕电缆形成保护套,当遇外部火源时,形成隔热阻燃的碳化层,延长电缆点燃的时间,保持电缆正常运行[11]。

封、堵、隔是最经济有效的三种防火方法,由于涂、包两种方式需要大量的人力和物力,造价较高,为达到相同等级的防火效果可以采用耐火阻燃电缆替代。无论采取何种措施,电缆都应有可靠的接地保护措施。

4.2 消防灭火措施

电力控制系统应设置电缆温度监控系统,自动向调度中心发出温度异常警报,便于工作人员及时查看现场。火势较小时,可采用手提式灭火器扑灭火灾；火势较大时,则应首先疏散人员,再向消防队报警。另外配备灭火系统,比较常见的是自动灭火系统,共分为三类。

1) 水喷淋自动灭火系统。该系统灭火的介质为水,易对电气设备设施造成损害,目前国内使用的并不多,并且该系统设置条件复杂,在电缆周围架设比较困难。

2) 气体自动灭火系统。该系统工作原理是将灭火气体充满着火所在区间,因气体用量较大,如果出现小段电缆火灾,成本也会较高,由于其针对性不强,气体无法渗透到管道和桥架内,对于管道和桥架内电缆自燃无法有效灭火。因灭火气体具有一定的毒性,施放后必须达到规定的通风时间人员才能进入,否则可能损害人员健康。

3) 水喷雾自动灭火系统。该系统设置造价较高,水雾化后降低了对设备设施的损害程度,适用范围较广,但在电缆沟中无法安装。

5 电缆运行条件与维护措施

5.1 运行条件

定期检查外绝缘层有无破损,当运行温度超过预警范围时,应紧急采取措施,排查故障。

1) 电缆运行的电压值应始终保持低于其额定电压1.15倍值。当中性点不接地系统单相接地短路时,运行时间必须限制在2 h内,因为单相短路发生时,非故障相电压会在短时间内升高到原有电压的1.73倍,如果长时间继续工作,绝缘层很可能会被击穿,从而引发事故。

2) 控制电缆线芯的温度在允许范围内。因无法直接测量电缆线芯的温度,可通过测量电缆外皮的温度推算线芯温度,一般电缆线芯温度比外皮温度高15～20 ℃。当电缆线芯温度过高时,可通过限制输电负荷的方式降低输电电流,从而达到降低电缆线芯温度的目的。

3) 若跳闸,不允许试送电,应排查并处理完故障再送电。

4) 应保证电缆在允许负荷内运行。过负荷产生的热量会加速绝缘层的老化,虽允许短时间出现过负荷,但必须严格控制时长。

5) 对电缆接头检修结束后,应检查相位,确保正确再接入,防止因相位错乱引发事故[12-13]。

5.2 维护措施

1) 维护人员应熟悉电缆的防护和布设情况,准确掌握每条电缆线的走线,便于及时查找到目标。

2) 维护检修期间,时刻关注实时电流是否超出额定电流,并且根据规范要求测定每条线路段外皮温度和外皮绝缘性能。

3) 定期进行全面巡查和检修,对于户外终端,在异常恶劣天气发生后,应加倍巡查。

4) 严格控制负荷电流以及运行温度在规定范围内,电缆终端和中间接头是薄弱点,应不定期检查电缆终端和中间接头情况[14-15],发现问题及时解决,尤其是中间接头的金属外壳可靠接地措施应检查是否有效[16]。

5) 当施工单位的作业可能危及电缆线路安全时,应安排专人前去监督、指导施工,并要求施工单位采取可靠保护措施后再进行施工。

6) 电缆接头制作时应满足湿度条件,防止部件因受潮导致电缆绝缘能力降低,甚至出现击穿绝缘外层事故。

7) 当作业环境温度低于10 ℃时,严禁搬动电缆,因为过低的温度会降低电缆外皮的柔性,强行搬动会损伤电缆外皮。

8) 引出地面2 m的弯曲位置电缆要有金属套管或保护罩进行防护,避免电缆弯折折损,同时金属套管或保护罩应可靠接地。

9) 保护电缆的铁管要采取可靠的接地措施[17]。

6 结束语

通过电缆的防灭火研究,找出了电缆着火的原因并进行了燃烧性能对比,从电力系统的设计、施工布线到运行维护,形成了系统的指导方案,提出了五项防灭火措施和九项维护措施,可为电缆设计、施工、运行和维护提供技术参考。