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铝合金耐火电缆在消防回路中应用的可行性分析

发布于：2015-06-24 12:51:24 来自：电气工程/工业自动化 [复制转发]

1 前言
随着我国社会经济发展力度加大，耐火电缆在工业厂房、公共设施项目、商业建筑、民用住宅等场所中得到了大量应用，对消防回路防火安全具有重要意义，所以我们对如何正确选用耐火电缆应该有个明确的认识。耐火电缆产品系列在国内已生产使用了二十多年，在国内这二十多年的耐火电缆应用中，电缆导体只有唯一的选择——铜，而现在得到市场广泛推广的另一种常用的铝合金导体在中国却几乎从未被作为耐火电缆使用过。
铝合金电缆及其附件系统在国外已大量和安全使用超过４０年，自从２００７年铝合金电缆引入中国以来，作为一种成熟可靠的产品和技术，对于我国“以铝节铜”，节省资源，节约能源有很好的促进作用，应用项目数量也超过３０００多个，其优良的机械性能和电气性能已经得到广泛认可。而铝合金是否能作为耐火电缆的导体使用呢？本文将通过以下几方面进行分析。
2 耐火电缆性能测试标准和方法
所谓耐火电缆即是在一定温度的火源和一定时间下能持续运行的电缆，即具有保持线路完整性的能力。耐火电缆相关国家标准主要有《阻燃和耐火电线电缆通则》ＧＢ/Ｔ１９６６６－２００５，《在火焰条件下电缆或光缆线路完整性实验　第２１部分：实验步骤和要求－额定电压０．６/１ＫＶ及以下电缆》ＧＢ/Ｔ１９２１６．２１－２００３，《阻燃及耐火电缆塑料绝缘阻燃及耐火电缆分级和要求　第２部分：耐火电缆》ＧＡ３０６．２－２００７。其中ＧＢ/Ｔ１９２１６．２１－２００３对耐火电缆实验步骤及要求有如下定义：
（1）线路完整性－在规定的火源和时间下燃烧时能持续地在指定状态下运行的能力。
（2）在实验过程中，用作连续性检查的电流应通过电缆全部导体，该电流由一台三相星形连接的变压器或单相变压器提供，在式样的另一端，每根导体或每组导体连接适当的负载和指示装置（如灯泡）形成电流。　
（3）对于单相、双相或三相电缆，每相导体应与变压器输出端各相连接，变压器输出端的每一相上串接一个２Ａ熔断器或具有等效特性的断路器。
（4）实验按火焰温度不低于７５０℃的单独供火，给定的９０ｍｉｎ供火时间持续进行，之后熄灭火焰，但应对电缆式样继续供电１５ｍｉｎ.即总的实验时间应为供火时间加上１５ｍｉｎ的冷却时间。
按照以上的实验方式，只要在实验过程中达到以下要求就可以判断产品合格：
①保持电压，即没有一个熔断器或断路器断开；
②导体不断，即灯泡一个也不熄灭。
需要说明的是，不管是铜芯耐火电缆还是铝合金耐火电缆，其测试标准和方法是一致的。
3 铝合金耐火电缆可达到铜芯耐火电缆一样的性能
目前，已有铝合金电缆厂家通过了国家防火建筑材料质量监督检验中心所做的检验报告，从中也可以看出，铝合金耐火电缆完全可以通过ＧＡ３０６．２－２００７或ＧＢ/Ｔ１９２１６．２１－２００３的测试，甚至是供火温度不低于９５０℃的测试，达到和铜芯耐火电缆一样的耐火性能。
4 铝合金导体耐火电缆的原理
在大多数耐火电缆耐火性能测试中，选择火焰温度不低于７５０℃或９５０℃.铜的熔点为１０８３℃，铝的熔点为６６０℃，一般的认为铝在７５０℃时已经熔化，根本达不到耐火的要求，但是铝合金耐火电缆又是怎么通过的耐火实验呢？实际上铝合金耐火电缆采用整体结构耐火模式，铝合金耐火电缆采用高性能的合成云母绝缘制品，具有优良的耐高温性能和耐燃烧性能，其主要特点是耐热等级高。制造工艺上合成云母带两层缠绕，搭接率大于５０％，保证四层合成云母带包覆。合金电缆之所以能耐火，主要是因为以下几点。
4.1 优质的耐火材料
（1）熔点超过１０００ｏＣ的合成云母带；
（2）双面补强有效减少绕包过程中云母的破损；
（3）高体积电阻及高工频介电常数保证高温下的绝缘能力。
4.2 独特的产品结构
（1）ＰＶＣ外护套残余碳化物削弱到达导体的火焰；
（2）炭化后的ＸＬＰＥ也起到一定的绝缘效果。
4.3 严格的工艺控制
（1）全过程搭接率控制；
（2）云母带接头处质量控制；
（3）加工过程中对云母带的保护。
从理论上分析，建立ＡＮＳＹＳ软件模拟模型，在７５０℃高温火焰燃烧稳定状态情况下，铝合金线芯末端温度为远未达到熔点６６０℃.
5 各类设计规范对耐火电缆导体的规定
耐火电缆除了相关检验标准以外，在各类设计标准中对耐火电缆导体如何选择也有相关说明，主要的设计标准包括《民用建筑电气设计规范》ＪＧＪ１６－２００８，《建筑设计防火规范》ＧＢ５００１６－２００６，《高层民用建筑设计防火规范》ＧＢ　５００４５－９５（２００５版），《供配电系统设计规范》ＧＢ５００５２－２００９，《低压配电设计规范》ＧＢ５００５４－２０１１，《电力工程电缆设计规范》ＧＢ５０２１７－２００７等，下面是部分设计标准对消防部分耐火电缆导体选择的一些规定：
（１）《民用建筑电气设计规范》ＪＧＪ１６－２００８条例１３．１０．１消防线路的选择及其敷设，应满足火灾时连续供电或传输信号的需要，所有消防线路，应为铜芯导线。
（２）《建筑设计防火规范》ＧＢ５００１６－２００６对消防部分的规定如下，此规范中并没有对耐火电缆导体选择有任何规定。
８．６．３条中表８．６．３规定了不同场所的火灾延续时间要求——对于民用建筑：公共建筑、居住建筑其火灾延续时间均为２．０ｈ.
对于灭火系统：自动喷水灭火系统、泡沫灭火系统、防火分隔水幕，应按相应现行国家标准确定。
１１．１．６消防用电设备的配电线路应满足火灾时连续供电的需要，其敷设应符合下列规定：
1）暗敷时，应穿管并应敷设在不燃烧体结构内且保护层厚度不应小于３０ｍｍ.明敷时（包括敷设在吊顶内），应穿金属管或封闭式金属线槽，并应采取防火保护措施；
2）当采用阻燃或耐火电缆时，敷设在电缆井、电缆沟内可不采取防火保护措施；
3）当采用矿物绝缘类不燃性电缆时，可直接明敷；
4）宜与其它配电线路分开敷设；当敷设在同一井沟内时，宜分别布置在井沟的两侧。
（３）《高层民用建筑设计防火规范》ＧＢ　５００４５－９５（２００５版）对消防部分的规定如下，此规范中并没有对耐火电缆导体选择有任何规定：
９．１．４消防用电设备的配电线路应满足火灾时连续供电的需要，其敷设应符合下列规定：
９．１．４．１暗敷设时，应穿管并应敷设在不燃烧体结构内且保护层厚度不应小于３０ｍｍ；明敷设时，应穿有防火保护的金属管或有防火保护的封闭式金属线槽；
９．１．４．２当采用阻燃或耐火电缆时，敷设在电缆井、电缆沟内可不采取防火保护措施；
９．１．４．３当采用矿物绝缘类不燃性电缆时，可直接敷设；
９．１．４．４宜与其它配电线路分开敷设；当敷设在同一井沟内时，宜分别布置在井沟的两侧。
（４）《供配电系统设计规范》ＧＢ５００５２－２００９低压部分只对系统配电方式作了原则规定，没有提到任何电缆选型和导体选择问题。
（５）《低压配电设计规范》ＧＢ５００５４－２０１１竖井井壁应采用耐火极限不低于１ｈ的非燃烧体，检修门的耐火极限不应低于丙级，没有对耐火电缆导体选择有任何规定。
（６）《电力工程电缆设计规范》ＧＢ５０２１７－２００７条列３．１．２规定耐火电缆应选用铜导体。
在以上大部分设计标准中，如《建筑设计防火规范》ＧＢ５００１６－２００６，《高层民用建筑设计防火规范》ＧＢ　５００４５－９５（２００５版），《建筑设计防火规范》ＧＢ５００１６－２００６，《供配电系统设计规范》ＧＢ５００５２－２００９，《低压配电设计规范》ＧＢ５００５４－２０１１对消防部分耐火电缆导体类型没有做出任何的规定，只是对在何种条件下需要采用何种电缆，并且该电缆应达到何种性能，如何敷设安装做出了规定。而极少数设计规范，如《民用建筑电气设计规范》ＪＧＪ１６－２００８、《电力工程电缆设计规范》ＧＢ５０２１７－２００７对消防部分耐火电缆导体选择做出了规定，应采用铜导体。这主要是因为由于修订之初，国内还没有引入铝合金电缆，所以当时国内对铝合金电缆并不了解。对于消防回路的电缆，对导体材质做硬性规定只符合当时技术条件下的实际情况，对于技术发达的今天，仍然对耐火电缆产品导体材料作硬性规定是不合理的。为鼓励新材料新技术的发展，可以详细规定何种条件下选用何种耐火电缆，耐火电缆应达到何种性能，如何敷设安装。
6 结束语
（1）当前，国内各类设计标准较多，少数标准对消防负荷耐火电缆导体做出了规定应选用铜芯，但大多设计标准仅对何种条件下采用何种耐火电缆，耐火电缆应达到何种性能及如何敷设安装做出了规定，没有对导体选择做出硬性规定。很多专家也认为，随着新技术的日新月异，不应该对导体材质作硬性规定，只对达到何种性能作出规定即可。
（2）不管是铜芯耐火电缆还是铝合金耐火电缆，其测试标准和方法是一致的。铝合金耐火电缆采用结构防火和材料耐火的方式，完全能达到相关耐火电缆的测试标准，并且获得了实验报告，达到与铜芯耐火电缆同样的耐火性能，在使用上完全一致，可以安全应用于消防回路。

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