电缆防火分析及措施

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1、电缆防火分析及措施 近年来电缆火灾事故频繁发生，由于防火措施不完善，着火后蔓延很快，火势凶猛，难以扑灭，不但直接烧损了大量的电缆和设备，而且停电修复的时间很长，严重影响了工农业生产和人民生活用电。据有关部门统计，在中国发生的多次电缆火灾事故中直接和间接损失巨大。1电缆火灾事故及其原因因电缆着火延燃造成的事故，遍及发电厂、变电所、工厂企业、高层建筑、邮电局、铁道、船舶等场所。为了吸取电缆火灾事故的经验教训，文中列举了国内外电缆火灾的部分典型事例。1989年南方某电厂因高压燃油溅落在350高温阀门上而起火，烧着了平台下的电缆并蔓延到电缆竖井，导致总长约20 km的270根电缆全部被烧坏。1991年

2、10月11月，华北电网3座主力电厂接连发生低压电缆着火，造成5台200 MW机组停电。1979年12月福建某220 kV变电所，室外主变220 kV电流互感器A相爆炸，电缆沟起火，火势很大，逐渐向控制室蔓延，幸亏电缆沟入控制室的洞口被封堵才使大火未能烧及主控制室，然而户外段电缆全部烧毁。1975年2月13日晚，座落在美国纽约市的110层411 m高的“世界贸易中心大厦第11层突然起火，烧着通讯电缆，经由未封堵的孔洞延燃并波及动力电缆，沿着竖井使火灾从9层直达19层，火灾中心的11层楼着火面积836 m2，电话盘全部被毁；造成巨大损失。关于电缆火灾发生的原因，可归纳为以下3个方面：（1）属于电缆

3、本身的情况。如过负荷及短路电流长时间作用下，电缆绝缘老化着火、电缆接头接触不良局部发热导致着火等。（2）属于外部因素的情况。如含油设备的漏油着火波及电缆，工程作业中的意外失火，电缆沟散热取防火措施等。据有关统计资料表明，由于电缆本身原因产生的火灾，在电缆火灾事故总数中，并不占主要比例，而电缆外部原因是多种多样的，防不胜防。1998年调查的国内多起电缆火灾事故中由于电缆本身故障起火延燃的占总数的242；而由于外界火源引起电缆延燃的占758；所以应设法使电缆火灾蔓延受到抑制减弱或阻熄。近年来，公共场所火灾中人员伤亡较大，主要原因是使用了大量的易燃可燃材料及燃烧时产生大量的烟雾和毒性气体。由于中国人

4、口众多，公共场所人员密度较大，在公共场所火灾中80的人员死亡是因为吸入了有毒燃烧气体所致，燃烧时产生大量的烟雾也不利于人员的疏散。最近，公安部发布了强制性标准GA3062001阻燃及耐火电缆：塑料绝缘阻燃及耐火电缆分级和要求，对耐火电缆进行了分级，并对耐火电缆的发烟量及烟气毒性作了具体的规定，进一步完善了中国阻燃及耐火电缆的标准体系，将对推广和应用阻燃、高效、无公害的阻燃、耐火电缆起到一个推进作用。2电缆燃烧的特性及危害众所周知，物体的燃烧和延燃必须具备三要素：可燃、热量及空气。（1）至今广为应用的各类型电缆的绝缘材料和保护层大都采用可燃的有机物，油、纸、沥青为电缆材料的电缆虽被淘汰，但许多老

5、厂等还在继续使用。而聚乙烯、交联聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、天然橡胶等材料的电缆在大量使用，这些材料的氧指数都在19或以下，一般在300400即能引燃。并且燃烧时发热量比同等重量的煤炭还要大，所以，采用这些材料制作的电缆一旦着火就将不能自熄而延燃，这是导致电缆火灾的蔓延扩大的主要原因。（2）电缆着火燃烧时产生大量烟气中的有毒气体达到一定浓度时，就会损害人体健康以致丧命。（3）电缆着火后迅速自熄，几乎未酿成事故的实例也存在，但这主要与电缆型式、数量、布置层次数及环境条件等因素有关。（4）采取旧标准对单根聚氯乙烯电缆所作燃烧试验显示不出延燃性，但在多根电缆群体敷设的大规模情况下，一旦电缆着火，由于电

6、缆相互供给燃烧质造成大范围的高温，致使电缆形成延燃不会自熄，在供给相同空气量的情况下，水平敷设比垂直敷设时的延燃速度及火焰传播速度要小些。3国内外电缆防火阻燃措施目前国内外电缆防火阻燃措施可归纳为3种：采取措施防止电缆着火、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；使电缆本身难燃化。日本、前苏联、美国等国家对电缆防火阻燃采取的措施为：使电缆火灾延燃受到抑制并达到自熄或全部采用阻燃或耐燃电缆。许多国家普遍推广不延燃电缆。中国在使电缆难燃化方面虽然起步较晚，但发展迅速，许多电缆厂成功地研制了难燃电缆，并已在治金、电力、化工等行业得到了应用。但该类电缆仅为6 kV及以下的电力电缆和控

7、制电缆应用较多。4评估电缆防火阻燃的方法关于电缆防火阻燃的评估，至今还无法单纯以理论计算来描述其定量关系，一般采取基本相似于实际使用条件的试验方式来判别电缆的难燃性和耐火性。几个国家先后制定了一些标准试验方法，可归纳为以下4种。 （1）材料的氧指数法此法的原理是将一定数量尺寸的试料放入特制的容器中，由充满氮气开始，逐步输入氧气，在不同的氧气含量下，用规定方式点火，刚刚能使容器内试料发生平稳燃烧时的氧气含量就称为材料的氧指数。用此方法测定的氧指数越高，意味着材料难燃性越好。日本规定难燃性等级为一级氧指数大于30，二级为2730，三级为2427，四级为2124，五级为21及以下，由氧指数判别难燃性

8、能已在中国广泛采用。 （2）单根电缆不延燃性标准试验法此法是将一段被试单根电缆悬置于专用燃烧器内，使作用于电缆处的火焰温度达到一定值（超过引燃温度），持续数分钟后撤除火源，再观察被试电缆是否自熄。此法是国际电工委员会（IEC）于1979年修订的标准试验方法IEC3321，中国参照该方法也制定了国标GB26511682不延燃试验方法。 （3）成束电缆的耐燃性标准试验法该方法与单根电缆不延燃标准试验法基本原理相同，而且基本上能反映工程实际特征。中国电缆厂已建成仿照IEC3822新标准和IEEC383、ICS366标准的整套试验装置。浙江省电力局在1980年组织了模拟电缆隧道、电缆竖井与电缆夹层的试

9、验，并得到比较可靠的试验数据。 （4）电缆贯穿孔洞阻燃性考核标准试验法美、前苏联、日各国对电缆贯穿孔洞所用封堵材料的阻燃性，都制定了标准试验方法，中国浙江省电力局也曾作过类似试验，其特点为，在特制的加热炉中，按标准温度曲线规定的“时间温度”变化速度加温作用于被试电缆一端的炉壁贯穿电缆的封堵处理方式，经13 h的加温后，观察炉外电缆段是否不燃或完好，以判别封堵材料的耐燃特性。5电缆防火的主要措施 实现电缆难燃的基本途径包括以下几个方面： （1）使电缆构成材料中的可燃物质尽量减少；（2）创造隔绝氧气、减少传导、遮断热幅射的条件；（3）使电缆燃烧时形成厚的强固碳化层，以隔断可燃质与氧气的接触； （4

10、）增加燃烧过程中的冷制作用。根据以上几种基本途径，目前，电缆防火所采用的措施如下： （1）耐火电缆和阻燃电缆耐火电缆就是在火燃烧条件下仍能在规定时间（约4 h）内保持通电的电缆。以满足万一发生火灾时通道的照明、应急广播、防火报警装置、自动消防设施及其它应急设备的正常使用，使人员及时疏散。在火灾发生期间，它还具备发烟量小，烟气毒性低等特点。该型电缆价格较贵，一般应用在高层建筑、电力、石油、化工、船舶等对防火安全条件要求较高的场合，是应急电源、消防泵、电梯、通讯信号系统的必备电缆。该型电缆在上海电缆厂等厂家相继问世，并已批量生产，不过目前这些电缆厂生产耐火电缆电压等级仅在1 kV及以下。阻燃电缆主

11、要特点就是不着火（或着火后延燃仅局限在一定范围内）所以这类电缆适用于有高阻燃要求、防燃、防爆的场合。现在研制出了阻燃氯磺化聚乙烯橡皮护套电缆（电压等级为6 kV）、阻燃交联聚乙烯和船用阻燃电缆，以及无卤低烟型系列电缆，这些电缆已被许多工程采用。目前中国生产的耐火及阻燃电缆的规格材料，结构绝缘性能及试验方法，均符合国际和IEC3328标准。在生产实践中广泛采用阻燃电缆，电缆火灾事故明显减少，保证了电厂及电网安全运行，具有明显的经济效益和社会效益。 （2）防火涂料近年来，中国研制出了多种防火涂料，经国家鉴定合格的产品在实践中使用及证明效果良好。其中丙烯酸涂料适用于不良环境；改性氨基涂料适用于潮湿环

12、境。该涂料在电缆上的用量可参见表1。另外，膨胀型过氯乙烯防火涂料，于1988年由公安部组织的新产品鉴定。该涂料的特点是遇火膨胀生成均匀致密的峰窝状隔热层，有良好的隔热、耐水、耐油性。该涂料刷喷均可，但施工过程中必须隔绝火源，每隔8 h涂刷一次，达到每平方米400500g即可，但这种刷涂型防火涂料，在电缆密度大，长度长、空间小等场合使用不方便，且耗时费力，劳动强度大，影响施工工期。 （3）防火包带国内生产的电缆防火包带，按试验证明具有不低于日本同类产品的阻燃特性。以1 mm厚防火包带，采取往复各一次的绕包方式缠绕在电缆上，水平布置达到了7层，经模型试验，显示出了有效的阻燃性能。这种材料用于局部防

13、火要求高的地方效果特别好。能达到以较低费用而达到较好的防火效果。在实际工作中经常使用在电力电缆接头两侧及相邻电缆23 m长的区段施加防火涂料或防火包带，可达到良好的防火要求。 （4）防火堵料SFD、型速固防火堵料是一种理想的电缆贯穿孔洞和防火墙的封堵材料，它能有效地阻止电缆火灾窜延。孔洞向邻室蔓延，该堵料其耐火性能甚好，基本不导热，一般封堵厚度710 cm即可达到耐火阻燃要求。此材料在电缆进墙孔，端子箱孔等孔洞处大量使用，既方便，效果又好，深受施工人员欢迎。经过多年实践，证明其安全防火效果显著。 （5）阻火隔墙用阻火隔墙将电缆隧道、沟道分成若干个阻火段，达到尽可能地缩小事故范围、减少损失。阻火

14、隔墙一般采用软性材料构筑，如采取轻型块类岩棉块、泡沫石棉块、硅酸盐纤维毡或絮状类如矿渣棉、硅酸纤维等，既便于在已敷好的电缆通道上堆砌封墙，又可在运行中轻易地更换电缆。经试验表明，240 mm左右厚度的阻火墙显示出了屏障般的有效阻火能力。此外，沿阻火墙两侧电缆上紧邻051 m范围，添加防火涂料或包带时，可不需设置通道防火门，这样能有效地防止电缆一旦着火时通过门孔穿出火焰和热气流的危险影响，解决了正常运行中隧道通风与防火的矛盾。 （6）耐火隔板Eg85A、B、C型耐火隔板，应用于封堵电缆贯穿孔洞，作多层电缆层间分隔和各层防火罩，具有优良的特性。Eg85A型耐火隔板与耐火材料构成的竖井封堵层，不仅满

15、足耐火性，且满足承载巡视人员的荷重，也便于增添更换电缆，该型耐火隔板使用于承受较大外力的大孔洞封堵。Eg85C型耐火隔板，主要用作电缆防火罩，也可用作多层电缆层间隔板，它具有质轻、形薄、强度高、切割打孔方便、耐腐蚀等特点。Eg85B型火隔板适用于形状各异的小孔洞封堵和作多层电缆层间分隔，但在实际应用中。发现有强度不高、不能任意切割的缺点。 （7）封闭式难燃轻型槽盒将部分紧靠高温管道的电缆及容易使电缆着火的部分置于封闭式槽盒内，以形成阻火段。难燃型槽盒具有较好的阻止电缆着火延燃的性能，在盒内添置冷却水管，联通外部引接的冷却系统装置，实现对盒内电缆的间接冷却，从而可提高电缆允许载流能力122倍。利

16、用高新技术研制成的高效阻燃玻璃，可以在高温900情况下阻燃，并在此基础上制成新电缆槽合。价格便宜、强度高、阻燃性能好，此产品技术先进防火效果显著，应是今后推广产品。 （8）阻燃桥架电缆阻燃桥架，具有优良的耐火、隔热、阻燃自熄、耐腐蚀等特点，并能与各类金属直型桥架配套。 （9）“1211”灭火弹在电缆隧道内电缆交叉口及电缆密集段、电缆夹层以及有中间接头的部位，悬挂“1211”灭火弹。 （10）埋砂敷设埋砂敷设显然具有最佳的防火效果，但不适用于数量众多中低压电缆敷设，这种方式主要应用在高压充油电缆线路上，由于此种防火方式比空气中明敷时电缆载流量要减少，且不便于运行维护，故一般较少采用。但在电缆着火

17、时，采用埋砂灭火法，效果非常好。 （11）水喷雾灭火 在电缆廊道电缆密集的地区采用一般的防火材料比较困难，宜采用水喷雾灭火方式。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，另外还有一套水系统。由于成本较高，故在国内较少采用。但在大型建筑物内及电缆隧道中采用此法效果显著。 （12）合理布局发现有些场合电缆着火后，很快便自己熄灭。经分析发现，这种情况与电缆布局合理有密切关系。在条件允许情况下，电缆不应布置过密，且一次、二次电缆应分别敷设在不同的电缆沟内，沟内通风、散热情况要良好，并远离高温物体。6结论电缆防火是一种较新而重要的课题，采用的材料和产品需经过严格试验考核和实践检验

18、。由于历史发展的原因，中国经几十年建设起来的全部电力设施的电缆量是无法估计的，不可能全部更换使用阻燃耐火电缆来解决电缆防火问题。因此，在现有的工程中采用其它防火材料进行电缆防火的补救是行之有效的。近年来，中国吸取国外的先进经验，研制出了耐火电缆。在近些年的设备改造过程中和城网、农网改造工程中，及新建电厂、变电站等明敷多根电缆配置中，或位于油管、熔化金属溅落等可能涉及的场所，已经广泛使用阻燃耐火电缆和各种防火材料。地铁，船舶，核电站，石油平台，银行，大型图书馆和室内公共场所等重要场合，应选用低卤（无卤）、低烟、低毒性阻燃耐火电缆和各种防火材料，以减少火灾时产生有毒（酸）气体危害。并在工程设计中就

19、形成强制性要求。从而在源头上为电缆防火安全得到了保证。经过多年的实践证明，只要严格按照设计要求，按工艺标准施工，采用经有关部门鉴定合格的防火材料和阻燃电缆，就能大大地减少电缆火灾事故，减少人民生命财产损失，以及保证安全发、供电，保证电网安全稳定运行，为国民经济发展做出更大贡献。随着国民经济和科学技术的发展，会有更多更好的防火材料和先进的防火技术涌现，为电缆的防火、灭火工作提供强有力的保证。参考资料1能源部东北电力设计院电力工程高压送电线路设计手册M北京：水利电力出版社，19912张初阳耐火电缆的分级和特性及选用原则J电线电缆，2003（1）：353GA3062001，阻燃及耐火电缆：塑料绝缘阻燃及耐火电缆分级和要求S4杨玉智无烟低卤阻燃电缆设计与工艺J电线电缆，2002（3）：26285GB5016892，电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范S