地铁轻轨交通工程B1级防火电缆设计范文

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［摘要］为预防地铁火灾，减少地铁火灾危害，保护人身和财产的安全，依据强制性国家标准GB51298—2018专门设计研发了针对新建、扩建地铁和轻轨交通重点工程应用的b1级柔性矿物绝缘防火电缆。详细阐述了该地铁用B1级防火电缆的耐火与阻燃结构设计、材料选用及试验性能指标详细要求。经检测，该地铁用B1级防火电缆不仅具有可靠的矿物绝缘电缆防火特性，且具有B1级阻燃性能、低烟无卤环保特性，同时在生产、安装敷设方面具有普通电力电缆的特点。

［关键词］防火电缆；B1级；地铁；矿物绝缘

引言

近年来我国地铁重点工程迅猛发展，针对地铁站人员密集、拥堵，一旦出现火灾不仅会造成国家财产的损失，而且更为严重的是会威胁众多人员的生命安全，住房和城乡建设部和国家市场监督管理总局在2018年5月14日联合了强制性国家标准GB51298—2018《地铁设计防火标准》［1］，该标准于2018年12月1日正式实施。为预防地铁火灾，减少地铁火灾危害，保护人身和财产的安全，本公司结合住房和城乡建设部GB50016—2014《建筑设计防火规范》［2］相关要求，专门设计研发了新建、扩建地铁和轻轨交通重点工程用B1级柔性矿物绝缘防火电缆（简称地铁用B1级防火电缆）。该类电缆不仅具有可靠的矿物绝缘电缆防火特性，且具有B1级阻燃性能、低烟无卤环保特性，同时在生产、安装敷设方面具有普通电力电缆的特点。本文主要阐述地铁用B1级防火电缆的耐火与阻燃结构的设计、材料的选用及试验性能指标的详细要求。

1地铁用电缆标准要求标准

GB51298—2018对地铁用电线电缆的选择、敷设进行了明确规定：a．为确保消防用电设备在火灾时的持续供电，消防用电设备的电线电缆应采用铜导体。b．为防止电缆燃烧时危及其他系统线路的正常工作，车站及区间电缆应采用阻燃材质。地下车站及区间采用低烟无卤材质电缆，可以最大限度防止电缆燃烧时产生的有害气体危及人身健康和火灾时疏散逃生。地上车站及区间由于所处环境特点，可采用低烟、低卤型电缆。c．耐火电缆的选择应根据消防用电设备在火灾发生期间所需要的最少持续工作时间来确定。消防用电设备的供电矿物绝缘类电缆可参考国际上耐火电缆试验标准，宜选择能通过950℃、180min燃烧试验的电缆；消防用电设备的主干线和分支干线也可采用此类耐火电缆，有利于保证地铁线路火灾发生时设备供电的可靠性。目前，这类电缆可在国家权威机构按照相关标准进行燃烧测试取得测试报告。d．电缆的阻燃级别应根据敷设条件及电缆的非金属含量进行选择，考虑到在地铁工程中敷设电缆的空间狭小、条件较差以及电缆的整体延续性，要求敷设在同一建筑物内的电缆的阻燃级别尽量相同，且阻燃级别不应低于B级。

2地铁用B1级防火电缆结构设计

根据上述地铁用电缆标准要求，目前同时符合具有低烟无卤、阻燃、防火、运行稳定及通过国际上耐火燃烧性能的电缆只有矿物绝缘类电缆。矿物绝缘类电缆的发展历程如表1所示，可见B1级柔性矿物绝缘防火电缆成为地铁用电缆的首选。在地铁用B1级防火电缆的结构设计中，耐火与阻燃结构的设计是重中之重，为此进行了如下设计：a．导体采用高纯度电工用无氧铜。b．绝缘结构设计为双层复合绝缘，即多层矿物金云母带＋交联聚乙烯或辐照交联低烟无卤阻燃聚烯烃绝缘组合而成。电缆导体上包覆的金云母带常温下体积电阻率≥1．0×1010Ω•m，降解温度为800℃（参见标准GB／T19666—2005附录C）。双层复合绝缘结构可使电缆在标准BS6387：1994规定试验条件下（即火焰温度950℃、3h），电缆内部温度仍在500～600℃，低于云母带降解温度，确保电缆可在火焰燃烧情况下正常运行使用。c．缆芯填充是地铁用B1级防火电缆耐火与阻燃结构设计的核心，采用无机矿物金属水合物（即无机矿物氢氧化镁（Mg（OH）2）混合物）进行缆芯填充，无机矿物金属水合物填充可在电缆燃烧过程中释放出游离水和结晶水［4］，降低电缆温度，延缓内部传热速率，起到隔离、降温、隔热等作用。d．根据电缆的使用环境可不设或增设铠装层，铠装形式可选绕包型、联锁铠装型、氩弧焊接轧纹型等。e．外护套采用B1级低烟无卤阻燃聚烯烃护套料挤出，也可根据使用环境采用B1级防鼠蚁防紫外线低烟无卤阻燃聚烯烃护套料挤出。图1示出了基本型和铠装型地铁用B1级防火电缆的结构［5］。

3地铁用B1级防火电缆材料选用

在地铁用B1级防火电缆的材料选用中，以无机矿物金属水合物填充和B1级低烟无卤阻燃聚烯烃护套料最为关键。无机矿物金属水合物填充是由含硅黏合剂、无机阻燃化合物、矿物化合物、硅酸盐改性剂、硅酸盐固化剂、颜料等制成［6］。该无机矿物金属水合物填充中不含任何可燃性物质，具有优异的防火效果，在燃烧过程会失去水分吸收大量的热量，以达到阻燃效果；填充结构层呈多孔网状结构，当多孔网状结构温度上升至350℃时，其中氢氧化镁等金属水合物进行化学反应，逐渐释放出内层结构中的游离结晶水分子，游离水分子释放过程中，蒸发降温，延缓电缆内部温升；多孔网状结构具有保温绝热作用，可延缓氢氧化镁等金属水合物发生化学反应，同时延缓结晶水分子蒸发，等游离水分子蒸发殆尽时，最终形成多孔网状骨架结构的绝热、隔火材料，进一步起到隔绝火源，延缓电缆内部结构温升的作用，同时形成的多孔结构可以吸附燃烧过程中产生的烟气。此外，无机矿物金属水合物是由无机材料制成，因而在遇到高温燃烧时它不会释放出任何烟雾和有毒有害气体，是安全环保防火电缆最佳材料。电缆外护套采用B1级低烟无卤阻燃聚烯烃护套料。低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料通常由聚烯烃共混树脂＋阻燃填充剂（氢氧化铝、氢氧化镁）、一些为了提高耐热寿命而添加的适量抗氧剂组合而成，由其挤制的护套在电缆燃烧过程中表面会形成一层不熔不燃的氧化物硬壳，阻断了高聚物与外界热氧反应的通道。该材料结壳性能是B1级柔性矿物绝缘防火电缆护套材料选择的关键性指标，更是电缆符合国家强制性标准GB31247—2014整体性要求的关键。

4地铁用B1级防火电缆耐火和燃烧性能

由于目前尚无阻燃与耐火电缆相关国家标准颁布，唯有对此类电缆的燃烧试验性能指标要求，因此地铁用B1级防火电缆考核耐火性能时参考了国外标准，考核阻燃性能时参考了国家标准。地铁用B1级防火电缆必须通过BS6387标准规定的C、Z、W电缆线路完整性试验或BS8491标准［7］规定的电缆着火完整性试验（即额定电压不超过600V／1000V、外径不超过20mm电缆试验应执行BS6387：2013标准；额定电压不超过600V／1000V、外径超过20mm电缆试验应执行BS8491：2008标准）；必须满足GB31247—2014标准规定的B1级性能要求，依据GB／T18380《电缆和光缆火焰条件下的燃烧试验》，B1级防火电缆的阻燃性能指标应达4A级以上，具体试样总体积中所含非金属材料与阻燃等级如表2所示。通过对耐火与阻燃结构、材料、试验性能指标的设计，成功研制了地铁用B1级防火电缆。经国家防火建筑材料质量监督检验中心检测，所研制的地铁用B1级防火电缆的耐火和燃烧性能完全符合相关标准要求。表3和表4示出了WDZB1－TBTRZY－0．6／1kV3×240＋1×120地铁用B1级防火电缆的耐火和燃烧性能试验结果。

5结束语

2018年12月1日正式实施的强制性国家标准GB51298—2018标志着地铁工程的重要性和防火要求的标准性。目前，本公司研发的新建、扩建地铁和轻轨交通重点工程用B1级防火电缆已广泛应用于石家庄地铁、昆明地铁、呼和浩特地铁、成都地铁和北京地铁等重点项目上，运行良好，受到用户一致好评，成为用户首选的优质电缆产品，尤其是在消防设备B1级防火电缆的选用上。时间是验证产品质量的最好手段，相信随着我国地铁工程的快速稳健的发展，未来B1级防火电缆将迎合市场、跟随市场获得良好的发展前景。

［参考文献］

［1］住房和城乡建设部．地铁设计防火标准：GB51298—2018［S］．北京：中国计划出版社，2018．

［2］住房和城乡建设部．建筑设计防火规范：GB50016—2014［S］．北京：中国计划出版社，2014．

［3］全国消防标准化技术委员会防火材料分技术委员会．电缆及光缆燃烧性能分级：GB31247—2014［S］．北京：中国标准出版社，2015．

［4］浙江大学．普通化学［M］．北京：人民教育出版社，1981．

［5］王春江．电线电缆手册：第一册［M］．北京：机械工业出版社，2014．

［6］蒋仁章，范涛，田鸣．B1级柔性矿物绝缘防火电缆的设计［J］．光纤与电缆及其应用技术，2018（6）：18－22．

作者：黄晓宝 肖俊 叶明春 单位：安徽太平洋电缆股份有限公司