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      江蘇春晨電纜有限公司

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      行業資訊

      線纜阻燃試驗方法與阻燃特性 電機引接線



      線纜阻燃試驗方法與阻燃特性
      吳長順
      大家都知道燃燒的三要素可燃物、氧氣和火源,因此我們在評價一種材料或產品阻燃特性時都應該圍繞這三個因素來討論,可燃物及被評價的產品,它是否具有阻燃特性取決于它的產品結構和可燃物材料組份等,在燃燒過程中試驗艙里氧氣含量及被燃燒樣品的敷設方式與阻燃特性有很大的相關性,燃燒試驗用的火源對評價產品阻燃特性也非常重要。成束燃燒試驗方法IEC60332或GB/T18380規定了阻燃類別,分別是A類、B類、C類和D類,是不是某一產品只要通過了A類成束燃燒,就認為其阻燃水平最高呢?情況并非如此,甚至市面出現了具有超A類阻燃性能的電纜,這些提法或想法都不能離開試驗條件,因此我們在對電線電纜產品給出阻燃特性類別時應明確在什么試驗條件下(電纜燃燒時的樣品綁扎、排布、噴燈數等)才具備什么樣的阻燃特性類別。線纜阻燃試驗方法與阻燃特性 電機引接線
      一、阻燃類別的含意是什么   
      成束燃燒的類別為AF/R、A、B、C、D,分別有不同的試驗方法,它是不是代表阻燃等級的高低?現在絕大多數人認為AF/R或A類阻燃等級最高,其他以此類推,我們看看IEC60332是怎么描述的? 線纜阻燃試驗方法與阻燃特性 電機引接線
      成束燃燒類別
      燃燒場合評定的描述
      對應的試驗方法標準
      AF/R
      AF/R不用于普通電纜
      IEC60332.32
      A
      用于評定高非金屬材料體積含量的場合
      IEC60332.33
      B
      用于評定中等非金屬材料體積含量的場合
      IEC60332.34
      C
      用于評定低非金屬材料體積含量的場合
      IEC60332.35
      D
      用于評定很低非金屬材料體積含量的場合
      IEC60332.36
      從IEC標準對燃燒A、B、C、D類別的描述可以看出,類別僅僅是代表了燃燒時非金屬材料體積含量高低的場合,沒有說是阻燃等級的高低。對于某一個具體的產品,可能A類或B類成束阻燃試驗符合要求,但往往D類不能通過,這就很生動的說明了對于具體產品你不能說它阻燃等級高低,只能說它符合哪一類要求,即非金屬材料體積含量高低的場合。所以通過A類或B類阻燃試驗的產品就一定通過C類或D類,不好判定;通過C類或D類阻燃試驗的產品就一定不通過A類或B類,更不好判定。
      現在很多企業或銷售人員想方設法提高自己產品的阻燃等級,增加買點,這本身就是一個錯誤的概念,我們從IEC標準中的概念可以看出,產品的阻燃類別要于敷設時的狀況相當,如果電纜敷設比較密集,采用阻燃A類或B類,如果敷設比較稀疏,就采用阻燃C類或D類。
      二、如何評價產品阻燃類別(AF/R、A、B、C、D
      要回答此問題有人認為很簡單,將此產品按某一類別進行燃燒,符合該類要求的就是該阻燃類別,其實不是這么簡單,IEC標準有明確規定,即產品的型式認可試驗問題。線纜阻燃試驗方法與阻燃特性 電機引接線
      前面已經講述了燃燒的三要素可燃物、氧氣和火源,如果不把此三要素的條件規定好,就很難保證試驗結果的再現性,更談不上試驗方法標準了,因此IEC標準明確規定了每一種阻燃類別型式認可試驗用電纜選擇導則,如果要保證某一型號不同規格的電纜符合某一阻燃類別的要求,應采用代表規格樣品來進行型式認可試驗,不是該型號內任一規格樣品都可用作型式認可試驗用的樣品。
      標準規定“阻燃類別型式認可試驗用電纜的型號和導體截面的選擇,宜在電纜規范中規定,或由買賣雙方商定”,也就是說確定阻燃類別型式認可試驗用電纜的型號和規格有二個原則中的一個,一是依據IEC60332標準中的要求在電纜規范中規定,或者是買賣雙方商定,但應符合IEC的規定,否則試驗結論不能要IEC規定的要求進行描述。
      IEC60332標準規定:由于鋼梯容積有限,考慮試驗用導體截面選擇時要確保非金屬材料體積符合每一個類別試驗方法標準中的安裝要求,IEC60332.32~36阻燃類別型式認可試驗的所有條件概要匯總如下:
      分類及標志
      AF/R
      A
      B
      C
      D
      導體截面范圍/mm2
      >35a
      >35a
      ≤35d
      >35a
      ≤35d
      >35a
      ≤35d
      De
      每米試件非金屬材料體積/L
      7
      7
      7
      3.5
      3.5
      1.5
      1.5
      0.5
      采用標準鋼梯,試樣最大寬度:300mm
         --層數
         --噴燈數
       
       
      2b
      1
       
       
      1
      1
       
       
      ≥1
      1
       
       
      1
      1
       
       
      ≥1
      1
       
       
      1
      1
       
       
      ≥1
      1
       
       
      1
      1
      采用寬型鋼梯,試樣最大寬度:600mm
         --層數
         --噴燈數
       
      N/Ac
      -
      -
       
       
      1
      2
       
      N/Ac
      -
      -
       
      N/Ac
      -
      -
       
      N/Ac
      -
      -
       
      N/Ac
      -
      -
       
      N/Ac
      -
      -
       
      N/Ac
      -
      -
      電纜試樣段間位置
      間隔
      間隔
      緊密
      間隔
      緊密
      間隔
      緊密
      間隔
      供火時間/min.
      40
      40
      40
      40
      40
      20
      20
      20
      注:a表示樣品中至少一根導體截面大于35mm2;
      b表示樣品二層排列,而且分布在鋼梯的前、后面上;
      c 不適用;
      d表示樣品中任何導體截面不大于35mm2
      De 表示樣品外徑不允許大于12.5mm.
      從上表中我們可以看出:阻燃類別型式認可試驗樣品的選擇、非金屬材料體積含量、鋼梯的使用、試件安裝層數及試件間的距離、噴燈數和燃燒時間都有明確規定,只要有一個條件不滿足IEC標準要求,試驗結果都不能用IEC的分類進行描述,所以就不存在所謂超A阻燃電纜的概念。線纜阻燃試驗方法與阻燃特性 電機引接線
      AF/R類燃燒試驗方法明確規定適用于導體截面大于35mm2的樣品(樣品中至少要有一根導體截面大于35mm2),而且此方法只適用于非普通電纜,試件段只能排列在鋼梯的前面和后面,如果樣品導體截面小于35mm2 的非普通電纜不能采用AF/R的試驗方法評定其AF/R類的阻燃特性,例如核電站用電纜的阻燃性能可以用此方法進行評定,我們曾經反復進行過一根核電站用電纜的成束燃燒試驗,試件段排在鋼梯的前面成束燃燒是通過,而排在鋼梯的前、后面試驗沒有通過,說明試件段之間的間隙對試驗結果的影響,主要是火焰在燃燒過程中通透性和樣品表面氧濃度的大小。
      對于A類阻燃電纜,如果選擇的電纜樣品導體截面大于35 mm2,試件段只能排列在鋼梯的前面(無論標準鋼梯還是寬型鋼梯),而且試件段間是間隔排列,間隔距離應為0.5倍電纜直徑,但不超過20mm。無論采用標準鋼梯還是寬型鋼梯,試件邊緣與鋼梯內側垂面的最小距離為50mm。如果選擇的電纜樣品導體截面不大于35 mm2,只能采用標準鋼梯,而且試件段排列在鋼梯的前面,緊密排列可以多層。
      我們可以根據上表中的規定,看出B、C、D類型式認可試驗樣品截面與試驗條件之間的關系。
      這里要特別說明的幾點是:
      無論哪一類阻燃類別,在進行燃燒評定時,參加燃燒的試件段不能小于2根;
      ②A、B、C類阻燃類別中樣品導體截面大于35 mm2的樣品試件都是單層間隔排列,不大于35 mm2的樣品試件都是單層或多層緊密排列;
      D類阻燃類別僅僅適用于外徑不大于12.5mm的樣品;
      ④IEC標準要求,當樣品至少有一根導體截面大于35 mm2,在安裝電纜試樣段時,第一個電纜試樣段大致位于鋼梯中心,其后的電纜試樣段在兩側添加,以使全部電纜試樣段大致排列在鋼梯的中心;當樣品任何導體截面都小于或等于35 mm2,在安裝電纜試樣段時,第一個電纜試樣段(組)大致位于鋼梯中心,其后的電纜試樣段(組)在兩側添加,以使全部電纜試樣段大致排列在鋼梯的中心,如果第一(或其后)層用完了鋼梯的全部寬度,還需要使用第二(或更多)層,第二(或其后)層的第一個電纜試樣段(組)應大致位于鋼梯中心,其后的電纜試樣段(組)在兩側添加,以使第二(或其后)層全部電纜試樣段大致排列在鋼梯的中心,如果試樣需要使用大量的電纜試樣段,這時可以采用規定的金屬線構成平坦的電纜試樣段組安裝在鋼梯橫檔上,每個電纜試樣段組最大寬度為5個電纜試樣段,且必須保證電纜試樣段相互接觸,而不是大量試樣段絞合或以其他方式捆綁在鋼梯上,試驗證明,試樣組不同的安裝方式往往會對試驗結果造成較大影響。
      如果按上表要求選擇的電纜通過了該類阻燃試驗,就應該認為該類電纜(同一型號,不同規格、結構相同的電纜)其他規格的電纜也符合該類阻燃試驗的要求;
      評價同一類電纜阻燃類別時,型式認可試驗電纜樣品導體截面可以選擇大于35 mm2的樣品,也可選擇不大于35 mm2的樣品,但樣品試件排列不一樣;
      同一型號的電纜不是每一個規格都能作為型式認可試驗的樣品,例如某一個大于35 mm2規格的樣品,進行A類阻燃特性評定,根據樣品試件段的計算方法,計算的試件根數按照上表進行鋼梯前面排列,發現前面排不下,那么此規格就不能作為型式認可試驗的樣品,即使按緊密排列進行了燃燒試驗或前后排列,試驗結論與IEC60332標準要求之間也沒有關系;
      如果電纜用戶要對第條中提到的規格樣品進行燃燒試驗,此時的燃燒結論也不能用IEC的要求進行判定;
      ⑨電纜企業在進行選擇型式認可試驗樣品時應符合上表的要求,否則可能給不出試驗結論。
      因此一個完整的阻燃電纜型式認可試驗報告應包含:電纜結構的完整描述、電纜試樣段的數量、燃燒類別、安裝方式(間隔或緊密)、層數和每層的電纜樣品段數、供火時間、噴燈數、損傷長度和所有燃燒和發光熄滅時間。
      三、阻燃類別與現場火災事故
      當電纜產品標以某一阻燃類別(AF/R、A、B、C、D)后,證明其在標準規定的試驗條件下進行試驗,其阻燃性能符合標準規定的要求,即在規定的供火時間結束后熄滅火焰,通過試驗箱的空氣流量維持到電纜停止燃燒或發光,或者維持到最長1小時,此后應強行熄滅電纜的燃燒或發光,冷卻后無論是在鋼梯前面還是后面,測得的試樣最大炭化范圍都應不高于噴燈底邊2.5m。在這里我們必須清楚:此結論是在標準條件下在得出的阻燃特性,這些條件是燃燒期間箱體內的通風量恒定、火焰強度一定、被燃燒樣品體積一定、規定燃燒時間、樣品試件綁扎方法給以規定等等,如果上述中有一個試驗條件發生變化,阻燃特性都會發生改變。
      這里需要強調的是,阻燃試驗不能用來評估火災的危害性,僅僅依靠阻燃試驗的結果也不能保證安全性。阻燃試驗的目的或提供的阻燃型式認可試驗報告僅僅是提供幫助評估在特定條件下電纜是否適用的信息。
      火災事故現場中如果涉及到電纜,要分析現場的具體情況,如敷設方式:隧道里敷設、橋架敷設、電纜井中敷設、集束敷設、稀疏敷設、水平敷設、垂直敷設,多種類型的電纜混雜敷設。通風情況:水平通風、垂直通風、風速大小。火焰起源:外來的火源、電纜本體擊穿產生的火源、電纜發熱(或端部接觸不良發熱)產生的火源、由于敷設原因電纜局部過熱產生的火源等等,這些因素(或者叫條件)都與實驗室的條件不一致,因此不管電纜產品阻燃級別高低,在一定的場合電纜都會燒光,當然如果是阻燃電纜其燒光的程度或延燃程度會有很大的區別,現在出現火災事故后對其電纜進行阻燃測試,往往是阻燃型號的電纜而實際是非阻燃電纜,所以燃燒的程度是相當嚴重。為了減少火災中電纜燃燒的程度,電纜設計時應考慮敷設的緊密程度決定電纜阻燃的類別,另外設計隔斷措施也是行之有效的方法,例如在隧道里或水平井里或豎井里,萬一火災發生了,電纜燃燒是難免的,完全不燒是不現實的,除非是金屬護套電纜。
      四、實驗室阻燃試驗的條件
      前面已經講述了阻燃試驗時的試驗條件是相當重要的,在最新的IEC60332標準中對下列試驗條件進行了明確而又嚴格的規定:
      環境條件
      如果實驗室的溫度低于5℃或高于40℃,不允許試驗;如果試驗箱體頂部的外部風速大于8m/s,不應進行試驗。但我們有些情況下不滿足此條件情況在繼續進行試驗,試驗結果就不具備再現性;
      ②空氣源
      標準規定應安裝一個能控制空氣氣流通過箱體的空氣源,試驗開始前應恒定控制溫度在(20±10)℃,在進氣口測量空氣流量,并調節為(5000±500)L/min.在試驗過程中空氣流速應予以維持,除非電纜停止燃燒,如果停止供火1小時后試樣仍燃燒不止,應強行熄滅。
      這里明確規定試驗期間進風風速要維持恒定,測量風速是在進風口,但國內大部分燃燒設備達不到此要求,所以對試驗結果會產生一定的影響。
      ③丙烷和空氣流量控制
      標準規定每個噴燈應配備精確裝置以控制丙烷和空氣流入速率,可以采用轉子流量計或質量流量計,推薦采用易用的質量流量計。在這里我們還是要強調應采用質量流量計,因為燃燒時環境條件很難達到基準溫度(20℃)和基準氣壓(100kPa),嚴格意義上講,如果采用轉子流量計,燃燒試驗時如果環境條件不滿足基準條件,就必須對轉子流量計進行校準,然后再進行流量設定進行試驗,而質量流量計就比較方便了,不需要進行校準。
      出煙口
      標準規定燃燒箱頂部有出煙口,尺寸為(300±30)×(1000±100)mm,在燃燒鋼梯的上方。標準中規定了燃燒時的煙氣是直接排到箱體的外面,此出煙口是與大氣相通的,沒有管道與燃燒箱體連接,也就是燃燒箱體里的空氣流動是箱體下部的進氣和燃燒時熱空氣上升所組成,不存在“拔風”現象。而現在大部分燃燒設備都是采用上部抽風,這對試驗結果也會產生影響。
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