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1、前言

隨著社會的發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴大，高樓大廈不斷涌現(xiàn)，重要建筑物不斷增多。由電氣線路而引起的火災，特別是特大火災事故觸目驚心，危及生命財產(chǎn)安全，而一些傷亡慘重、影響巨大的火災，往往引發(fā)系列社會問題進而問責追究。一旦火災發(fā)生，救援極其重要，消防水泵、消防排煙、應急照明、消防電梯等救援設備都成了人員逃生的保障，而這些保障的“生命線”就是——防火電纜。由于火災的頻繁發(fā)生和嚴重后果，各國越來越重視防火電纜的性能和試驗，表1例舉了部分國家和地區(qū)的防火電纜結構和試驗標準條件，從表1中可以看出GB、IEC、BS、AS等標準對防火電纜的試驗性能的不同要求，其中BS和AS兩種試驗條件較為苛刻。我國防火電纜主要執(zhí)行國家標準，防火性要求通過BS 6387或BS8491的耐火+振動+噴淋的耐火試驗。

目前市場上的防火電纜，從絕緣材料上主要分為兩大類，即氧化鎂絕緣防火電纜和云母礦物質(zhì)復合絕緣防火電纜，通俗習慣分別稱為剛性防火電纜和柔性防火電纜。由于結構設計、材料工藝的不同，兩類電纜在滿足防火性能要求的前題下各有特色，也各自存在一些需改善的方面。作為剛性防火電纜，其耐火耐高溫、耐輻照、壽命長、接地好等優(yōu)點無可挑剔，但在實際安裝中，也會表現(xiàn)出實芯導體結構相對硬、工期較長等情形。而另一大類是采用絞合導體+礦物復合絕緣+金屬套或防火泥復合護層的柔性防火電纜，理論上講管狀金屬或經(jīng)過軋紋機械形變后的金屬套防火電纜，稱其柔性主要是相對實芯導體而言的；而采用防火泥隔離結構的防火電纜，其柔性也會受到防火泥成型后硬的限定。與常規(guī)電纜相比，這些防火電纜在接頭方面需要專門的附件和技術，實現(xiàn)預分支方面更存在難度；它們的分支接頭往往采用分支箱進行連接，除了安裝復雜困難，施工強度大外，防火性能、接頭性能和密封防潮性能也參差不齊。

我們從結構和材料上對防火電纜進行了深入的研究，將電纜的柔軟性、防火安全性和施工方便快捷性為研究方向，研制開發(fā)一種柔性防火電纜，全面通過了GB、IEC、BS、AS試驗，是一種真正柔性的防火電纜。在此基礎上，我們立項研發(fā)了預制分支型環(huán)保防火電纜，此預制分支防火電纜制造成本較低，不僅保留了傳統(tǒng)防火電纜的優(yōu)點，還克服了一般防火電纜防火層吸潮、電纜柔軟性差等問題，安裝敷設方便快捷，可根據(jù)用戶需求整根整盤交貨，無需中間接頭，具有較好的市場前景。

表1  部分國家和地區(qū)的防火電纜結構和試驗標準條件

2、高柔性防火電纜及其預制分支的結構設計

高柔性防火電纜及預制分支防火電纜的設計，是依據(jù)GB/T 12706.1-2008額定電壓1kV擠包絕緣電力電纜和JB/T 10636-2006額定電壓0.6/1kV銅芯塑料絕緣預制分支電纜的基本要求，并實現(xiàn)防火和預制分支防火的功能。

2.1 主要性能指標

（1）導體直流電阻符合GB/T 3956的規(guī)定。

（2）成品電纜應經(jīng)受3.5kV，5min交流耐壓試驗，不擊穿。

（3）絕緣物理機械性能：絕緣老化前抗張強度≥12.5MPa；絕緣老化前斷裂伸長率≥200%；老化條件：溫度135℃，時間168h；絕緣老化后抗張強度變化率不超過±25%；絕緣老化后斷裂伸長率變化率不超過±30%。

（4）護套物理機械性能：護套老化前抗張強度≥9.0MPa；護套老化前斷裂伸長率≥125%；老化條件：溫度100℃，時間168h；護套老化后抗張強度≥9.0MPa；護套老化后抗張強度變化率不超過±40%；護套老化后斷裂伸長率≥100%；護套老化后斷裂伸長率變化率不超過±40%。

（5）分支連接體浸水后應經(jīng)受3.5kV，5min交流耐壓試驗，不擊穿。

（6）分支連接體浸水1h后絕緣電阻應不于小200MΩ。

（7）分支連接金具熱循環(huán)試驗應符合JB/T 10636中的規(guī)定，即第25次熱循環(huán)溫升不大于75℃；第26~125次熱循環(huán)溫升不大于第25次熱循環(huán)實際測定值加8℃。

（8）無鹵低煙環(huán)保特性：成品電纜燃燒煙密度試驗，透光率大于60%；電纜燃燒釋放氣體pH值大于4.3，電導率小于10μS/mm。

（9）阻燃性能：電纜的阻燃性能應符合GB/T 19666中的規(guī)定。

（10）耐火性能：耐火等級可根據(jù)GB/T 19216.21-2003《在火焰條件下電纜或光纜線路完整性試驗》的試驗方法，耐火溫度由原標準中750±40℃提高到950~1000℃，供火時間由原標準中提供90min提升到5h，2A熔斷器不斷，指示燈不熄。

防火性能：防火性能滿足英國BS6387或BS8491的CWZ最高級別，即：C-在950℃±40℃火焰中燃燒3h，2A熔斷器不斷，指示燈不熄；W-在650℃±40℃火焰中燃燒15min，另加水噴淋15min，2A熔斷器不斷，指示燈不熄；Z-在950℃±40℃火焰中燃燒15min，另在15min內(nèi)每隔30s震動一次，2A熔斷器不斷，指示燈不熄。

2.2根據(jù)產(chǎn)品性能，對各組成元件的設計要求

（1）導體

為提高電纜柔軟性能，導體采用若干根圓單線通過可退扭型絞線機按適當?shù)墓?jié)距絞制而成，定徑位置采用納米鉆石模拉拔，增加表面光潔度，不會發(fā)生因導體不光潔而損壞耐火隔離層的現(xiàn)象，該導體使電纜能適用于彎曲半徑更小的敷設環(huán)境。

（2）防火復合絕緣

根據(jù)不同耐火材料的耐火及電性能，選用以煅燒云母紙、玻璃纖維布、有機硅樹脂為基材制成的煅燒氟金云母帶作為耐火層。此種云母帶與傳統(tǒng)云母帶相比，耐溫等級、柔軟性能更優(yōu)，且不含結晶水，熔點高。

為進一步提高電纜防火性能，保證耐火性能基礎上，提高電纜的柔軟性，采用隔溫、隔熱、強度優(yōu)異的陶瓷化防火型復合帶作為防火層。

選用加入功能型材料瓷化粉和炭黑、助劑等材料經(jīng)過混煉制成的陶瓷化硅橡膠擠絕緣，提高抗開裂、高阻燃性能，在保證柔軟性、耐火性能基礎上，增加電纜防水抗震性能，確保通過英國BS6387振動和噴淋燃燒試驗。

（3）防火護層

外護套材料采用以硅橡膠（或聚烯烴）為基材，加入功能型材料瓷化粉和炭黑、助劑等材料經(jīng)過混煉制成的抗開裂高阻燃陶瓷化彈性體材料。

抗開裂高阻燃陶瓷化彈性體材料在常溫下無毒、無味，具有很好的柔軟性和彈性，以及優(yōu)異的防潮性和抗吸水性。在火焰的燒蝕下，燃燒2-4min后即開始燒結成堅硬的陶瓷狀鎧裝殼體，此殼體可以非常有效的阻擋火焰的繼續(xù)燃燒，具有優(yōu)良的隔熱性、隔火耐火性，同時可承受一定的沖擊和振動，防止水的滲入。成品電纜無毒、環(huán)保，不含重金屬及有毒有害物質(zhì)，電纜僅導體材料為金屬，與其他防火電纜相比，除具有優(yōu)異的防火性能外，還具有較好的柔軟性能。

高柔性防火電纜的結構設計見圖1。

1、圓單線，2、股線，3、高柔性或軟結構導體，4軟結構保護層（可選），5、耐火云母層，6、防火層，7、高溫絕緣層（可選），8、柔性礦物質(zhì)填充，9、抗開裂陶瓷化彈性體（可選）。

圖1  高柔性防火電纜的結構示意圖

（4）分支防火連接體

分支防火連接體是預制分支防火電纜中的關鍵部位，分支連接的質(zhì)量直接影響到分支防火電纜的使用性能、防火特性和使用壽命。導體連接采用專用金具，專用金具銅材執(zhí)行GB/T 5231中二號銅（T2）的規(guī)定，連接時應防止導體受損或斷芯，連接后電纜導體的抗張強度不低于原值的80%。

與高柔性防火電纜一樣，防火型預制分支連接導體外也采取多層防火復合結構。通常內(nèi)層采用與主干線一致的云母帶繞包，允許連接導體外包裹軟結構保護層，防止在包裹過程中云母受損；次層采用陶瓷化防火復合帶搭蓋纏繞，纏繞厚度以稍稍超出電纜絕緣外徑為宜；最外層采用陶瓷化低煙無鹵阻燃硅橡膠（或聚烯烴）注塑，成型后外觀應光滑平整。注塑后與干線防火電纜成為一體，增強了分支防火電纜的氣密性，預制分支防火連接體的各項性能都應符合標準要求，產(chǎn)品外觀光滑美觀，機械電氣和防火性能優(yōu)良。

防火型預制分支體的典型結構示意圖見圖2。

1、柔性結構導體，2、軟結構保護層（可選），3、耐火云母層，4、防火層，5、高溫絕緣層（可選），6、抗開裂陶瓷化彈性體（可選），7、分支導體連接器，8、干線防火電纜，9、分支防火連接護層，10、支線防火電纜，11、分支防火連接體。

圖2  預制分支防火電纜的結構示意圖

3、高柔性防火電纜及其預制分支的工藝實現(xiàn)

3.1 工藝流程

高柔性防火電纜及其預制分支的制造工藝與普通電纜一致，在材料選型合適和掌握關鍵技術的前提下，采用常規(guī)電纜設備即可進行產(chǎn)品制造。相應的工藝流程如圖3所示。

圖3  預制分支火電纜的工藝流程圖

3.2  生產(chǎn)過程中的注意事項

在試制和批量生產(chǎn)過程中，為提高產(chǎn)品的阻燃、柔軟、耐火、抗震、防潮、環(huán)保等性能，須從各個工序入手，全面監(jiān)控過程中的各個環(huán)節(jié)和要素，以穩(wěn)定和提高產(chǎn)品的性能指標，應注意以下幾點：

（1）應保證導體絞合結構圓整穩(wěn)定，表面光潔、無毛刺，其絞合節(jié)距符合應用時的彎曲半徑和柔軟性要求。

（2）采用合成云母帶繞包時，應保持外表平整服貼，沒有起皺卷曲現(xiàn)象，通常外層包覆一層耐高溫防火帶，確保耐火穩(wěn)定性。在實際生產(chǎn)中，采用張力在線跟蹤自動可調(diào)式臥式繞包機，實現(xiàn)耐火帶和高溫防火帶一次性繞包，合理調(diào)控繞包張力和角度，使得繞包平整、無皺折。

（3）在擠制陶瓷化低煙無鹵彈性體時，擠出機各區(qū)的加熱溫度比普通低煙無鹵料要高些，具體溫度設置可根據(jù)實際擠出高溫狀態(tài)的柔軟程度和冷卻成型后的機械性能而確定。注塑預制分支時，每次成型后要及時清理注塑孔的注塑料，防止成型冷卻后堵塞通道。

4、高柔性防火電纜及其分支的特點

高柔性防火電纜及分支防火電纜在2014年試制后，經(jīng)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)督檢驗中心的測試，產(chǎn)品均符合標準規(guī)定，并經(jīng)過相關單位的多年使用，效果良好，達到了設計要求，產(chǎn)品具有以下特點：

（1）產(chǎn)品與常規(guī)電纜外徑相近，具有高柔性。

（2）除了高阻燃(A類)、低煙無鹵，高防火特性外，絕緣電阻和彎曲性能均有大幅提高。

（3）導體截面大，單芯可達630mm²，多芯可達300mm²。

（4）預制分支產(chǎn)品的干線、支線電纜均滿足BS6387/BS8491防火性能要求；分支連接體也滿足BS標準防火性能要求。

（5）分支連接體的分支壓接導體抗拉強度、浸水電壓試驗、分支連接體浸水絕緣電阻試驗均符合行業(yè)標準規(guī)定；通過JB/T 10636規(guī)定的分支連接金具熱循環(huán)試驗。

（6）敷設安裝回歸到傳統(tǒng)電纜安裝工藝上，施工與維護簡便，可靠性高。

（7）由于在生產(chǎn)中預制分支，安裝簡便，節(jié)省了現(xiàn)場的施工時間和勞動強度，防火和密封性能好。可廣泛應用于建筑工程中垂直和水平輸配電線路，具有經(jīng)濟、施工周期短、高質(zhì)量、氣密、防水、防火、免維護等特點。

5、結束語

高柔性防火電纜及分支防火電纜主要應用于高層建筑、冶金、醫(yī)院、名勝古跡、博物館等領域，適用于主干線路、消防線路、逃生救援系統(tǒng)，如應急照明、火災監(jiān)測、報警系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)、排煙系統(tǒng)，以及控制線路等。產(chǎn)品具備較好的電性能、耐高低溫、防火性、抗沖擊性，還可用于特殊行業(yè)或其他對環(huán)境要求嚴苛的領域，具有廣闊的市場前景。