电线电缆防火性能分析

刘水和

摘 要：电力线路在现代社会生产生活中十分常见，因为电线电缆使用、管理不当引发的火灾事故也常有发生。加强电线电缆防火性能研究，对于提高电力系统防火水平保障消防安全具有十分重要的意义。文章围绕电线电缆防火性能有关问题进行分析和探讨，首先分析了电线电缆的起火因素以及相关特性，其次对电线电缆防火阻燃性能的产生与检测进行了详细阐述，最后从消防安全角度对电线电缆的具体应用进行了讨论。

关键词：电线电缆；防火性能；机理；防火措施；防火应用

引言

现代社会，电力的广泛应用在促进社会生产力的发展的同时，也给消防安全带来了威胁。作为电力系统中不可或缺的重要组成，电线电力的消防水平对系统的消防安全水平有着直接影响。大量火灾事故调查结果显示，电线电缆存在消防缺陷是引发火灾事故的重要原因。当前，我国关于电线电缆的消防安全思想属于被动消防，其采取的防火措施只是从火灾发生后抑制火灾影响范围扩散而制定的。这种被动型的消防原则使得电线电缆防火能力有限，而受实际施工过程中电线电缆数量多、分布密度大、施工质量不稳定等因素的影响，电线电缆发生火灾的可能性进一步增加。因此，要提高电线电缆消防防火能力，就必须加强电线电缆火灾隐患防控管理，通过行之有效的技术措施和严格的标准要求，最大限度降低电线电缆发生火灾的可能性以及提高在高温、明火等环境下的耐受能力。

1 电线电缆的起火因素以及相关特性分析

通过大量火灾事故调查分析可知，电线电缆发生火灾的原因主要有电路负荷超标，短路、接触电阻过大及外部热源作用。在短路、局部过热和外部高温环境下绝缘材料丧失绝缘性能等。调查结果显示，在发生火灾时，电线电缆会有如下表现：

（1）火灾事故发生后，起火环境温度会迅速升高，当温度上升至800℃到1000℃，在高温状态下，电线电缆表面的绝缘层会迅速老化，绝缘性能急剧下降。当绝缘层绝缘能力降到一定水平后就可能导致短路等次生电气事故发生，从而造成更大的损失；（2）导线电缆在规定的允许载流量下有较大的过载能力；（3）当电线电缆发生短路时，形成电路通路位置的绝缘层温度迅速升高，进入熔融状态，随着起火燃烧，引发火灾。

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

电线电缆的阻燃能力的形成在于绝缘层材料在加工生产过程中添加了阻燃剂，从而使得当火灾发生时绝缘层的性质、表现发生了改变，进而达到阻燃的效果。

（1）吸热作用。当火灾发生时，电线电缆绝缘层受高温影响发生热裂解，破坏绝缘层结构，这是绝缘层绝缘能力下降的直接原因。而添加了阻燃剂后，在高温状态下阻燃剂发生分解反应，反应过程中吸收大量的热，从而降低绝缘层温度，延缓了材料的热分解速度；此外，在高温环境下，阻燃剂相发生改变，同时吸收大量热，这一物理变化也是延缓绝缘层内部温度升高的一个重要因素。

（2）中止反应。阻燃剂受热分解后，会产生大量具有阻断效果的物质。这些物质与燃烧反应物发生反应，阻止了燃烧反应继续进行，起到了抑制火灾的作用。

（3）产生隔离层。绝缘层受热发生裂解反应，生成的产物会在电缆电线表层形成坚硬的隔层，从而将尚未反应的材料部分与外界隔离，降低热传导速度，延缓绝缘层热裂解的过程。

2.1.2 耐火机理

（1）电线电缆耐火性能主要是通过在电线电缆的绝缘和护套材料中加入某种添加剂而实现的，在火灾环境下，该添加剂可以有效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。

（2）物理隔离是提高电线电缆耐火性能的另一种方法。目前常用的方法是使用云母玻璃丝带包覆在线芯金属周围，通过云母玻璃丝带所具有的耐高温、绝缘效果提高电线电缆的耐高温能力，使之在高温环境下可以正常工作一段时间。

2.1.3 矿物绝缘电缆机理

这种提高电线电缆阻燃能力的方法是借助了金属水合物的吸收效应。下面以氢氧化铝和氢氧化镁两种金属水合物为例，在高温环境下，氢氧化铝和氢氧化镁受热分解，分别生成氧化铝和水、氧化镁和水，并同时吸收大量的热。具体反应方程式见下：

2Al（OH）3--*Al2O3+3H2O-2648KJ （1）

Mg（OH）2--～MgO+H2O-93.3KJ （2）

由于吸收了大量的热，使得绝缘层高聚物燃烧速度受到很大控制。

2.2 电线电缆燃烧特性分类及其标准试验

藉由电线电缆的阻燃、耐火性能水平以及阻燃，对其进行分类，可以分为普通电线电缆、阻燃电线电缆、耐火电线电缆。而根据阻燃、耐火的机理可以将阻燃、耐火电线电缆分为无卤低烟电线电缆及矿物绝缘电缆。

（1）火焰不仅是火灾发生时的主要危害因素之一，也是火灾扩散的主要原因。阻燃电线电缆就是针对避免明火产生而设计出来的。当发生火灾时，阻燃电线电缆绝缘层受到高温影响发生变化，但并不形成火焰，从而降低了火灾的威胁，延缓了火灾扩散的速度。常用的标准试验为GB/T18380.3（等同于IEC60332-1999）。

（2）耐火电线电缆则指的是在火灾高温环境下一定时间内保持材料性质稳定和电路正常工作的电线电缆。其检测标准为GB/T12666.6（等效于IEC60331-21-1999）：

（3）在电线电缆绝缘层材料合成生产时加入卤素是常见的绝缘材料阻燃设计方法。但由于卤素毒性较大，所以无卤绝缘材料成为目前开发的一个重要方向。低烟电线电缆根据耐火性能分为阻燃型和阻燃耐火型两种，均不含卤素。其中，阻燃型电线电缆在发生火灾时不产生火焰，生成的烟尘也较少，对火焰的扩散、蔓延有一定的控制、抑制作用。检测标准主要有GB/T17650.2（等同于IEC60754-2）、GB/T17651.2（等同于IEC61034-2）和GB/T18380.3（等同于IEC60332-3）三项。阻燃耐火型则是对阻燃性电线电缆进行了强化，不但阻燃，而且保障电线电缆在火灾环境下一定时间内工作正常，检测标准则在上述标准之外增加了GB/T12666.6（等效于IEC60331）。

（4）矿物绝缘电缆是在绿色环保、健康理念下设计开发出来的又一新型电线电缆，该种电缆不仅在火灾条件下不会起火燃烧，而且不会形成烟尘和有毒物质。其本身也不会因短路而引起火灾。检测标准除了常用的GB/T12666.6耐火试验外，还针对火灾实际情况，参照英国BS标准有关内容对电线电缆进行了抗喷淋水和抗机械撞击（重物坠落）检测。此外，国标GBl3033-1991《额定电压750V及以下矿物绝缘电缆及终端》也是矿物绝缘电缆常用的重要参考标准。

3 电线电缆在防火工程中的应用

3.1 电线电缆的选用

3.1.1 选用原则

消防工程中使用电线电缆，除了要满足一般电线电缆的使用要求外，还要具有与设计标准相符合的防火等级，以保证其在火灾发生条件下正常工作，保障必须的电力供应，将火灾损失降到最低限度。同时，基于电线电缆在火灾环境下也可能燃烧的情况，在选择电线电缆时，要充分考虑其在火灾状态下的特性表现，具体有两项要求，一是要避免电线电缆因为短路、过载发热引发火灾，二是要提高绝缘层在外部火焰灼烧状态下保持状态、结构稳定的性能，从而减少绝缘层材料裂解产生的小分子有毒有害物质，避免“二次灾害”的产生。在选用电线电缆时要坚持实事求是、因地制宜的原则，根据使用条件选择恰当、适宜的电缆电线，要既满足使用要求，又保证运行安全，还要注意控制成本。

3.1.2 非消防电气线路的选用要求

（1）对于没有特殊要求的常规线路，使用普通电线电缆进行敷设，如果是采用直埋或穿管暗敷的敷设方式的话，也可以使用普通电缆；（2）如果是多条电线电缆集成一束进行敷设，由于集束电缆工作状态下温度更高，宜使用阻燃电线电缆；（3）对于特级、一级场所等消防安全要求严格的场所，应该使用无卤低烟型；（4）对于木制结构公共建筑，特级、一级场所中承担着主干线路职责，负荷水平高的线路应使用矿物绝缘电缆。

3.1.3 消防电气线路的选用要求

在为消防设备选择电气线路时，消防设备的用电工作时间是个重要指标，不同用电时间的线路选择的电线电缆种类也不一样。具体情况如下：（1）对于消防设备用电时间超过1小时的情况，根据敷设方式选择电线电缆类型，其中，耐火电线或矿物绝缘电缆用于配电线路采用明敷或暗敷方式的场合，阻燃耐火电线主要用于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的场合，阻燃电线主要用于电线在耐火金属线槽内明敷或穿涂有防火涂料的金属管的场合；阻燃耐火电缆或矿物绝缘电缆则应用于变配电所（或总配电室）引至消防设备的电源主干线路上。（2）对于消防设备用电时间小于1小时，大于20分钟的场合，电线电缆负荷略小，对电线电缆的绝缘阻燃耐火等级要求也较低，其中，采用明敷形式的电力线路应采用矿物绝缘电缆；而使用埋墙方式，同时保护层厚度大于等于30毫米，或者采用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的情况，可使用普通电线电缆。（3）对于消防设备用电时间小于20分钟的场合，常规电线电缆的应用范围较广，比如配电线路穿金属管或封闭式金属线槽并涂防火涂料，云母绝缘耐火电缆明敷设等情况，均可使用常规电线电缆。

3.2 电缆线路敷设的防火措施

3.2.1 做好防火封堵措施

对于电力线路穿过多个区域的情况，要做好线路穿经途中不同区域间的封堵处理，做好消防隔离，避免发生火灾时火势沿线路扩散。

3.2.2 确保电力线路与热源和火源间的安全距离

在敷设电力线路时，要注意与附近存在的热源、火源间的距离足够安全，避免热源、火源给电力线路带来的不安全因素。在某些易燃易爆环境下不能进行电气线路敷设。

4 结束语

消防安全重于泰山。电线电缆起火因素和起火后形成的危险源都较多。在使用、管理电线电缆过程中，必须高度重视电线电缆的防火性能。根据具体应用环境正确选择电线电缆的种类、规格，既要满足使用技术要求，又要考虑经济成本。要加强电力线路的日常维护管理，确保电线电缆长期处于正常工作状态，加强巡视检查，及时排除异常情况，将火灾隐患消灭于起始状态，从而有效预防电线电缆火灾事故发生，保障人民群众的生命财产安全和国家经济、社会秩序安定和谐。

参考文献

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[3]庞钧.从典型火灾事故谈电线电缆的防火措施[J].消防科学与技术，2012.