地鐵輕軌交通工程B1級防火電纜設(shè)計范文

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［摘要］為預(yù)防地鐵火災(zāi)，減少地鐵火災(zāi)危害，保護人身和財產(chǎn)的安全，依據(jù)強制性國家標準GB51298—2018專門設(shè)計研發(fā)了針對新建、擴建地鐵和輕軌交通重點工程應(yīng)用的b1級柔性礦物絕緣防火電纜。詳細闡述了該地鐵用B1級防火電纜的耐火與阻燃結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選用及試驗性能指標詳細要求。經(jīng)檢測，該地鐵用B1級防火電纜不僅具有可靠的礦物絕緣電纜防火特性，且具有B1級阻燃性能、低煙無鹵環(huán)保特性，同時在生產(chǎn)、安裝敷設(shè)方面具有普通電力電纜的特點。

［關(guān)鍵詞］防火電纜；B1級；地鐵；礦物絕緣

引言

近年來我國地鐵重點工程迅猛發(fā)展，針對地鐵站人員密集、擁堵，一旦出現(xiàn)火災(zāi)不僅會造成國家財產(chǎn)的損失，而且更為嚴重的是會威脅眾多人員的生命安全，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部和國家市場監(jiān)督管理總局在2018年5月14日聯(lián)合了強制性國家標準GB51298—2018《地鐵設(shè)計防火標準》［1］，該標準于2018年12月1日正式實施。為預(yù)防地鐵火災(zāi)，減少地鐵火災(zāi)危害，保護人身和財產(chǎn)的安全，本公司結(jié)合住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部GB50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》［2］相關(guān)要求，專門設(shè)計研發(fā)了新建、擴建地鐵和輕軌交通重點工程用B1級柔性礦物絕緣防火電纜（簡稱地鐵用B1級防火電纜）。該類電纜不僅具有可靠的礦物絕緣電纜防火特性，且具有B1級阻燃性能、低煙無鹵環(huán)保特性，同時在生產(chǎn)、安裝敷設(shè)方面具有普通電力電纜的特點。本文主要闡述地鐵用B1級防火電纜的耐火與阻燃結(jié)構(gòu)的設(shè)計、材料的選用及試驗性能指標的詳細要求。

1地鐵用電纜標準要求標準

GB51298—2018對地鐵用電線電纜的選擇、敷設(shè)進行了明確規(guī)定：a．為確保消防用電設(shè)備在火災(zāi)時的持續(xù)供電，消防用電設(shè)備的電線電纜應(yīng)采用銅導(dǎo)體。b．為防止電纜燃燒時危及其他系統(tǒng)線路的正常工作，車站及區(qū)間電纜應(yīng)采用阻燃材質(zhì)。地下車站及區(qū)間采用低煙無鹵材質(zhì)電纜，可以最大限度防止電纜燃燒時產(chǎn)生的有害氣體危及人身健康和火災(zāi)時疏散逃生。地上車站及區(qū)間由于所處環(huán)境特點，可采用低煙、低鹵型電纜。c．耐火電纜的選擇應(yīng)根據(jù)消防用電設(shè)備在火災(zāi)發(fā)生期間所需要的最少持續(xù)工作時間來確定。消防用電設(shè)備的供電礦物絕緣類電纜可參考國際上耐火電纜試驗標準，宜選擇能通過950℃、180min燃燒試驗的電纜；消防用電設(shè)備的主干線和分支干線也可采用此類耐火電纜，有利于保證地鐵線路火災(zāi)發(fā)生時設(shè)備供電的可靠性。目前，這類電纜可在國家權(quán)威機構(gòu)按照相關(guān)標準進行燃燒測試取得測試報告。d．電纜的阻燃級別應(yīng)根據(jù)敷設(shè)條件及電纜的非金屬含量進行選擇，考慮到在地鐵工程中敷設(shè)電纜的空間狹小、條件較差以及電纜的整體延續(xù)性，要求敷設(shè)在同一建筑物內(nèi)的電纜的阻燃級別盡量相同，且阻燃級別不應(yīng)低于B級。

2地鐵用B1級防火電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)上述地鐵用電纜標準要求，目前同時符合具有低煙無鹵、阻燃、防火、運行穩(wěn)定及通過國際上耐火燃燒性能的電纜只有礦物絕緣類電纜。礦物絕緣類電纜的發(fā)展歷程如表1所示，可見B1級柔性礦物絕緣防火電纜成為地鐵用電纜的首選。在地鐵用B1級防火電纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，耐火與阻燃結(jié)構(gòu)的設(shè)計是重中之重，為此進行了如下設(shè)計：a．導(dǎo)體采用高純度電工用無氧銅。b．絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計為雙層復(fù)合絕緣，即多層礦物金云母帶＋交聯(lián)聚乙烯或輻照交聯(lián)低煙無鹵阻燃聚烯烴絕緣組合而成。電纜導(dǎo)體上包覆的金云母帶常溫下體積電阻率≥1．0×1010Ω•m，降解溫度為800℃（參見標準GB／T19666—2005附錄C）。雙層復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)可使電纜在標準BS6387：1994規(guī)定試驗條件下（即火焰溫度950℃、3h），電纜內(nèi)部溫度仍在500～600℃，低于云母帶降解溫度，確保電纜可在火焰燃燒情況下正常運行使用。c．纜芯填充是地鐵用B1級防火電纜耐火與阻燃結(jié)構(gòu)設(shè)計的核心，采用無機礦物金屬水合物（即無機礦物氫氧化鎂（Mg（OH）2）混合物）進行纜芯填充，無機礦物金屬水合物填充可在電纜燃燒過程中釋放出游離水和結(jié)晶水［4］，降低電纜溫度，延緩內(nèi)部傳熱速率，起到隔離、降溫、隔熱等作用。d．根據(jù)電纜的使用環(huán)境可不設(shè)或增設(shè)鎧裝層，鎧裝形式可選繞包型、聯(lián)鎖鎧裝型、氬弧焊接軋紋型等。e．外護套采用B1級低煙無鹵阻燃聚烯烴護套料擠出，也可根據(jù)使用環(huán)境采用B1級防鼠蟻防紫外線低煙無鹵阻燃聚烯烴護套料擠出。圖1示出了基本型和鎧裝型地鐵用B1級防火電纜的結(jié)構(gòu)［5］。

3地鐵用B1級防火電纜材料選用

在地鐵用B1級防火電纜的材料選用中，以無機礦物金屬水合物填充和B1級低煙無鹵阻燃聚烯烴護套料最為關(guān)鍵。無機礦物金屬水合物填充是由含硅黏合劑、無機阻燃化合物、礦物化合物、硅酸鹽改性劑、硅酸鹽固化劑、顏料等制成［6］。該無機礦物金屬水合物填充中不含任何可燃性物質(zhì)，具有優(yōu)異的防火效果，在燃燒過程會失去水分吸收大量的熱量，以達到阻燃效果；填充結(jié)構(gòu)層呈多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)溫度上升至350℃時，其中氫氧化鎂等金屬水合物進行化學(xué)反應(yīng)，逐漸釋放出內(nèi)層結(jié)構(gòu)中的游離結(jié)晶水分子，游離水分子釋放過程中，蒸發(fā)降溫，延緩電纜內(nèi)部溫升；多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)具有保溫絕熱作用，可延緩氫氧化鎂等金屬水合物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，同時延緩結(jié)晶水分子蒸發(fā)，等游離水分子蒸發(fā)殆盡時，最終形成多孔網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)的絕熱、隔火材料，進一步起到隔絕火源，延緩電纜內(nèi)部結(jié)構(gòu)溫升的作用，同時形成的多孔結(jié)構(gòu)可以吸附燃燒過程中產(chǎn)生的煙氣。此外，無機礦物金屬水合物是由無機材料制成，因而在遇到高溫燃燒時它不會釋放出任何煙霧和有毒有害氣體，是安全環(huán)保防火電纜最佳材料。電纜外護套采用B1級低煙無鹵阻燃聚烯烴護套料。低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜料通常由聚烯烴共混樹脂＋阻燃填充劑（氫氧化鋁、氫氧化鎂）、一些為了提高耐熱壽命而添加的適量抗氧劑組合而成，由其擠制的護套在電纜燃燒過程中表面會形成一層不熔不燃的氧化物硬殼，阻斷了高聚物與外界熱氧反應(yīng)的通道。該材料結(jié)殼性能是B1級柔性礦物絕緣防火電纜護套材料選擇的關(guān)鍵性指標，更是電纜符合國家強制性標準GB31247—2014整體性要求的關(guān)鍵。

4地鐵用B1級防火電纜耐火和燃燒性能

由于目前尚無阻燃與耐火電纜相關(guān)國家標準頒布，唯有對此類電纜的燃燒試驗性能指標要求，因此地鐵用B1級防火電纜考核耐火性能時參考了國外標準，考核阻燃性能時參考了國家標準。地鐵用B1級防火電纜必須通過BS6387標準規(guī)定的C、Z、W電纜線路完整性試驗或BS8491標準［7］規(guī)定的電纜著火完整性試驗（即額定電壓不超過600V／1000V、外徑不超過20mm電纜試驗應(yīng)執(zhí)行BS6387：2013標準；額定電壓不超過600V／1000V、外徑超過20mm電纜試驗應(yīng)執(zhí)行BS8491：2008標準）；必須滿足GB31247—2014標準規(guī)定的B1級性能要求，依據(jù)GB／T18380《電纜和光纜火焰條件下的燃燒試驗》，B1級防火電纜的阻燃性能指標應(yīng)達4A級以上，具體試樣總體積中所含非金屬材料與阻燃等級如表2所示。通過對耐火與阻燃結(jié)構(gòu)、材料、試驗性能指標的設(shè)計，成功研制了地鐵用B1級防火電纜。經(jīng)國家防火建筑材料質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心檢測，所研制的地鐵用B1級防火電纜的耐火和燃燒性能完全符合相關(guān)標準要求。表3和表4示出了WDZB1－TBTRZY－0．6／1kV3×240＋1×120地鐵用B1級防火電纜的耐火和燃燒性能試驗結(jié)果。

5結(jié)束語

2018年12月1日正式實施的強制性國家標準GB51298—2018標志著地鐵工程的重要性和防火要求的標準性。目前，本公司研發(fā)的新建、擴建地鐵和輕軌交通重點工程用B1級防火電纜已廣泛應(yīng)用于石家莊地鐵、昆明地鐵、呼和浩特地鐵、成都地鐵和北京地鐵等重點項目上，運行良好，受到用戶一致好評，成為用戶首選的優(yōu)質(zhì)電纜產(chǎn)品，尤其是在消防設(shè)備B1級防火電纜的選用上。時間是驗證產(chǎn)品質(zhì)量的最好手段，相信隨著我國地鐵工程的快速穩(wěn)健的發(fā)展，未來B1級防火電纜將迎合市場、跟隨市場獲得良好的發(fā)展前景。

［參考文獻］

［1］住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部．地鐵設(shè)計防火標準：GB51298—2018［S］．北京：中國計劃出版社，2018．

［2］住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部．建筑設(shè)計防火規(guī)范：GB50016—2014［S］．北京：中國計劃出版社，2014．

［3］全國消防標準化技術(shù)委員會防火材料分技術(shù)委員會．電纜及光纜燃燒性能分級：GB31247—2014［S］．北京：中國標準出版社，2015．

［4］浙江大學(xué)．普通化學(xué)［M］．北京：人民教育出版社，1981．

［5］王春江．電線電纜手冊：第一冊［M］．北京：機械工業(yè)出版社，2014．

［6］蔣仁章，范濤，田鳴．B1級柔性礦物絕緣防火電纜的設(shè)計［J］．光纖與電纜及其應(yīng)用技術(shù)，2018（6）：18－22．

作者：黃曉寶 肖俊 葉明春 單位：安徽太平洋電纜股份有限公司