核心提示：文章介绍了一种新型无机绝缘防火电缆的结构设计，绝缘材料与耐火膨胀材料的选择，电缆防火性能的试验研究，电缆技术指标及其性能和特点，以及敷设应用情况。表明该电缆是一种替代传统防火电缆的新型防火电缆，受到了市场的欢迎。1 前言
随着工业化、城市化进程加快，各类建筑与共公共场所的火灾事故也频繁发生，造成生命财产的巨大损失。普通电缆在发生火灾后，不能保证线路正常供电，导致电梯、应急照明、自动报警和救灾系统等无法正常工作，救援疏散极其困难。随着人们消防意识的不断提高，已经清醒的认识到采用防火电缆确保供配电线路在着火环境中保持供电的重要性，因此，在供配电线路中必须根据不同用途选用耐火与防火电缆。本文将介绍一种新型无机绝缘防火电缆，着重对该电缆的结构设计、材料、防火性能试验研究及其应用进行叙述。
2 传统防火电缆应用情况
目前，市场上应用的传统防（耐）火电缆主要有两种：一种是采用耐火包带与塑料绝缘相结合的电缆结构，这种电缆最大优点是比较柔软，可适用于移动场合，工艺制造方便，成本较低，但这种电缆由于采用了塑料绝缘，其使用温度受绝缘材料使用温度限制，而且，塑料绝缘材料极易燃烧，燃烧时产生大量热量，导致温度急剧上升耐火包带碳化，更谈不上耐机械振动、冲击、水淋，这种电缆不能满足火灾环境下消防要求；另一种是采用铜芯矿物绝缘铜管护套结构，这种电缆的优点是采用了氧化镁无机物绝缘结构，是一种非燃电缆，电缆使用温度可提到２５０℃以上，采用铜管护套保护，具有径向防水防潮功能。但它也有缺陷：首先氧化镁绝缘在高温下绝缘电阻下降很快，制约了电缆在着火环境下不可能长时间供电，因此，重要消防场所仍不宜使用；其次氧化镁绝缘比较容易受潮，电缆纵向防潮尤其是接头处的密封更为重要，接头与终端往往采用密封胶，但却会影响使用寿命，救灾中一旦金属套损伤、遇水，电缆将丧失防火功能；第三制造工艺也限制了电缆制造长度，电缆长度较短，引起接头增多，制造工艺过于复杂，流程较长，电缆较硬，不易弯曲，不便安装施工。
为了克服传统防火电缆所存在的缺陷，笔者分析电缆在着火环境下运行特点从结构和材料上对防火电缆进行了深入的试验研究，开发了一种新型无机绝缘防火电缆。
3　新型防火电缆的结构设计
新型无机绝缘防火电缆采用多股铜单线紧压绞制导体、高绝缘性耐火云母带和玄武岩与玻璃纤维组合制成耐火绝缘层、绝缘线芯间填充无机硅膨胀材料、并采用纵包氩弧焊接轧纹非磁性金属护层、低烟无卤外护套组合而成。其结构如图1所示。
（１）导体。新型防火电缆采用紧压绞合导体代替实芯导体，绞合导体可增加导体的柔软性，绞合导体生产连续性好，其连续生产工艺决定了其导体制造长度长，可减少接头数量，可制成大截面，单芯防火电缆导体可达８００ｍｍ２、多芯电缆导体可达４×２４０ｍｍ２.
（２）绝缘。鉴于防火电缆在火焰条件下的供电要求和恶劣环境要求，为提高电缆长期运行温度，电缆绝缘采用多层绕包结构，绕包高绝缘的耐火绝缘层其击穿场强不小于３０ｋＶ/ｍｍ，玄武岩与玻璃纤维是很好的无机绝缘层，既起到耐火作用，又可以保护内绝缘层。
（３）无机硅膨胀材料填充。鉴于防火电缆在火焰条件下应对绝缘线芯尽可能隔热，同时使绝缘结构更加稳定，在承受水淋、机械振动、冲击等救灾外力作用下，采用了无机硅膨胀材料填充即在温度升高的条件下能够产生体积膨胀。该材料在高温下发挥隔热和稳定绝缘线芯结构作用，充实了金属护层内部空间，固定了绝缘线芯相对位置，从而使绝缘线芯在高温条件下结构更加稳定，保证电缆电气性能可靠。
（４）非磁性金属护套。为了保证电缆绝缘线芯免于火焰直接燃烧，对缆芯采用非磁性金属带纵包焊接轧纹，焊缝处机械强度不低于母材的８０％.金属护套焊接后应进行浸水试验，以检测电缆的绝缘性能。轧纹极大的改善电缆的弯曲性能。金属护层要选择熔点高于１０００℃的金属材料，如果金属护层作为地线或屏蔽，建议采用铜护层，在铜护层屏蔽下，无电磁干扰，不会对共同敷设的信号、 控制电缆传输的信息产生干扰。
（５）低烟无卤护套。由于高聚物在燃烧时产生大量的烟和有毒气体，这不仅造成可见度的降低，影响了人们疏散和火灾扑救，而且有毒气体直接威胁着火场人们的生命安全。实验表明，一根１m长约含０．８５ｋｇＰＶＣ的电缆，从着火起产生的烟在不到５分钟内可完全笼罩１００ｍ３的房间，聚氯乙烯分解产生的ＨＣＬ等气体不但具有毒性，同时对火灾现场的电子、 电气设备等具有腐蚀作用，大大降低了设备的安全性和使用寿命。为了尽量降低烟和有毒气体的产生，采用无卤外护套材料，以起到电缆金属护层的保护作用。
4　新型防火电缆材料高温性能试验
为了保证新型防火电缆的性能，对绝缘材料和无机硅膨胀材料进行相关高温性能试验研究。
（1）无机耐火绝缘材料
为了保证电缆的耐火性能及常温和高温下的电绝缘性能，可以采用无机耐火绝缘带等材料绕包作为绝缘层，无机耐高温绝缘层是一种组合绝缘层。材料须经过脱水处理，具有优异的电气绝缘、低损耗、耐电压性能。经过处理后无机绝缘材料在高温下绝缘性能其试验结果如图2所示。
从图2可以看出，在高温（９５０℃）下，经脱水的耐高温绝缘带材具有较好的绝缘性能，能够满足高温绝缘的要求。
（2）无机硅膨胀填充材料
填充材料要具有耐高温性能、耐燃烧性能、良好的电气绝缘性能，还应具有一定的遇高温膨胀性能以及加工性能，经过试验反复比较，选择无机硅材料为基材，严格控制有机物的含量添加，无机膨胀材料以满足挤包工艺要求，填充层材料经燃烧后发挥隔热降温作用，体积膨胀能满足结构稳定要求，良好的电气绝缘性能，从而使绝缘线芯在着火环境下能更加结构稳定。通过对材料配方多次试验研究，该无机硅膨胀材料随温度膨胀情况如图3所示。
5 新型防火电缆的防火和载流性能试验
（1）防火性能的试验
新型防火电缆绝缘采用具有耐火特性的无机绝缘材料，可以承受更高的火焰温度；采用了耐高温无机硅膨胀填充料填充缆芯间隙，该填充层在电缆经燃烧后随温度上升膨胀，使电缆经高温燃烧后结构更加稳定，不会因救灾振动、冲击产生绝缘层剥落而击穿；该电缆采用了皱纹非磁性金属护层，在着火条件下起到很好的保护作用，使电缆在火焰条件下能够正常供电。
防火燃烧试验超过英国标准ＢＳ６３８７－１９９４中规定的Ａ类９５０℃～１０００℃　５ｈ燃烧要求，同时，在燃烧中承受水喷与机械撞击。
（2）载流能力与温升试验
新型防火电缆采用无机绝缘结构，导体工作温度不受绝缘材料耐热性的限制，因此电缆的载流能力取决于电缆敷设环境、敷设位置和金属护层温度影响，即保证电缆在额定载流能力下，电缆金属护层的温度不应超过运行环境所允许的温度，因此，对新型无机绝缘防火电缆各层结构的热传递进行了试验研究，以ＷＴＴＥＺ　３×５０为例（环境温度３０℃），其试验结果如图4所示。
根据电缆敷设要求，通常电缆表面温度不应超过７０℃，若电缆免于触摸，也不与可燃建筑物相接触，电缆金属护层温度可达１０５℃，从图4可以看出，当电缆表面的护层温度尚未达到６０℃时，金属护层８３℃时，导体的工作温度位于１１７℃，此时载流量为２５０Ａ，超过普通电缆或传统防火电缆的载流能力。
6　新型防火电缆的主要性能与特点
以ＷＴＴＥＺ　３＊７０＋７０＊为例（注：７０＊为铜护层的截面，可作为地线使用），其主要技术性能如下表。
新型防火电缆主要有以下特点：
（1）防火性能优越　
防火燃烧试验超过英国标准ＢＳ６３８７标准中规定的Ａ类９５０℃～１０００℃　５ｈ燃烧试验，在燃烧中承受水喷与机械撞击，电缆保持了正常供电。同时，电缆也经受了长达２４小时在９５０℃～１０００℃的火焰燃烧环境下保持连续供电的试验，充分证明了该电缆防火性能优越性。
（２）电缆长度长
无论是单芯还是多芯电缆，其长度与普通电缆相当，可以满足供电敷设长度需要，极大减少了电缆中间接头，降低了接头风险，降低了成本。
（３）导体截流能力强
新型防火电缆经过负载试验证明，在正常运行环境下，导体运行温度可极大提高，工作温度１２０℃条件下，截流能力比传统防火电缆提高２０％，而外护套表面温度仍低于６０℃，说明电缆各层介质导热性能好。
（４）电缆具有高柔性
采用绞合导体代替实芯导体，采用无机绝缘材料绝缘，非磁性金属护套轧纹，增加了电缆的柔软性，　电缆可以盘在电缆盘上。
（５）具有安全环保特性
电缆除了在火焰中正常供电，启动灭火设备，减少火灾损失，同时对人身安全也特别可靠，其铜护套是最好的接地线，大大提高了接地保护灵敏度和可靠性。该电缆内部采用全无机和金属材料组成，具有低烟无卤低毒等特性。
（６）耐腐蚀性好
电缆如果采用非磁性金属护套不需要穿管，耐腐蚀性好。
（７）无电磁干扰
电缆与信号、控制等 电线电缆同时敷设时，电缆在铜护套的屏蔽下，不会对信号线、控制电缆传输的信号产生干扰。
7　新型防火电缆应用案例
该新型无机绝缘防火电缆自投放市场来，受到了用户的欢迎，很多设计单位和用户通过对该防火电缆与刚性矿物绝缘电缆（即铜管氧化镁绝缘电缆）、各类其它结构的防火电缆进行性能比较后，确定选择该新型无机绝缘防火电缆。该电缆已在沈阳国际展览中心、海尔公司大厦、郑州丹尼斯百货、中铁八局集团电务工程有限公司、芜湖都市大厦、河南宝龙广场、苏宁电器仓储基地等一批重点工程中应用，产品的额定电压等级０．６/１ｋＶ，规格从１×２．５到４×３００＋１×１５０全系列，共６０１５kｍ.得到了用户和施工单位的广泛认可和好评。成盘电缆见图5（a），敷设好的电缆见图5（b）.
8　结束语

　　传统防火电缆在国外已有近百年的生产历史，证明其具有相当好防火性能，然而传统防火电缆在应用过程中暴露出来的缺点与不足，如制造长度短、接头多、易吸潮、安装不便等等，随着材料与工艺技术的进步，新型无机绝缘防火电缆已能弥补传统防火电缆的不足，新型防火电缆是目前市场上性价比非常高的一种防火电缆，已在很多重要工程和场所得到应用，然而，今后各生产企业仍要积极研究和大力推广应用，更好的服务于客户。