一種B₁級阻燃耐火中壓電纜的設計及試驗驗證

摘要：隨著國民經濟的快速發展，為響應市場需求，阻燃耐火電纜已在越來越多的場合開始使用。隨著用量逐年增大，電纜在運行時的安全性能也備受關注，尤其是在電纜密集敷設的場所，極易發生火災，這些場所都對電纜的無鹵低煙阻燃耐火性能提出了較高要求。鑒于此，在分析國內外阻燃耐火電纜現狀的基礎上，設計了一種B1級阻燃耐火中壓電纜，并進行了試驗驗證。

關鍵詞：中壓電纜;阻燃;耐火;燃燒性能;B1級

0 ? ?引言

隨著電線電纜在生產生活中的廣泛應用，其安全可靠性越來越受到人們的關注。根據相關部門的統計，近年來各地發生的重大火災中，電氣火災在全國總火災數中占比接近30%，電線電纜引起的火災占總電氣火災的60%以上。電線電纜在火災中常常扮演火源和導火線的角色，使火災起火迅速，火勢迅猛，極易蔓延;并且電線電纜受火燃燒時，會產生大量煙氣和有毒氣體，嚴重影響消防救援和人員疏散，同時還會損壞電子儀器和控制設備，甚至導致事故發生地消防控制系統無法正常運轉，造成人身傷亡和巨大的經濟損失。

普通電纜由于在阻燃和耐火特性上要求較低，在發生火災時，供電系統不能保證正常供電，從而導致消防系統、電梯、救災系統等無法正常工作，給救援疏散人群增加了難度。人們安全意識的提高，對在火災環境中確保電路暢通提出了更高的要求。尤其是在火災情況下，需在一定時間內保證電力和通信線路暢通，以便給救援和人員的逃離及疏散爭取更多的寶貴時間，同時把人員的傷亡和生命財產的損失降到最低。因此，電線電纜的阻燃耐火性能非常重要。

1 ? ?國內外阻燃耐火電纜現狀

人們從20世紀70年代開始對阻燃耐火電線電纜進行研究，其中絕大多數是含鹵的阻燃耐火電線電纜，燃燒時會產生煙霧、毒性和腐蝕性氣體，造成“二次災害”。一旦發生火災，就會使救援工作難以進行，人員往往不是被燒死，而是被煙熏倒窒息，或在煙霧中找不到出路而喪生。為了評定阻燃耐火電纜質量的優劣，引導阻燃耐火電纜向無鹵低煙方向發展，國內外先后組織制訂了一些阻燃耐火電纜試驗標準（表1）。

序號1～8的標準所考核的阻燃耐火電纜燃燒性能，未完全覆蓋消防在實際火災中對線纜產品所關注的要求，如熱釋放特性。而且這些標準是相互獨立的，相互間沒有關聯，這給電纜燃燒性能的評價和電纜質量的管理帶來了困難，不利于對電纜及光纜燃燒性能的優劣進行綜合評價。國家的相關部門也認識到這個問題，2014年公安部四川消防研究所負責起草了《電纜及光纜燃燒性能分級》（GB 31247—2014）標準并已實施，它是我國第一部國家強制性電纜及光纜燃燒性能分級標準，將使我國阻燃電纜及光纜的分級標準與國際最新的分級標準接軌，有利于國際貿易和經濟技術交流。

2 ? ?結構設計

由于中壓耐火電纜使用的場所一般為超高層建筑、隧道等較為密閉的場所，且作為主供電線路，一旦火災時不能保證正常供電，將導致消防控制系統無法正常運轉。現行標準為750～800 ℃耐火，但現實火災溫度不止如此。2019年修訂的《民用建筑電氣設計標準》（GB 51348—2019）新增13.9節對電纜燃燒性能的設計選擇提出以下明確要求：超高層公共建筑應選用燃燒性能不低于B1級、燃燒滴落物/微粒等級為d0級、產煙毒性為t0級的電線、電纜，避難層（間）應選用燃燒性能不低于B1級、燃燒滴落物/微粒等級為d0級、產煙毒性為t0級的電纜。這就需要一種既能滿足更高耐火溫度等級又符合新的電纜燃燒性能分級的中壓電纜。

通過對中壓電纜產品結構進行多次設計優化，我公司研制了一種B1級阻燃耐火中壓電纜，具體為研制了一種隔熱隔氧耐火技術，設計了絕緣線芯外采用半導電緩沖層、無鹵低煙阻燃聚烯烴隔氧層、陶瓷化聚烯烴隔熱層、陶瓷化硅橡膠耐火層組合結構，構成隔氧隔熱耐火層，燃燒時，陶瓷化硅橡膠形成致密的陶瓷化結構，高溫燃燒后可形成堅硬的陶瓷化殼體隔熱耐火層，保護線路通暢，燒蝕時間越長，陶瓷化殼體越硬，具有優異的隔火隔熱效果。隔氧隔熱層阻止火焰蔓延，燃燒時不膨脹，不會引起外徑的增加，從而避免影響陶瓷化結殼效果，能有效減緩外部熱量向電纜內部傳輸，該結構設計可保證中壓電纜在外部火焰溫度達950～1 000 ℃時，絕緣線芯內部溫度低于300 ℃，仍然能在一定時間內保持良好的絕緣性能。該結構還能延緩外部高溫對絕緣線芯的影響，具有優異的隔火隔熱降溫效果。

產品結構設計（圖1）：主絕緣采用三層共擠技術，采用化學交聯聚乙烯及化學交聯半導電材料作為絕緣層及內外半導電層，絕緣外屏蔽層與金屬屏蔽層之間設有半導電緩沖層，纜芯外依次設置有隔氧隔熱耐火層及外護套。

隔熱隔氧耐火層：在發生火災時降低絕緣線芯溫度，在一定時間內能夠穩定運行，同時可以防止水分進入內層，并承受一定的機械振動。

填充結構：采用無機物，不僅阻燃，且有較優異的導熱性能，利于電纜的散熱，能夠避免電纜載流量的降低。

此外，所有材料均為無鹵、低煙環保型材料，燃燒后無毒性，無腐蝕性氣味。

3 ? ?試驗驗證分析

3.1 ? ?試驗結果驗證

本文選取具有代表性的樣品送往國家電線電纜質量監督檢驗中心和國家防火建筑材料質量監督檢驗中心進行檢測，耐火性能完全符合《額定電壓6 kV（Um=7.2 kV）到35 kV（Um=40.5 kV）擠包絕緣耐火電力電纜》（TICW 8—2012）技術規范要求，且耐火溫度等級由750～800 ℃提高到950～1 000 ℃，提高了一個等級。燃燒性能等級符合《電纜及光纜燃燒性能分級》（GB 31247—2014）中關于B1級的規定，附加分級符合d0、t0、a1的規定。具體檢測數據如表2所示，試驗前后圖片如圖2所示。

《電纜及光纜燃燒性能分級》（GB 31247—2014）是我國第一部國家強制性電纜及光纜燃燒性能分級標準，分析其檢測方法可知，該標準綜合考慮了電纜燃燒熱釋放速率、燃燒熱釋放總量（熱釋放總量高則易引燃周邊物體）、產煙速率、產煙總量、產煙毒性、燃燒滴落物（燃燒滴落物過多則火災范圍容易擴大）和火焰蔓延程度等燃燒特性參數，考核更加全面，更貼合實際火災情況，不僅考核電纜的燃燒情況，而且相關指標可用于對燃燒時周圍環境影響進行評估，可以更為真實地反映電纜在實際火災條件下的燃燒情況。

3.2 ? ?對試驗后的樣品進行解剖分析

3.2.1 ? ?外護套

該試樣外護套部分已開裂脫落，但仍在一定時間內減緩了熱量的傳遞，外護套的材料對耐火性能試驗影響不大，但對燃燒性能等級和附加分級試驗影響較大。

3.2.2 ? ?隔氧隔熱耐火層

采用無鹵低煙阻燃聚烯烴隔氧層、陶瓷化聚烯烴隔熱層、陶瓷化硅橡膠耐火層組合結構，可見明顯的結殼現象，且無脫落，進一步降低了火焰到達絕緣線芯的溫度，同時對其進行輕微沖擊和震動，無脫落現象。

3.2.3 ? ?絕緣線芯

未出現碳化及變色現象，仍能保持較好的絕緣性能，試驗過程中把溫度傳感器導入絕緣外側，絕緣線芯溫度一直保持在300 ℃以內，保證了正常供電。

4 ? ?結語

綜上所述，此電纜耐火性能完全符合TICW 8—2012技術規范要求，且耐火溫度等級為950～1 000 ℃，耐火溫度提高了一個等級。燃燒性能等級符合GB 31247—2014中關于B1級的規定，附加分級符合d0、t0、a1的規定。同時還能承受一定的沖擊和震動，進一步提高了電纜的阻燃耐火安全性能。

該產品共獲得發明專利1項，實用新型專利3項，四川省科技進步三等獎1項，成都科技進步二等獎1項，成都市專利銀獎1項，經四川省科技廳鑒定其總體技術水平處于國內領先水平，經用戶使用，反應良好，具有較好的經濟和社會效益。此電纜是在高溫度耐火等級和燃燒性能等級分級方面的一項突破和創新，具有極大的推廣和應用價值。

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收稿日期：2020-08-03

作者簡介：李準（1986—），男，河南泌陽人，高級工程師，研究方向：電線電纜產品研發與檢測。