[转贴]：消防设备配电线缆的选用及敷设研究

sudan2008

摘要：本文先介绍了国内外设计规范对消防设备配电线缆的要求，再对各类线缆的燃烧特性进行了分析，着重就矿物绝缘电缆与其它有机耐火电缆的性能特征、经济价格进行了分析对比，提出不同建筑物的消防设备在火灾发生期间的最少连续供电时间可分不同等级，电线电缆也可按使用场所进行分级，以及线缆应采取正确的敷设方式。
关键词：电线电缆  分级  燃烧试验  消防设备  供电时间
Research on the selection and laying about electric wires
or cables of fire fighting equipment
                Lin Weidong
(Fujian provincial Institute of Architectural Design and Research  350001)
  Abstract：This article introduces the requirement about electric wires or cables of fire fighting equipment in country or abroad，and analyses on the combustion feature of all kinds of wires and cables. It lays emphasis on the analysis and comparison on the quality and specificity of mineral insulated cable and organic fire-resistance cable，then it proposes that the least continuous power supply time of fire-fighting equipment in different buildings during fire hazard should be graded ，and proposes  that electric wires and cables also should be graded by using place and should be taken by the right laying method.
  keywords：electric wires or cables；grade；burning test；fire fighting equipment；power supply time.
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1．概述
电线电缆根据其本身具有的燃烧特性，分为普通电线电缆、阻燃电线电缆、耐火电线电缆及矿物绝缘电缆等。根据有关部门统计，在我国发生的火灾中，因电线电缆的绝缘老化和过载使用等原因而引起的火灾占了很大的比例，如2000年河南焦作“天堂”影视厅火灾、2002年北京“蓝极速”网吧火灾、2005年广东汕头华南宾馆火灾等，同时又因电线电缆成为导火线从而助长火势蔓延，并将消防设备的配电线路烧毁，造成消防设备不能有效运行，影响人员疏散，耽误灭火进行，从而产生更大的伤亡和财产损失的例子也并不少见。这些都是由于对消防配电线缆的选用原则把握不正确，对各种线缆所应采用的敷设方式未能达到相关要求造成的。
2．国内外对消防线缆的选用原则
1)国内消防配电线缆的选择原则
目前国家有关规范对消防配电线缆选择的规定有：a.《电力工程电缆设计规范》GB50217-1994的第7.0.1条，“对电缆可能着火蔓延导致严重事故的回路、易受外部影响波及火灾的电缆密集场所，应有适当的阻火分隔，并按工程重要性、火灾几率及其特点和经济合理等因素，确定采取下列安全措施。（1）实施阻燃防护或阻止延燃。（2）选用具有难燃性的电缆。（3）实施耐火防护或选用具有耐火性的电缆。……”。b.《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16-92的第24.8.2条，“超高层建筑内的电力、照明、自控等线路应采用阻燃型电线和电缆；但重要消防设备（如消防水泵，消防电梯，防、排烟风机等）的供电回路，宜采用耐火型电缆。一类高、低层建筑内的电力、照明、自控等线路宜采用阻燃型电线和电缆；但重要消防设备（如消防水泵，消防电梯，防、排烟风机等）的供电回路，有条件时可采用耐火型电缆或采用其他防火措施以达耐火配线要求。二类高、低层建筑内的消防用电设备，宜采用阻燃型电线和电缆。……”。以上国家对消防配电线缆选择的规定中，《电力工程电缆设计规范》仅在定性上作出了规定，《民用建筑电气设计规范》的用词允许稍有选择，所以在实际操作中，使得消防配电线缆的选用较为混乱，设计人员设计时随意性很大。但是，《民用建筑电气设计规范》同时规定了消防用电设备在火灾发生期间的最少连续供电时间见表1。

表1    消防用电设备在火灾发生期间的最少连续供电时间

序号
消防用电设备名称
保证供电时间（min）

1
火灾自动报警装置
≥10

2
人工报警器
≥10

3
各种确认、通报手段
≥10

4
消防栓、消防泵及自动喷水系统
＞60

5
水喷雾和泡沫灭火系统
＞30

6
CO2灭火和干粉灭火系统
＞60

7
卤代烷灭火系统
≥30

8
排烟设备
＞60

9
火灾广播
≥20

10
火灾疏散标志照明
≥20

11
火灾暂时继续工作的备用照明
≥60

12
避难层备用照明
＞60

13
消防电梯
＞60

14
直升停机坪照明
＞60



注：①表中所列连续供电时间是最低标准，有条件时应尽量延长；②对于超高层建筑，序号中的3、4、8、10、13等项，尚应根据实际情况延长。

2)国外标准对消防配电线缆的要求
根据有关资料介绍，加拿大国家建筑法规定高度大于18m的大楼内，应提供在满载情况下能工作2h的应急电源，报警和通信系统用电缆应能直接经受火灾袭击1h；医院、护理病房等，其应急电源能自动供电1h，其它所有建筑物的应急电源能自动供电30min；澳大利亚AS2293标准要求应急撤离照明主馈线和分支馈线电缆运行2h，而最后的分支电路要达到15min等。
IEC于2004年提出了有关应急电源的新提案，文件提出应急照明的连续供电时间应达到：会议室（厅）、展览馆、影剧院、体育场、营业区、饭店、旅馆、高层建筑、学校为3h；有围墙停车场（库）、办公疏散通道为1h；高危险工作区应按有人存在的时间连续供电。文件提出有关其它消防设备的连续供电时间应达到：消防各水泵12h；消防电梯8h；警报装置及通风排烟设施3h。目前该文件还未获通过，但可看出IEC标准对消防各设施的连续供电提出了较高的要求。
3．各类消防配电线缆的分析与对比
需要能满足这么长时间的消防设备供电，当然应正确选用合适的消防配电线缆类型，所以必须先了解清楚各种线缆与火灾燃烧属性的关系。
阻燃电线电缆：难以着火并具有阻止或延缓火焰蔓延能力的电线电缆。通常指能通过GB/T18380.3-2001试验合格的电线电缆。它可分为A、B、C、D四种阻燃级别，要求应符合表2的规定。

表2    GB/T18380.3-2001燃烧试验

阻燃级别
供火时间（min）
试验容量（L/m）
合格判定

焦化高度（m）
自熄时间（min）

A
40
7
≤2.5
≤60

B
40
3.5
≤2.5
≤60

C
20
1.5
≤2.5
≤60

D
20
0.5
≤2.5
≤60

注：D级标准只适用于直径小于等于12mm的电线电缆。
因此，设计若采用阻燃型电线电缆，必须明确其阻燃级别。而选定电线电缆的阻燃级别，是按同一电线电缆通道内电线电缆的非金属含量来确定，（目前很多设计和施工人员在选用阻燃型电线电缆时，都没有指明其阻燃级别，这就可能给工程带来隐患或造成经济浪费）,其关系可用下列近似公式表示：
N=Vs/V
式中  N—不同阻燃级别相应的电线电缆根数；（不同阻燃级别相应的常用阻燃电线电缆根数可参见上海市工程建设规范《民用建筑电线电缆防火设计规程》表C.0.4-1～C.0.4-4）；
      Vs—不同阻燃级别规定每米电线电缆所含非金属材料容量，L/m；
      V—每米电线电缆所含非金属材料容量之和，L/m。
通俗地说，在同一电线电缆通道内，若电线电缆数量较多，则其所含非金属材料含量也较大，要求电线电缆的阻燃级别就较高；反之，若电线电缆数量较少，则其所含非金属材料含量也较小，要求电线电缆的阻燃级别就可低些。但同一建筑物内选用的电线电缆阻燃级别宜相同。
耐火电线电缆：在规定温度和时间的火焰燃烧下，仍然保持线路完整性的电线电缆，通常指通过GB/T12666.6-1990试验合格的电线电缆。我国将该试验分为A、B两种级别，要求应符合表3的规定。

表3    GB/T12666.6-1990燃烧试验

耐火级别
  供火时间（min）
供火温度（℃）
合格判定

A
90
950(-0/+50)
2A熔丝不断

B
90
750(-0/+50)
2A熔丝不断

耐火电线电缆可在一定温度火中维持一段时间的通电，即耐火电线电缆以保持线路连续供电为己性能，而阻燃电线电缆以阻止或延缓火焰蔓延为己性能，所以应该指出，耐火电线电缆不一定就是阻燃型的，它根据其非金属材料的阻燃性能，也分为阻燃耐火电线电缆和非阻燃耐火电线电缆。当这些电线电缆在桥架内成束敷设时，设计若考虑阻燃特性，则同样还应明确其阻燃级别。（针对这一点，很多设计和施工人员都错误地认为“耐火电线电缆都是阻燃电线电缆”，不清楚耐火电线电缆也有阻燃与非阻燃之分,在桥架内成束敷设时，若考虑阻燃特性，同样还应指明其阻燃级别。）
耐火电缆通常是用无机材料与有机绝缘材料复合构成，其耐火层采用耐火云母（或硅橡胶绝缘）带绕包在普通导体外。目前国内大多数电缆厂生产的耐火电缆多属此种。（转载请保留电气论坛http://www.dqrt.com 版权！）
矿物绝缘电缆（常简称MI电缆）：实际上也是耐火电缆，因为它在国内同样是通过GB/T12666.6-1990试验合格的电线电缆，但它采用无机物氧化镁做绝缘，无缝铜管做护套，经特殊工艺加工制作而成，具有不燃、无烟、无毒特性，也满足GB/T18380.3-2001标准。该类电缆主要是铜芯铜护套，也有铝芯铝护套及铜芯铝护套电缆，规格有单芯、2～4芯及7、12、19芯等，电缆全部材料均为无机材料。（转载请保留电气论坛http://www.dqrt.com 版权！）
事实上，氧化镁是一种矿物耐火材料，熔点2800℃，绝缘性能良好，在2800℃以下基本不起任何变化，其中，防火、防爆、载流量大、耐高温、寿命长、耐腐蚀、耐辐照、接地良好等是它的典型标志。因此，矿物绝缘电缆与有机绝缘的耐火电缆比较，从结构性能看，具体有以下的优点：
1）耐火、耐机械磨损、防爆矿物绝缘电缆除通过GB/T12666.6-1990耐火试验外，还具有一定抗喷淋和
抗机械撞击能力（试验标准为英国BS6387规定,国内还无此标准），它在电缆外径变形到三分之一的情况下仍可正常工作。此外，矿物绝缘电缆是一种完全实心结构，因此在有爆炸危险区域使用非常合适。
2）耐高温、耐辐照
电缆实际长期使用温度（除考虑线路损耗等以外）主要取决于终端密封的材料。矿物绝缘电缆短时使用温度的极限完全由金属线芯和金属护套材料的熔点所决定，即可接近铜的熔点1083℃，长期可在250℃以下使用。另外，矿物绝缘电缆经辐照后材料不会发生变化，稳定性好。
3）不老化、寿命长
PVC电缆，即使是耐火型，由于聚氯乙烯的老化，一般只能使用20年，就需定期更换；矿物绝缘电缆结构全部为无机材料，不存在有机材料的老化问题，同时由于铜护套的氧化速率减薄极缓，所以其寿命极长，可称是免维护和维修的，可以与建筑物永存，节约更换和维护费用。
4）不产生烟雾及有害气体。
火灾发生时，人员伤亡的主要原因是电缆阴燃时和燃烧时放出有毒气体和烟雾使人窒息死亡或中毒。矿物绝缘电缆不产生烟雾和任何有毒的气体，且可保证电路继续供电时间在3h以上，因此使用矿物绝缘电缆可提供人员安全疏散，减少人员和财产的损失是其他电缆无法比的。
5）耐腐蚀、防水矿物绝缘电缆的铜护套是无缝铜管，本身具有较高的耐腐蚀性，在所有普通环境下，它不需要采取任何附加的保护措施，水、油和气体均不会渗透到电缆内部。在某些对铜有腐蚀作用的特殊场合敷设时，可使用外加PVC外护套的矿物绝缘电缆。（转载请保留电气论坛http://www.dqrt.com 版权！）
6）省接地线
由于铜护套的截面不比芯线截面小，它可起到接地导线的作用，提供极好的低接地电阻，因此可比其它电缆节约一根PE芯线。
表4为相近载流量的矿物绝缘电缆与其它有机耐火电缆所作的经济性分析
比较。矿物绝缘电缆在建筑物内可直接明敷设，而其它阻燃或耐火电缆明敷设时，必须按规范规定穿有防火保护的金属管或有防火保护的封闭式金属线槽(表4中考虑了降低系数0.8)。从表中可以看出，由于氧化镁材料有较高的导热系数和耐过载能力，使矿物绝缘电缆可以承受高密度的电流，其截面比其它耐火电缆接近小一个至两个截面等级，能节省大量铜材。同时可看出,矿物绝缘电缆平均价比比B级耐火聚氯乙烯绝缘电缆还低15.1%，比B级耐火交联聚乙烯绝缘电缆仅高11.0%，但矿物绝缘电缆安装方便、节省辅材，不需另加有防火保护的金属管或有防火保护的封闭式金属线槽，这些可以使安装费用降低约15%。所以，目前矿物绝缘电缆所需总体价格基本已与B级耐火交联聚乙烯绝缘电缆的总体价格持平，甚至比A级耐火交联聚乙烯绝缘电缆的总体价格还低。
4．消防配电线缆选用及敷设应重视的建议
1）不同建筑物的消防用电设备在火灾发生期间的最少连续供电时间可分不同等级，其分级的标准和火灾自动报警系统的保护对象分级相对应。
在火灾的过程中，我们要求救火和疏散撤离用的消防设施保持开启状态。如消防水泵在整个过程应连续运行；疏散撤离照明应连续起作用，直到建筑物内的所有人员撤到安全区为止。而撤离一座建筑物所花的时间取决于许多因素，建筑物的高度、楼层的空间大小、楼内的人员数、出口的数量和位置，等等，所有这些因素均在确定撤离时间的长短中起重要作用。可以设想，建筑物建造得越高，人员撤离疏散的时间就越长，相应建筑物内的消防设施就应更可靠，工作时间要更长。此外，建筑物的功能类型及撤离人员的类型也非常重要，例如住有无能力的病人的医院同办公室相比，人员所花的撤离时间较长。
火灾自动报警系统的保护对象根据建筑物的使用性质、火灾危险性、疏散和扑救难度等分为特级、一级和二级。所以，建议在以后新修订规范时，对消防用电设备在火灾发生期间的最少连续供电时间规定也应同样根据上述条件进行分级，不同类型的建筑物，其消防用电设备在火灾发生期间的最少连续供电时间对应分为特级、一级、二级和三级，其中，将火灾自动报警系统的保护对象中不属于特级、一级和二级的其它建筑物，其消防用电设备在火灾发生期间的最少连续供电时间划为三级。不同等级、不同设备的最少连续供电时间可从有关规范或规定的15min、30min、1h、1.5h、2h、3h、8h等标准中确定，但明确不同等级、不同设备的最少连续供电时间应借鉴国内外的有关实践经验，并作进一步的调查研究后确定。
2）对电线电缆使用场所也进行分级，对应于建筑物消防用电设备在火灾发生期间的最少连续供电时间的分级，分为特级、一级、二级和三级。
在火灾发生情况下，消防设备供电的电线电缆必须满足各自级别内最少连续供电时间的要求。所以，为了经济合理性，建议对电线电缆使用场所进行分级，分级的标准就对应于建筑物消防用电设备在火灾发生期间的最少连续供电时间的分级,即也分为特级、一级、二级和三级。
根据各类线缆的燃烧性能，建议设计规范能作如下明确规定：a.用于特级、一级使用场所的所有消防用电设备的电源主干线路应采用矿物绝缘电缆；支线线路应采用矿物绝缘电缆或A级耐火电线；b.用于二级使用场所的重要消防设备（如消防水泵，消防电梯，防、排烟风机等）的电源主干线路应采用矿物绝缘电缆；支线线路应采用矿物绝缘电缆或B级以上耐火电线；c. 特级、一级及二级使用场所的电线电缆成束敷设时，应采用阻燃电线电缆；d.用于普通设备线路的电线在穿管敷设时，可采用普通电线。
因目前矿物绝缘电缆所需总体价格基本已与有机耐火电缆的总体价格持平，考虑有机耐火电缆明敷时应穿有防火保护的金属管或有防火保护的封闭式金属线槽，若成束敷设还将进一步折减其载流量，且施工安装较麻烦，目前有防火保护的封闭式金属线槽耐火时间最长只1h，质量还难于保证，占用空间也较大。同时，根据《民用建筑电气设计规范》送审稿中有关“消火栓、消防泵及水幕泵、防排烟设备、火灾暂时工作的备用照明和消防电梯在火灾发生期间的最少连续供电时间应大于等于180min”的最新要求，所以提议：除穿管敷设采用有机耐火电线电缆外，其余需采用耐火电缆的场所均采用矿物绝缘电缆。
3）正确选用电线电缆，还应采取正确的敷设方式。
虽然阻燃电线电缆有阻止或延缓火焰蔓延的能力，耐火电线电缆能保持一定时间线路的连续供电，但若不能采取正确的电线电缆敷设方式，也难确保线路的完整性。
在2001年，我国对线缆的耐火特性研究中进行了线缆模拟实体火灾的实验，采用普通电缆、阻燃电缆、隔氧层阻燃电缆、耐火电缆和矿物绝缘电缆，分别明敷、穿钢管明敷、防火桥架敷设和埋墙暗敷，实验结果表明：在30min内，明敷和穿钢管明敷的普通电缆、阻燃电缆、隔氧层阻燃电缆和耐火电缆全部失效；而超过60min的只有埋墙暗敷及防火桥架敷设的耐火电缆和直接明敷的矿物绝缘电缆。
所以，建筑物消防设备的配电线缆应根据建筑物的性质、在火灾发生期间的最少连续供电时间要求等正确选用，并采取有效的敷设方式，方能确保线缆达到规定的防火目的。以上有关建议或提议希望能得到广大同仁的关注，抛砖引玉，愿大家进一步讨论和研究。
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参考文献：
[1] 中华人民共和国国家标准. 《电力工程电缆设计规范》GB50217-94.  北京：中国计划出版社，1995
[2] 中华人民共和国行业标准. 《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16-92.  北京：中国计划出版社，1993
[3] 中华人民共和国国家标准. 《建筑物电气装置 第5部分：电气设备的选择和安装 第523节：布线系统载流量》GB/T16895.15-2002
[4] 上海市工程建设规范. 民用建筑电线电缆防火设计规程 DGJ08-93-2002. 上海，2002
[5] 方纯兵. 大空间建筑线缆安全的探讨. 建筑电气，2004，5-1：99～101

表4       相近载流量矿物绝缘电缆与其它耐火电缆的经济性比较（详附件）

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提出不同建筑物的消防设备在火灾发生期间的最少连续供电时间可分不同等级，电线电缆也可按使用场所进行分级，以及线缆应采取正确的敷设方式。