一種銅金屬外殼裝置預制分支防火電纜的設計與檢測

摘要：按照國標《建筑設計防火規范》（GB 50016—2014）及防火電纜相關檢驗規范，設計一種銅金屬外殼裝置的預制分支防火電纜，重點闡述了產品工藝結構及主要檢測項目的驗證。通過多次結構優化和檢驗驗證，在環保及防火性能上達到國標要求，有效解決了施工現場因主干電纜與支線電纜接頭處理不到位導致防火性能喪失等問題。

關鍵詞：柔性防火電纜;金屬外殼;預制分支防火電纜

0 ? ?引言

近年來，由于國家對環保及消防安全方面的重視，電線電纜行業研發和設計向環保及安全使用性能等領域發展。柔性礦物絕緣電纜（簡稱“防火電纜”）NG/A-（BTLY）、BBTRZ等在火災中能保持供電并承受消防水噴淋及重物跌落沖擊，因而在設計上環保要求較高、安全系數等級要求較嚴的建筑領域廣泛使用。在人員密集及消防安全等級較高的場所，由于敷設現場的復雜性，所使用的防火電纜因其結構的特殊性主干電纜與支線電纜接頭處理可能不到位，一旦防火電纜的結構受到破壞，必然造成安全隱患，而且會使電纜失去防火、環保等性能。因此，結合實際安裝需求，設計和開發一種新型預制分支防火型環保電纜很有必要，其既要像普通分支電纜一樣安裝方便、快捷、無故障風險、運行可靠，又要做到分支頭達到消防驗收的標準。本公司設計、開發了一種銅金屬外殼固定裝置的預制分支防火電纜，并通過線路完整性檢測，已率先應用于市場。發生火災時，線路可持續通電延緩3 h，給人員逃生提供了很大幫助，減少了火災發生時的人員傷亡。

1 ? ?防火電纜產品結構

常用的礦物復合絕緣鋁護套柔性防火電纜產品結構如圖1所示，包括退火軟銅導體、耐高溫950 ℃及以上合成云母帶、陶瓷化防火硅橡膠絕緣層、阻燃填充繩、阻燃繞包帶、擠包或軋紋鋁護套、PE隔離層骨架、氫氧化鎂防火層、無鹵低煙聚烯烴外護套。

2 ? ?預制分支防火電纜分支包原方案設計結構

把礦物復合絕緣鋁護套柔性防火電纜主干線和分支線剝離、合成與修復，使預制分支防火電纜分支包性能符合防火特性的設計要求。

2.1 ? ?原方案設計

（1）導體;（2）C形夾;（3）耐火層云母繞包帶;（4）交聯聚乙烯絕緣;（5）無鹵低煙聚烯烴注塑護套。

2.2 ? ?結構材料設計及性能說明

（1）導體：由退火類柔軟性電解純銅組成。

（2）C形夾：用于導體分支連接體固定主體電纜導體和分支電纜導體。

（3）耐火層云母繞包帶：采用繞包云母帶作為耐火絕緣層，云母帶具有優良的電氣、耐高溫、耐燃燒性能，良好的柔軟性及拉伸強度，適用于高速繞包工藝。明火燃燒時基本不存在有害煙霧的揮發，并能保證線路的完整性。

（4）交聯聚乙烯絕緣：長期允許工作溫度可達90 ℃，同時擊穿場強高，介質損耗低。交聯聚乙烯不含鹵素，具有環保性能，燃燒時發煙量低且不含有毒氣體。

（5）無鹵低煙聚烯烴注塑護套：材料燃燒時阻燃性能穩定，完全不含鹵素成分，釋放的煙霧和有毒氣體極少，不影響人員視線，適用于空間較小的隧道和地鐵敷設場所。

3 ? ?原方案試驗檢測驗證

防火電纜設計完成后所進行的必要驗證項目有工頻交流耐壓試驗、絕緣電阻測試、線路完整性耐火試驗，以驗證電纜是否符合設計要求。

3.1 ? ?工頻交流耐壓試驗

試驗原理：通過高壓試驗后用有無被擊穿來判斷產品質量的好壞，是有效檢驗電纜質量缺陷的手段之一。

試驗結論：按照《電線電纜電性能試驗方法 第8部分：交流電壓試驗》（GB/T 3048.8—2007）要求：交流耐壓試驗要求進行檢測，電纜浸水時間不小于1 h;施加3.5 kV工頻電壓5 min不擊穿。交流耐壓試驗通過，如表1所示。

3.2 ? ?絕緣電阻測試

試驗原理：在電線電纜中，絕緣電阻是影響其質量的關鍵因素和主要指標，絕緣電阻可以反映出電線電纜在電和熱擊穿過程中的能力，通過測量絕緣電阻，可以分析評價電線電纜的質量優劣。

試驗結論：按照《電線電纜電性能試驗方法 第5部分：絕緣電阻試驗》（GB/T 3048.5—2007）要求：絕緣電阻試驗浸水不小于1 h，測試電壓500～1 000 V時≥200 MΩ·km。實測220 MΩ·km，試驗通過，如表1所示。

3.3 ? ?線路完整性耐火試驗

試驗原理：電纜外徑大于20 mm，按照《用于煙和熱控制系統及其他特定的仍在繼續的火災安全系統部件的大直徑電力電纜著火完整性的評定方法》（BS 8491：2008）要求，來檢驗電纜設計是否符合防火性能的要求;電纜外徑小于等于20 mm，按照《電纜在火焰條件下保持線路完整性的耐火試驗方法》（BS 6387：2013）來驗證電纜是否達到防火性能的要求。線路完整性試驗時，試樣施加電壓為該電纜額定電壓0.6/

1 kV，受火溫度為830～870 ℃，受火時間120 min;受火10 min開始沖擊，每隔10 min沖擊一次;試驗結束前5 min開始噴水，每隔60 s噴水一次，每次噴水持續5 s;線路保持完整，熔斷器不斷，指示燈不滅。

試驗結論：按照BS 8491：2008要求，受火及機械振動120 min（試驗115 min時噴水）后，指示燈熄滅，線路完整性耐火試驗不通過，具體檢測數據匯總如表1所示。

4 ? ?方案優化

基于原方案檢驗數據梳理分析，浸水后的絕緣雖然達到設計要求，但設計裕度偏低，有產品設計優化的必要性。線路完整性試驗未通過，電纜設計防火性能達不到使用要求，主要是由于設計上沒有充分應用具有防火性的絕緣材料和護套材料，原方案中所使用絕緣層為云母加交聯聚乙烯材料，在絕緣性能上符合電力電纜正常線路運行的要求，但火災發生時，不具備必要的防火性能，特別是交聯聚乙烯材料在線路完整性測試初始階段前10 min已完全被高溫融化，線路相與相之間失去絕緣性，導致檢測驗證失敗。無鹵低煙聚烯烴注塑護套在火災高溫環境下雖然達到環保性能，但該材料并不阻熱，火災中的熱量仍能通過護套層傳到內部絕緣層，沒有起到防火保護的作用。

4.1 ? ?改進后方案設計

根據檢驗數據分析改進結構，優化后產品結構如圖2所示，具體包括：（1）導體;（2）C形夾;（3）防火層云母繞包帶;（4）陶瓷化防火硅橡膠絕緣帶;（5）耐高溫熱固性彈性體防火硅凝膠;（6）銅金屬固定裝置分支盒。

4.2 ? ?結構材料設計及性能說明

（1）導體、C形夾、云母繞包耐火層維持原方案不變。

（2）陶瓷化防火硅橡膠絕緣帶：為有機硅和無機的二氧化硅，另加入陶瓷化粉和耐火材料組成;其性能克服了耐火云母發脆、撞擊易脫落等缺點，具有防火、耐火、阻燃、低煙、無毒、高絕緣等性能，為防火電纜應用的一種性能優良的新材料，被燒后形成堅硬的殼體，但仍具有良好的絕緣電阻，可以使線路在火焰中持續通電3 h以上，從而為火災時人員的疏散和搶救爭取了寶貴的時間。常溫下和普通的橡膠帶類似，較為柔軟，方便纏繞操作，耐火溫度為2 800 ℃以上。

（3）耐高溫熱固性彈性體硅凝膠：為防火、耐火、阻燃絕緣材料，能將纜芯隔離起來。分為A、B兩袋，在使用時將A、B兩袋混合均勻，從銅金屬外殼固定裝置預留口處倒入，倒滿為止，硅凝膠在20 min內變為固體，具有橡膠的柔彈性、避震抗沖擊、防火等性能，絕緣性能和機械性能優越。

（4）銅金屬固定裝置分支盒：置于電纜最外層，厚度1.2 mm，耐火溫度為1 082 ℃，高于火焰溫度600～1 000 ℃;其具有防機械損傷、耐磨、抗壓、防爆等性能，安裝簡易，由上、下相同形式的銅制金屬盒組成，兩端可根據電纜外徑的尺寸選擇大小，安裝時上、下合起，邊隙用橡膠條密封，螺絲加固，灌膠口在分支盒最上端，灌膠后由螺絲密封。

5 ? ?優化后試驗檢測驗證

產品優化后，工頻交流耐壓試驗、絕緣電阻測試、線路完整性耐火試驗均符合相關標準要求。具體線路完整性檢測如圖3所示，優化后檢測數據匯總表如表2所示。

6 ? ?結語

本文針對防火電纜預制分支包進行了設計和檢測驗證，并據此反復優化結構，再檢測驗證，從而達到防火性能技術要求，既滿足了普通分支電纜的特點及安裝要求，又有效解決了現場敷設安裝電纜時主干線路與分支線路加接頭處理不理想破壞防火性能的問題。本次基于檢驗數據分析優化設計的防火電纜預制分支包不僅性能檢測驗證達到防火性能技術要求，實現了防火電纜主干線路與分支線路連接時不破壞本身的防火性能，而且由于使用了銅外殼分支包模型，從外觀上得到了客戶的認可，客戶認為銅外殼分支包是最好的防火護層。該產品在消防領域安全防火等級較高的電纜安裝場所有較好的發展前景，目前該產品市場反響良好，促使公司防火電纜業務快速增長。本公司會在后續的市場驗證過程中，積極針對客戶安裝使用時提出的意見和建議，持續優化改進，努力提高產品安裝敷設的使用性能，密切關注客戶的實際使用效果，把預制分支防火電纜推向更大的市場。

[參考文獻]

[1] 用于煙和熱控制系統及其他特定的仍在繼續的火災安全系統部件的大直徑電力電纜著火完整性的評定方法：BS 8491：2008[S].

[2] 電纜在火焰條件下保持線路完整性的耐火試驗方法：BS 6387：2013[S].

收稿日期：2020-08-04

作者簡介：龍景陽（1979—），男，河南人，電線電纜制造技師，研究方向：電線電纜產品研發及生產制造。