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改革开放以来,电线电缆产品随着经济的增长,也逐渐形成了广大的市场和庞大的生产能力。数据通信业、电力工业、汽车、城市轨道交通业对电线电缆的大量需求,激发了我国电线电缆制造业的发展潜力。
1 电线电缆引发火灾的原因
1.1 材料的可燃性
大部分的电线电缆的绝缘层和护套是由pe(聚乙烯)、pvc(聚氯乙烯)、pp(聚丙乙烯)等聚合物组成,这些聚合物具有可燃性,个别材料甚至具有易燃性,如遇明火、高温就容易引发火灾。大型娱乐场所、高层建筑、地下建筑、工矿企业等区域,由于有建筑物稠密、人员集中的特点,同时线缆的铺设密度也很大,往往是线缆火灾的高发地区,极易发生火灾甚至连续火灾。这些区域如果发生火灾会严重威胁到人身财产安全。
1.2 线缆短路
线缆短路往往会产生高于正常电压数百数千倍电流,即使是低压线路也不例外。短路时线路内的热量瞬间爆发,电路温度高达3000℃以上,与此同时,线路短路点往往会产生点火花,燃烧线缆的绝缘层和护套。产生的火焰即使保护器切断电流也也不会熄灭,如果临近的物品被引燃,火灾就会发生。
2 阻燃电线电缆的概念和种类
2.1 阻燃电线电缆的概念
阻燃电线电缆,就是在规定条件下,试样被燃烧并撤去火源后,能够限制火焰的蔓延范围,并能在规定时间内,残灼或残焰自行熄灭的线缆。
阻燃电线电缆的特征是:电线电缆一旦失火可能被烧坏,但能够控制火势的继续蔓延。也就是说,在火灾情况下,此类线缆能够控制火势不发生蔓延,保护附近的物品和其他设备,避免更大的经济损失。
2.2 阻燃电线电缆的种类
阻燃电线电缆包括普通阻燃电线电缆、低烟阻燃电线电缆、低烟无卤阻燃电线电缆、氟塑料阻燃电线电缆四种。
2.2.1 普通阻燃电线电缆 这种线缆的特点是:电线电缆的绝缘层和护套选用的材料火焰传播速度较低,或者将能降低火焰蔓延速度的添加剂加入绝缘套和护套中制成电线电缆。我国国家标准和国际标准根据线缆降低火焰传播速度的能力,将其分为了A、B、C三个等级。普通阻燃电线电缆成本相对较低、制作工艺简单,目前大部分企业使用的都是此类线缆。
2.2.2 低烟阻燃电线电缆 在制造过程中,将碳酸钙、氢氧化铝、硼酸锌等抑烟剂加入绝缘层和护套中,以降低燃烧时产生的烟浓度。此类线缆不仅能够降低火焰传播速度,还能够减低烟浓度。
2.2.3 低烟无卤阻燃电线电缆 是指用不含卤素、不含铅镉铬汞等环保物质的胶料制成绝缘层和护套,燃烧时不会发出有毒烟雾的电线电缆。此类线缆不仅能够阻止火焰蔓延、燃烧不产生浓烟,还有燃烧物的毒性和腐蚀性低的特点。此类线缆能够减少燃烧物对建筑物和仪器设备的腐蚀,从而降低经济损失。由于其生产成本交高,一般只有在安全性要求高的工程才会使用。
2.2.4 氟塑料阻燃电线电缆 绝缘层和护套是用氟塑料制成的。此类线缆不仅火焰传播度、烟浓度和腐蚀性低,而且信号衰减也比其他电线电缆小。因为此类产品成本也远高于其他产品,目前我国还未生产使用。
3 阻燃电线电缆的检测试验
本试验采用t18380标准和12666.2-2008标准两种方法对电线电缆的阻燃性能进行检测。
3.1 t18380标准
用此种方法进行试验操作有两种方法:
3.1.1 单根线缆垂直燃烧法 在300毫米*450毫米*1200毫米的试验箱内垂直安放一根6000毫米的电线电缆,用1千瓦的燃气灯供火,供火时间根据线缆的直径来定,一般为60~80秒,试验结果根据线缆的碳化程度进行判定。这种方法实验装置简单,易于操作,一般检测机构和线缆企业都可使用,但不适用直径小于0.8毫米的电线电缆,实验结果与实际应用情况往往存在较大的差距。
3.1.2 成束线缆垂直燃烧法
在1000毫米*2000毫米*4000毫米的试验箱内垂直安放一束3.5米的电线电缆,根据电线电缆每米所含金属材料的不同及阻燃类别确定一束线缆的总根数。用强度为20.6的燃气喷灯向线缆垂直供火,供火时间20分钟~40分钟不等。试验结果根据线缆的碳化程度进行判定,碳化长度小于2.5米的为通过。该方法比单根线缆垂直燃烧法试验规模大、条件苛刻,但实验结果与实际情况接近程度高。
3.2 12666.2-2008标准
试验用燃气为标称热值37.36ml/m3,纯度98%以上的技术级甲烷,达到标准的其他等级的甲烷、丙烷、天然气也可以使用。试验用燃气的火焰必须能够校准。
试验前,设备、试样以及周围的空气应该达到23±5℃的热平衡,周围空气的温度在整个试验期间应稳定在23±5℃。
试验箱底部平铺一层矩形医用面层(厚度≤6毫米,面积≥305毫米*(150`200)毫米),然后将试样水平固定在试验箱内。
喷灯在试验前应远离试样并竖直摆放。使用前检查火焰,其总高度为125±10为合格。试验时,将喷灯固定在楔形台上并出于供火位置,用喷灯向试样供火30秒,为避免对底部面层和周围空气的影响,供火结束后应迅速移开喷灯。
4 结束语
尽管近年来我国电线电缆阻燃技术研究取得了突破性的进展,但与国外发达国家还存在一定的差距,这就要求科研人员继续努力,对电线电缆的阻燃性能进行进一步的研究与讨论。相信在不久的将来,我国的电线电缆阻燃技术能够赶超发达国家,取得突飞猛进的进步。
参考文献
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阻燃矿橡套电缆是由多股的细铜丝为导体,外包橡胶绝缘和橡胶护套的一种柔软可移动的电缆品种。工作温度是65℃,适用于额定电压Uo/1.14V及以下采煤机,额定电压是0.66/1.14KV。
橡套电缆广泛使用于各种电器设备,例如日用电器,电动机械,电工装置和器具的移动式电源线。同时可在室内或户外环境条件下使用。根据电缆所受的机械外力,在产品结构上分为轻型、中型和重型三类。在截面上也有适当的衔接。
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关键词:阻燃电线电缆 低烟无卤 现状 发展前景
0、前言
众所周知,以前传统的电线电缆无论是护套材料,还是绝缘材料,大多使用聚氯乙烯材料,这类含卤的材料组成的电缆在燃烧过程中会产生大量的腐蚀气体和有毒烟雾,这些有毒有害气体会使人窒息死亡,严重妨碍救火工作的进行和人员疏散。随着阻燃技术的不断发展,人们对阻燃的认识也不断深化,在 20 世纪 70 年代至 80 年代着重于研究防止火焰扩散、延缓火焰蔓延的方法选择和采用自身不延燃的材料做阻燃电线电缆的绝缘材料。
1、阻燃电缆现状
电线电缆绝缘及护套用橡塑材料俗称电缆料,包括橡胶、塑料、尼龙等多种品种。在阻燃电缆中,目前应用较多的是塑料绝缘阻燃电缆,它以阻燃塑料作为绝缘层和护套层,并在绝缘层和护套层之间添加填充材料而制成。塑料绝缘阻燃电缆按塑料材料的类别不同可分为聚氯乙烯(PVC) 绝缘聚氯乙烯护套阻燃电缆、聚氯乙烯绝缘聚乙烯(PE) 护套阻燃电缆、聚乙烯绝缘聚乙烯护套阻燃电缆、交联聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套阻燃电缆及交联聚乙烯绝缘聚乙烯护套阻燃电缆等。
PVC可分为硬质和软质两大类,PVC含氯量高达56%,OI指数可大于45%,本身无须阻燃,但软PVC中加有最大量可达60phr的增塑剂,使含氯量降至36%,OI指数降至约22%,需要阻燃。用于阻燃软质PVC的阻燃剂很多,如磷酸酯、氢氧化铝 (ATH)、三氧化二锑、硼酸锌、硼酸钡、氯化石蜡、红磷等。阻燃电线电缆配方一般为氯化石蜡和三氧化锑并用,并以阻燃增塑剂磷酸三(甲苯)酯代替部分易燃的邻苯二甲酸酯。1930年人们发现氧化锑-氯化石蜡协效体系,并且很快在高分子材料中应用成功。目前我国阻燃剂的总生产能力达l×105t以上,其中氯化石蜡为7.5×104t,我国生产的氯化石蜡主要有氯化石蜡-42、氯化石蜡-52、氯化石蜡-70,氯化石蜡比较经济,但是用氯化石蜡阻燃高结晶性的PE时,阻燃制品性能明显恶化(熔化后的阻燃剂使 PE 的结晶度下降)。辽宁盖州天机化工厂生产的新产品硼酸锌-2335(2nO・B2O3・5H2O)在电缆用塑料和橡胶的阻燃产品中得到有效应用,在一些要求高阻燃,低污染性的塑料或橡胶电缆护套料中,ZB-2335是比较经济适用的阻燃剂。氢氧化铝(ATH) 在阻燃电缆绝缘包覆层有一定程度的使用,低碱含量的ATH新产品很可能在电缆阻燃领域开辟市场。由广东省消防总队、原化工部合成材料研究院、佛山华星陶瓷精细原料公司共同研制的微米级消烟阻燃剂可用于电线电缆中阻燃,无毒、稳定性好、不挥发、价格便宜。氢氧化镁属于添加型无机阻燃剂,与同类无机阻燃剂相比,具有更好的抑烟效果。氢氧化镁在生产、使用和废弃过程中均无有害物质排放,而且还能中和燃烧过程中产生的酸性与腐蚀性气体,是一种环保型绿色阻燃剂。氢氧化镁热分解温度高,比无机阻燃剂氢氧化铝高出140℃,可以使添加氢氧化镁的合成材料能承受高的加工温度,利于加快挤塑速度,缩短模塑时间,同时亦有助于提高阻燃效率。氢氧化镁粒径细,对设备磨损小,利于延长加工设备使用寿命,同时原料易得,生产成本低,可广泛用于聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、高抗冲聚苯乙烯和ABS等领域。我国目前氢氧化镁阻燃剂年生产能力约为1.3万吨。
PVC阻燃剂中,如以对氧指数的贡献而言,三氧化二锑(Sb2O3)是最有效的,它是PVC中所含氯的高效协效剂。现阶段,国内外主要致力于高功能复合阻燃消烟体系研究。在提高阻燃性同时,减少发烟量。如汕头大学化学系采用Sb2O3,CaCO3和金属氧化物构成阻燃消烟体系,研制了高阻燃性的PVC塑料。
2、阻燃电缆的发展前景
卤系阻燃剂的阻燃作用已被大家公认并广泛应用,然而含氯、溴的阻燃材料在燃烧时易放出有刺激性和腐蚀性的卤化氢气体。随着阻燃技术的发展,人们对阻燃剂的性能要求越来越严格,也越来越全面,不仅关心阻燃剂的一级防火性能,更关心它的二级防火性能。多年来国内外都致力于低烟无卤阻燃电缆的研究和发展。在过去几年里,世界范围的立法和市场要求已促使阻燃剂朝着低烟、无卤、无毒这一趋势发展。
低烟无卤阻燃电缆通常考核电缆的阻燃性能、腐蚀性(pH值和导电率) 及烟密度。其燃烧性能应通过成束燃烧试验,分A、B、C三类。燃烧气体腐烛程度是通过间接测定燃烧气体水溶液pH值和导电率来确定,按GB/T 17650.2-1998规定的试验方法和指标进行试验。低烟无卤阻燃电缆的发烟量的评价参照ASTM E 622试验和GB/T17651-1998规定的方法和指标。
从阻燃电缆的长远发展来看,虽然环保和有关标准都要求使用无卤阻燃电缆,但由于无卤阻燃电缆成本高,在我国依然是有卤阻燃电缆居多。近年来有些单位将隔氧层电缆应用于油田中,将电缆中电缆隔离层改为阻燃剂含量很高的隔火层,可通过A、B类防火试验,但外隔离层要求有足够的机械性能,又要阻燃,技术难度较大。上海电缆厂用隔氧层专利技术,制造的无卤阻燃电缆的敷设容量可以达到 IEC 60332-3标准规定的A类容量的1.68倍。该种电缆按照 GB/T 17651进行烟密度试验,透光率达到95%左右,指标远大于标准中低烟无卤阻燃标准(T>60%)。在隧道和夹层中敷设这种隔氧层无卤阻燃电缆后,即便不采取其他防火阻火辅助设施,也能起到卓越的防火性能。
乙华平橡胶是专用于低烟无卤阻燃电缆护套的橡胶材料,其性能满足低烟无卤阻燃电缆的要求。乙华平橡胶是乙烯和醋酸乙烯的共聚物,化学名称为乙烯醋酸乙烯橡胶,简称EVM,属于特种橡胶,在耐高温耐油,耐天候老化以及阻燃方面都是非常优秀的。近年来在电缆、家用电器及汽车橡胶配件等产品上应用非常广泛,已经成为某些特殊橡胶制品所不可替代的新型材料。
交联电缆料在我国的使用逐渐增多。德阳电缆公司试制成功的l5kV交联聚乙烯绝缘电缆不仅具有无卤低烟性能,同时达到 A 级阻燃水平。于2002年5月经国家建筑防火材料质量监督检验中心检验,电缆的三个关键指标,A级、阻燃、烟气毒性和烟密度,均通过了试验,烟密度-最小透光率 72% (要求 60%),同时实现了高阻燃和低烟无卤。此外随着硅烷交联技术的应用日益广泛,硅烷交联PE电缆的阻燃也成了众多电缆厂家急需解决的问题。高性能防火电缆国内生产企业不多。某机场航站区扩建结构化布线系统工程。SYSTTMAX-SCS结构化布线系统中的GigaSPEEDE2071六大类全系列阻燃型水平电缆为UL实验室和国家电气规程(NEC)中最高阻燃级别CMP级阻燃电缆,电缆燃点在800℃以上,可以有效地防止由于电缆短路等原因而造成的电缆自燃的可能性,并阻止火势蔓延。
3、结束语
从世界范围内阻燃电缆的发展现状来分析,产品科技含量进一步加大,新产品不断问世。我国与发达国家相比,还有一定的差距。但随着中国加入世界贸易组织,更大程度地与世界接轨,又有城乡电网改造、西部大开发及通信设施大面积升级改造对电线电缆产品的巨大需求,我国阻燃电缆会得到更好的发展。
关键词:民用电线电缆;阻燃电缆;耐火电缆
中图分类号:TM08 文献标识码:A 文章编号:1006-8937(2013)05-0122-02
电线电缆被称为建筑及公共设施内的“血管和经脉”,其安全性能的高低对整个建筑的防火安全都有着十分重要的影响。据消防部门统计,我国每年发生的火灾中,由电气线路引起的火灾占一半以上,而因电线电缆中的应用材料和线路设计的缺陷引发的火灾占很大比例。同时,由于电缆在燃烧中也会产生大量有毒气体,会造成一定程度的人员伤亡,这也在一定程度上阻碍了消防部队灭火工作的顺利开展。与此同时由于火灾也会影响到消防设施的电路情况,导致关键时刻消防设备不能正常工作,延误了灭火时间,从而造成了更大的人员伤亡和财产损失。2001年上海供电局因电缆中间接头过热引发电缆隧道火灾,造成大面积停电和电缆受损;2005年吉林省辽源中心医院发生特大火灾,起火原因也是由于配电室电缆沟内主电源供电电缆短路引燃周围可燃物而造成的。塑料电线电缆的绝缘层和护套层均用塑料作为原料,因其具有良好的电绝缘性能、机械性能和耐热性能等优点,仍然在市场上占据主流位置。其绝缘材料主要有聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)和交联聚乙烯(XLPE),而这些材料在火灾中会释放出大量的烟气、毒气(如CO、HCl等),从而影响人员的疏散和灭火工作的开展。历史经验告诉我们,我国电线电缆销售额增长一般比国民经济总产值增长要略高一些,我国的基础设施建设、交通、能源、通信以及住宅、家电的发展也给电线电缆的发展带来了更大的机遇。
根据相关火灾数据统计,常见民用电线电缆发生火灾的原因主要包括:短路过载、外部热作用、外部层的绝缘老化导致漏电以及接头暴露等。而相应的电线电缆防火技术也主要表现为:一是预防,二是采用阻燃电缆,三是采用防火封堵技术,四是设置火灾自动报警及自动灭火设备。
1 民用电线电缆的火灾预防
1.1 预防电线电缆短路
电气线路中导线由于多种原因造成相线与相线或者相线与零线相连,从而在回路中导致电流瞬间增大的现象称为短路;电缆短路会由于电阻减小、电流增大而产生很大的热量,从而引发火灾。造成电缆短路的原因包括绝缘层受高温、潮湿或者腐蚀等作用失去绝缘能力;线路老化或受损而线芯;电源过电压致使电线绝缘被击穿;不按规定私拉乱接等,因此要定期检测电缆的绝缘电阻值,同时注意电缆沟或电缆隧道的潮湿程度、化学腐蚀和高温影响;要加强电缆沟或电缆隧道的通风和散热能力,距地面2 m以及穿过楼板和墙壁的电线均应具有绝缘措施,安装保险器或自动开关等。
1.2 监视电缆接头
对处于电缆沟或电缆隧道以及电缆槽盒等位置的电缆终场接头设置监视设备,例如采用远红外线测温仪对电缆接头测量温度,当接头温升过高时,迅速将该段电缆切断电源进行检修。
1.3 合理布置电缆线路
在铺设电缆时,做到以下几点:第一,严格遵守施工规范,不密集布设电缆;第二,尽量避免电缆在电缆支架上跨层布置;第三,高压和低压电缆分区敷设;第四,在电缆沟及电缆隧道内装漏电保护设备和采取一些防爆措施。
2 民用电线电缆的绝缘材料发展
电线电缆的绝缘材料包括聚氯乙烯、交联聚乙烯、氟塑料、天然橡胶、交联乙烯-丙烯橡胶(EPR)、硅橡胶、氯丁橡胶、丁晴橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶等材料;类型和性能的不同也决定了电线电缆的用途。经过阻燃处理的含卤、无卤电缆以及无机型、有机型耐火电缆具有一定的防火性能,一般绝缘材料的极限氧指数(LOI)达到30即可达到阻燃等级C级。
2.1 耐火电缆
耐火电缆指的在规定试验条件下,在火焰中燃烧一定时间内仍能保持正常运行的电缆。对于民用电缆而言,火灾时仍需保持正常运行的消防系统、应急照明系统、报警系统、救生系统等都需要使用耐火电缆。耐火电缆按耐火特性分为A类(受火温度为900~1 000 ℃)和B类(受火温度为750~800 ℃)。按绝缘材质分为有机型和无机型。
矿物绝缘防火电缆也是无机型耐火电缆,因其绝缘层采用的无机物(如氧化镁)而得名,国际上称为MI电缆。MI电缆为铜护套铜芯氧化镁绝缘防火电缆,它具有防火、耐火、耐高温、在2 200 ℃下不熔化,无烟无毒、防水耐腐蚀性能高,无辐射、无涡流、过载能力强,机械强度高、使用寿命长,安全可靠性高等优点,在高温下可以持续供电3 h左右,日常工作温度可达250 ℃。这类电缆适于安全要求高、辐射强度大的一些场合,但是工艺复杂,价格昂贵,制作长度相对受限。
有机型耐火电缆常指以聚氯乙烯或交联聚乙烯等有机材料为绝缘层的电缆,可耐800 ℃高温。如果在线芯和护套之间填充一层无卤金属氢氧化物做隔氧层,则耐火温度可提高150 ℃,达到A类标准。
绝缘层采用的硅橡胶为主的硅绝缘电缆耐火性能好,但原材料进口程度较高,制造和应用上受到较大限制;绝缘层由一些无机和有机绝缘材料复合而成的复合绝缘电缆,因填充耐火云母材料而具有较强的耐火性能。复合绝缘电缆制造工艺简单,因此它的长度和应用范围不受限制,价格也较低。
2.2 阻燃电缆
阻燃电缆是指电缆在规定试验条件下燃烧时,火焰在限定范围内蔓延且火源撤去后,残焰和残灼能在限定时间内自熄。阻燃电缆所用材料的氧指数越高,阻燃性能越好,但由于目前阻燃技术的发展还不够成熟,在阻燃处理过程中会影响到电缆的物理或工艺性能。
①普通阻燃电缆。普通阻燃电缆具有一定的延缓火焰的能力,可以将火焰控制在一定的范围之中,普通阻燃电缆制造工艺简单,目前应用范围较大。但是,普通阻燃电缆在燃烧时产生的烟量大,同时也会产生以HCl等为主的有毒气体。
②无卤低烟电缆。无卤阻燃电缆的绝缘材料常用的有PE、XLPE、EPR等,材料本身无阻燃性,需要添加氢氧化铝等无机阻燃剂或者有机磷系、硅系阻燃剂来实现阻燃效能。阻燃效果大多不如含卤阻燃电缆,只能达到C级,但电缆燃烧时很少产生HC1、C12等有毒腐蚀性气体(产生卤化氢气体的含量
③低卤低烟电缆。低卤低烟电缆在燃烧时产生的烟量以及烟中所含有毒气体介于普通阻燃电缆和无卤低烟电缆之间。低卤低烟电缆的绝缘层多采用聚氯乙烯或氯磺化聚乙烯材料,并添加一些氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸锌、碳酸钙、三氧化钼等阻燃剂和抑烟剂来减少有毒气体和烟雾的释放。低卤低烟电缆燃烧时发烟量较少,HCl等有毒气体也较少,适合用于一些人口比较密集的场所,如地铁站之类的建筑。
3 电缆线路防火封堵技术
为了更加全面地防止民用电缆线路发生电气火灾事故,在电缆线路中常常采取防火封堵措施。包括封堵防火堵料、设置防火隔离设备、电缆表面涂抹防火涂料等措施。
封堵防火堵料是指电缆通过电缆沟或电缆隧道、电缆槽盒时,对一些孔洞和缝隙用阻燃材料封堵,防止部分电缆燃烧引燃全部电缆。防火堵料通常用的是防火石棉和防火胶泥等材料,目前也有一些较为先进的纳米阻燃复合材料出现,防火堵料要具备足够的机械强度,能够抵挡火灾时气流的冲击。
防火隔离设备一般有防火墙、防火门和防火隔板等几种类型,它们将电缆沟或电缆隧道等分割成一些阻火区间,间隔60~100 m左右,以缩小火灾范围。通常的防火隔离墙厚度在24 cm以上,宽度比电缆支架宽10 cm以上。
在电缆表面涂抹防火材料也可以起到阻燃的效果。目前国内出现的防火涂料有丙烯酸涂料和改性氨基涂料、膨胀型过氧乙烯涂料等类型,分别适用于不同的环境,可以起到防潮、绝热、隔油等作用,在施工时,防火涂料刷、喷都可以,涂料厚度均在400~500 g/m2左右即可。
4 自动消防措施
仅仅依靠电缆线路自身的防火功能,是不足以全面防止电气火灾的,因此,在民用电缆线路中还应该配备自动消防设施。自动消防设施包括火灾自动报警系统和自动灭火系统两大部分。
自动报警系统中的报警探头能够探测电缆火灾中的烟雾、热量和火焰等,由于烟感探测器容易对粉尘和水雾等微粒产生误报警,所以在电缆沟和隧道等场所尽量改用感温探测器,尤其是线性感温探测器。目前常用的自动灭火系统有气体灭火系统、水雾灭火系统和泡沫灭火系统等类型,灭火剂分别是CO2和N2、水蒸气、泡沫灭火剂等。气体灭火系统较为庞大,水雾灭火系统灭火时会产生大量水蒸气,会使火灾区O2浓度相对下降,两者都不适合在电缆隧道内大面积使用,而高倍泡沫灭火系统以全淹没或覆盖方式灭火,克服了上述缺点,可以采用。
随着社会的不断发展,自动化技术应用更加广泛,电线电缆火灾的隐患和危险程度也随之增大,我们只有把握电线电缆材料的发展前沿和安全特性,不断提高电线电缆的阻燃特性和耐火等级,不断改进添加阻燃剂的种类和用量,增强多种阻燃剂、抑烟剂的复配效果,增强添加剂和电线电缆材料间的相容性,才能将电线电缆的火灾事故隐患降至最低,才能更好地保障人民的生命和财产安全。
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【关键词】建筑电气;电线缆;工程应用;安全性能
1 电线电缆的火灾原因及其特性
据分析电线电缆引发火灾的原因,主要是因为过负荷、短路、接触电阻过大及外部热源作用。在短路、局部过热等故障状态及外热作用下,绝缘材料绝缘电阻下降、失去绝缘能力,甚至燃烧,进而引发火灾。火灾中电线电缆的主要特性是在短路状态下,导线电缆会在瞬间引起绝缘材料熔化、燃烧,并引燃周围可燃物。火灾温度一般在800℃~1000℃,在火灾情况下,导线电缆会很快失去绝缘能力,进而引发短路等次生电气事故,造成更大的损失;导线电缆在规定的允许载流量下有较大的过载能力;
2 电线电缆防火性能分析
2.1 防火机理分析
2.1.1 阻燃机理
在燃烧反应的热作用下,位于凝聚相的阻燃剂分解吸热,使凝聚相内温度上升减慢,延缓了材料的热分解速度;阻燃剂受热分解后,释放出连锁反应自由基阻断剂,使火焰、连锁反应的分支中断,减缓了气相反应速度;催化凝聚相热分解固相产物,焦化层或泡沫层的形成加强了这些层状硬壳阻碍热传递的作用;在热作用下,阻燃剂出现吸热性相变,物理性地阻止凝聚相内温度升高。
2.1.2 耐火机理
当在电线电缆的绝缘和护套材料中加入某种添加剂,降低聚合物产生的热量,防止聚合物分解或促进绝缘和护套材料炭化形成保护层;在线芯处增加一层云母玻璃丝带等无机绝缘材料,在绝缘和护套层被火燃蚀后,缠包在导体上的云母耐火带保护而继续通电,从而在着火时保持一定时间的正常运行。
2.1.3 矿物绝缘电缆机理
利用金属水合物的吸收效应使电缆具有阻燃性。反应分解为吸热反应,因而可以抑制高聚物的燃烧。
3 电线电缆在防火工程设计中的应用
3.1 电线电缆的选用
3.1.1 非消防电气线路的选用
(1)普通设备线路穿管敷设时,可采用普通电线;直埋敷设和穿管暗敷时,可采用普通电缆;电线电缆成束敷设时,应采用阻燃电线电缆;
(2)用于特级、一级场所的电线电缆应采用无卤低烟型,用于二级场所的电线电缆宜采用无卤低烟型;用于木结构公共建筑,特级、一级场所别重要负荷的电源主干线路,宜采用矿物绝缘电缆。
3.1.2 消防电气线路的选用
(1)消防设备用电时间长(≥1h),配电线路明敷或暗敷时,应采用耐火电线或矿物绝缘电缆;电线在金属线槽内明敷或穿金属管、阻燃型硬质塑料管暗敷时,应采用阻燃耐火电线;电线在耐火金属线槽内明敷或穿涂有防火涂料的金属管时,可采用阻燃电线;由变配电所(或总配电室)引至消防设备的电源主干线应采用阻燃耐火电缆或矿物绝缘电缆;
(2)用电时间较长(≤1h),配电线路明敷时可采用矿物绝缘电缆;埋墙(保护层厚度不应小于30mm)暗敷、耐火电缆桥架敷设或云母绝缘耐火电缆封闭式金属桥架敷设时,可采用普通电线电缆;
(3)用电时间短(~
3.2 消防设备电气配线措施
3.2.1 配线原则
消防设备应采用耐火耐热配线设计,以确保配电线路的完整性、耐火性。在符合有关技术规定的前提下,导线截面选择应适当放宽,以避免由于火灾过程中环境温度上升引起导体电阻增大以致压降增大,影响消防设备功能的发挥。
3.2.2 基本配线措施
(1)当线路暗敷设时,采用普通电线电缆穿金属管或阻燃型硬质塑料管(氧指数30)埋设在非燃烧体结构内,且穿管暗敷保护(层厚度30ram);当线路明敷设时,穿金属管或金属防火涂料以提高线路的耐燃性能,或是直接采用等,并敷设在电缆竖井或吊顶内有防火措施的封闭式线槽内;
(2)当配电线路采用绝缘层和护套为不延燃的电缆并敷设在井内(同时要采用金属线槽密封),可不穿金属管保护;但当与延燃电缆敷设在同一竖井时,两者间应用耐火材料隔开;
(3)建筑物吊顶内的消防电气线路采用金属管或金属线槽布线;在难燃型材料吊顶内,可采用难燃型(氧指数50)硬质塑料管、塑料线槽布线;
(4)配电线路不得穿越风管内腔或敷设在风管外壁上,穿金属管保护的配电线路可紧贴风管外壁敷设;闷顶内有可燃物时,其配电线路应采用金属管保护。
3.3 工程应用中的防火措施
在工程应用中,消防设备分系统的配线十分关键,是系统在整个工程中发挥防火功能的保障。下文以火灾自动报警系统配线和消防电梯配线为例介绍消防设备分系统的配线保护。
3.3.1 火灾自动报警系统配线保护
火灾自动报警系统的传输线路应采用穿金属管、经阻燃处理(氧指数35%)的硬质塑料管或封闭式防火线槽保护;消防控制、通信和警报线路在暗敷时最好采用阻燃型电线穿保护管敷设在不燃结构层内(保护层厚度30mm),或按基本配线措施(1)处理;总线制系统的干线,需考虑更高的防火要求,可采用耐火电缆敷设在耐火电缆桥架内,或选用铜皮防火型电缆;
3.3.2 消防电梯配电线路
消防电梯一般由高层建筑底层的变电所敷设两路专线配电至位于顶层的电梯机房,线路较长且路由复杂。为提高供电可靠性,消防电梯配电线路应尽可能采用耐火电缆;当有供电可*性特殊要求时,两路配电专线中一路可选用铜皮防火型电缆;垂直敷设的配电线路应尽量设在电气竖井内,并考虑基本配线措施。
3.4 电缆线路敷设的防火措施
3.4.1 防火原则
电缆线路敷设防火的基本原则是:防止电缆着火,着火后不延燃;沿电缆路径或易燃区段采取有效的防堵消防措施实现电缆本身难燃化。
3.4.2 防火措施
(1)电缆在下列情况下敷设时,应采取防火封堵措施。
首先是在电缆穿过不同的防火分区时;其电缆沿竖井垂直敷设穿越楼板处,那么超高层建筑应每层进行封堵,而其他建筑可每隔2~3层进行封堵;还有的是在电缆隧道、电缆沟、电缆间的隔墙处;并穿越耐火极限不小于lh的隔墙处;包括穿越建筑物的隔墙处;至建筑物入口处,或至配电间、控制室的沟道人口处;电缆引至电气柜、盘或控制屏、台的开口部位;
(2)远离热源和火源
注意到电缆道沟应尽可能远离蒸汽及油管道;可燃气体和可燃液体管沟,不应敷设电缆;若敷设在热力管沟中应采取隔热措施。在具有爆炸和火灾危险的环境中不应敷设电气;
(3)设置火灾报警系统
根据实际情况,选择适当的报警探头和适合电缆层特点的报警系统。目前在电缆沟、管道井使用较为广泛的是线性(或称缆式)感温探测器;
(4)高压水喷雾灭火
特别在电缆廊道、电缆密集的地区,采用一般的灭火材料比较困难,宜采用高压水喷雾灭火方式。为使水喷雾灭火及时有效地发挥作用,需配置高灵敏度的监测及控制系统。在大型建筑物内及电缆隧道中采用此法效果显著;
(5)加强电缆层(井)的通风
要积极利用自然通风条件,尽可能在电缆层靠外墙部位设置通风口(通风口的具体设置可以结合火灾扑救时的突破口)。同时还应建立不间断供电的机械排烟系统,以便在火灾初期通过自动报警联动打开排烟风机。