胡 艷 強(qiáng)

(北京中廈建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司, 北京 100042)

0 引 言

礦物絕緣電纜在國(guó)家現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50016—2014(2018版)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》、GB 51348—2019《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中都有規(guī)定,即消防線路應(yīng)(宜)采用礦物絕緣電纜[1-2]。礦物絕緣電纜不僅具有良好的導(dǎo)電性能、機(jī)械物理性能、耐火性能,還具有良好的不燃性,這種電纜在火災(zāi)條件下不僅能夠保證火災(zāi)延續(xù)時(shí)間內(nèi)的消防供電,還不會(huì)延燃,不產(chǎn)生煙霧。但現(xiàn)有市場(chǎng)所銷售的礦物電纜型號(hào)眾多,電纜結(jié)構(gòu)各不相同,所使用的無(wú)機(jī)材料也有差別。在不同的火災(zāi)延續(xù)時(shí)間和火焰溫度下,如何選擇一個(gè)既能滿足規(guī)范又能滿足實(shí)際使用需求的產(chǎn)品在設(shè)計(jì)和使用中尤為重要。本文通過(guò)統(tǒng)計(jì)消防相關(guān)設(shè)備火災(zāi)時(shí)延續(xù)時(shí)間、對(duì)比礦物電纜結(jié)構(gòu)差異及試驗(yàn)規(guī)范技術(shù)差別,給出了民用建筑配電用礦物電纜建議的火災(zāi)延續(xù)時(shí)間、火焰溫度及電纜結(jié)構(gòu)選型建議。對(duì)比剛性與柔性礦物電纜的材料和結(jié)構(gòu)差別,給出各自優(yōu)缺點(diǎn)及敷設(shè)建議。另外,從實(shí)際使用安全性著眼分析了常規(guī)礦物電纜分支箱的耐火問(wèn)題,同時(shí)給出了礦物預(yù)分支電纜的使用建議。

1 礦物絕緣電纜耐火時(shí)間建議

1.1 消防設(shè)備火災(zāi)延續(xù)時(shí)間

按照應(yīng)急管理部消防救援局公布的2020年火災(zāi)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),全年共接報(bào)火災(zāi)25.2萬(wàn)起,較2019年下降1.4%,因電氣安裝使用不規(guī)范引發(fā)的火災(zāi)共8.5萬(wàn)起,占火災(zāi)總數(shù)的33.6%,尤其是各類家用電器、電動(dòng)車、電氣線路等引發(fā)的火災(zāi)越來(lái)越突出。家用電器、電動(dòng)車火災(zāi)因素受產(chǎn)品自身質(zhì)量和后期使用維護(hù)影響較大,而電氣線路火災(zāi)與線纜選型是否正確直接相關(guān)。民用建筑中,常規(guī)電氣線路線纜選型主要有含鹵的聚氯乙烯線纜(代表型號(hào)YJV)、無(wú)鹵低煙阻燃耐火線纜(代表型號(hào)WDZN-YJY)和礦物絕緣類不燃性電纜(代表型號(hào)BTTZ)。GB 50016—2014(2018年版)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中10.1.10指出,消防配電線路應(yīng)滿足火災(zāi)時(shí)連續(xù)供電的需求,其中第3條明確規(guī)定當(dāng)消防線路與其他配電線路敷設(shè)在同一電纜井時(shí),應(yīng)采用礦物絕緣類不燃性電纜[2]。

火災(zāi)延續(xù)時(shí)間是在消防管理中為了確定消防設(shè)施以及消防滅火用水的計(jì)算而在總結(jié)多數(shù)火災(zāi)發(fā)生耗時(shí)的基礎(chǔ)上假定的一個(gè)時(shí)間?；馂?zāi)延續(xù)時(shí)間如表1所示[2-5]。

表1 火災(zāi)延續(xù)時(shí)間

通過(guò)表1對(duì)相關(guān)規(guī)范條文數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),規(guī)范要求的火災(zāi)延續(xù)時(shí)間:對(duì)于高層民用公共建筑不小于3 h,其他民用建筑不小于2 h。消防滅火系統(tǒng)的持續(xù)工作時(shí)間不小于火災(zāi)延續(xù)時(shí)間,消防滅火設(shè)備的持續(xù)供電時(shí)間不小于消防滅火系統(tǒng)的持續(xù)工作時(shí)間。

1.2 消防設(shè)備供電時(shí)間

火災(zāi)延續(xù)時(shí)間作為消火栓和噴淋等滅火系統(tǒng)持續(xù)工作時(shí)間的依據(jù),為滿足消防滅火系統(tǒng)持續(xù)供電時(shí)間,除了要保障有對(duì)應(yīng)時(shí)間的電源外(市政電源或備用電源如柴油發(fā)電機(jī)),還需要在持續(xù)供電時(shí)間內(nèi)保證供電線路完好。按GB 50016—2014(2018年版)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》關(guān)于消防用電負(fù)荷分級(jí)規(guī)定,民用建筑消防用電負(fù)荷最高級(jí)別為一級(jí)負(fù)荷,消防配電線路與其他配電線路敷設(shè)在同一電纜井內(nèi)時(shí),消防配電線路應(yīng)采用礦物絕緣類不燃性電纜[2](消防用電纜與普通電纜共井敷設(shè)時(shí),普通線纜短路或過(guò)載引起火災(zāi)時(shí),位于同豎井敷設(shè)的消防配電線纜需要在火災(zāi)環(huán)境下可靠運(yùn)行)。規(guī)范規(guī)定分豎井敷設(shè)可不采用礦物類絕緣線纜,但分豎井占用建筑面積過(guò)大引起綜合經(jīng)濟(jì)成本高,故在民用項(xiàng)目中大多選同一豎井敷設(shè),消防配電采用礦物絕緣電纜。消防水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中消火栓泵組與噴淋泵組大多設(shè)置在同一個(gè)房間內(nèi)(消防水泵房),消防配電系統(tǒng)統(tǒng)一考慮。滅火系統(tǒng)的工作時(shí)間除滿足自身設(shè)備要求外,保證可靠的電能供應(yīng)尤為重要。因消火栓系統(tǒng)所需持續(xù)供電時(shí)間須高于噴淋系統(tǒng)持續(xù)供電時(shí)間,火災(zāi)持續(xù)供電時(shí)間按規(guī)范中較高要求(消火栓系統(tǒng))執(zhí)行,即:對(duì)于高層民用公共建筑不小于3 h,其他民用建筑不小于2 h。與 GB 51348—2019《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》第13.8條文說(shuō)明中相關(guān)論述一致。

2 礦物絕緣電纜耐火時(shí)間建議

2.1 礦物絕緣電纜使用規(guī)范及原因

GB 51348—2019《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》13.8.4第2條,消防控制室、消防電梯……超過(guò)100 m民用建筑的疏散照明系統(tǒng)和防排煙系統(tǒng)的供電干線,其電能傳輸質(zhì)量在火災(zāi)延續(xù)時(shí)間內(nèi)應(yīng)保證消防設(shè)備可靠運(yùn)行。13.8.4第5條:為多臺(tái)防火卷簾、疏散照明配電箱等消防負(fù)荷采用樹干式供電時(shí),宜選擇預(yù)分支耐火電纜和分支礦物絕緣電纜[1]。GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(2018年版)第10.1.10條規(guī)定:消防配電線路應(yīng)滿足火災(zāi)時(shí)連續(xù)供電的需求,第3條規(guī)定:消防配電線路宜與其他配電線路分開敷設(shè)在不同的電纜井……確有困難敷設(shè)在同一電纜井……應(yīng)分別布置在電纜井、溝的兩側(cè),且消防配電線路應(yīng)采用礦物絕緣類不燃性電纜[2]。

從規(guī)范可以看出,電纜敷設(shè)路徑除了要考慮外部火源影響設(shè)置防火門外,還需要考慮同一電纜井敷設(shè)的普通線纜故障著火對(duì)消防線路的影響?，F(xiàn)有建筑對(duì)建筑得房率要求較高,為電氣專業(yè)設(shè)置獨(dú)立消防豎井的代價(jià)較大,同一電纜井敷設(shè)線纜在較多項(xiàng)目中被采用。建筑物在火災(zāi)發(fā)展過(guò)程中保障消防水泵、消防風(fēng)機(jī)、疏散照明、防火卷簾等消防設(shè)備可靠運(yùn)行是人員疏散和火災(zāi)防控的重要條件,消防設(shè)備供電用礦物絕緣電纜火災(zāi)環(huán)境中持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行是消防設(shè)備正常工作的重要環(huán)節(jié)。

2.2 礦物絕緣電纜類型

2.2.1 氧化鎂粉作絕緣礦物電纜

依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 13033—2007《額定電壓750 V及以下礦物絕緣電纜及終端》(等同于IEC 60702—2002),氧化鎂粉作絕緣的傳統(tǒng)礦物絕緣電纜[6](代表型號(hào)為BTTZ)適用于額定電壓750 V及以下銅芯銅或銅合金護(hù)套礦物絕緣。此種電纜由導(dǎo)電銅芯無(wú)機(jī)絕緣材料(氧化鎂)和銅護(hù)套經(jīng)模具多次拉拔而成,受生產(chǎn)工藝限制,單根電纜無(wú)法過(guò)長(zhǎng),通常為100 m。如有防腐需要可在銅護(hù)套外擠包一層外套,外護(hù)套不作為金屬護(hù)套的電氣絕緣。GB/T 13033.2規(guī)定了電纜用終端的制造要求和特性,以及檢測(cè)的試驗(yàn)方法。

2.2.2 云母帶礦物絕緣波紋銅護(hù)套礦物電纜

玻璃纖維及云母復(fù)合材料作絕緣的無(wú)機(jī)礦物絕緣電纜[7](代表型號(hào)為RTTZ)又稱柔性防火電纜,其導(dǎo)體由多股銅線絞合而成,以多層云母帶做絕緣層,云母帶采用玻璃纖維布作基料,外層采用銅帶縱向包裹,連續(xù)焊接將其封閉構(gòu)成外護(hù)套,再將光滑的外護(hù)套壓制成螺旋形。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 34926—2017《額定電壓0.6/1 kV及以下云母帶礦物絕緣波紋銅護(hù)套電纜及終端》適用于額定電壓0.6/1 kV電力電纜、450/750 V控制電纜的云母帶礦物絕緣波紋銅護(hù)套電力電纜及終端。RTTZ在沒(méi)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)之前按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行,編號(hào)為JG/T 313—2014《額定電壓750 V及以下金屬護(hù)套無(wú)機(jī)礦物絕緣電纜及終端》。

2.2.3 其他類柔性礦物絕緣電纜

其他類柔性礦物絕緣電纜各生產(chǎn)廠家型號(hào)不一,多由執(zhí)行企業(yè)標(biāo)注,如礦物絕緣鋁護(hù)套保護(hù)隔離型柔性防火電纜BTLY(NG-A),其結(jié)構(gòu)為絞合銅導(dǎo)體、無(wú)機(jī)防火材料、鋁金屬護(hù)套、耐火隔離層、阻燃繞包耐火層、外護(hù)套為基本結(jié)構(gòu)組成。

2.3 礦物絕緣電纜耐火時(shí)間及溫度相關(guān)規(guī)定

礦物絕緣電纜不同結(jié)構(gòu)形式對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)不一,礦物電纜耐火時(shí)間規(guī)范規(guī)定統(tǒng)計(jì)如表2所示[8-10],表2列舉了試驗(yàn)時(shí)間、火焰溫度、噴水和機(jī)械撞擊等相關(guān)要求,作為礦物電纜選擇依據(jù)。

表2統(tǒng)計(jì)的規(guī)范要求燃燒時(shí)間差別較大,有30,60,90,120,180 min,按前文所述“民用建筑火災(zāi)持續(xù)供電時(shí)間對(duì)于高層民用公共建筑不小于3 h,其他民用建筑不小于2 h”,因此根據(jù)不同項(xiàng)目類型建議選擇120 min或180 min為宜。另外,考慮火災(zāi)時(shí)噴淋噴水及墜落物撞擊的影響,按JG/T 313—2014《額定電壓0.6～1 kV及以下金屬護(hù)套無(wú)機(jī)礦物絕緣電纜及終端》規(guī)定,采用950～1 000 ℃燃燒180 min,試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)采用GB/T 19216.21中規(guī)定的耐火試驗(yàn)步驟及溫度,同時(shí)應(yīng)符合BS 6387規(guī)定的單純耐火、耐火加水、耐火加機(jī)械振動(dòng)在同一根試樣上按C、W、Z試驗(yàn)的要求。此規(guī)范規(guī)定在一根式樣上完成耐火、耐火加水、耐火加機(jī)械振動(dòng),這樣更接近實(shí)際火災(zāi)情況。

表2 礦物電纜耐火時(shí)間規(guī)范規(guī)定統(tǒng)計(jì)

3 預(yù)分支礦物絕緣電纜應(yīng)用建議

前文所列出的礦物絕緣電纜耐火時(shí)間對(duì)應(yīng)電纜本體。礦物電纜敷設(shè)規(guī)范JGJ 232—2011《礦物絕緣電纜敷設(shè)技術(shù)規(guī)程》中3.1.7條(強(qiáng)條)規(guī)定,有耐火要求的線路,礦物絕緣電纜中間連接附件的耐火等級(jí)不應(yīng)低于電纜本體的耐火等級(jí)。條文的說(shuō)明解釋:為避免因火災(zāi)造成中間連接附件的損壞,導(dǎo)致線路停電[10]。敷設(shè)規(guī)范中明確表明:“中間連接附件的耐火等級(jí)不應(yīng)低于電纜本體”。分支箱敷設(shè)時(shí)需對(duì)導(dǎo)體截?cái)嗪腿コ祟^絕緣及防火填充物,這大大增加了電纜故障率。

3.1 礦物電纜分支箱的耐火問(wèn)題

礦物絕緣電纜在民用建筑中主要為消防負(fù)荷配電,消防負(fù)荷供電形式以放射式和樹干式為主,電纜放射式敷設(shè)時(shí)需要使用中間連接器,樹干式敷設(shè)時(shí)需要使用電纜分支接線箱。按圖集《礦物絕緣電纜敷設(shè)》電纜分支敷設(shè)圖示所述,電氣設(shè)計(jì)及施工采購(gòu)時(shí)礦物絕緣電纜樹干式(分支)配電采用分支接線箱。按JGJ 232—2011《礦物絕緣電纜敷設(shè)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定:礦物絕緣電纜分支接線箱耐火等級(jí)不小于電纜本體耐火等級(jí)。分支箱制造規(guī)范遵循GB 7251《低壓成套開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備》系列(等同采用IEC 60439),但規(guī)范中并沒(méi)有關(guān)于配電箱防火性能的規(guī)定,在工程實(shí)施中電纜分支箱多采用冷軋鋼板噴塑外殼,普通冷軋鋼板箱體基本不具備防火性能[11]。通過(guò)上述分析可知,如采用電纜分支箱作為礦物電纜樹干式配電,無(wú)法滿足JGJ 232規(guī)定的不小于電纜本體耐火等級(jí)的要求。

3.2 預(yù)分支礦物絕緣電纜優(yōu)缺點(diǎn)分析

礦物絕緣預(yù)分支電纜與礦物電纜分支箱比較如表3所示。

表3 礦物絕緣預(yù)/分支電纜與電纜分支箱比較

礦物絕緣預(yù)分支電纜主要用于高層建筑消防負(fù)荷樹干式配電,具有配電安全,防水性、耐腐蝕性、抗震良好、免維護(hù)、綜合成本低等特點(diǎn),與耐火母線槽相比,無(wú)論在制作工藝、材料性能、產(chǎn)品質(zhì)量,還是生產(chǎn)成本和施工方法上,都體現(xiàn)了它的優(yōu)勢(shì)。但分支電纜也有其局限性,由于預(yù)分支電纜在工廠一次成型,因此用戶必須提前提供完整而準(zhǔn)確的資料,特別是配電系統(tǒng)圖和電氣豎井內(nèi)配電系統(tǒng)數(shù)據(jù)(主要包括豎井的高度、層高、每層接頭位置等樓層標(biāo)高剖面圖)。預(yù)分支電纜制作工藝要求較高,對(duì)電纜廠家生產(chǎn)加工工藝要求提出新高度。

3.3 應(yīng)用建議

預(yù)分支礦物絕緣電纜分支節(jié)點(diǎn)處耐火試驗(yàn)、耐火加水試驗(yàn)、耐火加機(jī)械振動(dòng)試驗(yàn)性能與礦物電纜直線段相同,電纜分支點(diǎn)處防火及機(jī)械性能遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)電纜分支接線箱。礦物預(yù)分支電纜可以滿足JGJ 232—2011《礦物絕緣電纜敷設(shè)技術(shù)規(guī)程》的相關(guān)耐火要求。但礦物預(yù)分支電纜也有其局限性:預(yù)分支電纜綜合成本(采購(gòu)+施工)高于礦物電纜加分支箱、預(yù)分支電纜在工廠一次成型、訂貨生產(chǎn)時(shí)用戶必須提供完整且準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)(樓層高度、配電箱安裝高度、分支線長(zhǎng)度、直線段長(zhǎng)度等)、對(duì)施工人員綜合能力有新的要求。綜合考慮分支箱占用豎井面積及線纜整體耐火要求,采購(gòu)成本雖略有增加,但在消防負(fù)荷樹干式配電中優(yōu)先使用預(yù)分支礦物絕緣電纜。

4 結(jié) 語(yǔ)

近些年國(guó)內(nèi)規(guī)范對(duì)線纜耐火等級(jí)要求逐漸嚴(yán)格,長(zhǎng)期以來(lái)礦物絕緣電纜設(shè)計(jì)及施工大多采用分支接線箱,此種敷設(shè)無(wú)法滿足敷設(shè)規(guī)范要求的“中間連接附件的耐火等級(jí)不應(yīng)低于電纜本體”,礦物預(yù)分支電纜能完美地解決分支處防火的問(wèn)題,但由于礦物電纜在生產(chǎn)加工時(shí)有一定的材料和工藝門檻,需要在選擇時(shí)重點(diǎn)關(guān)注分支電纜加工工藝及材料選用,必要時(shí)可截取分支進(jìn)線,進(jìn)行燃燒試驗(yàn),以保障消防線路安全性。