摘要：隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，為響應(yīng)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(guān)注，尤其是在電纜密集敷設(shè)的場所，極易發(fā)生火災(zāi)，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(nèi)外阻燃耐火電纜現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種B1級阻燃耐火中壓電纜，并進行了試驗驗證。

關(guān)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(chǎn)生活中的廣泛應(yīng)用，其安全可靠性越來越受到人們的關(guān)注。根據(jù)相關(guān)部門的統(tǒng)計，近年來各地發(fā)生的重大火災(zāi)中，電氣火災(zāi)在全國總火災(zāi)數(shù)中占比接近30%，電線電纜引起的火災(zāi)占總電氣火災(zāi)的60%以上。電線電纜在火災(zāi)中常常扮演火源和導(dǎo)火線的角色，使火災(zāi)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(chǎn)生大量煙氣和有毒氣體，嚴(yán)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(shè)備，甚至導(dǎo)致事故發(fā)生地消防控制系統(tǒng)無法正常運轉(zhuǎn)，造成人身傷亡和巨大的經(jīng)濟損失。

普通電纜由于在阻燃和耐火特性上要求較低，在發(fā)生火災(zāi)時，供電系統(tǒng)不能保證正常供電，從而導(dǎo)致消防系統(tǒng)、電梯、救災(zāi)系統(tǒng)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(zāi)環(huán)境中確保電路暢通提出了更高的要求。尤其是在火災(zāi)情況下，需在一定時間內(nèi)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(chǎn)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(nèi)外阻燃耐火電纜現(xiàn)狀

人們從20世紀(jì)70年代開始對阻燃耐火電線電纜進行研究，其中絕大多數(shù)是含鹵的阻燃耐火電線電纜，燃燒時會產(chǎn)生煙霧、毒性和腐蝕性氣體，造成“二次災(zāi)害”。一旦發(fā)生火災(zāi)，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(zhì)量的優(yōu)劣，引導(dǎo)阻燃耐火電纜向無鹵低煙方向發(fā)展，國內(nèi)外先后組織制訂了一些阻燃耐火電纜試驗標(biāo)準(zhǔn)（表1）。

序號1～8的標(biāo)準(zhǔn)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(zāi)中對線纜產(chǎn)品所關(guān)注的要求，如熱釋放特性。而且這些標(biāo)準(zhǔn)是相互獨立的，相互間沒有關(guān)聯(lián)，這給電纜燃燒性能的評價和電纜質(zhì)量的管理帶來了困難，不利于對電纜及光纜燃燒性能的優(yōu)劣進行綜合評價。國家的相關(guān)部門也認(rèn)識到這個問題，2014年公安部四川消防研究所負(fù)責(zé)起草了《電纜及光纜燃燒性能分級》（GB 31247—2014）標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)，將使我國阻燃電纜及光纜的分級標(biāo)準(zhǔn)與國際最新的分級標(biāo)準(zhǔn)接軌，有利于國際貿(mào)易和經(jīng)濟技術(shù)交流。

2 ? ?結(jié)構(gòu)設(shè)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(zāi)時不能保證正常供電，將導(dǎo)致消防控制系統(tǒng)無法正常運轉(zhuǎn)?，F(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)為750～800 ℃耐火，但現(xiàn)實火災(zāi)溫度不止如此。2019年修訂的《民用建筑電氣設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB 51348—2019）新增13.9節(jié)對電纜燃燒性能的設(shè)計選擇提出以下明確要求：超高層公共建筑應(yīng)選用燃燒性能不低于B1級、燃燒滴落物/微粒等級為d0級、產(chǎn)煙毒性為t0級的電線、電纜，避難層（間）應(yīng)選用燃燒性能不低于B1級、燃燒滴落物/微粒等級為d0級、產(chǎn)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(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行多次設(shè)計優(yōu)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(shù)，設(shè)計了絕緣線芯外采用半導(dǎo)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(jié)構(gòu)，構(gòu)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(jié)構(gòu)，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(yōu)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(jié)殼效果，能有效減緩?fù)獠繜崃肯螂娎|內(nèi)部傳輸，該結(jié)構(gòu)設(shè)計可保證中壓電纜在外部火焰溫度達(dá)950～1 000 ℃時，絕緣線芯內(nèi)部溫度低于300 ℃，仍然能在一定時間內(nèi)保持良好的絕緣性能。該結(jié)構(gòu)還能延緩?fù)獠扛邷貙^緣線芯的影響，具有優(yōu)異的隔火隔熱降溫效果。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計（圖1）：主絕緣采用三層共擠技術(shù)，采用化學(xué)交聯(lián)聚乙烯及化學(xué)交聯(lián)半導(dǎo)電材料作為絕緣層及內(nèi)外半導(dǎo)電層，絕緣外屏蔽層與金屬屏蔽層之間設(shè)有半導(dǎo)電緩沖層，纜芯外依次設(shè)置有隔氧隔熱耐火層及外護套。

隔熱隔氧耐火層：在發(fā)生火災(zāi)時降低絕緣線芯溫度，在一定時間內(nèi)能夠穩(wěn)定運行，同時可以防止水分進入內(nèi)層，并承受一定的機械振動。

填充結(jié)構(gòu)：采用無機物，不僅阻燃，且有較優(yōu)異的導(dǎo)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(huán)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(jié)果驗證

本文選取具有代表性的樣品送往國家電線電纜質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心和國家防火建筑材料質(zhì)量監(jiān)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(shù)規(guī)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(guān)于B1級的規(guī)定，附加分級符合d0、t0、a1的規(guī)定。具體檢測數(shù)據(jù)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(biāo)準(zhǔn)，分析其檢測方法可知，該標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)煙速率、產(chǎn)煙總量、產(chǎn)煙毒性、燃燒滴落物（燃燒滴落物過多則火災(zāi)范圍容易擴大）和火焰蔓延程度等燃燒特性參數(shù)，考核更加全面，更貼合實際火災(zāi)情況，不僅考核電纜的燃燒情況，而且相關(guān)指標(biāo)可用于對燃燒時周圍環(huán)境影響進行評估，可以更為真實地反映電纜在實際火災(zāi)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(nèi)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(jié)構(gòu)，可見明顯的結(jié)殼現(xiàn)象，且無脫落，進一步降低了火焰到達(dá)絕緣線芯的溫度，同時對其進行輕微沖擊和震動，無脫落現(xiàn)象。

3.2.3 ? ?絕緣線芯

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

4 ? ?結(jié)語

綜上所述，此電纜耐火性能完全符合TICW 8—2012技術(shù)規(guī)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(guān)于B1級的規(guī)定，附加分級符合d0、t0、a1的規(guī)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(chǎn)品共獲得發(fā)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(jīng)四川省科技廳鑒定其總體技術(shù)水平處于國內(nèi)領(lǐng)先水平，經(jīng)用戶使用，反應(yīng)良好，具有較好的經(jīng)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(chuàng)新，具有極大的推廣和應(yīng)用價值。

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收稿日期：2020-08-03

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