電線電纜帶電燃燒研究進展

梁偉

（河南省煤科院檢測技術有限公司 河南鄭州 450000）

引言

MT3g6-95《煤礦用阻燃電纜阻燃性的試驗方法和判定規(guī)則》是我國第一個用于煤礦阻燃電纜的行業(yè)標準。它是煤炭系統(tǒng)加快行業(yè)標準的制定.提高煤礦用設備、材料質(zhì)量的體現(xiàn).也是確保煤礦安全生產(chǎn)所必需。煤礦安全生產(chǎn)是煤炭企業(yè)的生命線。加強安全生產(chǎn)的管理體現(xiàn)了黨和國家對礦工生命安全的關懷，歷來是煤炭部領導十分重視的環(huán)節(jié)。近年來，煤炭部領導致力于解決井下瓦斯爆炸為重點的各項安全措施.其中制服井下“三條火龍一（輸送帶、導風筒、電纜）正是安全生產(chǎn)的重大舉措。

1 井下電纜概述

井下電纜的安全性能顯得更為重要。它與輸送帶不同，不但是一種延燃的介質(zhì)，而且還是一種火源，具有雙重危險性，因而對其阻燃性能的要求更加嚴格。煤礦井下電纜的規(guī)格品種繁多.使用環(huán)境惡劣.電壓等級也由低壓到高壓。隨著煤礦機械化、自動化生產(chǎn)的發(fā)展，高產(chǎn)高效礦井的出現(xiàn)，日產(chǎn)萬噸、日產(chǎn)七千噸工作面的裝機功率比原有綜采又有大幅度提高，工作面電壓從1140V升到3300V已成趨勢，對工作面的輸供電工作和相應的電纜都有新的要求。掘進工作面機械化和連續(xù)采煤機的應用等也增加了拖拽移動電纜的使用，這些都對煤礦阻燃電纜的使用，管理提出了更高要求。

2 電流變量與燃燒特性的相互影響

由于火焰的本質(zhì)為弱電離等離子體，具有導電的特性，因此火焰與電場之間存在相互作用，電場特性參數(shù)會影響燃燒穩(wěn)定性及燃燒強度。為了強化燃燒及獲得更為穩(wěn)定的燃燒，研究人員在電流變量與燃燒特性方面開展了大量研究，主要集中在交流和直流電場對火焰形狀、火焰溫度及燃燒穩(wěn)定性等的影響方面?；诋斍把芯?，電場對火焰特性參數(shù)的影響機理基本歸結(jié)于其對于火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊?，而多?shù)學者都是從離子風的角度對這一影響進行解釋和分析的。開展交流電場對小尺度乙醇火焰行為影響的試驗研究，通過分析指出離子風作用是交流電場影響火焰的主要機理，通過擬合得到火焰強化比（Qen）與交流電有效功率（PAC）之間的關系為：

Qen=0.262×PAC0.338

研究了低頻率與直流電場對層流預混本生燈火焰穩(wěn)定特性的影響，揭示了火焰的穩(wěn)定性隨著交流電壓的增大呈現(xiàn)下降趨勢。此外他們還研究了直流和交流電場對丙烷非預混層流射流火焰穩(wěn)定性的影響，重點分析了不同電場條件下火焰“抬升”和“吹熄”現(xiàn)象。國內(nèi)學者也開展了大量相關研究。研究了直流電場作用下乙醇汽化及擴散火焰特性，研究表明在負電場作用下，隨著電壓強度的增大，火焰高度減小，逐漸變得扁平。開展了不同角度的針形電場和平板電場對乙醇擴散小火焰結(jié)構(gòu)特性和熄滅特性影響的試驗研究，結(jié)果表明，在一定范圍內(nèi)，外加電場可以強化微尺度擴散火焰的燃燒，由于微尺度火焰尺度較小，電場強度進一步增強，則會導致燃燒不穩(wěn)定進而發(fā)生熄滅。研究了直流電場對預混甲烷/氧氣/氮氣火焰?zhèn)鞑ヌ匦缘挠绊?，結(jié)果表明正負直流電場均能有效加快火焰?zhèn)鞑ニ俣?、改善燃燒，同時直流電場還可以增強火焰?zhèn)鞑サ姆€(wěn)定性，在這一方面負電場具有更好的效果。

以上研究都著眼于利用電場強化燃燒，多針對于外加電場對微尺度火焰燃燒特性的影響，這與電場參數(shù)對真實電纜火災的影響仍具有一定的差別，然而由于試驗條件等方面的限制，當前針對電場參數(shù)對電纜火災影響的相關研究較少。通過以上分析，在當前已開展的電流變量與燃燒特性相互影響的研究中，重點集中在外加電場與燃燒的相互影響方面，旨在通過研究尋求強化燃燒和增強燃燒穩(wěn)定性的最優(yōu)電場參數(shù)設計，研究中火源類型多集中在預混或擴散的氣體火。所得結(jié)論證明了外加直流和交流電場在強化燃燒、增強燃燒穩(wěn)定性方面的優(yōu)異效果，并從離子風角度對這一機理進行了解釋，同時部分研究發(fā)現(xiàn)，外加電場強化燃燒具有一定的范圍要求，對于微燃燒，若電場過強則可能會導致燃燒熄滅。然而對于電線電纜這類火災，在故障條件下線芯由于過載發(fā)熱本身就可能引燃絕緣皮而導致火災的發(fā)生，同時在火災過程中，電纜很可能仍處于通電狀態(tài)，通電電流在電纜絕緣層燃燒過程中也會對火焰形態(tài)及蔓延速度造成影響。目前針對這部分內(nèi)容所開展的研究較少，所開展的研究多集中在參數(shù)變化規(guī)律的定性描述上，規(guī)律發(fā)生機理的解釋還不夠深入，相關參數(shù)的預測模型也尚未完善。從當前所得結(jié)論可以看出，導線在通電狀態(tài)下的燃燒強度和火焰?zhèn)鞑ニ俣染兴訌姡虼嗽谥贫娋€電纜火災安全相關規(guī)范和標準時，僅以電纜未通電狀態(tài)下的燃燒試驗數(shù)據(jù)為依據(jù)很可能會導致規(guī)范要求不足，從而在電纜滅火有效性方面埋下隱患。

3 結(jié)語

總體而言，帶電電纜燃燒特性已得到了國內(nèi)外研究人員的重視，并開展了一系列的相關研究，所得結(jié)果對于電纜防火設計及電纜火災調(diào)查都具有重要的指導意義。然而由于帶電電纜故障發(fā)熱及燃燒試驗在試驗開展時間以及系統(tǒng)設計方面均較為復雜，因此相關研究結(jié)論尤其是在電纜故障起火和帶電電纜燃燒特性方面多以試驗結(jié)果的定性分析為主，機理揭示及模型建立仍需開展深入研究。

[1]公安部消防局．中國消防年鑒2012[M]．北京：中國人事出版社，2012．

[2]公安部消防局．中國消防年鑒2013[M]．北京：中國人事出版社，2013．

[3]公安部消防局．中國消防年鑒2014[M]．昆明：云南出版集團/云南人民出版社，2014．