電線電纜火災(zāi)及阻燃處理探討

國家特種電線電纜產(chǎn)品質(zhì)量檢驗中心 卞曉剛 范一龍 張建國

1 引言

隨著電線、電纜火災(zāi)事故的多發(fā)，加深對火災(zāi)風(fēng)險的理解，電線、電纜的耐火性要求也隨之提高。電線和電纜是電力產(chǎn)業(yè)的重要部分，在國民經(jīng)濟的發(fā)展中越來越廣泛使用。隨著電力產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，發(fā)電供應(yīng)者的增加，近代工廠的大規(guī)模化，城市建筑的高層化，家電產(chǎn)品的普及，城市外觀的必要性，環(huán)境保護和特別的安全性電力電纜的應(yīng)用越來越廣泛。但是，根據(jù)公安部的調(diào)查數(shù)據(jù)，電力電纜由電纜故障引起的火災(zāi)和由外部火力源引起的火災(zāi)點燃電纜，占電氣火災(zāi)的40%

2 電線電纜火災(zāi)及阻燃的現(xiàn)狀

2.1 電線電纜火災(zāi)的產(chǎn)生原因

1960年代以來，根據(jù)不完全的數(shù)據(jù)，我國電力系統(tǒng)共出現(xiàn)過62個主要的電纜火災(zāi)事故。尤其是在近年來，電纜火災(zāi)事故時有發(fā)生，并造成了很大的直接經(jīng)濟損失。而按照相當(dāng)保守的估算，這些火災(zāi)事故的直接經(jīng)濟損失超過了1700億元以上，燃燒操作，320000米以上的光纜，各類電器262套，以及電器、熱控制裝置、繼電器設(shè)備等幾千個。事故直接引起的或間接損失相對較少的，電力經(jīng)濟損失（據(jù)平均電力銷售統(tǒng)計）在700億元以上。由于經(jīng)濟損失巨大，教訓(xùn)嚴(yán)重，一般應(yīng)當(dāng)視為重大警告進(jìn)行考慮。但由于大規(guī)模輸電網(wǎng)的開發(fā)，大機組和發(fā)電設(shè)備相繼啟用[1]。隨著對這些重大單元的維護、監(jiān)控和自動化建設(shè)的提高電平，運行、監(jiān)控、通信設(shè)備和供電線纜的使用顯著提高。而電纜爆炸試驗結(jié)果也表明，許多數(shù)據(jù)都證實了電纜的熱擴散程度和電纜數(shù)量相關(guān)。線纜密度越大，熱起火后的擴散程度越大，因此火災(zāi)規(guī)模越大，經(jīng)濟損失也越大。

2.2 電纜燃燒的特性及危害

人們已經(jīng)了解，對物體的點燃和延遲燃燒都必須有以下三種要求：高可燃性、熱和空氣。聚乙烯電纜、交聯(lián)聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、自然膠等材質(zhì)已經(jīng)被普遍采用。通常這種材質(zhì)的氧指數(shù)都在19以下，并且能夠在300-400℃點燃，燃燒中的熱能比同樣重要的煤炭還要大。所以，一旦這種材料所生產(chǎn)的電纜起火，它無法自行滅火，也無法延緩燒毀速度。在電纜完全燒毀時，如果它還利用排煙管氣生產(chǎn)巨大的有毒氣體。濃度超過了規(guī)定的含量的話，會對人的身體健康產(chǎn)生危害，甚至致死。在高層建筑中，導(dǎo)線和電纜被綁定在一起，并架設(shè)在電纜架上。因為用作導(dǎo)線和電纜之間的導(dǎo)線絕緣層的可燃性橡膠、聚氯乙烯以及某些碳—氯聚合物等有機化合物，所以在燃燒中由這些化學(xué)物質(zhì)所產(chǎn)生的熱能大約為190kJ/kg-4600kJ/kg 的，導(dǎo)線和電纜的銅心的溫度大約為1038℃，特別是對高層建筑中的危險。由于事故有很多煙，所以觀察火源很麻煩，解決火災(zāi)事故也很麻煩[2]。

3 電線電纜火災(zāi)處理對策

3.1 電線電纜的防火對策

電纜防火措施是減少電纜延燒的重要手段，關(guān)鍵是集中于預(yù)防。它主要從三個方面實現(xiàn)：使用阻燃電線和電纜、材料防火和火災(zāi)管理。根據(jù)對應(yīng)的規(guī)則采用對應(yīng)的阻燃性電纜。電力工程（GB50217-2007）的電纜設(shè)計代碼使用阻燃電纜和耐火電纜作為防止電纜火災(zāi)的重要對策，明確規(guī)定了各種阻燃電纜的選定。目前，阻燃性電纜通常包括普通阻燃性電線及電纜、無鹵素低煙或低鹵素低耐煙性電纜及耐火電纜。這些產(chǎn)品由于不同應(yīng)用范圍的制造技術(shù)、性能特性等而不同。普通阻燃電線和光纜（鹵阻燃電纜）都有著簡便的生產(chǎn)方法和廉價的優(yōu)點。它是所有耐火線纜中熱消耗量最高的線纜種類。鹵素低煙阻燃性電纜不但擁有良好的阻燃性能，并且在燃燒過程中產(chǎn)生了幾乎全部的腐蝕氣體和有毒氣體，從而降低了很少量的煙、和設(shè)備的腐蝕性氣體，對人類健康造成危害，一旦引起的大火為了助長火勢和救助而被激活。它特別適合于對地鐵、隧道、船舶和汽車、核電廠，以及重要高層建筑和重要設(shè)備的安全要求。低鹵族元素和少煙阻燃電纜的氯化氫排放量、煙氣含量指標(biāo)和價格均在普通阻燃電纜和低鹵族元素阻燃電纜之上。而此類線纜不但產(chǎn)生了阻燃效應(yīng)，同時在燃燒途中也會排出更少的煙塵和氯化氫氣體。它大多使用于地鐵、隧道、高樓大廈以及其他地區(qū)，對電纜中燃燒的煙塵含量和氯化氫廢氣的產(chǎn)生有一定影響。防火電纜主要依賴于防火層的云母材質(zhì)的耐火性和耐熱性，以確保在著火時期的電纜正常工作。采取相應(yīng)措施，阻止電纜火勢繼續(xù)蔓延。阻止電纜火勢延時的辦法主要有密封、封堵、涂覆、隔離、噴霧等。（1）插頭，阻止電纜起火耐火性的地帶插銷材料在與電源線的交叉點處會堵住小縫隙。因此應(yīng)該選擇更有效的耐火阻燃插銷材料來連接電纜夾和電板、柜、隔離墻、地板縫等[3]。同時要關(guān)閉電纜擋板和電纜擋板之間的小縫隙，電纜擋風(fēng)門將長期關(guān)閉。軟插塞材料必須用高密度電纜敷設(shè)，以確保每次插塞都緊密。一般來說，使用防火塊和其他材料來提供足夠的機械強度，并防止電纜點火。尤其是由于電氣短路時，會造成周圍空氣的迅速擴張，并形成一定的沖擊力，使火勢失控。（2）分離即是火分離。較長的電纜隧道和電纜溝，為了將火勢范圍最小化，根據(jù)火勢隔壁而被分成小部分。為方便追加和更換電纜，火墻結(jié)構(gòu)簡單易解。通常，在電纜隧道中帶有隔離措施的電纜防火墻的厚度都不低于240mm，但其耐火墻比電纜支撐物寬100mm以上，同時為有效地避免電纜火災(zāi)的發(fā)生串聯(lián)延長，火災(zāi)墻兩側(cè)都要有1000mm 以上的火災(zāi)區(qū)域。

3.2 使用阻燃型電線電纜

按照耐火阻燃線路和電纜的燃燒特性，可粗略分成如下四個類型（鹵素）的阻燃系統(tǒng)：鹵族元素低煙阻燃系統(tǒng)，鹵素型的耐火材料以及鹵族元素低煙火災(zāi)系統(tǒng)。要使電線和電纜的耐火特性更符合實際使用需要，不但必須對應(yīng)于其所制造材料，還必須對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)加以合理的防火設(shè)計[4]。阻燃效應(yīng)能分析是所謂的阻燃效應(yīng)可能是指用來阻止火災(zāi)形成和蔓延的材料本身的特性。導(dǎo)線和光纜阻燃的實質(zhì)，是指通過一定的方式來完成對線纜結(jié)構(gòu)材料中各種高分子材料的阻燃。聚合物的最常用的阻燃機理大致分為：當(dāng)阻燃劑受熱后，會促使燃燒反應(yīng)鏈的生長，捕捉抑制在燃燒過程中起到連鎖成長作用的自由基，達(dá)到阻燃效果。在聚合體制造過程中加入鹵素阻燃劑的比例等。冷凝相阻燃機構(gòu)。固體狀態(tài)的聚合物為了減少在高分子制造過程中添加特定比例的磷化物等可燃性氣體的排放，不能盡可能地受到熱分解中斷熱交換機構(gòu)。熱量在時間內(nèi)從聚合物中去除，以中斷進(jìn)一步的分解。實際上，阻燃劑是一個非常復(fù)雜的過程。在建立阻燃系統(tǒng)的過程中，通常需要應(yīng)用各種阻燃機制。此外，電線和電纜的阻燃劑也可以通過部分結(jié)構(gòu)設(shè)計、裝電纜設(shè)計和其他方法來實現(xiàn)。耐火電阻分析結(jié)果顯示，所謂耐火電阻就是指在外火力源影響下，保證電纜的完好的能力。而這些更重要的公共場所通常推進(jìn)對功率傳遞的更高要求，所述功率傳遞通常需要功率傳送，而所述功率傳送則通常在某些火災(zāi)下傳遞功率或電纜，以及在一定時限內(nèi)不斷傳遞功率或相關(guān)信息[5]。

綜上，在工程應(yīng)用中，要加強標(biāo)準(zhǔn)化和標(biāo)準(zhǔn)化，制定科學(xué)和具體的方案，提供電線、電纜防火和工程設(shè)計中消防設(shè)備的電氣布線基礎(chǔ)，保證安全可靠、技術(shù)高度、經(jīng)濟合理。有效防止電線和電纜引起的火災(zāi)，減少火災(zāi)造成的損失和財產(chǎn)損失。