林殿夫，李海峰，于慧敏，夏赫蓬，趙 猛，劉璽偉

(1．沈陽興華航空電器有限責(zé)任公司，遼寧沈陽，110144；2．空軍裝備部駐沈陽地區(qū)第三軍事代表室，遼寧沈陽，110144)

1 引言

據(jù)消防局統(tǒng)計(jì)，火災(zāi)有70%是由電纜電線短路或老化引起的。2019年12月沈陽市某處居民樓外墻保溫材料被引燃發(fā)生火災(zāi)，火情從5層短時(shí)間蔓延至25層，樓體被燒焦。經(jīng)查起火原因?yàn)榫用袷褂玫碾娋€發(fā)生故障而引發(fā)，該建筑于2002年被建造，按當(dāng)時(shí)的工程建設(shè)消防技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，外墻保溫的內(nèi)容并未包含于阻燃耐火設(shè)計(jì)審核的范疇中。因此防火工作必須要從源頭開始，對阻燃耐火電纜的材料、結(jié)構(gòu)加以精細(xì)設(shè)計(jì)，研究相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)并強(qiáng)制推行。

2 防火電纜的概念

2.1 應(yīng)用背景

伴隨著電纜使用時(shí)間的增長，護(hù)套和導(dǎo)體外皮的絕緣性降低，甚至有些電纜的使用環(huán)境本身就有燃燒物、高溫等不利條件，那么更會加劇電纜的老化，在絕緣失效后，尤其是在濕熱環(huán)境下，極易發(fā)生線路短路，最終漏電而引發(fā)電纜燃燒，甚至火災(zāi)。因此，電纜設(shè)計(jì)時(shí)必須充分考慮防火的能力，同時(shí)因地制宜，避免過度設(shè)計(jì)。

2.2 定義

防火電纜包括阻燃電纜、耐火電纜。依據(jù)學(xué)術(shù)上普遍認(rèn)同的觀點(diǎn)，阻燃電纜是指規(guī)定試驗(yàn)條件下被燃燒，在撤去火源后，火焰在電纜上的蔓延僅在限定范圍內(nèi)并自行熄滅，即具有阻止或延緩火焰發(fā)生或蔓延能力的電纜。耐火電纜是指在規(guī)定的火源和時(shí)間內(nèi)燃燒時(shí)能夠持續(xù)地在指定狀態(tài)下工作，即具有保持線路完整性能力的電纜。

2.3 阻燃電纜與耐火電纜的區(qū)別

一部分電纜設(shè)計(jì)者對二者存在混淆和誤解的認(rèn)知。阻燃電纜在燃燒時(shí)有可能被燒壞而不能運(yùn)行，不過能夠把燃燒限制在一定范圍內(nèi)，火源一旦被消除就能自熄而不再延燃，適合用于普通線路。耐火電纜則是在引燃后可繼續(xù)導(dǎo)電一定時(shí)間，一般適用于煙溫感、火情報(bào)警、消防設(shè)備等[1]。

3 特性

3.1 阻燃電纜

參照阻燃電纜所選用的導(dǎo)線絕緣材料不同，可將其分為兩個類別，即有鹵阻燃電纜、無鹵阻燃電纜。

有鹵阻燃電纜的導(dǎo)線絕緣護(hù)套為含鹵聚合物、含鹵阻燃劑或二者組合而成的阻燃混合物，鹵素即元素周期表中的鹵族元素，包括氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)、砹(At)、鈿(Ts)，通常為前三者。有鹵阻燃電纜工藝簡單、性價(jià)比高，具有比較好的阻燃特性，但經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，有鹵阻燃電纜一旦燃燒，則會釋放大量煙霧以及腐蝕性鹵化氫氣體，可能造成二次傷害。

無鹵阻燃電纜的導(dǎo)線絕緣護(hù)套不含有鹵素，一般采用輻照交聯(lián)技術(shù)，利用射線輻照高分子轟擊，將原材料分子鍵打散，再使生成的自由基重組成新的交聯(lián)鍵，改線性結(jié)構(gòu)為網(wǎng)狀立體結(jié)構(gòu)。試驗(yàn)表明，無鹵阻燃電纜不僅比有鹵阻燃電纜的阻燃效果更好，而且還清潔環(huán)保，在燃燒時(shí)不產(chǎn)生濃煙和有毒氣體。此外其絕緣電阻在高溫、高濕環(huán)境中也極其穩(wěn)定，將其放入沸水中，絕緣電阻無明顯下降，耐磨次數(shù)大幅度提升，具有良好的物理穩(wěn)定性。

3.2 耐火電纜

參照耐火電纜所選用導(dǎo)線的材料、結(jié)構(gòu)不同，可以分為兩個類別，即有機(jī)耐火電纜、無極耐火電纜。

有機(jī)耐火電纜是在導(dǎo)體與絕緣之間添加一層阻燃層，多芯之間的填充物以及外護(hù)層也應(yīng)是有機(jī)耐火材料。阻燃層常見的材料有云母帶、陶瓷化耐火復(fù)合帶，而云母帶又分為白云母帶、金云母帶、合成云母帶等三種，分別可以承受600℃、800℃、1375℃的高溫，陶瓷化耐火復(fù)合帶是由玻璃纖維和陶瓷化硅橡膠壓延、硫化而成，最高可承受3000℃高溫，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按使用場景設(shè)計(jì)選材和安全裕度。多芯之間填充物和外護(hù)層可選擇聚烯烴、輻照聚乙烯等。有機(jī)耐火電纜的耐火特性完全依賴于云母層的保護(hù)，它的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格相對低廉，是市面上最常見的耐火電纜[2]。

無機(jī)耐火電纜在有機(jī)耐火電纜的基礎(chǔ)上，新增鎧裝層、改有機(jī)填充物為氧化鎂、改有機(jī)外護(hù)層為金屬。鎧裝層選用滿足YB/T 024-2008的鍍鋅鋼帶、涂錫鋼帶等，最好采用雙層間隙繞包，填充物選用熔點(diǎn)為2800℃的氧化鎂，外護(hù)層根據(jù)用戶對剛性、柔性的不同需求，可分別選用銅管或304不銹鋼，熔點(diǎn)可達(dá)1083℃和1400℃。由于整體基本采用無機(jī)材料，無機(jī)耐火電纜更耐老化，銅管還使電纜具有高強(qiáng)度的防爆優(yōu)勢，但該類電纜造價(jià)昂貴，彎折半徑大，對端接處的密封要求極高。

4 國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)

4.1 國外標(biāo)準(zhǔn)

英國在對阻燃耐火電纜標(biāo)準(zhǔn)的摸索中走在了前列，在BS 8491：2008中將耐火與噴水、沖擊試驗(yàn)相結(jié)合，后針對直徑小于2cm的電纜又頒布了BS 6387：2013。歐盟標(biāo)準(zhǔn)中普遍被國際認(rèn)可的EN13501-6：2004則是將電纜燃燒特性分為Aca、B1ca、B2ca、Cca、Dca、Eca、Fca等7個等級，主要關(guān)注火焰蔓延、熱釋放、煙、腐蝕等特性。

4.2 國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)

國內(nèi)從上世紀(jì)九十年代才開始普及使用阻燃耐火電纜， 2005年頒布了GB/T 19666-2005《阻燃和耐火電線電纜通則》，首次規(guī)范了電纜型號，明確了阻燃耐火特性的分級標(biāo)準(zhǔn)，并對煙霧、鹵素等標(biāo)準(zhǔn)予以定量，直接改善了業(yè)內(nèi)對性能等級、標(biāo)識管理混亂的狀況，但有關(guān)毒性氣體濃度的標(biāo)準(zhǔn)懸而未決。直到GB/T 5023-2008《額定電壓450V/750V及以下聚氯乙烯絕緣電阻》的頒布，才首次從定量角度細(xì)化了毒性要求。

2014年我國參考?xì)W盟EN13501-6：2014頒布了GB/T 31247-2014《電纜及光纜燃燒性能分級》，將電纜分為不燃等級A和三個阻燃等級B1、B2、B3，須進(jìn)行GB/T 31248-2014燃燒試驗(yàn)、GB/T 17651.2-2008煙密度試驗(yàn)、GB/T 18380.12-2008單根燃燒試驗(yàn)、GB/T 17650-1998氣體酸度試驗(yàn)等進(jìn)行評定，跟歐標(biāo)要求的測試項(xiàng)目相同[3]，遂與國際接軌。

5 主要參數(shù)

5.1 阻燃電纜參數(shù)

依據(jù)電纜的阻燃特性，自高向低，依次可分為CMR級(干線級)、CM級(商用級)、CMG級(通用級)、CMX級(家居級)。

阻燃電纜在建筑方面應(yīng)用最為廣泛，在該領(lǐng)域可將其自高向低分為以下5個等級：A1級為不燃燒，不起明火；A2級為不燃燒，低煙；B1為難燃；B2為可燃；B3為易燃，無任何阻燃效果。

5.2 耐火電纜參數(shù)

耐火電纜型號分為主分級、附加分級兩部分。主分級為燃燒性能等級，附加分級為燃燒滴落物/微粒、煙氣毒性、腐蝕性等級。通常標(biāo)記為“GB 31247 M (X , Y , Z )”，M為燃燒性能等級，按熱值、煙密度等指標(biāo)分為A、B1、B2、B3；X為燃燒滴落物/微粒等級，按規(guī)定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生滴落物/微粒持續(xù)時(shí)間分為d0、d1、d2; Y為煙氣毒性等級，按煙氣濃度分為t0、t1、t2; Z為腐蝕性等級，按酸腐蝕后的導(dǎo)電率分為a1、a2、a3。

5.3 氧指數(shù)

阻燃耐火性能的評價(jià)方式有許多種，目前國際普遍通用的是極限氧指數(shù)，簡稱為氧指數(shù)，它是指物質(zhì)在O2、N2混合物中能夠燃燒所需的最低O2濃度。氧指數(shù)越高，材料燃燒的屬性越差，絕大多數(shù)電纜材料的氧指數(shù)隨著溫度上升而下降。在常溫下，常被作為電纜絕緣護(hù)套的聚四氟乙烯氧指數(shù)可達(dá)95，屬難燃材料；聚乙烯17.4，聚丙烯18，屬易燃材料。電纜設(shè)計(jì)者須通過具體情況進(jìn)行選材。如圖1所示。

圖 以氧指數(shù)界定易燃、可燃、難燃材料

6 輔助材料

6.1 防火涂料

防火涂料一般涂抹于電纜的表面，在電纜遇火時(shí)防護(hù)涂層會發(fā)生膨脹，形成致密的蜂窩狀隔熱層，具有一定的阻燃和隔熱作用，能夠延緩火焰的傳播速度，阻止燃燒?？蛇x用無鹵材料制取。

6.2 阻火包帶

阻火包帶一般外套在電纜外護(hù)套上，可形成密封套，具有一定的阻燃和隔熱作用，對防止電纜初期火災(zāi)和減緩火勢蔓延擴(kuò)大可以起到效果。具有良好的伸縮性能，適用于頻繁移動的電纜。

6.3 其它輔助材料

阻燃耐火電纜還可配合防火隔板、防火泥、阻火網(wǎng)等產(chǎn)品配合使用。

7 結(jié)束語

設(shè)計(jì)阻燃耐火電纜需要深刻理解物質(zhì)燃燒的條件，掌握常見導(dǎo)線、護(hù)套等材料的標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)和燃燒特性，對燃燒環(huán)境因地制宜，選取最優(yōu)化屬性的阻燃耐火電纜，這樣才能保障易燃環(huán)境中電纜的正常工作，將火災(zāi)隱患降至最低。