耐火型電纜橋架標準和試驗研究

張秩 滕成龍

（1.揚中市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗所 2.國家中低壓配電設備質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心）

0 引言

耐火型電纜橋架是由電纜橋架的直線段、彎通、附件和支吊架等組成，用以支撐電纜具有連續(xù)的剛性結(jié)構系統(tǒng)，該系統(tǒng)維持工作時能達到規(guī)定的耐火要求（有些場合可簡稱耐火槽盒）[1]。耐火型電纜橋架廣泛應用于消防線路，以滿足火災時消防設備和應急照明連續(xù)供電的要求。

耐火型電纜橋架在通過規(guī)定的機械、電氣和材料性能相關試驗的同時，還需通過耐火等級試驗。本文針對耐火型電纜橋架的標準和試驗展開研究，介紹了耐火型電纜橋架的標準體系，指出了耐火等級、防護等級等試驗項目的參數(shù)選擇和試驗要求，進行了不合格項目的缺陷分析，展望了耐火型電纜橋架的未來發(fā)展方向。

1 耐火型電纜橋架標準

目前國內(nèi)耐火型電纜橋架相關標準主要有以下幾項：

1）JB/T 10216—2013《電控配電用電纜橋架》[1]是對電纜橋架提出綜合性要求的標準，除規(guī)定了對產(chǎn)品的電氣、機械和材料要求外，還在5.8條款規(guī)定了耐火型電纜橋架的耐火等級試驗：耐火試驗爐和試驗條件滿足GB/T 9978.1—2008[2]標準，對受火條件、試品要求、試件安裝、試驗程序和判定條件作出了詳細規(guī)定。

2）GB 29415—2013《耐火電纜槽盒》[3]是專門針對耐火電纜橋架的產(chǎn)品標準，標準第5條對外觀、材料及表面處理、承載能力、防護等級、耐火性能提出具體要求，基中承載能力試驗方法按CECS 31:2006[4]標準的規(guī)定執(zhí)行。標準6.5條款規(guī)定了耐火性能試驗方法，耐火試驗爐和試驗條件滿足GB/T 9978.1-2008[2]標準要求，對試件要求、安裝、試驗程序和判定條件作出了詳細規(guī)定。

3）GA 479—2004《耐火電纜槽盒》[5]是專門針對耐火電纜橋架的早期產(chǎn)品標準，標準第5條對外觀要求、材料、涂覆要求、承載能力、耐火性能、防護等級提出具體要求，標準6.6條款規(guī)定了耐火性能試驗方法，耐火試驗爐和試驗條件滿足GB/T 9978—1999[6]標準要求，對試件要求、安裝、試驗程序和判定條件作出了詳細規(guī)定。

對上述標準進行分析可以看出，JB/T 10216—2013[1]是關于電纜橋架的大類產(chǎn)品標準，GB 29415—2013[3]是關于耐火型電纜橋架的小類產(chǎn)品標準，兩個標準均引用的GB/T 9978.1—2008[2]的標準條款，耐火性能試驗方法基本相同，但在耐火性能分級、載荷試驗和防護等級方面的規(guī)定略有差異。作為早期產(chǎn)品標準，GA 479—2004[5]中引用的GB/T 9978—1999[6]標準已被GB/T 9978.1—2008[2]代替。

2 關鍵試驗參數(shù)選擇

目前國內(nèi)耐火型電纜橋架按結(jié)構型式劃分，主要有以下幾類：

1）復合耐火型電纜橋架，外層為鋼制鍍鋅后涂覆鋼結(jié)構防火涂料，內(nèi)層為非金屬防火層。

2）普通耐火型電纜橋架，鋼制鍍鋅后內(nèi)外層涂履鋼結(jié)構防火涂料或用非金屬耐火材料制造。

3）其他結(jié)構型式耐火型電纜橋架，由用戶和制造商確定，但應滿足耐火等級試驗規(guī)定。

耐火等級是耐火型電纜橋架關鍵試驗參數(shù)之一，耐火等級按照高溫火焰條件下的耐火維持工作時間進行劃分，即：在標準溫升條件下進行耐火性能試驗，自試驗開始試品內(nèi)電纜所連接3A熔絲熔斷的時間。JB/T 10216—2013[1]標準將耐火等級分為NI、NII、NIII共3級，對應維持工作時間分別為≥60min、≥45min、≥30min。GA 479—2004[5]標準的耐火等級劃分與JB/T 10216-2013[1]相同。GB 29415—2013[3]將耐火等級分為F1、F2、F3、F4共4級，對應維持工作時間分別為≥90min、≥60min、≥45min、≥30min，多了一個≥90min的耐火等級。

耐火等級要滿足使用耐火型電纜橋架的場所需求，GB 50016—2014《建筑設計防火規(guī)范》[7]中10.1.10條款規(guī)定：消防配電線路應滿足火災時連續(xù)供電的需要。JGJ 16—2008《民用建筑電氣設計規(guī)范》[8]中13.9.13條款規(guī)定：各類消防用電設備在火災發(fā)生期間，應滿足最少持續(xù)供電時間，火災時繼續(xù)工作的備用照明、消火栓、消防泵、水幕泵、排煙設備、消防電梯的最少持續(xù)供電時間要大于180min，自動噴水系統(tǒng)、避難層備用照明的最少持續(xù)供電時間要大于60min，水噴霧和泡沫滅火系統(tǒng)、二氧化碳滅火和干粉滅火系統(tǒng)、火災疏散標志照明的最少持續(xù)供電時間要大于30min。

耐火等級最終取決于耐火型電纜橋架的材料工藝和結(jié)構特點，以涂覆鋼結(jié)構防火涂料材料工藝為例：滿足GB 14907—2002《鋼結(jié)構防火涂料》[9]標準要求的超薄型和薄型鋼結(jié)構防火涂料能達到1h的耐火極限，厚型鋼結(jié)構防火涂料能達到2h的耐火極限。所以，要綜合耐火型電纜橋架的材料工藝和結(jié)構特點以及使用場所需求，選取合理的耐火等級。

防護等級是耐火型電纜橋架的另一個關鍵試驗參數(shù)。JB/T 10216—2013[1]的4.3.1.2條款規(guī)定：耐火電纜橋架防護等級應符合GB 4208—2008[10]中IP44規(guī)定。GB 29415—2013[3]的5.4條款規(guī)定：槽盒作為鋪設電纜及相關連接件的外殼，其防護等級不應低于GB 4208—2008[10]規(guī)定的IP40。GA 479—2004[5]的5.6條款規(guī)定：槽盒的防護等級室內(nèi)使用時為IP40，室外為IP44。試驗表明，低防護等級容易導致耐火性能試驗失敗，原因是密封性不好時，試驗時高溫煙氣會進橋架內(nèi)部，點燃或熔化試驗用電纜的絕緣層，造成試驗失敗。建議耐火型電纜橋架防護等級至少達IP44的要求。

3 關鍵試驗項目要求

耐火等級試驗是耐火型電纜橋架的首要關鍵項目，這是一個破壞性的綜合性能考核試驗項目，JB/T 10216—2013[1]和GB 29415—2013[3]兩個標準均引用的GB/T 9978.1—2008[2]標準的相應條款，耐火性能試驗方法基本相同，具體要求如下：

升溫條件應符合GB/T 9978.1—2008[2]中6.1的要求，采用規(guī)定的熱電偶測得爐內(nèi)平均溫度，按以下關系式對其進行監(jiān)測和控制：

式中，T為爐內(nèi)的平均溫度，℃；t為時間， min。

壓力條件應符合GB/T 9978.1—2008[2]中6.2的要求，沿爐內(nèi)高度方向存在著線性壓力梯度，盡管壓力梯度隨爐內(nèi)溫度的改變會有輕微的變化，仍要保證沿爐內(nèi)高度處每米的壓力梯度值為8Pa。爐內(nèi)指定高度處的壓力值應是平均值，不考慮湍流等所引起的壓力波動，且與爐外相同高度處的壓力相關聯(lián)。依照規(guī)定對爐內(nèi)的平均壓力進行監(jiān)測，并控制爐內(nèi)壓力的變化，使其在試驗開始5min后壓力值為（15±5）Pa，10min后壓力值為（17±3）Pa。試驗爐運行時，應控制試件底面以下100mm處的水平面上的爐內(nèi)壓力為20Pa。

試品為四面受火，應包括以下幾個部分：至少應有兩直線段耐火型電纜橋架，其受火總長度不應小于4m，總長度為5.4～6m；有足夠的與實際使用情況相符的連接件；支撐方式可采用柱或吊架，但柱子的截面積尺寸要由柱子實際承受的額定載額計算而得，柱子高度應使橋架滿足四面受火的要求，并保證橋架頂面與爐頂距離不小于150mm；2根規(guī)定型號規(guī)格的動力電纜和2根規(guī)定型號規(guī)格的控制電纜。按要求安裝橋架并加載后，用快速熔斷器將試驗電纜連接并通電至電纜額定電壓，啟動耐火試驗爐，當接近試件中心熱電偶的溫度達到50℃時，所有測量儀表開始工作，試驗開始，隨時觀察3A熔斷器情況，當橋架內(nèi)電纜泄漏電流達到3A時，即表明該橋架已不能維持其內(nèi)部電纜繼續(xù)工作，喪失耐火能力，此時即為橋架的維持工作時間。

防護等級和材料工藝方面的要求也是重要的關鍵項目。防護等級IP44的第一位特征數(shù)字4要求直徑mm的試具在1N±0.1N的試驗用力下不得進入殼內(nèi)，第二位特征數(shù)字4要求對應的擺管或淋水噴頭試驗過程中，不進水或進水量不足以影響正常操作或破壞安全性。在材料工藝方面，耐火橋架中防火層的非金屬耐火材料應符合GB 8624—2012[11]中燃燒性能不低于B級的規(guī)定。耐火型電纜橋架表面涂覆鋼結(jié)構防火涂料時，涂料性能應符合GB 14907—2002[9]中5.2的要求。

4 不合格缺陷分析

耐火等級試驗是最容易發(fā)生不合格的關鍵試驗項目，試驗驗證了橋架的防護等級、材料性能和結(jié)構特征構成的綜合耐火耐熱能力。根據(jù)耐火等級試驗的標準時間-溫度曲線可知，爐內(nèi)溫度在30min時達到800℃以上，在60min時達到900℃以上，在90min時超過1000℃，在如此的高溫下，如果防護等級達到較高的密封要求，在試驗開始后約60min以內(nèi)，橋架殼體內(nèi)外層的鋼結(jié)構防火涂料起到關鍵的耐溫隔熱保護作用，此段時間內(nèi)發(fā)生的不合格大多數(shù)是因為防火涂料厚度達不到標準要求或涂覆工藝不過關導致。試驗開始約60min后，非金屬耐火材料將起到關鍵的耐溫隔熱保護作用，此時發(fā)生的不合格多是由非金屬耐火材料質(zhì)量、厚度、強度不過關導致。

耐火型電纜橋架的中間接頭部位是一個關鍵節(jié)點，此處為結(jié)構最復雜的地方，一般也是強度最薄弱的節(jié)點，如果不采取特別的加固措施，將大大影響橋架的機械載荷能力。

5 未來發(fā)展方向

隨著耐火型電纜橋架廣泛地應用于消防配電線路，根據(jù)實際使用場所和相關標準要求，具有多種特殊性能的外層涂覆材料和殼體材料的相關研究將得到足夠重視，例如：具有優(yōu)良的耐熱等級和耐老化性能，常溫下無毒害無異味，具有良好的散熱性能，在高溫時具有良好的阻燃耐火和隔熱性能，在高溫火焰中不散發(fā)有毒有害氣體。兼具耐火、耐潮、耐酸、耐堿等多種特征。

耐火型電纜橋架的現(xiàn)行標準體系中，耐火等級試驗中使用的電纜是常規(guī)的動力電纜和控制電纜，但是現(xiàn)在的工程設計，有的采用耐火型電纜橋架和阻燃耐火電纜的組合，此時耐火等級如何確定，需要進一步的深入試驗和研究。另外，由于耐火型電纜橋架應用于消防配電線路，有的要滿足火災時消火栓、消防泵、水幕泵、排煙設備、消防電梯等載荷的持續(xù)供電，如何考核線路的大電流持續(xù)供電能力，是值得思考和改進的地方。