耐火型电缆桥架标准和试验研究

张秩 滕成龙

（1.扬中市产品质量监督检验所 2.国家中低压配电设备质量监督检验中心）

0 引言

耐火型电缆桥架是由电缆桥架的直线段、弯通、附件和支吊架等组成，用以支撑电缆具有连续的刚性结构系统，该系统维持工作时能达到规定的耐火要求（有些场合可简称耐火槽盒）[1]。耐火型电缆桥架广泛应用于消防线路，以满足火灾时消防设备和应急照明连续供电的要求。

耐火型电缆桥架在通过规定的机械、电气和材料性能相关试验的同时，还需通过耐火等级试验。本文针对耐火型电缆桥架的标准和试验展开研究，介绍了耐火型电缆桥架的标准体系，指出了耐火等级、防护等级等试验项目的参数选择和试验要求，进行了不合格项目的缺陷分析，展望了耐火型电缆桥架的未来发展方向。

1 耐火型电缆桥架标准

目前国内耐火型电缆桥架相关标准主要有以下几项：

1）JB/T 10216—2013《电控配电用电缆桥架》[1]是对电缆桥架提出综合性要求的标准，除规定了对产品的电气、机械和材料要求外，还在5.8条款规定了耐火型电缆桥架的耐火等级试验：耐火试验炉和试验条件满足GB/T 9978.1—2008[2]标准，对受火条件、试品要求、试件安装、试验程序和判定条件作出了详细规定。

2）GB 29415—2013《耐火电缆槽盒》[3]是专门针对耐火电缆桥架的产品标准，标准第5条对外观、材料及表面处理、承载能力、防护等级、耐火性能提出具体要求，基中承载能力试验方法按CECS 31:2006[4]标准的规定执行。标准6.5条款规定了耐火性能试验方法，耐火试验炉和试验条件满足GB/T 9978.1-2008[2]标准要求，对试件要求、安装、试验程序和判定条件作出了详细规定。

3）GA 479—2004《耐火电缆槽盒》[5]是专门针对耐火电缆桥架的早期产品标准，标准第5条对外观要求、材料、涂覆要求、承载能力、耐火性能、防护等级提出具体要求，标准6.6条款规定了耐火性能试验方法，耐火试验炉和试验条件满足GB/T 9978—1999[6]标准要求，对试件要求、安装、试验程序和判定条件作出了详细规定。

对上述标准进行分析可以看出，JB/T 10216—2013[1]是关于电缆桥架的大类产品标准，GB 29415—2013[3]是关于耐火型电缆桥架的小类产品标准，两个标准均引用的GB/T 9978.1—2008[2]的标准条款，耐火性能试验方法基本相同，但在耐火性能分级、载荷试验和防护等级方面的规定略有差异。作为早期产品标准，GA 479—2004[5]中引用的GB/T 9978—1999[6]标准已被GB/T 9978.1—2008[2]代替。

2 关键试验参数选择

目前国内耐火型电缆桥架按结构型式划分，主要有以下几类：

1）复合耐火型电缆桥架，外层为钢制镀锌后涂覆钢结构防火涂料，内层为非金属防火层。

2）普通耐火型电缆桥架，钢制镀锌后内外层涂履钢结构防火涂料或用非金属耐火材料制造。

3）其他结构型式耐火型电缆桥架，由用户和制造商确定，但应满足耐火等级试验规定。

耐火等级是耐火型电缆桥架关键试验参数之一，耐火等级按照高温火焰条件下的耐火维持工作时间进行划分，即：在标准温升条件下进行耐火性能试验，自试验开始试品内电缆所连接3A熔丝熔断的时间。JB/T 10216—2013[1]标准将耐火等级分为NI、NII、NIII共3级，对应维持工作时间分别为≥60min、≥45min、≥30min。GA 479—2004[5]标准的耐火等级划分与JB/T 10216-2013[1]相同。GB 29415—2013[3]将耐火等级分为F1、F2、F3、F4共4级，对应维持工作时间分别为≥90min、≥60min、≥45min、≥30min，多了一个≥90min的耐火等级。

耐火等级要满足使用耐火型电缆桥架的场所需求，GB 50016—2014《建筑设计防火规范》[7]中10.1.10条款规定：消防配电线路应满足火灾时连续供电的需要。JGJ 16—2008《民用建筑电气设计规范》[8]中13.9.13条款规定：各类消防用电设备在火灾发生期间，应满足最少持续供电时间，火灾时继续工作的备用照明、消火栓、消防泵、水幕泵、排烟设备、消防电梯的最少持续供电时间要大于180min，自动喷水系统、避难层备用照明的最少持续供电时间要大于60min，水喷雾和泡沫灭火系统、二氧化碳灭火和干粉灭火系统、火灾疏散标志照明的最少持续供电时间要大于30min。

耐火等级最终取决于耐火型电缆桥架的材料工艺和结构特点，以涂覆钢结构防火涂料材料工艺为例：满足GB 14907—2002《钢结构防火涂料》[9]标准要求的超薄型和薄型钢结构防火涂料能达到1h的耐火极限，厚型钢结构防火涂料能达到2h的耐火极限。所以，要综合耐火型电缆桥架的材料工艺和结构特点以及使用场所需求，选取合理的耐火等级。

防护等级是耐火型电缆桥架的另一个关键试验参数。JB/T 10216—2013[1]的4.3.1.2条款规定：耐火电缆桥架防护等级应符合GB 4208—2008[10]中IP44规定。GB 29415—2013[3]的5.4条款规定：槽盒作为铺设电缆及相关连接件的外壳，其防护等级不应低于GB 4208—2008[10]规定的IP40。GA 479—2004[5]的5.6条款规定：槽盒的防护等级室内使用时为IP40，室外为IP44。试验表明，低防护等级容易导致耐火性能试验失败，原因是密封性不好时，试验时高温烟气会进桥架内部，点燃或熔化试验用电缆的绝缘层，造成试验失败。建议耐火型电缆桥架防护等级至少达IP44的要求。

3 关键试验项目要求

耐火等级试验是耐火型电缆桥架的首要关键项目，这是一个破坏性的综合性能考核试验项目，JB/T 10216—2013[1]和GB 29415—2013[3]两个标准均引用的GB/T 9978.1—2008[2]标准的相应条款，耐火性能试验方法基本相同，具体要求如下：

升温条件应符合GB/T 9978.1—2008[2]中6.1的要求，采用规定的热电偶测得炉内平均温度，按以下关系式对其进行监测和控制：

式中，T为炉内的平均温度，℃；t为时间， min。

压力条件应符合GB/T 9978.1—2008[2]中6.2的要求，沿炉内高度方向存在着线性压力梯度，尽管压力梯度随炉内温度的改变会有轻微的变化，仍要保证沿炉内高度处每米的压力梯度值为8Pa。炉内指定高度处的压力值应是平均值，不考虑湍流等所引起的压力波动，且与炉外相同高度处的压力相关联。依照规定对炉内的平均压力进行监测，并控制炉内压力的变化，使其在试验开始5min后压力值为（15±5）Pa，10min后压力值为（17±3）Pa。试验炉运行时，应控制试件底面以下100mm处的水平面上的炉内压力为20Pa。

试品为四面受火，应包括以下几个部分：至少应有两直线段耐火型电缆桥架，其受火总长度不应小于4m，总长度为5.4～6m；有足够的与实际使用情况相符的连接件；支撑方式可采用柱或吊架，但柱子的截面积尺寸要由柱子实际承受的额定载额计算而得，柱子高度应使桥架满足四面受火的要求，并保证桥架顶面与炉顶距离不小于150mm；2根规定型号规格的动力电缆和2根规定型号规格的控制电缆。按要求安装桥架并加载后，用快速熔断器将试验电缆连接并通电至电缆额定电压，启动耐火试验炉，当接近试件中心热电偶的温度达到50℃时，所有测量仪表开始工作，试验开始，随时观察3A熔断器情况，当桥架内电缆泄漏电流达到3A时，即表明该桥架已不能维持其内部电缆继续工作，丧失耐火能力，此时即为桥架的维持工作时间。

防护等级和材料工艺方面的要求也是重要的关键项目。防护等级IP44的第一位特征数字4要求直径mm的试具在1N±0.1N的试验用力下不得进入壳内，第二位特征数字4要求对应的摆管或淋水喷头试验过程中，不进水或进水量不足以影响正常操作或破坏安全性。在材料工艺方面，耐火桥架中防火层的非金属耐火材料应符合GB 8624—2012[11]中燃烧性能不低于B级的规定。耐火型电缆桥架表面涂覆钢结构防火涂料时，涂料性能应符合GB 14907—2002[9]中5.2的要求。

4 不合格缺陷分析

耐火等级试验是最容易发生不合格的关键试验项目，试验验证了桥架的防护等级、材料性能和结构特征构成的综合耐火耐热能力。根据耐火等级试验的标准时间-温度曲线可知，炉内温度在30min时达到800℃以上，在60min时达到900℃以上，在90min时超过1000℃，在如此的高温下，如果防护等级达到较高的密封要求，在试验开始后约60min以内，桥架壳体内外层的钢结构防火涂料起到关键的耐温隔热保护作用，此段时间内发生的不合格大多数是因为防火涂料厚度达不到标准要求或涂覆工艺不过关导致。试验开始约60min后，非金属耐火材料将起到关键的耐温隔热保护作用，此时发生的不合格多是由非金属耐火材料质量、厚度、强度不过关导致。

耐火型电缆桥架的中间接头部位是一个关键节点，此处为结构最复杂的地方，一般也是强度最薄弱的节点，如果不采取特别的加固措施，将大大影响桥架的机械载荷能力。

5 未来发展方向

随着耐火型电缆桥架广泛地应用于消防配电线路，根据实际使用场所和相关标准要求，具有多种特殊性能的外层涂覆材料和壳体材料的相关研究将得到足够重视，例如：具有优良的耐热等级和耐老化性能，常温下无毒害无异味，具有良好的散热性能，在高温时具有良好的阻燃耐火和隔热性能，在高温火焰中不散发有毒有害气体。兼具耐火、耐潮、耐酸、耐碱等多种特征。

耐火型电缆桥架的现行标准体系中，耐火等级试验中使用的电缆是常规的动力电缆和控制电缆，但是现在的工程设计，有的采用耐火型电缆桥架和阻燃耐火电缆的组合，此时耐火等级如何确定，需要进一步的深入试验和研究。另外，由于耐火型电缆桥架应用于消防配电线路，有的要满足火灾时消火栓、消防泵、水幕泵、排烟设备、消防电梯等载荷的持续供电，如何考核线路的大电流持续供电能力，是值得思考和改进的地方。