大型會場、寫字樓、酒店、醫(yī)院、地鐵站等重要的公共場所對火災(zāi)情況下都有一定的供電要求，在一定時間內(nèi)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(shè)施的啟動、救援及應(yīng)急設(shè)備的使用提供寶貴的時間。人們對公共建筑消防配電系統(tǒng)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?zhèn)鹘y(tǒng)電纜。B1級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。為此，該文對B1級耐火電纜尺寸結(jié)構(gòu)、工藝材料、性能指標(biāo)的設(shè)計進(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)計同理?！痹?018版《建筑設(shè)計防火規(guī)范》頒布后，二級建筑物中也要求采用耐火類電纜敷設(shè)。
DBJ 50-164-2016《民用建筑電線電纜防火設(shè)計規(guī)范》[2]明確規(guī)定：
（1）超高層建筑應(yīng)選擇燃燒性能B1級及以上、產(chǎn)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(yīng)選用燃燒性能為B1級、產(chǎn)煙毒性為t1級、燃燒滴落物/微粒等級為d1級。
?。?）其他建筑，在室內(nèi)正常條件下，可選擇燃燒性能不低于B3級的電線和電纜。
?。?）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》[3]的規(guī)定，并根據(jù)電線、電纜安裝方式，選擇合適的電纜類型。
同時特級場所中消防設(shè)備的供電干線及分之干線應(yīng)采用耐火電纜，一級、二級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》[5]標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的級性能要求，耐火性能應(yīng)通過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
B1級耐火電纜的耐火和阻燃結(jié)構(gòu)（見圖1、圖2）主要進(jìn)行以下設(shè)計：（1）采用退火圓銅線第二類導(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鹵無煙無堿的玻璃纖維進(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(nèi)結(jié)構(gòu)損傷，保證成纜纜芯的完整性，同時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(diǎn)之一。在構(gòu)思之初，我們曾多次嘗試選用傳統(tǒng)耐火電纜的礦物質(zhì)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(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易在上盤彎曲的過程中造成偏心現(xiàn)象，不僅會對線纜的外觀產(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，彎曲時導(dǎo)致斷裂，嚴(yán)重者會造成耐火性能的部分喪失。經(jīng)多次選材試驗(yàn)、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(zhuǎn)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(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、無焰情況下，不熔融，不滴落，不脫落，不會造成2次火災(zāi);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(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，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，性價比較高。
4 耐火和燃燒性能試驗(yàn)結(jié)果
根據(jù)上述B1級耐火電纜的耐火和燃燒結(jié)構(gòu)設(shè)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(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的檢測，同時也通過了國家電線電纜質(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級性能試驗(yàn)結(jié)果。
5 級耐火電纜的優(yōu)勢及特性
國內(nèi)礦物質(zhì)絕緣電纜（MineralTnsulated Cable）簡稱MI電纜，習(xí)慣稱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B1級耐火電纜可以說正在逐步取代傳統(tǒng)礦物質(zhì)絕緣耐火電纜，B1級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。（1）傳統(tǒng)耐火電纜耐壓等級嚴(yán)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(tǒng)耐火電纜只能由銅、氧化鎂兩種無機(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，無需購進(jìn)耐火電纜專用生產(chǎn)設(shè)備，更便捷的方面就是打破了原有型號規(guī)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(jié)構(gòu)運(yùn)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(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)長度、生產(chǎn)速率會大幅度提升。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，勢必增加了工程量與施工難度。而B1級耐火電纜可以達(dá)到理論無限長度生產(chǎn)，生產(chǎn)長度由客戶自行決定，避免了交貨長度隨著導(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，在電纜彎折過程中也容易使氧化鎂松動，引發(fā)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(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)常會出現(xiàn)電纜敷設(shè)到位后，絕緣阻值在0.5MΩ的情況。B1級耐火電纜相對傳統(tǒng)耐火電纜，首先沒有銅套管結(jié)構(gòu)，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(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級耐火電纜也有不足之處，就是電纜結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，而且沒有接地和中性導(dǎo)體，在實(shí)際使用過程中，還是需要專門設(shè)置的一個接地裝置。
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)電纜無法取代的。該設(shè)計的B1級耐火電纜現(xiàn)在已成功作用于一級、二級公共建筑消防系統(tǒng)供電干線，衍生出一系列型號和規(guī)格的B1級電纜已在西安地鐵、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)耐火電纜型號范圍較小、生產(chǎn)速率較慢、敷設(shè)安裝過于復(fù)雜等問題。B1級柔性耐火電纜取代傳統(tǒng)耐火電纜將成為一種趨勢，該產(chǎn)品具有良好的市場發(fā)展前景。
