民用建筑电气火灾起因及防火设计要点探讨

时间：2024-07-28

刘永平

（中建富林集团有限公司，福建泉州 362000）

0 引言

近年来，随着居民使用电气设备数量增多，民用建筑电气火灾事故也逐年上升，尤其是高层建筑电气火灾。据统计，2022年前三季度电气火灾事故共发生19.81万起，在已查明火灾原因中占比最大，达到31.10%，形势日趋严峻。民用建筑电气主要由供配电和电子信息两大系统构成，具体包括电气设备、电线电缆、用电设备电气部分等。民用建筑电气火灾是指发生在建筑物内电气系统因用电故障性放热而引起的火灾，火灾初期往往不容易发现，火灾隐蔽性较强，但一旦形成明火以后，会迅速点燃电线电缆、塑料开关等可燃物质，火势蔓延较快，并会释放出有毒有害气体和烟尘，危害性大；同时扑救难度大，容易发生触电事故[1]。因此，相比于其他类型火灾，民用建筑电气火灾事故危险等级高、危害大。

为预防事故发生，减少事故损失，应总结分析民用建筑电气火灾特点、发生规律及原因，从安全角度做好电气防火设计，确保工程施工质量。

1 民用建筑电气火灾主要起因

根据电气系统运行故障的不同，建筑电气火灾可分为漏电火灾、短路火灾、过负荷火灾、接触电阻过大火灾[2],其发生的主要原因有以下几种：

（1）电气系统故障发热导致电气设备或线路起燃。建筑电气设备涵盖供配电设备、照明设备、动力设备、空调与通风设备等，具体包括变压器、配电柜、开关柜、控制箱等。电气系统中的电线电缆包覆层、开关及配件、电路板多为塑料制品，属于易燃、可燃材料；当电气设备发生运行故障时，功率急剧增大，释放大量热量，系统中易燃、可燃材料遇电火花或外界火源后就易发生火灾。

（2）电火花和电弧产生高温。电火花分为工作电火花和事故电火花，前者主要产生于按钮、开关等电器断合过程中，后者主要产生于高压击穿、导线短路、绝缘导线外绝缘层损坏等线路、电器故障；而大量电火花汇集就形成了电弧。电火花和电弧都能产生高温，特别是电弧，仅2～20A的电弧电流就可以产生2000～4000℃的局部高温，极易点燃塑料制品甚至将金属熔化，引起火灾事故。

（3）雷电产生的感应电流引燃周边可燃物。雷电放电时能产生高达数万伏甚至数十万伏的冲击电压，极易破坏发电机、变压器、断路器等设备和线路，引起绝缘击穿而发生短路，同时会产生强大的交变电磁场，会在构成闭合回路的金属物上产生感应电流，最终都会引起发生火花放电或局部过热，导致可燃、易燃、易爆物品着火和爆炸。

2 民用建筑电气防火设计

民用建筑电气火灾应坚持预防为主、防消结合的方针，应优先做好安全设计，合理设置火灾自动报警系统、电气火灾监控系统、消防应急照明系统、消防负荷供配电系统，合理选择非消防负荷配电线缆和通信线缆的燃烧性能等级[3]。

2.1 火灾自动报警系统设计

火灾自动报警系统是探测火灾早期特征、发出火灾报警信号，为人员疏散、防止火灾蔓延和启动自动灭火设备提供控制与指示的消防系统，一般由触发装置、火灾报警装置、联动输出装置、电源、其它辅助功能装置五大部分组成[4]，系统组成及工作原理如图1所示。触发装置即火灾探测器，根据火灾特征不同分为感烟、感温、感光、气体、复合五类；其选配和设置直接关系到火灾预警的及时性和精确性，应根据火灾燃烧释放的信号特点、探测区域的空间特点合理选择。因电气设备故障发热引起的火灾，初期有阴燃并产生大量烟和少量热，宜选择热用感烟探测器；因电火花和电弧引起的火灾，发展迅速并释放大量的热、烟和火焰，宜选择感烟、感温、火焰探测组合。同时应根据空间高度和探测器探测范围，合理布置探测器的位置和数量。

图1 火灾自动报警系统组成及工作原理

高层住宅、二类高层住宅公共部位以及住宅建筑敷设的商业服务网点应按要求设置火灾自动报警系统，且不同级别保护对象，其火灾自动报警系统类型选择也不同。住宅公共门厅无人值班时，应采用集中报警系统和控制中心报警系统相结合，即兼具报警、自动消防设备、消防控制室；住宅公共门厅有人值班时，宜采用区域报警系统和集中报警系统相结合，即兼具报警、自动消防设备。此外，还需设置消防应急广播系统、消防专用电话网络、消防电源监控系统等，以便及时报警，疏散人员。

2.2 电气火灾监控系统设计

电气火灾监控系统又称漏电火灾报警系统，是通过对电气线路中的剩余电流、温度、故障电弧实时监控，出现故障信号时能及时预警，并显示故障位置，能早期预防电气火灾，避免火灾事故发生。电气火灾监控系统主要由电气火灾监控器、剩余电流探测器、测温时探测器、故障电弧探测器中全部或部分组成，在TN-C-S系统、TN-S系统或TT系统非消防负荷的配电回路中独立设置，并应作为火灾自动报警系统的子系统。电气火灾监控器为系统主机，主要是分析处理探测器预警信号，判断事故情况，发出报警信息；剩余电流式探测器主要是监测被保护线路的相线对地接通产生的剩余电流，当电流量大于预定值时就会触发报警信号并反馈至监测器，预警值宜为300mA，具备门槛电平连续可调功能；测温式探测器监测对象为被保护线路的温度，预警温度为所用电缆最高耐温的70%～80%，应具备0～150℃连续可调功能；故障电弧式探测器监测对象为被保护线路发生故障时产生的电弧，工作原理与前两者探测器相近。电气火灾监控系统的控制器应安装在消防控制室内，且探测器监测点在计算电流300A及以下时宜设置在配电室；超过300A时宜设置在楼层配电箱进线开关下端口。

2.3 消防应急照明系统设计

消防应急照明系统包括疏散照明系统和备用照明系统，其中前者主要用于指示疏散路径，设置在通道走廊、楼梯间、安全出口、地下车库、电梯厅等公共区域，连续供电时间不小于90min；后者主要用于火灾救援时照明，设置在变电所、消防控制室、消防水泵房等发生火灾后仍需正常工作的场所，连续供电时间不小于180min。消防应急照明系统由照明及指示灯具、控制器、电源构成，其中控制器应采用集中控制型系统，并设置在消防控制室；电源采用集中电源和自带电源组合供电。灯具类型应根据使用环境的危险因素和等级选择，防爆、隔爆、防水、防尘等级符合设计要求，在可燃装修材料或可燃构件上不应采用大于60W的白炽灯、卤钨灯等高温照明灯具；安装位置、间距和安装方式应满足地面水平最低照度要求且设置在墙面、顶棚时不应采用嵌入式安装；其中疏散标志灯的设置位置如图2所示。

图2 疏散走道、防烟楼梯间及前室疏散照明布置示意图

2.4 消防负荷供配电系统设计

消防用电负荷设备主要有火灾自动报警装置、消防水泵、消防电梯、消防应急照明、灭火系统、火灾应急广播、防排烟设备等，且对持续供电时间应符合设计要求。消防负荷供配电系统设计应根据负荷等级和消防负荷确定，不同负荷等级主电源和直流备用电源的配置线路不同。一类高层住宅的消防用电属于一级负荷，必须由双重的电源供电，配电架构如图3所示，其供配电系统的两个低压回路可由主电源在最末一级配电箱自主转换供电，也可由一路市政供电和一路自备应急电源组合供电。一、二类高层民用建筑的主要通道及楼梯间照明用电以及二类高层民用建筑消防用电、消防电梯用电等属于二级负荷，可由双重电源或双回路电源供电，配电架构如图4所示，其供配电系统的两个低压回路可由一路10kV电源的两台变压器在最末一级配电箱自主转换供电，也可由一路10kV电源的一台变压器和一路主电源不同变电系统组合供电。火灾自动报警系统和二级负荷及以上疏散照明主电源应由消防双电源配电箱供给，直流备用电源宜采用集中设置的蓄电池组。消防用电设备的配电箱和控制箱安装位置应与火灾现场隔离，防火卷帘的控制箱除外。

图3 一级负荷建筑配电架构

图4 二级负荷建筑配电架构

2.5 线缆选择及敷设

电缆的燃烧会加快电气火灾火势蔓延，并释放出有毒有害气体，是电气火灾危害的主要来源，因此消防配电线路应选择防火性能较好的电线电缆。电线电缆主要由线/缆芯、绝缘层、屏蔽和保护层构成，防火性能取决于线芯截面积、线芯导体材质、护套材质及敷设方式[5]。线芯截面积须根据负载电流、机械强度要求计算确定，且穿管、槽盒内敷设的绝缘电线截面积分别不应低于1.00mm2、0.75mm2，多芯电缆线芯截面积不应低于0.50mm2。线芯导体材料主要有铜导体、铝导体两种，其中需要长时间运行且可靠连接的重要回路、存在爆炸及易发生火灾的线路应选择铜质线芯，而危险性不大的一般线路可选择价格更低的铝质线芯。电线电缆绝缘层和护套材料应选择阻燃或耐火电缆，其中消防供配电系统、消防通信线路应选择耐火电缆，火灾自动报警系统等非消防负荷线缆与通信线缆可选择相应燃烧等级的阻燃电缆。电气防火系统电线电缆敷设方式和保护措施应根据应用场景和使用要求确定，主要有独立穿导管、独立槽盒、共用槽盒且加设金属隔板分隔三种方式，其中暗敷设时应采用穿金属导管保护。