挑战15min冷却时间内不断裂！非金属耐火光缆可以这样设计
导读
目前，通信行业对管道、隧道用光缆仅要求阻燃，在火灾发生时，虽然可以阻止火势蔓延，但也牺牲了光缆的通信功能。因此，通信光缆在与电力电缆同路由敷设时，须具有耐火性能，在发生火灾时和救灾过程中保证通信畅通，避免信号中断和数据丢失造成的灾害扩大；同时为免受强电磁环境影响，通信光缆应采用全介质非金属结构。而在非金属光缆实际耐火性能测试过程中，保证15min冷却时间内光纤不发生断裂，是行业内的难点，这对非金属耐火光缆的结构设计提出了更高要求；目前光缆厂家一般都只考虑燃烧阶段，对冷却阶段不作具体要求。因此，设计与研发耐火性能满足IEC 60331-25:1999要求的电力通信用非金属光缆具有重要意义。
精读
一、新型非金属耐火光缆结构设计与优化
（一）耐火光单元设计
基于传统非金属耐火光缆结构，本工作提出了一种耐火光单元的设计，取消在缆芯外被覆耐火层，而将耐火层直接被覆到光纤松套管外，形成一个独立的耐火光单元，目的是将耐火层内移，缩小耐火光单元的内部空间，提高耐火光单元在燃烧后的稳定性。新型非金属耐火光缆结构见图1。
图1 非金属耐火光缆结构
根据IEC 60331-25:1999标准规定，取足够长度的光缆试样，以750℃的火焰温度，燃烧90min，冷却15min，经3次重复性试验，基于耐火光单元的非金属光缆线路完整性测试结果见表1。
表1 基于耐火光单元的非金属光缆线路完整性测试
由表1可知，基于耐火光单元的非金属光缆的耐火性能满足IEC 60331-25:1999要求。
提高光单元燃烧后的稳定性，是保证非金属耐火光缆在冷却阶段线路完整性的关键，采用耐火光单元的结构设计，其典型结构为半干式双护套，从内向外依次为基于耐火光单元的缆芯、陶瓷化阻燃聚烯烃料、玻璃纤维编织带、阻燃外护套，很好地弥补了传统非金属光缆在耐火性能方面的不足。
（二）原材料选型优化
基于耐火光单元的非金属光缆耐火性能已满足标准要求，但依然存在原材料及加工成本高的缺点。因此，本工作从原材料选型的角度对光缆结构设计进行了优化，分别对比验证了采用常规阻燃料替代陶瓷化聚烯烃、云母带替代玻纤编织带的结构对光缆耐火性能的影响，优化方案见表2。
表2 非金属耐火光缆原材料选型优化
由表2可知，内护层分别采用常规阻燃料替代陶瓷化聚烯烃、云母带替代玻璃纤维编织带，经验证，3种方案的非金属光缆在750℃的温度下，燃烧90min后冷却15min，光纤均未发生断裂，耐火性能均合格。非金属耐火光缆原材料选型优化方案2中，外径减小，原材料及加工成本明显降低。
（三）护套结构优化
目前广泛应用的非金属耐火光缆仍然延续了典型的双护套结构，为了进一步探究光缆结构可优化的空间，单独对耐火光单元制备的缆芯进行了耐火性能测试，测试结果见图2。
图2 缆芯结构耐火性能测试
由图2可知，缆芯在750℃火焰温度下燃烧90min及冷却15min过程中，光纤未发生断裂，说明采用耐火层被覆松套管结构的耐火光单元给管内光纤提供了一个非常稳定的内部空间，对非金属耐火光缆的耐火性能起到决定性作用，为今后非金属耐火光缆的结构设计提供参考。
经验证，非金属耐火光缆将双护套结构优化为单护套结构，缆芯可以不需要外被覆云母带，典型结构为耐火光单元的缆芯+阻燃外护套，结构图见图3。
图3 新型非金属耐火光缆单护套典型结构
经第三方测试，单护套结构的非金属光缆耐火性能也满足IEC 60331-25:1999要求。非金属耐火光缆由双层护套结构优化为单层护套结构，在相同的松套管尺寸下，光缆外径至少减小25%，质量更轻，运输与敷设也更便捷，可适应特定场景下的应用需求。
二、结束语
本工作通过分析传统的非金属耐火光缆的结构，提出了一种耐火光单元设计，开发了一种新型非金属耐火光缆，耐火性能满足IEC 60331-25:1999标准要求，保证了光缆在燃烧及冷却过程中的线路完整性。同时，基于耐火光单元的设计，对非金属耐火光缆结构进行了优化，促进了非金属光缆向尺寸微型化、轻量化方向发展，更有利于产品运输与施工敷设，为电力、铁路、隧道、矿井及数据中心等特殊场景用非金属耐火光缆的设计提供参考。