摘 要 文章從造成電氣火災(zāi)的重要線(xiàn)路著手，詳細(xì)闡述了民用建筑配變電系統(tǒng)中電氣線(xiàn)路的防火設(shè)計(jì)選型、配電線(xiàn)路敷設(shè)的防火蔓延措施和配電線(xiàn)路的電氣防火保護(hù)，力圖從電氣火災(zāi)的源頭線(xiàn)路防止火災(zāi)的發(fā)生。
關(guān)鍵詞 電纜母線(xiàn)槽 防火設(shè)計(jì)
據(jù)全國(guó)火災(zāi)事故統(tǒng)計(jì)分析，因電氣線(xiàn)路著火造成的火災(zāi)事故在其中占有很大的比例。電氣線(xiàn)路故障引起火災(zāi)的過(guò)程如下：電線(xiàn)、電纜局部著火后，火勢(shì)迅速蔓延，同時(shí)產(chǎn)生大量的有毒的煙氣，對(duì)人體構(gòu)成威脅，致使消防人員不能靠近火場(chǎng)及時(shí)撲救。
同時(shí)，線(xiàn)路絕緣膠皮燃燒產(chǎn)生的氯化氨與空氣中的水分相結(jié)合，化合成稀鹽酸附著在電氣設(shè)備、儀器裝置上生成導(dǎo)電薄膜，嚴(yán)重降低了機(jī)電設(shè)備和一、二項(xiàng)接線(xiàn)回路的絕緣性能，直接影響機(jī)電設(shè)備和發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行并縮短其壽命。因此為防止電纜引起火災(zāi)和盡量減少氯化氫等有毒氣體的產(chǎn)生，迫切需要國(guó)內(nèi)有關(guān)部門(mén)重視電氣線(xiàn)路防火的管理、監(jiān)督和科研工作，并采取有效的預(yù)防措施減少電氣線(xiàn)路火災(zāi)的發(fā)生率。
1.電纜、電線(xiàn)及母線(xiàn)槽的防火設(shè)i,-I-選型
任何民用建筑和內(nèi)部裝修本身的不燃化是有局限性的，而電能分布在民用建筑物內(nèi)、外各個(gè)部分。盡管消防部門(mén)年年都強(qiáng)調(diào)加強(qiáng)防火管理，注意用電安全，但任何完善的防火管理都不可能使電氣引發(fā)火災(zāi)的幾率為零。
電氣火災(zāi)的危害案例最多的還是線(xiàn)路，如電纜、電線(xiàn)(包括母線(xiàn)槽)等配電線(xiàn)路。近年來(lái)，因電纜、電線(xiàn)、母線(xiàn)槽著火延燃釀成的重大火災(zāi)，國(guó)內(nèi)外時(shí)有發(fā)生，已引起人們的深切關(guān)注。民用建筑物特別是高層、超高層民用建筑，除認(rèn)真考慮建筑物及裝修材料的不燃化外，電氣設(shè)備、配電線(xiàn)路所采用的各類(lèi)電纜、電線(xiàn)、母線(xiàn)槽更需要采取阻燃化、難燃化和不燃化的措施。
1.1阻燃型電纜、電線(xiàn)
具有阻燃性能的PVC絕緣和護(hù)套電纜、電線(xiàn)，耐溫有70℃、90℃、105℃之分，阻燃特性氧指數(shù)為32級(jí)以上。阻燃型電纜、電線(xiàn)不易著火或是著火后不延燃，離開(kāi)火源可以自熄。但用阻燃材料作導(dǎo)體的絕緣有一定的局限性，它僅適用于有阻燃要求的場(chǎng)所。耐溫105℃絕緣導(dǎo)線(xiàn)也稱(chēng)作耐熱線(xiàn)，用于溫度較高的場(chǎng)所。
日本JISK7201標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了按測(cè)得的氧指數(shù)對(duì)材料難燃性進(jìn)行判定的等級(jí)：
材料難燃性進(jìn)行判定表
難燃級(jí)別 一級(jí) 二級(jí) 三級(jí) 四級(jí) 五級(jí)
材料氧指數(shù) >30 27~30 24~27 21~24 <21
1．2銅護(hù)套、氧化鎂粉絕緣銅芯不燃電纜
一級(jí)負(fù)荷的特別重要負(fù)荷中，如消防電梯、消防泵、應(yīng)急發(fā)電機(jī)等電源線(xiàn)，應(yīng)積極推廣銅護(hù)套銅芯氧化鎂絕緣防火電纜(簡(jiǎn)稱(chēng)為MI電纜)。MI電纜和耐火母線(xiàn)槽是預(yù)防和撲救高層、超高層民用建筑火災(zāi)的重要舉措之一。MI電纜價(jià)格比阻燃電纜價(jià)格更高，敷設(shè)方式均為明裝敷設(shè)。
MI電纜有如下特點(diǎn)：
(1)防火、耐火、耐高溫。銅護(hù)套、銅芯線(xiàn)熔點(diǎn)為1083~C，無(wú)機(jī)物氧化鎂粉絕緣材料在2200~C高溫下不熔化，有很強(qiáng)的防火、耐火性能，且氧化鎂絕緣材料被緊密地?cái)D壓在銅護(hù)套與銅芯之間，MI電纜的部件全部用絲扣連接，任何氣體、火焰都無(wú)法進(jìn)入設(shè)備和電纜內(nèi)。能在250~C的高溫環(huán)境中長(zhǎng)期安全工作，用在應(yīng)急發(fā)電機(jī)、消防電梯和消防泵的低壓配電線(xiàn)路上，可為消防人員火災(zāi)的撲救贏得時(shí)間和提供保證；
(2)無(wú)煙、無(wú)毒，有利于人們撤離火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，更有利益于消防人員撲救；
(3)防水、耐腐蝕性能高。銅護(hù)套本身就具有良好的防腐性能，MI電纜在民用建筑中無(wú)需套塑料護(hù)套。銅護(hù)套為無(wú)縫銅管制成，即使浸泡在水中也可長(zhǎng)期安全通電運(yùn)行；
(4)無(wú)輻射、無(wú)渦流、過(guò)載能力強(qiáng)。銅護(hù)套有很高的防磁性能，能起到很好的屏蔽作用，還能防止輻射。單芯電纜無(wú)渦流效應(yīng)，故銅護(hù)套不會(huì)發(fā)熱。與相同截面的其他阻、難燃型電纜相比較，MI電纜內(nèi)無(wú)機(jī)絕緣的氧化鎂材料短路和過(guò)載時(shí)不存在絕緣軟化和損壞，也不會(huì)自燃。由于其過(guò)載能力很強(qiáng)，根據(jù)負(fù)荷計(jì)算電流選用線(xiàn)芯截面時(shí)沒(méi)必要放大1~3級(jí)，這在性能價(jià)格比上較為可??；
(5)機(jī)械強(qiáng)度高，外徑小，使用壽命長(zhǎng)。MI電纜的銅護(hù)套、絕緣粉、銅護(hù)套三維一體的結(jié)構(gòu)，在機(jī)械撞擊和外力敲打下也不會(huì)損壞，確保電氣和絕緣性能指標(biāo)不變。由于特殊的結(jié)構(gòu)和機(jī)械強(qiáng)度高，銅護(hù)套外部直徑比其他阻燃、耐火電纜要小，因此占地面積就小。氧化鎂粉是無(wú)機(jī)材料，化學(xué)性能極為穩(wěn)定，也不存在老化的問(wèn)題。銅護(hù)套在民用建筑中幾乎能達(dá)到永久性保護(hù)作用，而其他有機(jī)材料作絕緣的導(dǎo)體，在不過(guò)載的情況下其壽命為15-20年。阻燃電纜和難燃電纜只要經(jīng)火燒烤后，外部有機(jī)絕緣材料就會(huì)軟化，失去或降低電氣和絕緣性能。火災(zāi)燃燒后，一般都要更換。而MI電纜在火烤后，氧化鎂無(wú)機(jī)絕緣材料不會(huì)降低電氣和絕緣性能，仍可繼續(xù)使用，無(wú)需更換；
(6)安全可靠性高，MI電纜的銅護(hù)套本身就是很好的PE接地線(xiàn)，確保人身和設(shè)備安全運(yùn)行，不必另增設(shè)一根PE地線(xiàn)；
(7)使用靈活方便。在民用建筑中的配電線(xiàn)路，只要滿(mǎn)足敷設(shè)高度在2．5m以上，MI電纜就不必要求機(jī)械保護(hù)。MI電纜可直接敷設(shè)在天棚內(nèi)，無(wú)需金屬封閉線(xiàn)槽保護(hù)。
1．3密集型插接式母線(xiàn)槽
配電線(xiàn)路采用密集型母線(xiàn)槽與傳統(tǒng)的電力電纜配電方式相比較，有許多突出的優(yōu)點(diǎn)。如體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間位置小；傳輸電流大，能很方便地通過(guò)母線(xiàn)槽插接式開(kāi)關(guān)箱引出電源分支線(xiàn)；選材優(yōu)良、設(shè)計(jì)精致，具有較高的電氣及機(jī)械性能，外殼接地好，安全可靠。因此，在國(guó)內(nèi)外高層與超高層民用建筑的低壓配電干線(xiàn)中廣泛采用。密集型母線(xiàn)槽，不如空氣式母線(xiàn)槽插接孔引出分支回路隨意性強(qiáng)，但防火性能好。密集型母線(xiàn)槽的敷設(shè)必須現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，安裝線(xiàn)槽的長(zhǎng)度精確度要求較高，母線(xiàn)槽的插接式開(kāi)關(guān)箱高度也應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)確定。
密集型母線(xiàn)槽的分類(lèi)如下：
(1)普通密集型母線(xiàn)槽：采用國(guó)內(nèi)名牌熱縮套管，精細(xì)加工組裝，絕緣性能可靠，壽命可達(dá)20年，免維護(hù)。但不阻燃，該母線(xiàn)槽可作為普通多層民用建筑的大負(fù)荷機(jī)電設(shè)備的配電干線(xiàn)；
(2)阻燃密集型母線(xiàn)槽：銅母排上采用聚四氟乙烯薄膜纏繞3層，工頻耐壓可達(dá)3750V。母排纏繞后，采用進(jìn)口PayChem或國(guó)產(chǎn)名牌熱收縮套管作為護(hù)套，在各相母線(xiàn)間采用阻燃絕緣薄板隔離，氧指數(shù)32級(jí)以上，達(dá)到母線(xiàn)槽的電氣和阻燃性能；
(3)耐火母線(xiàn)槽：設(shè)有特殊耐火性能的纏包云母帶(或絕緣性能高且不燃的特殊的環(huán)氧樹(shù)脂粉噴涂在母排上)，附件為耐火的絕緣件。在母線(xiàn)連接頭、插接箱、母線(xiàn)槽殼體等部位經(jīng)特殊設(shè)計(jì)加工，具有符合耐火標(biāo)準(zhǔn)的耐火性能。消防泵、消防電梯、應(yīng)急發(fā)電機(jī)等低壓配電干線(xiàn)應(yīng)選用耐火型密集母線(xiàn)槽，保證在火災(zāi)時(shí)電源的供應(yīng)，以利于火災(zāi)的撲救。
2.配電線(xiàn)路敷設(shè)的防火蔓延措施
就防火而言，進(jìn)入建筑中的中壓10kV電力電纜、進(jìn)人民用建筑物內(nèi)電纜的敷設(shè)應(yīng)采用金屬鋼管和金屬封閉式線(xiàn)槽保護(hù)，但金屬鋼管和金屬封閉式線(xiàn)槽無(wú)論是在電氣豎井內(nèi)還是在其他部位明敷設(shè)均應(yīng)刷防火漆保護(hù)。10kV電纜從建筑物進(jìn)戶(hù)處至中壓配電柜以及由中壓配電柜至電力變壓器，線(xiàn)路雖不長(zhǎng)，但電力電纜也應(yīng)按防火要求敷設(shè)和防護(hù)。
為防止低壓配電線(xiàn)路電氣火災(zāi)，除盡量減少線(xiàn)路的短路、過(guò)載和接地故障外，還需在低壓配電線(xiàn)路發(fā)生火災(zāi)能有效地限制火勢(shì)沿配電線(xiàn)路的路徑蔓延。
(1)高層、超高層民用建筑的電氣豎井較長(zhǎng)，一旦發(fā)生火災(zāi)，豎井則成為通風(fēng)道，會(huì)產(chǎn)生煙囪效應(yīng)。因此要妥善處理每層配電及弱電豎井的地面，將各種電氣線(xiàn)路孔洞的空隙，采用與建筑構(gòu)件具有相同耐火等級(jí)的材料堵塞嚴(yán)實(shí)，形成樓層豎井間的防火密封隔離。電纜在樓層間穿通時(shí)，穿板套管兩端管口空隙也應(yīng)作封閉隔離。強(qiáng)、弱電豎井的地面應(yīng)高出同層地面高度50~100mm，以防止水進(jìn)入豎井造成強(qiáng)、弱電線(xiàn)路二次災(zāi)害。尤其在有火情時(shí)，確?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)和消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的配電和信息系統(tǒng)的暢通非常必要。自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)和消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)單獨(dú)設(shè)置電氣豎井，貫徹“預(yù)防為主、防消結(jié)合”的方針也是重要舉措之一。電纜橋架、母線(xiàn)槽、金屬管等配電線(xiàn)路干線(xiàn)安裝位置，應(yīng)盡量避開(kāi)可能受到噴淋裝置直接噴淋的部位；
(2)關(guān)于貫穿耐火墻的配電線(xiàn)路，應(yīng)按防火分區(qū)的要求認(rèn)真考慮，特別是易燃絕緣材料的配電線(xiàn)路，選用電纜橋架、母線(xiàn)槽等貫穿耐火墻時(shí)，應(yīng)采用按相同燃燒等級(jí)的材料將孔洞堵塞嚴(yán)密。隔墻兩側(cè)貫穿的電纜橋架均應(yīng)鋪細(xì)砂，長(zhǎng)度距墻一般為lm。以免火勢(shì)從一個(gè)防火分區(qū)，經(jīng)線(xiàn)路通道竄人另一個(gè)防火分區(qū)的線(xiàn)路通道而擴(kuò)大火勢(shì)；
(3)配電線(xiàn)路選用易燃絕緣材料的電纜時(shí)，應(yīng)將易燃線(xiàn)路完全封閉在耐火的電線(xiàn)槽內(nèi)，外殼應(yīng)刷防火涂料；
(4)電纜、電線(xiàn)的套管(G25以下除外)，管口兩端均應(yīng)采用與周?chē)嗤突鸬燃?jí)的材料堵塞：
(5)在橋架上敷設(shè)電纜不是在橋架內(nèi)分支，而應(yīng)在橋架外檐附加的分線(xiàn)盒內(nèi)分支。電氣線(xiàn)路敷設(shè)及電纜溝在進(jìn)入建筑物處應(yīng)設(shè)防火墻；電纜隧道進(jìn)入建筑物及配變電所應(yīng)設(shè)有帶防火門(mén)(帶鎖)的防火墻，電纜穿墻保護(hù)管兩端應(yīng)采用難燃材料封堵。對(duì)用易燃絕緣材料防護(hù)的導(dǎo)體的電氣線(xiàn)路，應(yīng)要求隔離和封閉外，并盡量縮短線(xiàn)路的長(zhǎng)度。具有防火隔離的不同線(xiàn)路通道間的線(xiàn)路也應(yīng)防止相互串通，避免火勢(shì)從一線(xiàn)路通道竄人另一線(xiàn)路通道，擴(kuò)大火災(zāi)的范圍。在室內(nèi)的電纜橋架布線(xiàn)，其電纜不應(yīng)有黃麻或其他易燃材料的外護(hù)套。消防配電線(xiàn)路采用暗敷設(shè)時(shí)，應(yīng)敷設(shè)在不燃燒體結(jié)構(gòu)內(nèi)，且保護(hù)層厚度不宜小于30mm。當(dāng)采用明敷設(shè)時(shí)，采用金屬管或金屬線(xiàn)槽上刷防火涂料保護(hù)，因?yàn)榻饘俟芎徒饘俨郾旧聿⒉痪邆浞阑鹦阅?。?dāng)采用絕緣和護(hù)套為不延燃材料的電纜時(shí)，在豎井內(nèi)可不穿金屬管、金屬線(xiàn)槽保護(hù)，但線(xiàn)路穿過(guò)豎井地板時(shí)，必須穿過(guò)板管、槽保護(hù)，上、下兩端管、槽口空隙同樣應(yīng)作密封隔密。
3.配電線(xiàn)路的電氣防火保護(hù)
配電系統(tǒng)和電氣設(shè)備由于絕緣老化、損壞或其他原因，可能發(fā)生各種故障和不正常的工作狀態(tài)。其中最常見(jiàn)的是短路故障(包括接地故障)及線(xiàn)路的長(zhǎng)期過(guò)載。當(dāng)電氣線(xiàn)路發(fā)生故障時(shí)，必須迅速切除故障，縮小故障的時(shí)間和范圍，以降低電氣線(xiàn)路火災(zāi)幾率。
3．1 配電線(xiàn)路應(yīng)設(shè)過(guò)負(fù)荷保護(hù)
電氣線(xiàn)路短時(shí)過(guò)載是不正常的，但如果電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間不長(zhǎng)，不會(huì)超過(guò)母線(xiàn)槽、電纜、電線(xiàn)的允許溫升，也不會(huì)對(duì)線(xiàn)路造成損害。輕微的過(guò)負(fù)荷時(shí)間較長(zhǎng)，也將對(duì)線(xiàn)路的絕緣、接頭、端子造成損害。導(dǎo)體的絕緣長(zhǎng)期過(guò)負(fù)荷，會(huì)長(zhǎng)時(shí)間超過(guò)允許溫升，導(dǎo)體絕緣將會(huì)加速老化，縮短絕緣導(dǎo)體的使用壽命。嚴(yán)重過(guò)負(fù)載，例如100％過(guò)負(fù)載時(shí)，會(huì)使絕緣在短時(shí)間內(nèi)軟化變形，介質(zhì)損耗增大，耐壓水平降低，導(dǎo)致電氣線(xiàn)路短路，引起火。過(guò)負(fù)載保護(hù)的目的也在于防止短路和接地故障的發(fā)生。
中華人民共和國(guó)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GBG50054-95《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》第4．3．4條過(guò)負(fù)載保護(hù)電器動(dòng)作特性應(yīng)同時(shí)滿(mǎn)足下列條件：
Ib≤In≤Iz 12≤1．45Iz
式中 Ib——線(xiàn)路計(jì)算負(fù)載電流(A)；
In--一熔斷器熔體額定電流、斷路器額定電流或整定電流(A)；
Iz——導(dǎo)體允許持續(xù)載流量(A)；
12——保證保護(hù)電器可靠動(dòng)作的電流(A)。當(dāng)保護(hù)電器為低壓斷路器時(shí)，12為約定時(shí)間內(nèi)的約定動(dòng)作電流；為熔斷器時(shí)，12為約定時(shí)間內(nèi)的經(jīng)定熔斷電流。
3．2配電線(xiàn)路應(yīng)設(shè)短路保護(hù)
配電線(xiàn)路不僅要考慮正常運(yùn)行情況，而且要考慮發(fā)生故障時(shí)的非正常運(yùn)行狀態(tài)，尤其是短路故障，即配電線(xiàn)路中不同相或相與中性線(xiàn)的絕緣導(dǎo)體，直接金屬性連接或經(jīng)過(guò)小阻抗連接在一起。配電線(xiàn)路短路時(shí)，如果不在短路電流對(duì)導(dǎo)體和連接件產(chǎn)生熱作用和機(jī)械作用造成危害之前切斷短路電流，那么短路電流會(huì)迅速使電氣線(xiàn)路的絕緣軟化甚至燃燒。其導(dǎo)體、電流、電火花的高溫，也會(huì)引燃近旁易燃物質(zhì)。因此線(xiàn)路的電流側(cè)都裝有熔斷器或低壓斷路器等保護(hù)電器，正是為了在短路時(shí)能迅速切斷線(xiàn)路的電源，避免火災(zāi)的發(fā)生。配電線(xiàn)路采用的上、下級(jí)保護(hù)電器，其動(dòng)作除應(yīng)具有選擇性外，還要使保護(hù)電器與電氣線(xiàn)路的導(dǎo)線(xiàn)和電纜相匹配。如果保護(hù)電器整定值選得過(guò)大而不匹配，即使線(xiàn)路短路將絕緣燃燒，保護(hù)電器仍不會(huì)動(dòng)作。
《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》第4．2．2條絕緣導(dǎo)體的熱穩(wěn)定校驗(yàn)應(yīng)符合下列規(guī)定：
當(dāng)短路持續(xù)時(shí)間不大于5s時(shí)，絕緣導(dǎo)體的熱穩(wěn)定應(yīng)按下式進(jìn)行校驗(yàn)：
S~>I／K (1)
其中：S——絕緣導(dǎo)體的線(xiàn)芯截面(mm)；
I——短路電流有效值(均方根值A(chǔ))；
t——在已達(dá)到允許最高持續(xù)工作溫度的導(dǎo)體內(nèi)短路電流持續(xù)作用的時(shí)間(s)；
k——不同絕緣的計(jì)算系數(shù)。
將(1)式變換為：$2K2I>12t (2)
(1)式應(yīng)不大于短路持續(xù)時(shí)間5s，否則由于熱量傳導(dǎo)，輻射會(huì)影響溫升；另外短路持續(xù)時(shí)間也不宜小于0．1s，因?yàn)檫@時(shí)要計(jì)人短路電流的非周期分量對(duì)溫升的影響；
(2)式已計(jì)人非周期分量。
因此，在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)低壓配電線(xiàn)路用計(jì)算電流選用導(dǎo)體截面時(shí)應(yīng)選上限，在滿(mǎn)足性能價(jià)格比的情況下，可放大1~3級(jí)，以利于5~15年線(xiàn)路上的用電規(guī)劃，更利于防止電氣線(xiàn)路過(guò)負(fù)荷的發(fā)生，并相應(yīng)地延長(zhǎng)了線(xiàn)路的使用壽命。
4.結(jié)束語(yǔ)
前我國(guó)民用建筑電氣線(xiàn)路火災(zāi)防范的理論與經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家有不小的差距，問(wèn)題也較多，應(yīng)積極向經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國(guó)家和IEC標(biāo)準(zhǔn)靠攏，努力學(xué)習(xí)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)防火理論和實(shí)踐，結(jié)合我國(guó)國(guó)情把電氣線(xiàn)路的火災(zāi)減少到最低程度。另外，我國(guó)大部分建筑設(shè)計(jì)及電氣設(shè)計(jì)人員不參與工程建設(shè)和最后的竣工驗(yàn)收，業(yè)主不了解設(shè)計(jì)意圖，工程二次建設(shè)或內(nèi)部裝修擅自改變?cè)こ痰碾姎饩€(xiàn)路設(shè)計(jì)，也是導(dǎo)致重大電氣火災(zāi)事故的重要因素之一。