安全消防类电缆已成为我国安全电能传动技术的重要发展方向，其中作为代表的B1级电缆已在建筑设计标准中得到明确使用，如：GB 51348—2019《民用建筑电气设计标准》中第13.8.4条明确规定：“在人员密集场所疏散通道采用的火灾自动报警系统的报警总线，应选择燃烧性能B1级的电线、电缆”；DGJ 08-2048—2016《民用建筑电气防火设计规范》中第8.2.2条明确规定：“建筑高度大于250m的建筑，建筑面积大于250000m²的高层公共建筑和建筑面积大于40000m²的地下、半地下商店所选的电缆应通过B1级试验”。

目前电缆制造行业依据GB 31247—2014《电缆及光缆燃烧性能分级》进行B1级电缆制造，但该标准仅规定了B1级电缆的燃烧性能试验方法和性能判据，并未明确B1级电缆的材料性能和结构要求，这给电缆制造企业带来了一定的困扰。本工作以B1级控制电缆为例，通过试验研究电缆的燃烧性能，总结B1级电缆护套材料的选型及绕包结构的设计思路，为B1级电缆的开发与制造提供参考。

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试验部分

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试验方法

试验方法和性能判据依据GB 31247—2014《电缆及光缆燃烧性能分级》标准中的B1级燃烧性能等级对应的方法和判据。

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试验装置

依据 GB/T 31248—2014《电缆或光缆在受火条件下火焰蔓延、热释放和产烟特性的试验方法》标准，B1级电缆试验装置由燃烧室、空气供给系统、标准梯、点火源等组成，试验装置参考标准中相应内容。

✎护套料选型、测试及验证1

B1级电缆型号规格及电压等级

B1级电缆中，0.6/1kV电力电缆和450/750V控制电缆为常用产品，使用面比较广。450/750V控制电缆与0.6/1kV电力电缆相比，其非金属材料占比较高，因此450/750V控制电缆的B1级燃烧试验难度一般高于0.6/1kV电力电缆，基于此，本工作以控制电缆常用规格WDZB1-KYJY-450/750 4×1.5为例进行验证，其结构示意图见图1。

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护套料测试

根据B1级燃烧性能判据及电缆垂直燃烧时由外向内、向上延燃的特点，电缆结构中最外层的护套料在B1级电缆燃烧性能中起着至关重要的作用，为使对比有意义，本次试验对两组相同结构、型号、规格的WDZB1-KYJY-450/750 4×1.5电缆进行B1级燃烧性能测试。第1组电缆由内到外依次是铜导体、交联聚乙烯绝缘、两层高阻燃包带和常规低烟无卤阻燃聚烯烃护套，第2组电缆唯一区别是护套为燃烧结壳性低烟无卤阻燃聚烯烃护套。试验数据见表1。

结果表明，当电缆采用燃烧结壳性低烟无卤阻燃聚烯烃护套料时，其火焰蔓延长度、热释放速率峰值、受火1200s内的热释放总量、燃烧增长速率指数、产烟速率峰值、受火1200s内的产烟总量、透光率及垂直火焰蔓延等指标均优于常规低烟无卤阻燃聚烯烃护套料。

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B1级护套料选型与控制

通过上一节的试验分析，当护套料具有燃烧结壳特性时，可显著提高电缆的B1级燃烧性能指标，但由于标准GB 31247—2014和GB/T 32129—2015中均未明确该项指标的技术要求，导致缺少从源头进行B1级燃烧性能控制的手段。


为解决此问题，本工作在原材料基础性能符合国家标准GB/T 32129—2015的前提下，借鉴电缆单根垂直燃烧原理，设计B1级护套料“燃烧结壳性试验装置”，对上一节中两种不同护套料进行多次燃烧试验，得出一种B1级护套料选型与控制方法，具体如下：

1）试样制备。按照国家标准GB/T 32129—2015中5.2模压法进行压片，将电缆料颗粒在炼塑机上塑化、出片，放在液压机中，在不加压情况下，预热10min，然后加压并保持5min，炼塑机及液压机的加工温度根据材料的塑化特征进行设定，确保材料在加工过程中能充分塑化并未分解，液压机的加压压力不应小于15MPa，然后加压冷却至室温。样片参考长×宽×厚为160mm×160mm×3mm，然后采用模压刀压制出长×宽×厚为140mm×6mm×3mm的长方体试样。

2）试验条件。试验应在（23±2）℃的环境中进行。

3）试验装置。试验装置由BDP-220-A卡式纯丁烷喷灯和固定支架组成，见图2。

4）试验步骤。将试样垂直固定在支架上，调整试样高度，使试样底端与喷灯嘴下沿基本位于同一水平线上，然后调整喷灯距离，使喷灯口与试样水平距离为120mm，点燃喷灯，调整喷灯阀至蓝色火焰长度为100mm后开始计时，保持3min。

5）结果判定。试验过程中应无燃烧滴落物，停止供火后5s内火焰应自动熄灭，燃烧结壳性结果判定见图3。


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B1级护套料选型验证

为验证B1级护套料选型与控制方法是否有效，本工作选取了某供应商的B1级护套料和常规护套料，分别对原材料和成品进行了对比。

原材料基础性能试验依据国家标准GB/T 32129—2015进行，某供应商的B1级护套料与常规护套料的性能对比见表2。

护套料燃烧结壳性试验对比见表3。

采用常规护套料和某供应商的B1级护套料两种护套料对应的成品电缆WDZB1-KYJY-450/750 4×1.5 B1级燃烧试验对比结果见表4。

由表2、表3和表4结果可以得出以下结论：

1）具有燃烧结壳性功能的B1级护套料在抗张强度、断裂伸长率、抗开裂性能、低温性能、高温性能和氧指数等方面和常规护套料均可满足国家标准GB/T 32129—2015的要求。

2）按照本工作中设计的B1级护套料选型与控制方法筛选出的护套料对应的成品电缆，通过了国家标准GB 31247—2014中规定的B1级燃烧试验。

✎绕包结构对燃烧性能的影响

试验经大量燃烧后发现，WDZB1-KYJY23-450/750 4×1.5铠装型电缆在B1级燃烧试验中容易出现燃烧滴落物情况，观察B1级燃烧试验过程发现，电缆护套在燃烧时会结壳膨胀，形成一层防火保护层，但由于该类电缆设置了金属铠装层，表面比较光滑，导致护套料在燃烧时中不易附着在缆芯上而脱落。


为了改善此问题，在符合产品标准的前提下，在金属铠装层外增加两层高阻燃包带，以验证绕包结构对铠装电缆B1级燃烧性能的影响。


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B1级电缆样品

本次验证以WDZB1-KYJY23-450/750 4×1.5铠装型控制电缆为例，设置两组电缆样品，其中第1组电缆样品铠装层外无包带结构；第2组电缆样品铠装层外有两层高阻燃包带结构，除此之外两组样品无差异。

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不同绕包结构的燃烧测试

WDZB1-KYJY23-450/750 4×1.5 电缆燃烧测试结果

由图4可知，铠装层外无包带结构的电缆B1级燃烧试验后护套脱落明显，露出了金属铠装层，试验箱体底部有燃烧滴落物，而铠装层外有包带结构的电缆B1级燃烧试验后无燃烧滴落物。由此可知，铠装层外设置高阻燃包带可以明显改善B1级铠装电缆燃烧滴落物问题。

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本工作针对WDZB1-KYJY-450/750 4×1.5电缆燃烧结壳性护套料和WDZB1-KYJY23-450/750 4×1.5电缆铠装外绕包结构对B1级燃烧性能的影响进行研究，发现相较于常规护套料，采用具有燃烧结壳性功能的护套料可以显著提升电缆的B1级燃烧性能；相较于金属铠装外无阻燃包带电缆，在金属铠装外增加高阻燃包带可以显著降低电缆B1级燃烧试验时护套滴落问题。

本工作设计了B1级护套料“燃烧结壳性试验装置”，并通过护套料燃烧结壳性试验验证了B1级燃烧性能，结果表明护套料燃烧结壳性对电缆B1级燃烧性能有一定的影响，为B1级护套料的选型提供参考，并改善现阶段B1级护套料无标准可依的情况。