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隔离型柔性矿物电缆在消防线路中应用的探讨

       据公安部消防局公布的近几年火灾统计数据看，电气火灾占总数的30%左右，而在各类电气引起的火灾中， 40%以上是由电缆引起的。电缆火灾事故频繁发生，由于防火措施不完善，着火后蔓延很快，火势凶猛，难以扑灭，不但直接烧损了大量的电缆和设备，而且消防线路一旦烧毁，无法启动消防设施，将会造成人员的伤亡、财产的损失。因此，公安部于2014年颁布了GB31247-2014《电缆与光缆燃烧性能分级》，考核电缆着火后热释放速率、热释放总量、产烟速率、产烟总量、燃烧增长指数、火焰蔓延、燃烧滴落物等7项指标，防止因电缆释放的有毒气体及火焰在电缆上迅速蔓延造成人员伤亡；同时住建部颁布GB50016-2014《建筑设计防火规范》，确保消防电缆在火灾中能保证180分钟的消防供电不能断路，保证消防设施的可靠运行，以便人员的及时疏散，减少人员的伤亡及财产的损失。

1.隔离型电缆的介绍

      隔离型电缆是最早阻燃电缆的一种，在电缆绝缘与外护套之间填充一层无机金属水合物。它是一种无毒、无溴、不含卤素的胶状物。当电缆遇火焰袭击时，原来呈软态的金属水合物逐渐转化为不熔不燃的金属氧化物及水（H2O）。并紧密地包覆在绝缘外，隔开了酷热的氧气使绝缘无法燃烧。另外，结晶水的析出，吸收了大量的蒸发潜热又降低了外护套温度。当外护套温度低于起燃点（400-500℃）时，着火的电缆自行熄灭。隔离型电缆经受住了国家标准燃烧试验A级阻燃标准。


2.隔离型柔性矿物绝缘电缆的性能

      隔离型柔性矿物绝缘电缆是在传统的耐火电缆绝缘与护套之间填充了一层隔氧层无机金属化合物。该种电缆不仅能通过A级阻燃标准试验而且耐火性能大大提高，能通过950℃，180min试验，熔丝不击穿。由于其耐火性能达到矿物绝缘电缆（BTTZ）的燃烧性能指标，因此，一些生产企业，将其称为柔性矿物绝缘电缆。早期的型号是BBTRZ，由于消防线路的电缆必须能承受抗撞击及耐水喷淋试验，因此，在隔离型柔性矿物绝缘电缆中增加了铝护套或不锈钢护套，形成了隔离型铝护套柔性矿物绝缘电缆或隔离型不锈钢护套柔性矿物绝缘电缆，目前，市场上的隔离型柔性矿物绝缘电缆大多是在隔离电缆基础上改进而成。

3.隔离型柔性矿物绝缘电缆实体炉温试验分析

      隔离型柔性矿物绝缘电缆在实验室静态试验中均能通过950℃，180min试验，也能承受喷淋水及抗撞击试验。而且由于隔氧层的隔热效果明显，线芯温度增加幅度不大，有利于消防设备的热启动。然而，火灾现场，热辐射、热融量很大，隔离型材料在高温环境下是否会老化，笔者专门做了一个实体炉温实验： 
      为了更直观的比较各种电缆在高温中的具体“表现”，我们分别对各种类型电缆短样随炉升温的耐火试验， 
      短样试验情况如下： 
      矿物绝缘电缆BTTZ 3×6  1根 
      普通聚氯乙烯电缆  VV 4×6  1根（穿管保护） 
      阻燃电缆ZR-VV 4×6  2根（内1根穿管保护） 
      隔离（氧）阻燃电缆GZR-VV 4×6  2根（内1根穿管保护） 
      隔离型柔性矿物绝缘电缆NG-A 3×6 1根 
      耐火电缆   NH-VV 4×6   2根（内1根穿管保护）

      把电缆放进烧结氧化镁瓷柱的烧结炉中，随炉加热升温，电缆的两端伸出炉外，分别连接电源和指示灯，以观察失效（短路）温度和时间，其结果如表1所示。 
表1 电缆燃烧试验结果
       ​从本次短样试验结果可以清楚的看出在高温情况下，隔离型电缆在高温之下隔离层材料会迅速老化、失效，供电时间都没有超过30min。隔离型铝护套柔性矿物绝缘电缆铝护套均化成铝水（见下图）。因此，无论是明敷或是穿管保护，都满足不了消防系统供电线路的安全要求，只有矿物绝缘电缆，只需明敷，不需要加任何保护措施就可以完全解决问题。而且此次试验只是静态加热试验，实际火灾情况电缆不但要经受火焰，还要经受重物下落冲击，及水喷淋等，条件更加酷苛，有些国外电缆燃烧试验标准就规定有冲击和水喷淋的要求，如BS6387与AS3103等。
4.消防线路电缆的选择

       矿物绝缘电缆（Mineral Insulated Cables），由矿物材料氧化镁和金属材料铜所组成。由于构成的材料全部都是无机物，因此它不存在老化问题，也不会引发火灾或传播火焰，更不会放出烟雾、卤素以及任何有害、有毒气体，是目前能通过GB31247《电缆与光缆燃烧性能分级》A级不燃性电缆。 
       由于其独特的制造方式，使氧化镁绝缘料高度紧密地压实在电缆的无缝铜护套中，与线芯、护套共同形成密实的一体，可经受巨大的外界冲击力及剧烈的机械破坏而不会被损坏，即使在其外径变形到原来的三分之二的情况下仍可正常工作。此外，其紧密的结构阻碍了火焰、气体或蒸汽在电缆传播和通过。因此，在爆炸及其它危险场所，它又属于一种本质安全型产品。 
       氧化镁绝缘材料的熔点高达2800℃，在这个温度以下其绝缘性能它不会发生明显变化，而铜的熔点为1083℃，也就是说只要不达到铜的熔化温度，电缆就不会受到破坏，仍可继续运行。矿物绝缘电缆的长期使用温度也可达250℃，在此温度下，寿命达数百年。 
       由此可见，矿物绝缘电缆具有防火、耐高温、使用寿命长、零污染、防爆、机械强度高、防水、耐腐蚀等特性，特别适合建筑物中安全要求特高的消防系统等要害部位以及各种条件恶劣的危险区域中使用。

5.矿物绝缘电缆在国内、外有关建筑物消防设施及重要部位的使用规定或推荐使用情况

    ◆ 国际标准GB50016-2014《建筑设计防火规范》明确了矿物绝缘类不燃性电缆可以直接敷设
    ◆ 国家标准JGJ16-2008《民用建筑电气设计规范》规范明确了特级建筑应采用矿物绝缘电缆。
    ◆ 国家标准GB50157-2014《地铁设计规范》明确了火灾时需要保证供电的配电线路应采用耐火电缆或矿物绝缘电缆。
    ◆ 英国标准BS 5839《建筑物的火警探测和报警系统》在电缆佈线和其它内部连接一节中，推荐使用的电缆型号符合BS 6207的带有或没有PVC外套的矿物绝缘铜护套电缆；
    ◆  澳大利亚标准AS 3000《线路规则》规定消防设备和电梯规定可使用的电缆菜单为矿物绝缘电缆；
    ◆ 澳大利亚标准AS 2293《建筑物中应急撤离照明》定对回路用线为矿物绝缘电缆；
    ◆ 澳大利亚标准AS 1668《机械通风和空调法规》要求对所有通风设备的佈线、基本控制线路和探测器线路均要用矿物绝缘铜护套电缆或其它认可的防火方法。
    ◆ 英国标准BS 5266-1：1999《应急照明——第1部分：电影院及用于娱乐的特殊建筑物外的其它建筑物的应急照明》规定用于备用电源和逃生照明之间连接的电缆必须是具有特有的抗火焰冲击和自然伤害的电缆符合BS-6207-1标准的矿物绝缘铜护套电缆。该电缆可以带或不带PVC外护套敷设。
    ◆ 美国国家标准NFPA 70《国家电气法规》法规中规定矿物绝缘电缆可作如下使用：
                  a．作为电源线； 
                  b．作为分支线路； 
                  c ．用于干燥场所； 
                  d．用于潮湿场所； 
                  e．埋在泥灰中； 
                  f．埋在混凝土或砖石中； 
                  g．地下（用适当保护以防伤害）； 
                  h．暴露在石油或汽油中； 
                  i．在危险区域； 
                  j．在任何对铜护套没有损害的腐蚀场所。

结束语

       综合前面的介绍，矿物绝缘电缆在消防设施、重要场所及危险区域的应用，有其优越的技术及安全性能。它的使用，可以极大地提高电气线路的安全等级，为避免电气火灾的发生及在火灾条件下消防设施的正常运行和人员的营救、逃生提供了技术保障。同时，矿物绝缘电缆的使用又具有良好的经济性，并能够产生极大的社会效益。因此，矿物绝缘电缆应该在消防设施、重要场所及危险区域的电气线路中占据它应有的位置。 
       国内外许多国家标准或规范对矿物绝缘电缆的应用都作了详细的规定，而近几年，市场上出现的各种隔离型柔性矿物绝缘电缆都是隔氧层电缆的派生产品，不是真正的矿物绝缘不燃性电缆，其综合性能指标达不到GB31247 A级不燃性指标。因此无法明敷设。很多人对它还不甚了解，对安全要求极高的建筑以及一些重要部位（如消防系统等），如果采用隔离型柔性矿物绝缘电缆，势必会给以后造成一些隐患，甚至会出现重大的消防安全事故。 
       为了更好的配合国内建设需要，向国际先进的标准和规范靠拢，提高电气线路的安全等级，减少电气火灾事故的发生及损失，我们国家有必要加快制定新的针对各种不同要求的建筑物电气标准或规范，对消防用电缆应“重国家产品标准的电缆、轻性能指标”，因为有些电缆在实验室的静态燃烧性能指标与火灾现场的燃烧性能指标是不一致的。国内一些火灾事故（如上海外滩金融中心、贵州会展中心等）也验证了，采用符合950℃180min的电缆，在火灾中隔氧层材料迅速老化，电缆全部烧毁失效。隔离型电缆适合使用在有阻燃要求的场所，不适合在950℃180min消防线路使用。


参考文选：

1、JGJ16-2008《民用建筑电气设计规范》 
2、GB31247《电缆与光缆燃烧性能分级》 
3、GB50016-2014《建筑设计防火规范》 
4、公安部四川消防科研所  王  炯《矿物绝缘电缆的应用与规范修订》 
5、公安部四川消防科研所冯军《阻燃与耐火电缆标准、规范及应用情况》 
6、华夏出版社《矿物绝缘电缆》 
7、马国栋《电线电缆载流量》