B1級(jí)柔性耐火電纜的設(shè)計(jì)

江平

摘? 要：傳統(tǒng)耐火電纜具有耐高溫、防爆、耐火（在燃燒中可承受水的噴淋和機(jī)械撞擊）且載流量大、使用壽命長(zhǎng)、一般不需要獨(dú)立接地導(dǎo)線的特點(diǎn)。B1級(jí)耐火電纜不僅在耐火、燃燒性能指標(biāo)方面可以與傳統(tǒng)耐火電纜相媲美，而且在產(chǎn)品規(guī)格多樣性、大規(guī)模生產(chǎn)效率和安裝敷設(shè)等方面更具優(yōu)勢(shì)。該文對(duì)B1級(jí)柔性耐火電纜尺寸結(jié)構(gòu)、工藝材料、性能指標(biāo)的設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)闡述，保證其在一級(jí)公共建筑消防配電系統(tǒng)中安全可靠。

關(guān)鍵詞：耐火電纜? B1級(jí)? 柔性

中圖分類(lèi)號(hào)：TM24? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1672-3791（2019）03（b）-0040-05

Abstract： The traditional fire-resistant cable is highly resistant to heat， blast resistant， fire-resistant（Withstand water spray and mechanical impact during combustion）， high flow， long life， and generally no need for independent grounding wires. Class B1fire-resistant cable is comparable to traditional fire-resistant cable in fire resistance and combustion performance，It has both advantages in production， installation and laying. The design of the size structure， process material and performance index of class B1 flexible fire-resistant cable is described in detail to ensure its safety and reliability in the fire distribution system of class I public buildings.

Key Words： Fire-resistant cable; ClassB1; Flexibility

大型會(huì)場(chǎng)、寫(xiě)字樓、酒店、醫(yī)院、地鐵站等重要的公共場(chǎng)所對(duì)火災(zāi)情況下都有一定的供電要求，在一定時(shí)間內(nèi)保證電纜能正常供電、各種控制信號(hào)及報(bào)警信號(hào)不斷電，為逃生、自動(dòng)報(bào)警、消防設(shè)施的啟動(dòng)、救援及應(yīng)急設(shè)備的使用提供寶貴的時(shí)間。人們對(duì)公共建筑消防配電系統(tǒng)的重視與日俱增。

耐火電纜在國(guó)外開(kāi)展得較早，在美國(guó)、英國(guó)特別是歐盟國(guó)家中，耐火電纜正逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)電纜。B1級(jí)耐火電纜不僅在耐火、燃燒性能指標(biāo)方面可以與傳統(tǒng)耐火電纜相媲美，在產(chǎn)品規(guī)格多樣性、大規(guī)模生產(chǎn)效率、安裝敷設(shè)等方面更具優(yōu)勢(shì)。為此，該文對(duì)B1級(jí)耐火電纜尺寸結(jié)構(gòu)、工藝材料、性能指標(biāo)的設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)闡述。

1? 耐火和燃燒性能指標(biāo)

根據(jù)GB/T 50016-2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》[1]第10.1.10第3節(jié)明確要求：“消防配電線路宜與其他配電線路分別布置在不同的電纜井、溝內(nèi);且消防配電線路應(yīng)采用不燃性電纜;高層建筑配電設(shè)計(jì)同理?！痹?018版《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》頒布后，二級(jí)建筑物中也要求采用耐火類(lèi)電纜敷設(shè)。

DBJ 50-164-2016《民用建筑電線電纜防火設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]明確規(guī)定：

（1）超高層建筑應(yīng)選擇燃燒性能B1級(jí)及以上、產(chǎn)煙毒性為t0級(jí)、燃燒滴落物/微粒等級(jí)為d0級(jí)的電線和電纜。

（2）一類(lèi)高層建筑及人員密集的公共場(chǎng)所，電線電纜燃燒性能應(yīng)選用燃燒性能為B1級(jí)、產(chǎn)煙毒性為t1級(jí)、燃燒滴落物/微粒等級(jí)為d1級(jí)。

（3）其他建筑，在室內(nèi)正常條件下，可選擇燃燒性能不低于B3級(jí)的電線和電纜。

（4）成束敷設(shè)的電線、電纜抑制火焰蔓延的能力應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18380.33《電纜和光纜在火焰條件下的燃燒試驗(yàn)第33部分：垂直安裝的成束電線電纜火焰垂直蔓延試驗(yàn)A類(lèi)》[3]的規(guī)定，并根據(jù)電線、電纜安裝方式，選擇合適的電纜類(lèi)型。

同時(shí)特級(jí)場(chǎng)所中消防設(shè)備的供電干線及分之干線應(yīng)采用耐火電纜，一級(jí)、二級(jí)公共建筑消防水泵的供電干線應(yīng)采用隔離型耐火電纜或防火性能符合BS 6387《電纜在火焰條件下保持線路完整性的耐火試驗(yàn)方法》[4]標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電纜。因此B1級(jí)耐火電纜的燃燒性能應(yīng)達(dá)到GB 31247-2014《電纜及光纜燃燒性能分級(jí)》[5]標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的級(jí)性能要求，耐火性能應(yīng)通過(guò)BS規(guī)定B1的C、W、Z技術(shù)要求，如表1和表2所示。

2? 耐火和阻燃結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

B1級(jí)耐火電纜的耐火和阻燃結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖1、圖2）主要進(jìn)行以下設(shè)計(jì)：（1）采用退火圓銅線第二類(lèi)導(dǎo)體，正規(guī)絞合結(jié)構(gòu)，多股絞合可增加導(dǎo)體的柔韌性，提高機(jī)械強(qiáng)度，相鄰層絞向相反，可提高導(dǎo)體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。（2）采用機(jī)械繞包耐火云母帶和交聯(lián)聚乙烯組合絕緣結(jié)構(gòu)。（3）纜芯之間的空隙加以阻燃無(wú)鹵無(wú)煙無(wú)堿的玻璃纖維進(jìn)行填充，要求填充必須緊密。由此可減少在火焰燃燒條件下纜芯內(nèi)部空氣含量，降低相應(yīng)燃燒溫度。（4）成纜纜芯外用同等材質(zhì)的玻纖帶進(jìn)行繞包，同時(shí)保證其玻纖帶在高溫火焰燃燒下的完整性，不粉化。（5）如該電纜結(jié)構(gòu)有編織屏蔽層，則采用退火圓銅線進(jìn)行銅絲編織，保證其屏蔽干擾性能，并在編織屏蔽層外再次進(jìn)行同等材質(zhì)的玻纖帶繞包，確保其屏蔽結(jié)構(gòu)的可靠性。（6）玻纖帶外層直接擠包一層TCHWDZ陶瓷化耐火無(wú)鹵低煙阻燃聚烯烴材料，陶瓷化聚烯烴材料會(huì)在火焰燃燒條件下，形成一層致密的隔氧層，既可以防止火焰對(duì)纜芯內(nèi)結(jié)構(gòu)損傷，保證成纜纜芯的完整性，同時(shí)也可以減少成纜纜芯內(nèi)部可燃性氣體的揮發(fā)，由此降低相應(yīng)燃燒溫度。隔氧層外繞包同等材質(zhì)的玻纖帶，緊密圓整，重疊搭蓋率不小于15%帶寬，不僅可減少在火焰燃燒條件下因陶瓷化聚烯烴陶瓷化結(jié)殼產(chǎn)生的滴落物，也可保證燃燒初期聚烯烴的定型陶瓷化。（7）如該電纜結(jié)構(gòu)有鎧裝層，則采用高強(qiáng)度鍍鋅鋼帶間隙式雙鋼帶繞包，鋼帶間隙應(yīng)不大于其寬度的50%，保證電纜的耐振性、耐蠕變性、抗張性、抗壓性、防生物等特性。（8）采用氧指數(shù)、煙密度、結(jié)殼性等參數(shù)達(dá)標(biāo)并符合歐盟RoHS指令的無(wú)鹵低煙阻燃聚烯烴護(hù)套材料。要求擠出表面光滑圓整，緊密擠包在纜芯上，斷面應(yīng)無(wú)正常視力可見(jiàn)氣孔，在火焰燃燒過(guò)程中沒(méi)有明顯的燃燒滴落物。

3? 耐火和阻燃隔氧層材料選用

耐火隔氧層材料的選用是B1級(jí)耐火電纜的難點(diǎn)之一。在構(gòu)思之初，我們?cè)啻螄L試選用傳統(tǒng)耐火電纜的礦物質(zhì)填充材料，主要問(wèn)題還是在于其材料本身較難定型，在擠出期間易作為填充材料進(jìn)行擠出，并不是十分適合成纜纜芯外作為隔氧層的應(yīng)用，因?yàn)闃O易在上盤(pán)彎曲的過(guò)程中造成偏心現(xiàn)象，不僅會(huì)對(duì)線纜的外觀產(chǎn)生較大的圓整度影響，導(dǎo)致后續(xù)敷設(shè)使用困難，并且礦物質(zhì)干燥后易硬化，彎曲時(shí)導(dǎo)致斷裂，嚴(yán)重者會(huì)造成耐火性能的部分喪失。經(jīng)多次選材試驗(yàn)、制樣檢測(cè)，我們并沒(méi)有選用造價(jià)較高的陶瓷化硅橡膠材料，而是轉(zhuǎn)向更為新興的陶瓷化無(wú)鹵低煙聚烯烴阻燃耐火隔氧料。陶瓷化無(wú)鹵低煙聚烯烴阻燃耐火隔氧料，除具備普通無(wú)鹵低煙聚烯烴阻燃隔氧料的特性外，還具備以下的優(yōu)點(diǎn)：（1）優(yōu)良的絕緣性能，常溫下介電強(qiáng)度≥25MV/m，體積電阻率≥2×1012Ω×m;在燒蝕后堅(jiān)硬的鎧體斷面會(huì)生成均勻的微孔，陶瓷化鎧體的介電強(qiáng)度大于40kV/mm以上，體積電阻率大于2×1018Ω×m以上。（2）優(yōu)異的阻燃和耐火性，結(jié)殼速度快，結(jié)殼后非常堅(jiān)硬、緊密，可以做垂直自熄，氧指數(shù)可以達(dá)到48以上，在350℃～1400℃有焰、無(wú)焰情況下，不熔融，不滴落，不脫落，不會(huì)造成2次火災(zāi);在燃燒過(guò)程中，溫度越高、時(shí)間越長(zhǎng)燒成后的陶瓷化鎧體越堅(jiān)硬，完全可以媲美傳統(tǒng)防火隔氧層材料的耐火、燃燒性能要求指標(biāo)，熱值釋放量基本符合本設(shè)計(jì)要求。（3）強(qiáng)度高，燒蝕后鎧體彎曲斷裂強(qiáng)度可達(dá)5MPa左右。（4）有良好的工藝性，只需要用普通擠出機(jī)即可生產(chǎn)。（5）環(huán)保經(jīng)濟(jì)性，煙氣毒氣至少達(dá)到ZA2級(jí)，煙密度透光度達(dá)到85%以上，符合RoSH標(biāo)準(zhǔn)要求;密度較小，性價(jià)比較高。

4? 耐火和燃燒性能試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)上述B1級(jí)耐火電纜的耐火和燃燒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選用的研究，成功研制了B1級(jí)控制耐火電纜系列和B1級(jí)耐火電力電纜系列。通過(guò)了國(guó)家防火建筑材料質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的檢測(cè)，同時(shí)也通過(guò)了國(guó)家電線電纜質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（上海）的型式試驗(yàn)，所研制的B1級(jí)耐火電纜的耐火和燃燒性能完全符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。表3、表4揭示出了WDZB1N-YJY23-0.6/1kV 4×85+1×95和WDZB1N-KYJYP-450/750V 5×6電纜的B1級(jí)性能試驗(yàn)結(jié)果。

5? 級(jí)耐火電纜的優(yōu)勢(shì)及特性

國(guó)內(nèi)礦物質(zhì)絕緣電纜（MineralTnsulated Cable）簡(jiǎn)稱(chēng)MI電纜，習(xí)慣稱(chēng)作氧化鎂電纜或耐火電纜。它是由礦物質(zhì)材料氧化鎂粉作為絕緣的銅芯銅護(hù)套電纜。而B(niǎo)1級(jí)耐火電纜可以說(shuō)正在逐步取代傳統(tǒng)礦物質(zhì)絕緣耐火電纜，B1級(jí)耐火電纜不僅在耐火、燃燒性能指標(biāo)上可以與傳統(tǒng)耐火電纜媲美，在生產(chǎn)范圍、安裝敷設(shè)方面更是兼?zhèn)鋬?yōu)勢(shì)。（1）傳統(tǒng)耐火電纜耐壓等級(jí)嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō)僅有兩種：輕型500V和重型750V;而B(niǎo)1級(jí)耐火電纜打破了傳統(tǒng)耐火電纜只能由銅、氧化鎂兩種無(wú)機(jī)材料組成的固有模式，采用成纜后擠包陶瓷化聚烯烴隔氧層結(jié)構(gòu)，這樣不僅僅在生產(chǎn)過(guò)程中可以運(yùn)用到傳統(tǒng)的絞線、成纜、擠塑工藝技術(shù)使現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備通用化，無(wú)需購(gòu)進(jìn)耐火電纜專(zhuān)用生產(chǎn)設(shè)備，更便捷的方面就是打破了原有型號(hào)規(guī)格、電壓等級(jí)單一固定化，可以靈活地將擠包陶瓷化聚烯烴隔氧層結(jié)構(gòu)運(yùn)用在各類(lèi)電纜中，比如說(shuō)帶鋼帶的電力電纜、具有編織屏蔽結(jié)構(gòu)的控制電纜，這樣可以大大增加B1耐火電纜的生產(chǎn)范圍。（2）生產(chǎn)長(zhǎng)度、生產(chǎn)速率會(huì)大幅度提升。傳統(tǒng)耐火電纜采用的是銅套管拉撥工藝，不僅生產(chǎn)速度緩慢，以750V BTTZ 4×25mm2電纜為例，其最大出貨長(zhǎng)度僅為130m，若是在超高層建筑中應(yīng)用，需要耗費(fèi)大量的中間接頭工作作業(yè)進(jìn)行連接，勢(shì)必增加了工程量與施工難度。而B(niǎo)1級(jí)耐火電纜可以達(dá)到理論無(wú)限長(zhǎng)度生產(chǎn)，生產(chǎn)長(zhǎng)度由客戶自行決定，避免了交貨長(zhǎng)度隨著導(dǎo)線截面積增大而縮短的現(xiàn)象。（3）電纜施工也是傳統(tǒng)耐火電纜的難題所在，首先傳統(tǒng)耐火電纜重量是一般電纜的兩倍，耗銅材數(shù)量較大，彎曲半徑較大，其敷設(shè)過(guò)程中不易達(dá)到平行整潔的觀感效果，在進(jìn)出配線箱處和橋架內(nèi)彎曲成型困難，在電纜彎折過(guò)程中也容易使氧化鎂松動(dòng)，引發(fā)短路。在制作電纜終端接頭和中間接頭時(shí)，端頭撥開(kāi)后，氧化鎂絕緣容易與空氣中的水分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成能導(dǎo)電的氫氧化鎂。耐火電纜的絕緣電阻一般在100MΩ以上，若在1h內(nèi)未完成電纜接頭的處理工作，絕緣電阻極容易下降到10MΩ以下，甚至經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)電纜敷設(shè)到位后，絕緣阻值在0.5MΩ的情況。B1級(jí)耐火電纜相對(duì)傳統(tǒng)耐火電纜，首先沒(méi)有銅套管結(jié)構(gòu)，解決了銅材大量損耗問(wèn)題，由此變相使得電纜更加柔軟，不需要終端接頭技術(shù)，敷設(shè)方便，填充部分不易吸潮，絕緣電阻能得到基本保證。（4）B1級(jí)耐火電纜也有不足之處，就是電纜結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，而且沒(méi)有接地和中性導(dǎo)體，在實(shí)際使用過(guò)程中，還是需要專(zhuān)門(mén)設(shè)置的一個(gè)接地裝置。

6? 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)階段公共建筑配電系統(tǒng)中耐火電纜有著廣泛的應(yīng)用空間，其耐火性、耐久性、安全性、可靠性是傳統(tǒng)電纜無(wú)法取代的。該設(shè)計(jì)的B1級(jí)耐火電纜現(xiàn)在已成功作用于一級(jí)、二級(jí)公共建筑消防系統(tǒng)供電干線，衍生出一系列型號(hào)和規(guī)格的B1級(jí)電纜已在西安地鐵、成都地鐵、鄭州地鐵等項(xiàng)目使用，表現(xiàn)優(yōu)異，線纜運(yùn)行平穩(wěn)。有效解決了傳統(tǒng)耐火電纜型號(hào)范圍較小、生產(chǎn)速率較慢、敷設(shè)安裝過(guò)于復(fù)雜等問(wèn)題。B1級(jí)柔性耐火電纜取代傳統(tǒng)耐火電纜將成為一種趨勢(shì)，該產(chǎn)品具有良好的市場(chǎng)發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

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