安全消防類電纜已成為我國安全電能傳動技術(shù)的重要發(fā)展方向，其中作為代表的B1級電纜已在建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中得到明確使用，如：GB 51348—2019《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中第13.8.4條明確規(guī)定：“在人員密集場所疏散通道采用的火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)的報(bào)警總線，應(yīng)選擇燃燒性能B1級的電線、電纜”；DGJ 08-2048—2016《民用建筑電氣防火設(shè)計(jì)規(guī)范》中第8.2.2條明確規(guī)定：“建筑高度大于250m的建筑，建筑面積大于250000m2的高層公共建筑和建筑面積大于40000m2的地下、半地下商店所選的電纜應(yīng)通過B1級試驗(yàn)”。

目前電纜制造行業(yè)依據(jù)GB 31247—2014《電纜及光纜燃燒性能分級》進(jìn)行B1級電纜制造，但該標(biāo)準(zhǔn)僅規(guī)定了B1級電纜的燃燒性能試驗(yàn)方法和性能判據(jù)，并未明確B1級電纜的材料性能和結(jié)構(gòu)要求，這給電纜制造企業(yè)帶來了一定的困擾。本工作以B1級控制電纜為例，通過試驗(yàn)研究電纜的燃燒性能，總結(jié)B1級電纜護(hù)套材料的選型及繞包結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路，為B1級電纜的開發(fā)與制造提供參考。

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試驗(yàn)部分

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試驗(yàn)方法

試驗(yàn)方法和性能判據(jù)依據(jù)GB 31247—2014《電纜及光纜燃燒性能分級》標(biāo)準(zhǔn)中的B1級燃燒性能等級對應(yīng)的方法和判據(jù)。

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試驗(yàn)裝置

依據(jù) GB/T 31248—2014《電纜或光纜在受火條件下火焰蔓延、熱釋放和產(chǎn)煙特性的試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)，B1級電纜試驗(yàn)裝置由燃燒室、空氣供給系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)梯、點(diǎn)火源等組成，試驗(yàn)裝置參考標(biāo)準(zhǔn)中相應(yīng)內(nèi)容。

?護(hù)套料選型、測試及驗(yàn)證1

B1級電纜型號規(guī)格及電壓等級

B1級電纜中，0.6/1kV電力電纜和450/750V控制電纜為常用產(chǎn)品，使用面比較廣。450/750V控制電纜與0.6/1kV電力電纜相比，其非金屬材料占比較高，因此450/750V控制電纜的B1級燃燒試驗(yàn)難度一般高于0.6/1kV電力電纜，基于此，本工作以控制電纜常用規(guī)格WDZB1-KYJY-450/750 4×1.5為例進(jìn)行驗(yàn)證，其結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

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護(hù)套料測試

根據(jù)B1級燃燒性能判據(jù)及電纜垂直燃燒時(shí)由外向內(nèi)、向上延燃的特點(diǎn)，電纜結(jié)構(gòu)中最外層的護(hù)套料在B1級電纜燃燒性能中起著至關(guān)重要的作用，為使對比有意義，本次試驗(yàn)對兩組相同結(jié)構(gòu)、型號、規(guī)格的WDZB1-KYJY-450/750 4×1.5電纜進(jìn)行B1級燃燒性能測試。第1組電纜由內(nèi)到外依次是銅導(dǎo)體、交聯(lián)聚乙烯絕緣、兩層高阻燃包帶和常規(guī)低煙無鹵阻燃聚烯烴護(hù)套，第2組電纜唯一區(qū)別是護(hù)套為燃燒結(jié)殼性低煙無鹵阻燃聚烯烴護(hù)套。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

結(jié)果表明，當(dāng)電纜采用燃燒結(jié)殼性低煙無鹵阻燃聚烯烴護(hù)套料時(shí)，其火焰蔓延長度、熱釋放速率峰值、受火1200s內(nèi)的熱釋放總量、燃燒增長速率指數(shù)、產(chǎn)煙速率峰值、受火1200s內(nèi)的產(chǎn)煙總量、透光率及垂直火焰蔓延等指標(biāo)均優(yōu)于常規(guī)低煙無鹵阻燃聚烯烴護(hù)套料。

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B1級護(hù)套料選型與控制

通過上一節(jié)的試驗(yàn)分析，當(dāng)護(hù)套料具有燃燒結(jié)殼特性時(shí)，可顯著提高電纜的B1級燃燒性能指標(biāo)，但由于標(biāo)準(zhǔn)GB 31247—2014和GB/T 32129—2015中均未明確該項(xiàng)指標(biāo)的技術(shù)要求，導(dǎo)致缺少從源頭進(jìn)行B1級燃燒性能控制的手段。

為解決此問題，本工作在原材料基礎(chǔ)性能符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 32129—2015的前提下，借鑒電纜單根垂直燃燒原理，設(shè)計(jì)B1級護(hù)套料“燃燒結(jié)殼性試驗(yàn)裝置”，對上一節(jié)中兩種不同護(hù)套料進(jìn)行多次燃燒試驗(yàn)，得出一種B1級護(hù)套料選型與控制方法，具體如下：

1）試樣制備。按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 32129—2015中5.2模壓法進(jìn)行壓片，將電纜料顆粒在煉塑機(jī)上塑化、出片，放在液壓機(jī)中，在不加壓情況下，預(yù)熱10min，然后加壓并保持5min，煉塑機(jī)及液壓機(jī)的加工溫度根據(jù)材料的塑化特征進(jìn)行設(shè)定，確保材料在加工過程中能充分塑化并未分解，液壓機(jī)的加壓壓力不應(yīng)小于15MPa，然后加壓冷卻至室溫。樣片參考長×寬×厚為160mm×160mm×3mm，然后采用模壓刀壓制出長×寬×厚為140mm×6mm×3mm的長方體試樣。

2）試驗(yàn)條件。試驗(yàn)應(yīng)在（23±2）℃的環(huán)境中進(jìn)行。

3）試驗(yàn)裝置。試驗(yàn)裝置由BDP-220-A卡式純丁烷噴燈和固定支架組成，見圖2。

4）試驗(yàn)步驟。將試樣垂直固定在支架上，調(diào)整試樣高度，使試樣底端與噴燈嘴下沿基本位于同一水平線上，然后調(diào)整噴燈距離，使噴燈口與試樣水平距離為120mm，點(diǎn)燃噴燈，調(diào)整噴燈閥至藍(lán)色火焰長度為100mm后開始計(jì)時(shí)，保持3min。

5）結(jié)果判定。試驗(yàn)過程中應(yīng)無燃燒滴落物，停止供火后5s內(nèi)火焰應(yīng)自動熄滅，燃燒結(jié)殼性結(jié)果判定見圖3。

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B1級護(hù)套料選型驗(yàn)證

為驗(yàn)證B1級護(hù)套料選型與控制方法是否有效，本工作選取了某供應(yīng)商的B1級護(hù)套料和常規(guī)護(hù)套料，分別對原材料和成品進(jìn)行了對比。

原材料基礎(chǔ)性能試驗(yàn)依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 32129—2015進(jìn)行，某供應(yīng)商的B1級護(hù)套料與常規(guī)護(hù)套料的性能對比見表2。

護(hù)套料燃燒結(jié)殼性試驗(yàn)對比見表3。

采用常規(guī)護(hù)套料和某供應(yīng)商的B1級護(hù)套料兩種護(hù)套料對應(yīng)的成品電纜WDZB1-KYJY-450/750 4×1.5 B1級燃燒試驗(yàn)對比結(jié)果見表4。

由表2、表3和表4結(jié)果可以得出以下結(jié)論：

1）具有燃燒結(jié)殼性功能的B1級護(hù)套料在抗張強(qiáng)度、斷裂伸長率、抗開裂性能、低溫性能、高溫性能和氧指數(shù)等方面和常規(guī)護(hù)套料均可滿足國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 32129—2015的要求。

2）按照本工作中設(shè)計(jì)的B1級護(hù)套料選型與控制方法篩選出的護(hù)套料對應(yīng)的成品電纜，通過了國家標(biāo)準(zhǔn)GB 31247—2014中規(guī)定的B1級燃燒試驗(yàn)。

?繞包結(jié)構(gòu)對燃燒性能的影響

試驗(yàn)經(jīng)大量燃燒后發(fā)現(xiàn)，WDZB1-KYJY23-450/750 4×1.5鎧裝型電纜在B1級燃燒試驗(yàn)中容易出現(xiàn)燃燒滴落物情況，觀察B1級燃燒試驗(yàn)過程發(fā)現(xiàn)，電纜護(hù)套在燃燒時(shí)會結(jié)殼膨脹，形成一層防火保護(hù)層，但由于該類電纜設(shè)置了金屬鎧裝層，表面比較光滑，導(dǎo)致護(hù)套料在燃燒時(shí)中不易附著在纜芯上而脫落。

為了改善此問題，在符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的前提下，在金屬鎧裝層外增加兩層高阻燃包帶，以驗(yàn)證繞包結(jié)構(gòu)對鎧裝電纜B1級燃燒性能的影響。

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B1級電纜樣品

本次驗(yàn)證以WDZB1-KYJY23-450/750 4×1.5鎧裝型控制電纜為例，設(shè)置兩組電纜樣品，其中第1組電纜樣品鎧裝層外無包帶結(jié)構(gòu)；第2組電纜樣品鎧裝層外有兩層高阻燃包帶結(jié)構(gòu)，除此之外兩組樣品無差異。

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不同繞包結(jié)構(gòu)的燃燒測試

WDZB1-KYJY23-450/750 4×1.5 電纜燃燒測試結(jié)果

由圖4可知，鎧裝層外無包帶結(jié)構(gòu)的電纜B1級燃燒試驗(yàn)后護(hù)套脫落明顯，露出了金屬鎧裝層，試驗(yàn)箱體底部有燃燒滴落物，而鎧裝層外有包帶結(jié)構(gòu)的電纜B1級燃燒試驗(yàn)后無燃燒滴落物。由此可知，鎧裝層外設(shè)置高阻燃包帶可以明顯改善B1級鎧裝電纜燃燒滴落物問題。

本工作針對WDZB1-KYJY-450/750 4×1.5電纜燃燒結(jié)殼性護(hù)套料和WDZB1-KYJY23-450/750 4×1.5電纜鎧裝外繞包結(jié)構(gòu)對B1級燃燒性能的影響進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)相較于常規(guī)護(hù)套料，采用具有燃燒結(jié)殼性功能的護(hù)套料可以顯著提升電纜的B1級燃燒性能；相較于金屬鎧裝外無阻燃包帶電纜，在金屬鎧裝外增加高阻燃包帶可以顯著降低電纜B1級燃燒試驗(yàn)時(shí)護(hù)套滴落問題。

本工作設(shè)計(jì)了B1級護(hù)套料“燃燒結(jié)殼性試驗(yàn)裝置”，并通過護(hù)套料燃燒結(jié)殼性試驗(yàn)驗(yàn)證了B1級燃燒性能，結(jié)果表明護(hù)套料燃燒結(jié)殼性對電纜B1級燃燒性能有一定的影響，為B1級護(hù)套料的選型提供參考，并改善現(xiàn)階段B1級護(hù)套料無標(biāo)準(zhǔn)可依的情況。