B1级柔性耐火电缆的设计
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摘 要：传统耐火电缆具有耐高温、防爆、耐火（在燃烧中可承受水的喷淋和机械撞击）且载流量大、使用寿命长、一般不需要獨立接地导线的特点。B1级耐火电缆不仅在耐火、燃烧性能指标方面可以与传统耐火电缆相媲美，而且在产品规格多样性、大规模生产效率和安装敷设等方面更具优势。该文对B1级柔性耐火电缆尺寸结构、工艺材料、性能指标的设计进行详细阐述，保证其在一级公共建筑消防配电系统中安全可靠。
关键词：耐火电缆 B1级 柔性
中图分类号：TM24 文献标识码：A 文章编号：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
大型会场、写字楼、酒店、医院、地铁站等重要的公共场所对火灾情况下都有一定的供电要求，在一定时间内保证电缆能正常供电、各种控制信号及报警信号不断电，为逃生、自动报警、消防设施的启动、救援及应急设备的使用提供宝贵的时间。人们对公共建筑消防配电系统的重视与日俱增。
耐火电缆在国外开展得较早，在美国、英国特别是欧盟国家中，耐火电缆正逐步代替传统电缆。B1级耐火电缆不仅在耐火、燃烧性能指标方面可以与传统耐火电缆相媲美，在产品规格多样性、大规模生产效率、安装敷设等方面更具优势。为此，该文对B1级耐火电缆尺寸结构、工艺材料、性能指标的设计进行详细阐述。
1 耐火和燃烧性能指标
根据GB/T 50016-2014《建筑设计防火规范》[1]第10.1.10第3节明确要求：“消防配电线路宜与其他配电线路分别布置在不同的电缆井、沟内;且消防配电线路应采用不燃性电缆;高层建筑配电设计同理。”在2018版《建筑设计防火规范》颁布后，二级建筑物中也要求采用耐火类电缆敷设。
DBJ 50-164-2016《民用建筑电线电缆防火设计规范》[2]明确规定：
（1）超高层建筑应选择燃烧性能B1级及以上、产烟毒性为t0级、燃烧滴落物/微粒等级为d0级的电线和电缆。
（2）一类高层建筑及人员密集的公共场所，电线电缆燃烧性能应选用燃烧性能为B1级、产烟毒性为t1级、燃烧滴落物/微粒等级为d1级。
（3）其他建筑，在室内正常条件下，可选择燃烧性能不低于B3级的电线和电缆。
（4）成束敷设的电线、电缆抑制火焰蔓延的能力应符合现行国家标准GB/T 18380.33《电缆和光缆在火焰条件下的燃烧试验第33部分：垂直安装的成束电线电缆火焰垂直蔓延试验A类》[3]的规定，并根据电线、电缆安装方式，选择合适的电缆类型。
同时特级场所中消防设备的供电干线及分之干线应采用耐火电缆，一级、二级公共建筑消防水泵的供电干线应采用隔离型耐火电缆或防火性能符合BS 6387《电缆在火焰条件下保持线路完整性的耐火试验方法》[4]标准规定的电缆。因此B1级耐火电缆的燃烧性能应达到GB 31247-2014《电缆及光缆燃烧性能分级》[5]标准规定的级性能要求，耐火性能应通过BS规定B1的C、W、Z技术要求，如表1和表2所示。
2 耐火和阻燃结构的设计
B1级耐火电缆的耐火和阻燃结构（见图1、图2）主要进行以下设计：（1）采用退火圆铜线第二类导体，正规绞合结构，多股绞合可增加导体的柔韧性，提高机械强度，相邻层绞向相反，可提高导体结构稳定性。（2）采用机械绕包耐火云母带和交联聚乙烯组合绝缘结构。（3）缆芯之间的空隙加以阻燃无卤无烟无碱的玻璃纤维进行填充，要求填充必须紧密。由此可减少在火焰燃烧条件下缆芯内部空气含量，降低相应燃烧温度。（4）成缆缆芯外用同等材质的玻纤带进行绕包，同时保证其玻纤带在高温火焰燃烧下的完整性，不粉化。（5）如该电缆结构有编织屏蔽层，则采用退火圆铜线进行铜丝编织，保证其屏蔽干扰性能，并在编织屏蔽层外再次进行同等材质的玻纤带绕包，确保其屏蔽结构的可靠性。（6）玻纤带外层直接挤包一层TCHWDZ陶瓷化耐火无卤低烟阻燃聚烯烃材料，陶瓷化聚烯烃材料会在火焰燃烧条件下，形成一层致密的隔氧层，既可以防止火焰对缆芯内结构损伤，保证成缆缆芯的完整性，同时也可以减少成缆缆芯内部可燃性气体的挥发，由此降低相应燃烧温度。隔氧层外绕包同等材质的玻纤带，紧密圆整，重叠搭盖率不小于15%带宽，不仅可减少在火焰燃烧条件下因陶瓷化聚烯烃陶瓷化结壳产生的滴落物，也可保证燃烧初期聚烯烃的定型陶瓷化。（7）如该电缆结构有铠装层，则采用高强度镀锌钢带间隙式双钢带绕包，钢带间隙应不大于其宽度的50%，保证电缆的耐振性、耐蠕变性、抗张性、抗压性、防生物等特性。（8）采用氧指数、烟密度、结壳性等参数达标并符合欧盟RoHS指令的无卤低烟阻燃聚烯烃护套材料。要求挤出表面光滑圆整，紧密挤包在缆芯上，断面应无正常视力可见气孔，在火焰燃烧过程中没有明显的燃烧滴落物。 3 耐火和阻燃隔氧层材料选用
耐火隔氧层材料的选用是B1级耐火电缆的难点之一。在构思之初，我们曾多次尝试选用传统耐火电缆的矿物质填充材料，主要问题还是在于其材料本身较难定型，在挤出期间易作为填充材料进行挤出，并不是十分适合成缆缆芯外作为隔氧层的应用，因为极易在上盘弯曲的过程中造成偏心现象，不仅会对线缆的外观产生较大的圆整度影响，导致后续敷设使用困难，并且矿物质干燥后易硬化，弯曲时导致断裂，严重者会造成耐火性能的部分丧失。经多次选材试验、制样检测，我们并没有选用造价较高的陶瓷化硅橡胶材料，而是转向更为新兴的陶瓷化无卤低烟聚烯烃阻燃耐火隔氧料。陶瓷化无卤低烟聚烯烃阻燃耐火隔氧料，除具备普通无卤低烟聚烯烃阻燃隔氧料的特性外，还具备以下的优点：（1）优良的绝缘性能，常温下介电强度≥25MV/m，体积电阻率≥2×1012Ω×m;在烧蚀后坚硬的铠体断面会生成均匀的微孔，陶瓷化铠体的介电强度大于40kV/mm以上，体积电阻率大于2×1018Ω×m以上。（2）优异的阻燃和耐火性，结壳速度快，结壳后非常坚硬、紧密，可以做垂直自熄，氧指数可以达到48以上，在350℃～1400℃有焰、无焰情况下，不熔融，不滴落，不脱落，不会造成2次火灾;在燃烧过程中，温度越高、时间越长烧成后的陶瓷化铠体越坚硬，完全可以媲美传统防火隔氧层材料的耐火、燃烧性能要求指标，热值释放量基本符合本设计要求。（3）强度高，烧蚀后铠体弯曲断裂强度可达5MPa左右。（4）有良好的工艺性，只需要用普通挤出机即可生产。（5）环保经济性，烟气毒气至少达到ZA2级，烟密度透光度达到85%以上，符合RoSH标准要求;密度较小，性价比较高。
4 耐火和燃烧性能试验结果
根据上述B1级耐火电缆的耐火和燃烧结构设计、材料选用的研究，成功研制了B1级控制耐火电缆系列和B1级耐火电力电缆系列。通过了国家防火建筑材料质量监督检验中心的检测，同时也通过了国家电线电缆质量监督检验中心（上海）的型式试验，所研制的B1级耐火电缆的耐火和燃烧性能完全符合相关标准要求。表3、表4揭示出了WDZB1N-YJY23-0.6/1kV 4×85+1×95和WDZB1N-KYJYP-450/750V 5×6电缆的B1级性能试验结果。
5 级耐火电缆的优势及特性
国内矿物质绝缘电缆（MineralTnsulated Cable）简称MI电缆，习惯称作氧化镁电缆或耐火电缆。它是由矿物质材料氧化镁粉作为绝缘的铜芯铜护套电缆。而B1级耐火电缆可以说正在逐步取代传统矿物质绝缘耐火电缆，B1级耐火电缆不仅在耐火、燃烧性能指标上可以与传统耐火电缆媲美，在生产范围、安装敷设方面更是兼备优势。（1）传统耐火电缆耐压等级严格意义上来说仅有两种：轻型500V和重型750V;而B1级耐火电缆打破了传统耐火电缆只能由铜、氧化镁两种无机材料组成的固有模式，采用成缆后挤包陶瓷化聚烯烃隔氧层结构，这样不仅仅在生产过程中可以运用到传统的绞线、成缆、挤塑工艺技术使现有生产设备通用化，无需购进耐火电缆专用生产设备，更便捷的方面就是打破了原有型号规格、电压等级单一固定化，可以灵活地将挤包陶瓷化聚烯烃隔氧层结构运用在各类电缆中，比如说带钢带的电力电缆、具有编织屏蔽结构的控制电缆，这样可以大大增加B1耐火电缆的生产范围。（2）生产长度、生产速率会大幅度提升。传统耐火电缆采用的是铜套管拉拨工艺，不仅生产速度缓慢，以750V BTTZ 4×25mm2电缆为例，其最大出货长度仅为130m，若是在超高层建筑中应用，需要耗费大量的中间接头工作作业进行连接，势必增加了工程量与施工难度。而B1级耐火电缆可以达到理论无限长度生产，生产长度由客户自行决定，避免了交货长度随着导线截面积增大而缩短的现象。（3）电缆施工也是传统耐火电缆的难题所在，首先传统耐火电缆重量是一般电缆的两倍，耗铜材数量较大，弯曲半径较大，其敷设过程中不易达到平行整洁的观感效果，在进出配线箱处和桥架内弯曲成型困难，在电缆弯折过程中也容易使氧化镁松动，引发短路。在制作电缆终端接头和中间接头时，端头拨开后，氧化镁绝缘容易与空气中的水分子发生化学反应，生成能导电的氢氧化镁。耐火电缆的绝缘电阻一般在100MΩ以上，若在1h内未完成电缆接头的处理工作，絕缘电阻极容易下降到10MΩ以下，甚至经常会出现电缆敷设到位后，绝缘阻值在0.5MΩ的情况。B1级耐火电缆相对传统耐火电缆，首先没有铜套管结构，解决了铜材大量损耗问题，由此变相使得电缆更加柔软，不需要终端接头技术，敷设方便，填充部分不易吸潮，绝缘电阻能得到基本保证。（4）B1级耐火电缆也有不足之处，就是电缆结构相对复杂，而且没有接地和中性导体，在实际使用过程中，还是需要专门设置的一个接地装置。
6 结语
现阶段公共建筑配电系统中耐火电缆有着广泛的应用空间，其耐火性、耐久性、安全性、可靠性是传统电缆无法取代的。该设计的B1级耐火电缆现在已成功作用于一级、二级公共建筑消防系统供电干线，衍生出一系列型号和规格的B1级电缆已在西安地铁、成都地铁、郑州地铁等项目使用，表现优异，线缆运行平稳。有效解决了传统耐火电缆型号范围较小、生产速率较慢、敷设安装过于复杂等问题。B1级柔性耐火电缆取代传统耐火电缆将成为一种趋势，该产品具有良好的市场发展前景。
参考文献
[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T 50016-2014，建筑设计防火规范[S].北京：中国标准出版社，2015.
[2] 重庆市城乡建设委员会.DBJ 50-164-2013，民用建筑电线电缆防火设计规范[S].北京：中国标准出版社，2014.
[3] 全国标准电线电缆标准化技术委员会.GB/T 18380.33-2008，电缆和光缆在火焰条件下的燃烧试验第33部分：垂直安装的成束电线电缆火焰垂直蔓延试验A类[S].北京：中国标准出版社，2008.
[4] GEL/20/18电缆委员会.BS 6387电缆在火焰条件下保持线路完整性的耐火试验方法[S].英国：BSI标准有限公司，2013.
[5] 全国消防安全标准化技术委员会防火材料分技术委员会.（SAC/TC 113/SC 7）GB/T 31247-2014，电缆及光缆燃烧性能分级[S].北京：中国标准出版社，2015.
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