摘 要 文章從造成電氣火災(zāi)的重要線路著手，詳細(xì)闡述了民用建筑配變電系統(tǒng)中電氣線路的防火設(shè)計選型、配電線路敷設(shè)的防火蔓延措施和配電線路的電氣防火保護(hù)，力圖從電氣火災(zāi)的源頭線路防止火災(zāi)的發(fā)生。
關(guān)鍵詞 電纜母線槽 防火設(shè)計
據(jù)全國火災(zāi)事故統(tǒng)計分析，因電氣線路著火造成的火災(zāi)事故在其中占有很大的比例。電氣線路故障引起火災(zāi)的過程如下：電線、電纜局部著火后，火勢迅速蔓延，同時產(chǎn)生大量的有毒的煙氣，對人體構(gòu)成威脅，致使消防人員不能靠近火場及時撲救。
同時，線路絕緣膠皮燃燒產(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、二項接線回路的絕緣性能，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，迫切需要國內(nèi)有關(guān)部門重視電氣線路防火的管理、監(jiān)督和科研工作，并采取有效的預(yù)防措施減少電氣線路火災(zāi)的發(fā)生率。
1.電纜、電線及母線槽的防火設(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)、外各個部分。盡管消防部門年年都強調(diào)加強防火管理，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路，如電纜、電線(包括母線槽)等配電線路。近年來，因電纜、電線、母線槽著火延燃釀成的重大火災(zāi)，國內(nèi)外時有發(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、配電線路所采用的各類電纜、電線、母線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
具有阻燃性能的PVC絕緣和護(hù)套電纜、電線，耐溫有70℃、90℃、105℃之分，阻燃特性氧指數(shù)為32級以上。阻燃型電纜、電線不易著火或是著火后不延燃，離開火源可以自熄。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所。耐溫105℃絕緣導(dǎo)線也稱作耐熱線，用于溫度較高的場所。
日本JISK7201標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了按測得的氧指數(shù)對材料難燃性進(jìn)行判定的等級：
材料難燃性進(jìn)行判定表
難燃級別 一級 二級 三級 四級 五級
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，應(yīng)積極推廣銅護(hù)套銅芯氧化鎂絕緣防火電纜(簡稱為MI電纜)。MI電纜和耐火母線槽是預(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電纜價格比阻燃電纜價格更高，敷設(shè)方式均為明裝敷設(shè)。
MI電纜有如下特點：
(1)防火、耐火、耐高溫。銅護(hù)套、銅芯線熔點為1083~C，無機(jī)物氧化鎂粉絕緣材料在2200~C高溫下不熔化，有很強的防火、耐火性能，且氧化鎂絕緣材料被緊密地擠壓在銅護(hù)套與銅芯之間，MI電纜的部件全部用絲扣連接，任何氣體、火焰都無法進(jìn)入設(shè)備和電纜內(nèi)。能在250~C的高溫環(huán)境中長期安全工作，用在應(yīng)急發(fā)電機(jī)、消防電梯和消防泵的低壓配電線路上，可為消防人員火災(zāi)的撲救贏得時間和提供保證；
(2)無煙、無毒，有利于人們撤離火災(zāi)現(xiàn)場，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需套塑料護(hù)套。銅護(hù)套為無縫銅管制成，即使浸泡在水中也可長期安全通電運行；
(4)無輻射、無渦流、過載能力強。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。單芯電纜無渦流效應(yīng)，故銅護(hù)套不會發(fā)熱。與相同截面的其他阻、難燃型電纜相比較，MI電纜內(nèi)無機(jī)絕緣的氧化鎂材料短路和過載時不存在絕緣軟化和損壞，也不會自燃。由于其過載能力很強，根據(jù)負(fù)荷計算電流選用線芯截面時沒必要放大1~3級，這在性能價格比上較為可??；
(5)機(jī)械強度高，外徑小，使用壽命長。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。氧化鎂粉是無機(jī)材料，化學(xué)性能極為穩(wěn)定，也不存在老化的問題。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)絕緣材料就會軟化，失去或降低電氣和絕緣性能?；馂?zāi)燃燒后，一般都要更換。而MI電纜在火烤后，氧化鎂無機(jī)絕緣材料不會降低電氣和絕緣性能，仍可繼續(xù)使用，無需更換；
(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，確保人身和設(shè)備安全運行，不必另增設(shè)一根PE地線；
(7)使用靈活方便。在民用建筑中的配電線路，只要滿足敷設(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)，無需金屬封閉線槽保護(hù)。
1．3密集型插接式母線槽
配電線路采用密集型母線槽與傳統(tǒng)的電力電纜配電方式相比較，有許多突出的優(yōu)點。如體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間位置??；傳輸電流大，能很方便地通過母線槽插接式開關(guān)箱引出電源分支線；選材優(yōu)良、設(shè)計精致，具有較高的電氣及機(jī)械性能，外殼接地好，安全可靠。因此，在國內(nèi)外高層與超高層民用建筑的低壓配電干線中廣泛采用。密集型母線槽，不如空氣式母線槽插接孔引出分支回路隨意性強，但防火性能好。密集型母線槽的敷設(shè)必須現(xiàn)場實測，安裝線槽的長度精確度要求較高，母線槽的插接式開關(guān)箱高度也應(yīng)根據(jù)設(shè)計確定。
密集型母線槽的分類如下：
(1)普通密集型母線槽：采用國內(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；
(2)阻燃密集型母線槽：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或國產(chǎn)名牌熱收縮套管作為護(hù)套，在各相母線間采用阻燃絕緣薄板隔離，氧指數(shù)32級以上，達(dá)到母線槽的電氣和阻燃性能；
(3)耐火母線槽：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)氧樹脂粉噴涂在母排上)，附件為耐火的絕緣件。在母線連接頭、插接箱、母線槽殼體等部位經(jīng)特殊設(shè)計加工，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)等低壓配電干線應(yīng)選用耐火型密集母線槽，保證在火災(zāi)時電源的供應(yīng)，以利于火災(zāi)的撲救。
2.配電線路敷設(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槽保護(hù)，但金屬鋼管和金屬封閉式線槽無論是在電氣豎井內(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)戶處至中壓配電柜以及由中壓配電柜至電力變壓器，線路雖不長，但電力電纜也應(yīng)按防火要求敷設(shè)和防護(hù)。
為防止低壓配電線路電氣火災(zāi)，除盡量減少線路的短路、過載和接地故障外，還需在低壓配電線路發(fā)生火災(zāi)能有效地限制火勢沿配電線路的路徑蔓延。
(1)高層、超高層民用建筑的電氣豎井較長，一旦發(fā)生火災(zāi)，豎井則成為通風(fēng)道，會產(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，將各種電氣線路孔洞的空隙，采用與建筑構(gòu)件具有相同耐火等級的材料堵塞嚴(yán)實，形成樓層豎井間的防火密封隔離。電纜在樓層間穿通時，穿板套管兩端管口空隙也應(yīng)作封閉隔離。強、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、弱電線路二次災(zāi)害。尤其在有火情時，確?；馂?zāi)自動報警系統(tǒng)和消防聯(lián)動系統(tǒng)的配電和信息系統(tǒng)的暢通非常必要。自動火災(zāi)報警系統(tǒng)和消防聯(lián)動系統(tǒng)應(yīng)單獨設(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、母線槽、金屬管等配電線路干線安裝位置，應(yīng)盡量避開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路，選用電纜橋架、母線槽等貫穿耐火墻時，應(yīng)采用按相同燃燒等級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，長度距墻一般為lm。以免火勢從一個防火分區(qū)，經(jīng)線路通道竄人另一個防火分區(qū)的線路通道而擴(kuò)大火勢；
(3)配電線路選用易燃絕緣材料的電纜時，應(yīng)將易燃線路完全封閉在耐火的電線槽內(nèi)，外殼應(yīng)刷防火涂料；
(4)電纜、電線的套管(G25以下除外)，管口兩端均應(yīng)采用與周圍相同耐火等級的材料堵塞：
(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盒內(nèi)分支。電氣線路敷設(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(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。對用易燃絕緣材料防護(hù)的導(dǎo)體的電氣線路，應(yīng)要求隔離和封閉外，并盡量縮短線路的長度。具有防火隔離的不同線路通道間的線路也應(yīng)防止相互串通，避免火勢從一線路通道竄人另一線路通道，擴(kuò)大火災(zāi)的范圍。在室內(nèi)的電纜橋架布線，其電纜不應(yīng)有黃麻或其他易燃材料的外護(hù)套。消防配電線路采用暗敷設(shè)時，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，采用金屬管或金屬線槽上刷防火涂料保護(hù)，因為金屬管和金屬槽本身并不具備防火性能。當(dāng)采用絕緣和護(hù)套為不延燃材料的電纜時，在豎井內(nèi)可不穿金屬管、金屬線槽保護(hù)，但線路穿過豎井地板時，必須穿過板管、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)。其中最常見的是短路故障(包括接地故障)及線路的長期過載。當(dāng)電氣線路發(fā)生故障時，必須迅速切除故障，縮小故障的時間和范圍，以降低電氣線路火災(zāi)幾率。
3．1 配電線路應(yīng)設(shè)過負(fù)荷保護(hù)
電氣線路短時過載是不正常的，但如果電動機(jī)起動時間不長，不會超過母線槽、電纜、電線的允許溫升，也不會對線路造成損害。輕微的過負(fù)荷時間較長，也將對線路的絕緣、接頭、端子造成損害。導(dǎo)體的絕緣長期過負(fù)荷，會長時間超過允許溫升，導(dǎo)體絕緣將會加速老化，縮短絕緣導(dǎo)體的使用壽命。嚴(yán)重過負(fù)載，例如100％過負(fù)載時，會使絕緣在短時間內(nèi)軟化變形，介質(zhì)損耗增大，耐壓水平降低，導(dǎo)致電氣線路短路，引起火。過負(fù)載保護(hù)的目的也在于防止短路和接地故障的發(fā)生。
中華人民共和國強制性標(biāo)準(zhǔn)GBG50054-95《低壓配電設(shè)計規(guī)范》第4．3．4條過負(fù)載保護(hù)電器動作特性應(yīng)同時滿足下列條件：
Ib≤In≤Iz 12≤1．45Iz
式中 Ib——線路計算負(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)電器可靠動作的電流(A)。當(dāng)保護(hù)電器為低壓斷路器時，12為約定時間內(nèi)的約定動作電流；為熔斷器時，12為約定時間內(nèi)的經(jīng)定熔斷電流。
3．2配電線路應(yīng)設(shè)短路保護(hù)
配電線路不僅要考慮正常運行情況，而且要考慮發(fā)生故障時的非正常運行狀態(tài)，尤其是短路故障，即配電線路中不同相或相與中性線的絕緣導(dǎo)體，直接金屬性連接或經(jīng)過小阻抗連接在一起。配電線路短路時，如果不在短路電流對導(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，那么短路電流會迅速使電氣線路的絕緣軟化甚至燃燒。其導(dǎo)體、電流、電火花的高溫，也會引燃近旁易燃物質(zhì)。因此線路的電流側(cè)都裝有熔斷器或低壓斷路器等保護(hù)電器，正是為了在短路時能迅速切斷線路的電源，避免火災(zāi)的發(fā)生。配電線路采用的上、下級保護(hù)電器，其動作除應(yīng)具有選擇性外，還要使保護(hù)電器與電氣線路的導(dǎo)線和電纜相匹配。如果保護(hù)電器整定值選得過大而不匹配，即使線路短路將絕緣燃燒，保護(hù)電器仍不會動作。
《低壓配電設(shè)計規(guī)范》第4．2．2條絕緣導(dǎo)體的熱穩(wěn)定校驗應(yīng)符合下列規(guī)定：
當(dāng)短路持續(xù)時間不大于5s時，絕緣導(dǎo)體的熱穩(wěn)定應(yīng)按下式進(jìn)行校驗：
S~>I／K (1)
其中：S——絕緣導(dǎo)體的線芯截面(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)作用的時間(s)；
k——不同絕緣的計算系數(shù)。
將(1)式變換為：$2K2I>12t (2)
(1)式應(yīng)不大于短路持續(xù)時間5s，否則由于熱量傳導(dǎo)，輻射會影響溫升；另外短路持續(xù)時間也不宜小于0．1s，因為這時要計人短路電流的非周期分量對溫升的影響；
(2)式已計人非周期分量。
因此，在設(shè)計時對低壓配電線路用計算電流選用導(dǎo)體截面時應(yīng)選上限，在滿足性能價格比的情況下，可放大1~3級，以利于5~15年線路上的用電規(guī)劃，更利于防止電氣線路過負(fù)荷的發(fā)生，并相應(yīng)地延長了線路的使用壽命。
4.結(jié)束語
前我國民用建筑電氣線路火災(zāi)防范的理論與經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家有不小的差距，問題也較多，應(yīng)積極向經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國家和IEC標(biāo)準(zhǔn)靠攏，努力學(xué)習(xí)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)防火理論和實踐，結(jié)合我國國情把電氣線路的火災(zāi)減少到最低程度。另外，我國大部分建筑設(shè)計及電氣設(shè)計人員不參與工程建設(shè)和最后的竣工驗收，業(yè)主不了解設(shè)計意圖，工程二次建設(shè)或內(nèi)部裝修擅自改變原工程的電氣線路設(shè)計，也是導(dǎo)致重大電氣火災(zāi)事故的重要因素之一。