B1級柔性耐火電纜的設計

江平

摘? 要：傳統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械撞擊）且載流量大、使用壽命長、一般不需要獨立接地導線的特點。B1級耐火電纜不僅在耐火、燃燒性能指標方面可以與傳統耐火電纜相媲美，而且在產品規格多樣性、大規模生產效率和安裝敷設等方面更具優勢。該文對B1級柔性耐火電纜尺寸結構、工藝材料、性能指標的設計進行詳細闡述，保證其在一級公共建筑消防配電系統中安全可靠。

關鍵詞：耐火電纜? B1級? 柔性

中圖分類號：TM24? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：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

大型會場、寫字樓、酒店、醫院、地鐵站等重要的公共場所對火災情況下都有一定的供電要求，在一定時間內保證電纜能正常供電、各種控制信號及報警信號不斷電，為逃生、自動報警、消防設施的啟動、救援及應急設備的使用提供寶貴的時間。人們對公共建筑消防配電系統的重視與日俱增。

耐火電纜在國外開展得較早，在美國、英國特別是歐盟國家中，耐火電纜正逐步代替傳統電纜。B1級耐火電纜不僅在耐火、燃燒性能指標方面可以與傳統耐火電纜相媲美，在產品規格多樣性、大規模生產效率、安裝敷設等方面更具優勢。為此，該文對B1級耐火電纜尺寸結構、工藝材料、性能指標的設計進行詳細闡述。

1? 耐火和燃燒性能指標

根據GB/T 50016-2014《建筑設計防火規范》[1]第10.1.10第3節明確要求：“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;且消防配電線路應采用不燃性電纜;高層建筑配電設計同理。”在2018版《建筑設計防火規范》頒布后，二級建筑物中也要求采用耐火類電纜敷設。

DBJ 50-164-2016《民用建筑電線電纜防火設計規范》[2]明確規定：

（1）超高層建筑應選擇燃燒性能B1級及以上、產煙毒性為t0級、燃燒滴落物/微粒等級為d0級的電線和電纜。

（2）一類高層建筑及人員密集的公共場所，電線電纜燃燒性能應選用燃燒性能為B1級、產煙毒性為t1級、燃燒滴落物/微粒等級為d1級。

（3）其他建筑，在室內正常條件下，可選擇燃燒性能不低于B3級的電線和電纜。

（4）成束敷設的電線、電纜抑制火焰蔓延的能力應符合現行國家標準GB/T 18380.33《電纜和光纜在火焰條件下的燃燒試驗第33部分：垂直安裝的成束電線電纜火焰垂直蔓延試驗A類》[3]的規定，并根據電線、電纜安裝方式，選擇合適的電纜類型。

同時特級場所中消防設備的供電干線及分之干線應采用耐火電纜，一級、二級公共建筑消防水泵的供電干線應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方法》[4]標準規定的電纜。因此B1級耐火電纜的燃燒性能應達到GB 31247-2014《電纜及光纜燃燒性能分級》[5]標準規定的級性能要求，耐火性能應通過BS規定B1的C、W、Z技術要求，如表1和表2所示。

2? 耐火和阻燃結構的設計

B1級耐火電纜的耐火和阻燃結構（見圖1、圖2）主要進行以下設計：（1）采用退火圓銅線第二類導體，正規絞合結構，多股絞合可增加導體的柔韌性，提高機械強度，相鄰層絞向相反，可提高導體結構穩定性。（2）采用機械繞包耐火云母帶和交聯聚乙烯組合絕緣結構。（3）纜芯之間的空隙加以阻燃無鹵無煙無堿的玻璃纖維進行填充，要求填充必須緊密。由此可減少在火焰燃燒條件下纜芯內部空氣含量，降低相應燃燒溫度。（4）成纜纜芯外用同等材質的玻纖帶進行繞包，同時保證其玻纖帶在高溫火焰燃燒下的完整性，不粉化。（5）如該電纜結構有編織屏蔽層，則采用退火圓銅線進行銅絲編織，保證其屏蔽干擾性能，并在編織屏蔽層外再次進行同等材質的玻纖帶繞包，確保其屏蔽結構的可靠性。（6）玻纖帶外層直接擠包一層TCHWDZ陶瓷化耐火無鹵低煙阻燃聚烯烴材料，陶瓷化聚烯烴材料會在火焰燃燒條件下，形成一層致密的隔氧層，既可以防止火焰對纜芯內結構損傷，保證成纜纜芯的完整性，同時也可以減少成纜纜芯內部可燃性氣體的揮發，由此降低相應燃燒溫度。隔氧層外繞包同等材質的玻纖帶，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殼產生的滴落物，也可保證燃燒初期聚烯烴的定型陶瓷化。（7）如該電纜結構有鎧裝層，則采用高強度鍍鋅鋼帶間隙式雙鋼帶繞包，鋼帶間隙應不大于其寬度的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、煙密度、結殼性等參數達標并符合歐盟RoHS指令的無鹵低煙阻燃聚烯烴護套材料。要求擠出表面光滑圓整，緊密擠包在纜芯上，斷面應無正常視力可見氣孔，在火焰燃燒過程中沒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級耐火電纜的難點之一。在構思之初，我們曾多次嘗試選用傳統耐火電纜的礦物質填充材料，主要問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行擠出，并不是十分適合成纜纜芯外作為隔氧層的應用，因為極易在上盤彎曲的過程中造成偏心現象，不僅會對線纜的外觀產生較大的圓整度影響，導致后續敷設使用困難，并且礦物質干燥后易硬化，彎曲時導致斷裂，嚴重者會造成耐火性能的部分喪失。經多次選材試驗、制樣檢測，我們并沒有選用造價較高的陶瓷化硅橡膠材料，而是轉向更為新興的陶瓷化無鹵低煙聚烯烴阻燃耐火隔氧料。陶瓷化無鹵低煙聚烯烴阻燃耐火隔氧料，除具備普通無鹵低煙聚烯烴阻燃隔氧料的特性外，還具備以下的優點：（1）優良的絕緣性能，常溫下介電強度≥25MV/m，體積電阻率≥2×1012Ω×m;在燒蝕后堅硬的鎧體斷面會生成均勻的微孔，陶瓷化鎧體的介電強度大于40kV/mm以上，體積電阻率大于2×1018Ω×m以上。（2）優異的阻燃和耐火性，結殼速度快，結殼后非常堅硬、緊密，可以做垂直自熄，氧指數可以達到48以上，在350℃～1400℃有焰、無焰情況下，不熔融，不滴落，不脫落，不會造成2次火災;在燃燒過程中，溫度越高、時間越長燒成后的陶瓷化鎧體越堅硬，完全可以媲美傳統防火隔氧層材料的耐火、燃燒性能要求指標，熱值釋放量基本符合本設計要求。（3）強度高，燒蝕后鎧體彎曲斷裂強度可達5MPa左右。（4）有良好的工藝性，只需要用普通擠出機即可生產。（5）環保經濟性，煙氣毒氣至少達到ZA2級，煙密度透光度達到85%以上，符合RoSH標準要求;密度較小，性價比較高。

4? 耐火和燃燒性能試驗結果

根據上述B1級耐火電纜的耐火和燃燒結構設計、材料選用的研究，成功研制了B1級控制耐火電纜系列和B1級耐火電力電纜系列。通過了國家防火建筑材料質量監督檢驗中心的檢測，同時也通過了國家電線電纜質量監督檢驗中心（上海）的型式試驗，所研制的B1級耐火電纜的耐火和燃燒性能完全符合相關標準要求。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級性能試驗結果。

5? 級耐火電纜的優勢及特性

國內礦物質絕緣電纜（MineralTnsulated Cable）簡稱MI電纜，習慣稱作氧化鎂電纜或耐火電纜。它是由礦物質材料氧化鎂粉作為絕緣的銅芯銅護套電纜。而B1級耐火電纜可以說正在逐步取代傳統礦物質絕緣耐火電纜，B1級耐火電纜不僅在耐火、燃燒性能指標上可以與傳統耐火電纜媲美，在生產范圍、安裝敷設方面更是兼備優勢。（1）傳統耐火電纜耐壓等級嚴格意義上來說僅有兩種：輕型500V和重型750V;而B1級耐火電纜打破了傳統耐火電纜只能由銅、氧化鎂兩種無機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構，這樣不僅僅在生產過程中可以運用到傳統的絞線、成纜、擠塑工藝技術使現有生產設備通用化，無需購進耐火電纜專用生產設備，更便捷的方面就是打破了原有型號規格、電壓等級單一固定化，可以靈活地將擠包陶瓷化聚烯烴隔氧層結構運用在各類電纜中，比如說帶鋼帶的電力電纜、具有編織屏蔽結構的控制電纜，這樣可以大大增加B1耐火電纜的生產范圍。（2）生產長度、生產速率會大幅度提升。傳統耐火電纜采用的是銅套管拉撥工藝，不僅生產速度緩慢，以750V BTTZ 4×25mm2電纜為例，其最大出貨長度僅為130m，若是在超高層建筑中應用，需要耗費大量的中間接頭工作作業進行連接，勢必增加了工程量與施工難度。而B1級耐火電纜可以達到理論無限長度生產，生產長度由客戶自行決定，避免了交貨長度隨著導線截面積增大而縮短的現象。（3）電纜施工也是傳統耐火電纜的難題所在，首先傳統耐火電纜重量是一般電纜的兩倍，耗銅材數量較大，彎曲半徑較大，其敷設過程中不易達到平行整潔的觀感效果，在進出配線箱處和橋架內彎曲成型困難，在電纜彎折過程中也容易使氧化鎂松動，引發短路。在制作電纜終端接頭和中間接頭時，端頭撥開后，氧化鎂絕緣容易與空氣中的水分子發生化學反應，生成能導電的氫氧化鎂。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，甚至經常會出現電纜敷設到位后，絕緣阻值在0.5MΩ的情況。B1級耐火電纜相對傳統耐火電纜，首先沒有銅套管結構，解決了銅材大量損耗問題，由此變相使得電纜更加柔軟，不需要終端接頭技術，敷設方便，填充部分不易吸潮，絕緣電阻能得到基本保證。（4）B1級耐火電纜也有不足之處，就是電纜結構相對復雜，而且沒有接地和中性導體，在實際使用過程中，還是需要專門設置的一個接地裝置。

6? 結語

現階段公共建筑配電系統中耐火電纜有著廣泛的應用空間，其耐火性、耐久性、安全性、可靠性是傳統電纜無法取代的。該設計的B1級耐火電纜現在已成功作用于一級、二級公共建筑消防系統供電干線，衍生出一系列型號和規格的B1級電纜已在西安地鐵、成都地鐵、鄭州地鐵等項目使用，表現優異，線纜運行平穩。有效解決了傳統耐火電纜型號范圍較小、生產速率較慢、敷設安裝過于復雜等問題。B1級柔性耐火電纜取代傳統耐火電纜將成為一種趨勢，該產品具有良好的市場發展前景。

參考文獻

[1] 中華人民共和國住房和城鄉建設部，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.GB/T 50016-2014，建筑設計防火規范[S].北京：中國標準出版社，2015.

[2] 重慶市城鄉建設委員會.DBJ 50-164-2013，民用建筑電線電纜防火設計規范[S].北京：中國標準出版社，2014.

[3] 全國標準電線電纜標準化技術委員會.GB/T 18380.33-2008，電纜和光纜在火焰條件下的燃燒試驗第33部分：垂直安裝的成束電線電纜火焰垂直蔓延試驗A類[S].北京：中國標準出版社，2008.

[4] GEL/20/18電纜委員會.BS 6387電纜在火焰條件下保持線路完整性的耐火試驗方法[S].英國：BSI標準有限公司，2013.

[5] 全國消防安全標準化技術委員會防火材料分技術委員會.（SAC/TC 113/SC 7）GB/T 31247-2014，電纜及光纜燃燒性能分級[S].北京：中國標準出版社，2015.