消防设备应采用耐火性能的电力输送干线

摘 要:在火焰条件下、在规定的温度和时间内,消防设备的配电线路应保持线路的完整性,应采用具有耐火性能的电缆或母线槽。而采用具有防火性能或阻燃性能的电缆或母线槽的结果,只是使着火时热能量不能通过母线槽传递到相邻另一空间引燃易燃材料(穿越防火分区的墙或楼板时,虽然墙或楼板已满足防止热能传递的要求,还需用加装防火穿墙套来实现防火性能),但是仍不能保证“满足火灾时连续供电的需要”。因此防火母线槽或防火电缆不适合用于消防设备或应急电源的配电线路上使用。

建筑工程中,消防设备及应急电源是用于着火时救火及人们逃生。GB50045-95《高层民用建筑设计防火规范》(2005年版)9.1.4条,GB 50016-2006《建筑设计防火规范》11.1.6条明确规定:“消防用电设备的配电线路应满足火灾时连续供电的需要……”但是,目前少数设计人员对阻燃性、防火性与耐火性区分不清,不少项目把仅具有防火性能的母线槽或电缆误用在消防配电线路上。在火焰条件下、在规定的温度和时间内,消防设备的配电线路必须保持线路的完整性,才能满足使用要求。对于不同的场合、不同的设备,配电线路的耐火温度和耐火时间是有区别的,但不能缺少耐火性能的要求。以下根据相关的产品标准及试验方法,分析耐火性能和防火性能的区别。

关于电缆,我国在1991年已有了国标GB/T 13033.1-1991,其新版本为2007(等同于IEC 60702-1:2002),其中耐火性能的试验按照 GB/T 19216.21-2003《在火焰条件下电缆或光缆的线路完整性试 第21部分》(等同于IEC 60331-21:1999)进行,明确了电缆耐火性能的试验方法。2005年我国公安部标准GA/T 537-2005《母线干线系统(母线槽)阻燃、防火、耐火性能的试验方法》中,关于耐火性能的试验方法也有明确规定。2006年国标GB 7251.2-2006《低压成套开关设备和控制设备 第2部分:对母线干线系统(母线槽)的特殊要求》(等同于IEC 60439-2:2000)中7.1.1.5耐受火焰蔓延(阻燃性能)、7.1.1.6母线干线防火板单元(防火性能)、7.1.1.7着火时保持电路完整性(耐火性能),也明确规定了母线槽耐火性能的技术要求及试验方法。

1 耐火性能试验

1.1 耐火电缆的耐火试验
根据GB/T 13033.1-2007之13.8的规定,“成品电缆应按GB/T 19216.21进行耐火试验”。GA 306.2—2007之3.1指出,具有规定的耐火性能的耐火电缆,是指具有线路完整性、烟密性、烟气毒性、耐腐蚀性的电缆。其6.3条规定,耐火一级、耐火二级、耐火三级和耐火四级的线路完整性试验按GB/T 19216.21规定的方法进行(供火温度750℃~800℃,推荐供火时间为90min);耐火一级A类、耐火二级A类、耐火三级A类和耐火四级A类的线路完整性试验按GB/T 19216.21规定的方法进行,但电缆受火温度应为950℃~1000℃。

1.1.1 试件安装
与耐火试验时相同规格的试件两段以及必要的连接件,喷淋试验时其总长度为耐火试验时试件长度的一半。

1.1.2 电路连接
在靠近变压器的试样一端,把中性导体和所有保护导体接地。所有金属屏蔽、裸屏蔽线或金属层都应相互连接并接地。将变压器与各导体连接,但不包括图1电路图中标明的打算用作中性导体或保护导体的那些导体。如果金属套、铠装或屏蔽作为中性导体或保护导体使用,则应如图1按照中性导体或保护导体那样进行连接。

对于单相、双相或三相电缆,每相导体应与变压器输出端各相连接,变压器输出端的每一相上串接一个2A熔断器或具有等效特性的断路器。

把每一组中各导体并接起来,再连接到变压器输出端各相上,变压器输出端的每一相上串接一个2A熔断器或具有等效特性的断路器。

在远离变压器的试样另一端:
——把一根导体或一组导体连接到负载和指示装置(如第5章所述)的一端,另一端接地;
——把中性导体和所有保护导体连接到负载和指示装置(如第5章所述)的一端,另一端连接到变压器端熔断器的L1(或L2,或L3),参见图1。

图1 基本电路图

1.1.3 判定条件
具有保持线路完整性的电缆,只要在试验过程中:
——保持电压,即没有一个熔断器或断路器断开;
——导体不断,即没有一个灯泡熄灭。

1.2 GA/T 537-2005 关于耐火母线槽的耐火性能试验
根据GA/T 537-2005之4.3的规定,“母线干线系统(母线槽)耐火性能试验,应同时进行4.3.1和4.3.2两项试验,两项试验均合格,判定其耐火性能合格”。4.3.1是喷淋试验、4.3.2是耐火试验。

1.2.1 喷淋试验

1.2.1.1 喷淋设备
GA/T 537-2005中,喷淋试验设备包括加热设备、喷嘴及电路连接设备。

加热设备符合GB/T 19216.11- 2003/IEC 60331-11:1999的规定,若一套加热装置不能满足试件四面受火要求时,可采用两套加热设备在试件两侧同时加热。

标准喷嘴,喷嘴内径:6.3 mm,喷水率:(12.5±0. 625)L/min,喷嘴压力:约30 kPa(相当于垂直向上自由喷流高度为2.5 m)。喷灯和试件的位置如图A.2所示。
——喷灯中心水平面在试件最低点下面(70mm±10mm);
——喷嘴距试件中心垂直面约45mm

电路连接设备包括变压器、熔断器、负载和指示灯等,连接方法同图1。

图A.2 喷灯和试件的布置

1.2.1.2 喷淋试验程序
a) 加热:点燃喷灯,在距喷嘴水平距离为45 mm,上方垂直距离为70 mm的位置用直径为0.5 mm的热电偶与喷管纵轴平行测试火焰的温度,调节供气系统,使火焰温度保持在750℃~800℃之间,再将喷灯按GA/T 537-2005之A.4.c的要求布置在试件下方接头处开始加热,加热时间为试件耐火试验供火时间的一半,通常为30分钟。
b) 喷淋:使用规定的喷淋设备,对试件两支承之间的部分进行喷淋。
c) 加电检测:喷淋后按照图1要求与试件进行连接,接通电源,将电压调至试件额定电压,加压5 min。观察熔断器是否熔断,灯泡是否熄灭。

1.2.1.3 喷淋试验注意事项:
a) 加热火焰温度为750℃~800℃(随厂家的要求选择供火温度,目前采用供火950℃较普遍)。
b) 使试件接头处在喷灯火焰的中心部位,并使该部位满足四面受火的要求。
c) 喷淋时间按两支承之间试件部分的表面积计算,每平方米为1 min,至少为3 min。
d) 喷嘴距试件中心的垂直距离为3m(但为了能从各个方向喷射试件,在必要时,可适当缩短距离)。

1.2.1.4 判定条件
喷淋试验后,若符合下列条件,则表明线路未丧失完整性,试件喷淋试验合格。
——保持电压,即没有一个熔断器或断路器断开;
——导体不断,即灯泡一个也不熄灭。

1.2.2 耐火试验
GA/T 537-2005《母线干线系统(母线槽)阻燃、防火、耐火性能的试验方法》中关于耐火试验试验方法。

1.2.2.1 试验装置
a) 耐火性能试验装置应符合GB/T 9978-1999《建筑构件耐火试验方法》中第章(新版GB/T 9978.1-1008《建筑构件耐火试验方法第1部分:通用要求》中第5章)的规定。
b) 变压器
变压器为一台三相星型连接的变压器或单相变压器(组),其应有足够的容量使达到最大允许泄漏电流时仍可保持要求的试验电压。
c) 为了检验试件线路的完整性,应进行必要的电气连接,连接简图见图3。

图3 试件电气连接图

1.2.2.2 试验条件
用规定的热电偶测得炉内平均温度,按以下关系式及图4对其进行监测和控制炉内温度:
T=345lg(8t+1)+20
式中:T——炉内平均温度,单位为摄氏度(℃);
t——时间,单位为分钟(min)。

图4 标准时间—温度曲线

1.2.2.3 试验程序

1.2.2.3.1 试验的开始与结束
接通电源后调节变压器,逐步升至试件的额定电压,并通过负载的配置使通过线路中的电流为0.25 A。然后点火,当耐火试验炉内接近试件中心的热电偶的温度达到50℃时,所有测量仪表计时开始工作,试验开始。试验期间应按1.2.2.5.2要求进行观测。供火时间不应低于30 min,停止供火后继续通电15 min。即总试验时间为供火时间加上15 min的冷却时间。

1.2.2.3.2 测量与观察
a) 试验炉内温度的测量
温度测量按 GB/T9978-1999 中7.3.1的规定执行。
b) 试验炉内压力的测量
压力测量按 GB/T9978-1999 中7.3.2的规定执行。
c) 试验现象观察
过程中,随时观察熔断器和灯泡的显示情况。

1.2.2.3.3 判定条件
耐火试验过程中,若符合下列条件,则表明线路未丧失完整性,试件耐火试验合格。
——保持电压,即没有一个熔断器或断路器断开;
——导体不断,即没有一个灯泡熄灭。

1.3 GB 7251.2-2006耐火母线槽的技术要求及试验方法
国标GB 7251.2-2006《低压成套开关设备和控制设备 第2部分:对母线干线系统(母线槽)的特殊要求》中7.1.1.7条明确规定了线路完整性的要求,“耐火母线干线单元的设计在着火时,应在规定时间内保持线路的完整性”、“保持线路完整性的试验方法还在考虑中”。原因是当时有国标GB/T 19216-2003《在火焰条件下电缆或光缆的线路完整性试验》和2005年GA/T 537-2005《母线干线系统(母线槽)阻燃、防火、耐火性能的试验方法》两个相关的标准,标准中的接线方法相同,但试验装置和测试方法却不同。GA/T 537-2005检测炉内平均温度,温度随时间持续上升,60分钟达到炉内平均温度950℃,3小时达到炉内平均温度1150℃;GB/T 19216-2003检测火焰的温度、热能流通,温度不会随时间上升。如果能通过GA/T 537-2005/ 60分钟试验,相当于能承受GB/T 19216-2003供火950℃,180分钟耐火,两个试验方法差距较大。因此在2005年修编GB 7251.2-2006时耐火母线干线单元线路完整性的试验方法“还在考虑中”。目前我国耐火电缆按照GB/T 19216-2003的试验方法进行试验。耐火母线槽的耐火性能试验3C认证是按公安部标准GA/T 537-2005的试验方法试验。按现有3C认证通过60分钟耐火时间的试验能满足承受(按GB/T 19216.21-2003的试验方法)供火950℃,180分钟以上的耐火性能。

2 防火性能试验

2.1 GA/T 537-2005 关于防火性能的试验方法

2.1.1 试验装置
应符合 GB/T9978-1999 建筑构件耐火试验方法中第4章的规定。

2.1.2 试验条件

2.1.2.1 温升条件
应符合 GB/T9978-1999 建筑构件耐火试验方法中5.1的规定。

2.1.2.2 压力条件
应符合 GB/T9978-1999 建筑构件耐火试验方法中5.2的规定。

2.1.2.3 受火条件
试件为四面受火,实际工程有特殊要求的除外。

2.1.3 试件要求
防火直线形母线干线单元,其长度为1800mm。

2.1.4 安装
试验时试件的支承结构可选用预制混凝土楼板或砖墙。根据建筑物中的实际安装情况,将试件安装在支承结构上的预留孔洞内。试件应处在试验装置的正压区,距试验装置的两侧和上侧距离均不应小于200mm;当同时多个试件试验时,各试件之间的距离不应小于200mm。支承结构的耐火性能应满足试件防火性能的要求。

支承结构上的预留孔洞与试件的缝隙用不燃性隔热材料密封,试件受火端用不燃性隔热材料封堵和包裹,包裹长度与试件支承结构的厚度相同。

试件的水平安装见图5,垂直安装见图6。

图5 试件的水平安装简图

图6 试件垂直安装简图

2.1.5 试验程序

2.1.5.1 试验的开始与结束
试验开始前记录环境温度。当耐火试验炉内接近试件中心的热电偶温度达到50℃时,所有测量仪表开始工作,试验开始。试验期间应按2.1.5.2要求进行观测。试验过程中若丧失耐火完整性或/和耐火隔热性,试验即可终止。若未丧失耐火完整性和隔热性,但已达到预期要求,也可终止试验。

2.1.5.2 测量与观察
a) 试验炉内温度的测量
试验炉内温度测量按 GB/T9978-1999 中7.3.1的规定执行。
b) 试验炉内压力的测量
试验炉内压力测量按 GB/T9978-1999 中7.3.2的规定执行。

2.1.5.3 判定条件
在一定的时间内,若试件的耐火完整性和隔热性满足规定的要求,则判定其防火性能合格。
失去耐火完整性判定条件按 GB/T9978-1999 中8.1.a的规定执行。
失去耐火隔热性判定条件:
试件背火面平均温升超过140℃或/和背火面试件内部温升超过180℃时,则认为试件失去耐火隔热性。

2.2 2006年GB7251.2-2006关于防火性能的试验方法

7.1.1.6 母线干线防火板单元
如果母线干线系统水平或垂直通过建筑隔层(例如墙或地板)母线干线防火板单元的设计应在着火时防止火焰蔓延,试验方法与试验按ISO 834-1:1999进行,同GB/T 537-2005防火性能试验一样的试验方法。

GB7251.2-2006 关于防火性能的试验方法如下:
建筑结构中防火性能的验证
该试验适用于这防止火焰蔓延设计的穿越建筑物的母线干线。试验按照 ISO834-1:1999 进行。耐火时间为60min,120min,180min或240min。

图M3.1 用来验证防火性能的试验台(见 ISO834-1:1999)

判定条件:
在一定的时间内,若试件的耐火完整性和隔热性满足规定的要求,则判定其防火性能合格。
失去耐火完整性判定条件按 GB/T9978-1999 中8.1.a的规定执行。
失去耐火隔热性判定条件:
试件背火面平均温升超过140℃或/和背火面试件内部温升超过180℃时,则认为试件失去耐火隔热性。

关于以上标准试验方法的总结:
防火性能不同阻燃。阻燃是火源离开后熄灭。防火性能是火焰条件下不能通过母线槽或者电缆传递热能到另外的房间或其他楼层,有易燃材料靠近电缆或母线槽时点燃其他材料。称防火性能。因为大多数易燃材料接近200度时会点燃,因此检测温度上限为180度。

结论

消防设备及应急电源在发生火灾时需要保持持续供电以指示人员逃生及救火时启动消防喷淋水泵设备和备用应急电源,因此只有耐火性能的配电线路才能满足需要。

防火性能的功能主要是电缆或母线槽通过建筑物、隔断,如墙、楼或地板时,在一间房间着火不应通过热能传递到另外房间或另外楼层,点燃其它易燃材料而造成另外房间或另外楼层着火,因此防火性能不适应消防配电线路使用。

不燃性,有些规范写明不燃性也能用于消防配电线路,更不明确了,电力输送干线阻燃、防火、耐火都属于不燃性,阻燃是火焰不延续燃烧,防火是防热能传递,真正适应消防配电线路只有耐火性。

为了我国科技的发展和人民生命财产的安全,各规范和设计图纸应明确不同消防配电线路应选用不同耐火性能电力输送干线,为适应不同场所的需求需注明耐火温度和耐火时间。


参考文献
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