北京電纜價格聯盟

謹慎看待“電纜及光纜燃燒性能分級”(GB31247-2014)

易纜通線纜模具2020-05-16 16:54:41


最近由于西安地鐵某號線招投標書中采用了設計要求的B1級阻燃線纜產品,其抽樣檢測結果不樂觀,導致在行業中又多了一個議論的話題,其實這反映了我們行業存在的根深蒂固的“毛病”,不重視科研,不重視技術,整個電纜行業被“配套的”行業或者不懂技術的銷售人員牽著鼻子走,模仿制造成風,如果不改變這種現狀,想要成為線纜制造強國,路途艱難。

從這件事情中我們看到:西安地鐵是國人關注的熱點,此時任何電纜供應商都真心實意的想提供符合標書要求的合格產品,但事實是并非如此,究竟是什么原因?產品結構問題?原材料問題?標準判據問題?測試技術問題?還是沒有充分理解標準的要求問題?為此本人根據工作經驗提出如下看法,僅供參考,不妥之處敬請原諒。


一、認真研究標準要求的特點

?對于阻燃電纜引用的燃燒測試方法標準大家都比較熟悉是采用GB/T18380-2008或IEC60332-3,對材料的選擇、產品結構、各類阻燃等級的燃燒特性、考核要求和測試方法等都比較了解,國內主流電纜企業都已經形成固定的工藝要求,在產品阻燃性能上屬于成熟產品。然而在2015年9月1日實施的GB 31247-2014《電纜及光纜燃燒性能分級》標準,研究不深入,想當然慣性思維,很多人認為IEC60332-3阻燃B類或A類成束燃燒試驗合格,GB 31247中B1也應該滿足要求,其實差距很大,下面就標準差異作一些分析:

? 1.?考核指標的差異??

大家都知道GB/T 18380.32-2008 第32部分:A F/R類、GB/T 18380.33-2008 第33部分:A類 、GB/T 18380.34-2008 第34部分:B類、GB/T 18380.35-2008 第35部分:C類 和GB/T 18380.36-2008 第34部分:D類 的考核要求都是在規定的樣品數量和燃燒時間情況下,燃燒結束后測得的炭化高度(噴燈底邊到炭化部分起點間的距離)不大于2.5米。在燃燒期間火焰燃燒的狀態不作要求,即使規定的燃燒時間結束,在通過試驗箱的空氣流量維持不變的情況下,燃燒或發光允許繼續,直到最長1小時時才強行熄滅電纜的燃燒或發光。GB/T18380-2008或IEC60332-3根據使用場合(電纜敷設狀態)非金屬材料體積含量多少分為A類、B類、C類、D類和AF/R類(特別裝置中特種電纜)。

而GB 31247-2014《電纜及光纜燃燒性能分級》考核要求完全不同,差異很大,此標準對應的試驗方法標準為GB/T31248-2014《電纜或光纜在受火條件下火焰蔓延、熱釋放和產煙特性的試驗方法》。此標準把線纜的燃燒分為4個等級,A級(不燃電纜或光纜,相當于金屬護套電纜或光纜)、B1級(阻燃B1級電纜或光纜,相當于無鹵低煙阻燃電纜或光纜)、B2級(阻燃B2級電纜或光纜,相當于低鹵低煙阻燃電纜或光纜)和B3級(普通電纜或光纜)。

此標準中試驗項目名稱和含義也有了較大的變化,具體如下:

火焰蔓延(FS):是指按GB/T 31248-2014規定的火焰和燃燒時間情況下,成束電纜表面的最大炭化距離,相當于IEC60332-3中的最大炭化高度。

熱釋放速率(HRR):指在規定條件下,材料在單位時間內燃燒所釋放的熱量。它是電纜在燃燒過程中產生的煙被排到排煙管道中,測量排煙管道內氣體體積流量、氧氣摩爾濃度和二氧化碳摩爾濃度以及試驗箱體外空氣中水蒸汽的摩爾濃度,進行復雜的計算而得到的電纜燃燒熱釋放速率。熱釋放速率數據的獲得與數據采集是相關的,也就是每采集一組數據就會獲得一個熱釋放速率值,因此熱釋放速率值在燃燒過程中是一個變化的量,跟數據采集頻率有關,跟樣品燃燒狀態有關,其實跟樣品可燃燒物的多少或被燃燒的非金屬材料多少也有關。

熱釋放速率平均值(HRRav):是指熱釋放速率(HRR)在30秒內的平均值。標準規定采樣頻率為3秒至少采集一次,因此熱釋放速率平均值是每10次熱釋放速率的平均值(假定3秒采集一次),因此在燃燒過程中熱釋放速率平均值也是隨燃燒時間延續而變化的一個值。

熱釋放速率(HRR)峰值:在整個燃燒期間熱釋放速率平均值的最大值,標準規定燃燒時間為1200秒,也就是40個熱釋放速率平均值中的最大值(假定3秒采集一次)。此值與電纜燃燒過程中燃燒狀態有關,如果在1200秒內火焰在某一時段內特別大,那么熱釋放速率峰值有可能不滿足要求。

熱釋放總量(THR????):是指熱釋放速率在規定的時間內的積分值。例如:GB/T31248-2014中規定燃燒時間為1200秒,那么就是THR1200表示在受火1200秒內的總熱釋放量。

如果用坐標表示其含義就是曲線與二個坐標包含的的面積(見圖1)。


圖1:熱釋放速率與燃燒時間的關系

燃燒增長速率指數(FIGRA):是指試樣燃燒的熱釋放速率值與其對應時間的比值的最大值。

燃燒增長速率指數的計算公式:

FIGRA=1000×max(HRRav(t)/(t-tb)),其中:HRRav(t)是燃燒t時刻之前的熱釋放速率平均值,tb是點火時刻。

從數學定義到物理概念,就是考核單位時間內燃燒釋放的熱量不能大于標準要求值,也就是在觀察燃燒狀態時,如果看到產生一個很大的火苗,可能燃燒增長速率指數(FIGRA)存在不合格,這種狀態與產品結構、生產工藝有關。

產煙速率(SPR):是指單位時間內煙的生成量。在GB/T31248-2014標準中規定的試驗裝置中的排煙管內設置了一個煙密度測量系統,測量在樣品燃燒過程中排煙管道內排出煙的煙密度和排煙管內的風速,計算產煙速率,煙密度用消光系數k表示;

k-消光系數,單位為m-1;

I0-起始透光率(無煙氣環境,燃燒前);

I-實時透光率(燃燒時的透光率);

L-光程(光束穿過煙氣環境的距離),單位為m。

產煙速率:SPR=k×Vs

Vs-排煙管道中的實際體積流量,單位為m3/s


產煙速率(SPR)峰值:在整個燃燒期間產煙速率平均值的最大值,標準規定燃燒時間為1200秒,每60秒取一次平均值,也就是20個熱釋放速率平均值中的最大值,此值與電纜燃燒過程中燃燒狀態有關。

產煙總量(TSP????):是指產煙速率在規定時間內的積分值。例如:GB/T31248中規定燃燒時間為1200秒,那么就是TSP1200表示在受火1200秒內的總產煙量。?

其計算公式如下:


公式中的t表示樣品燃燒時間、k是煙密度的消光系數、Vs是排煙管道中的實際體積流量。

前面的敘述內容,解釋了GB31247-2014標準中涉及的部分燃燒試驗考核指標名稱,就該標準中B1阻燃電纜或光纜的考核指標要求如表1.


? 表1:GB31247-2014標準中B1阻燃電纜或光纜的考核要求

序號

指標名稱及要求

1

火焰蔓延FS≤1.5m

2

熱釋放速率峰值HRR峰值≤30kW

3

受火1200s內的熱釋放總量THR1200≤15MJ

4

燃燒增長速率指數FIGRA≤150W/s

5

產煙速率峰值SPR峰值≤0.25m2/s

6

受火1200s內的產煙總量TSP1200≤50m2

7

煙密度(最小透光率)It≥60%(基于GB/T17651.2試驗方法)

8

垂直火焰蔓延高度 H≤425mm(基于GB/T18380.12試驗方法)

縱觀GB/T18380-2008或IEC60332-3與GB31247-2014二個標準中描述阻燃性能要求指標,前者一目了然,考核要求與樣品燃燒后的狀態能夠對應起來,很好理解,反映的是最大炭化距離。反觀上表中第2到6項描述的樣品燃燒考核指標,不直觀很難理解,要滿足這些要求,如何選擇材料?如何設計電纜結構?如何規定工藝要求?無從下手,不是簡單的增加厚度、增加材料氧指數都能到達GB31247-2014的標準要求。

筆者認為GB31247-2014標準中B1和B2阻燃電纜或光纜在發煙的考核要求上是重復的,產煙速率峰值SPR峰值和受火1200s內產煙總量本身就是考核發煙情況,同一個電纜又要求基于GB/T17651.2的方法進行煙密度檢測要求。這二種考核方式哪一個更接近于火災現場的狀態,是要值得研究。通過試驗(一定數量的試驗數據)發現,煙密度符合IEC標準要求,而產煙速率和產煙總量數據沒有規律,這需要行業中材料研究人員、產品結構和生產工藝設計人員、檢驗人員共同研究探討。

關于GB/T18380-2008或IEC60332-3與GB31247-2014二個標準中相似的一個考核指標,炭化高度與火焰蔓延FS,看似考核樣品燃燒的部位和測量長度的方法一致,但樣品綁扎方式和燃燒時間不一致,不能簡單的説哪個標準更嚴格。

GB31247-2014標準中關于阻燃考核要求更關注的是燃燒過程中火焰(樣品在點火源的作用下產生的火焰)的狀態,火焰的平穩性、火焰強度、產煙的平穩性等等,不完全是考核樣品燒多長。

?

?2.?樣品燃燒數量(根數)的差異?


大家都知道GB/T18380-2008或IEC60332-3成束燃燒試驗樣品數量按表2確定。


表2:GB/T18380-2008燃燒樣品的數量確定原則

阻燃類別

電纜試樣段的總根數應使總體積中試樣所含非金屬材料的體積數量(L/m)

最少根數

?

特殊規定

A/F

7

4

使用標準鋼梯,鋼梯任何一側的電纜數量應不超過如下數量,即在每一側構成300mm寬的單層,每根電纜之間的間隔等于0.5倍電纜直徑但不超過20mm.

A

7

2

對于樣品中至少有一根截面超過35mm2的情況,使用標準或寬鋼梯,電纜數量應不超過如下數量,即構成300mm或600mm寬的單層,每根電纜之間的間隔等于0.5倍電纜直徑但不超過20mm.

B

3.5

2

對于樣品中至少有一根截面超過35mm2的情況,使用標準鋼梯,電纜數量應不超過如下數量,即構成300mm寬的單層,每根電纜之間的間隔等于0.5倍電纜直徑但不超過20mm.

C

1.5

2

D

0.5

2

/


使用GB/T18380-2008或IEC60332-3標準進行成束燃燒試驗樣品數量計算,按照電纜的燃燒類別,選擇試樣總體積中所含非金屬材料的體積數,根據試樣實際非金屬材料的體積含量計算燃燒樣品的根數,最終確定試樣燃燒根數時,應考慮以下幾個因素:

1)如果計算的根數小于2根,就取2根進行試驗;

2)如果樣品中任意一根導體截面積≤35mm2時,計算的根數就是實際燃燒根數;

3)如果樣品中任意一根導體截面積>35mm2時,實際使用的燃燒根數與樣品占鋼梯中的寬度(所有樣品直徑+樣品間間距)有關,如果所占寬≤300mm,那么計算根數就是實際采用的燃燒根數;如果按照規定綁扎方式綁扎,計算根數綁扎在鋼梯上的寬度超過300mm,那么此規格的電纜不適合用于GB/T18380-2008或IEC60332-3標準中規定的成束燃燒進行型式認可試驗,此時計算的根數無論綁扎在鋼梯的單側或雙側進行燃燒,燃燒的結果都不應該用該標準推薦的考核指標進行考核。

GB/T18380-2008或IEC60332-3成束燃燒試驗樣品數量計算的依據是同一種阻燃類別其非金屬材料的體積數相同,與樣品中金屬材料的體積(導體截面)有關,因此只要阻燃類別一定,不管采用何種規格進行燃燒試驗,參與燃燒的非金屬材料的體積是一致的。

由于標準中規定了鋼梯的寬度、燃燒噴燈的寬度和綁扎要求的限制,因此不是所有規格的阻燃電線電纜樣品都滿足GB/T18380-2008或IEC60332-3試驗方法規定的要求,從這一點講,GB/T18380或IEC60332-3標準具有嚴格的界定。

GB/T31248-2014標準中規定的試樣根數計算方法比較簡單,

第一種情況:當外徑≥20mm時,根數(N)計算公式為:

第二種情況:當外徑>5mm和<20mm時,根數(N)計算公式為:


??? 第三種情況:當外徑≤5mm 時,共計15束,每束的直徑大約為10mm,每束的根數(n)計算公式為:



?? 根據上述計算公式,電纜外徑>5mm時樣品的根數表3:


?表3:GB31248-2014標準規定的電纜外徑與燃燒樣品的根數關系

電纜外徑dc( mm)

燃燒樣品根數

電纜外徑( mm)

燃燒樣品根數

?20≤dc≤22.6

8

10≥dc≥9.4

16

?22.7≤dc≤29.2

7

9.3≥dc≥8.9

17

?29.3≤dc≤38.1

6

8.8≥dc≥8.4

18

?38.2≤dc≤51.1

5

8.3≥dc≥7.9

19

?51.2≤dc≤71.4

4

7.8≥dc≥7.6

20

?71.5≤dc≤108

3

7.5≥dc≥7.2

21

?? 108<dc

2

7.1≥dc≥6.9

22

?19.9≥dc≥18.8

8

6.8≥dc≥6.6

23

?18.7≥dc≥16.7

9

6.5≥dc≥6.3

24

?16.6≥dc≥15.1

10

6.2≥dc≥6.1

25

?15.0≥dc≥13.7

11

6.0≥dc≥5.8

26

?13.6≥dc≥12.6

12

5.7≥dc≥5.6

27

?12.5≥dc≥11.6

13

5.5≥dc≥5.4

28

?11.5≥dc≥10.8

14

5.3≥dc≥5.2

29

?10.7≥dc≥10.1

15

5.1=dc

30


  按照該標準的規定,燃燒根數與樣品中金屬材料體積(金屬導體截面積)大小無關,僅僅與樣品的外徑有關,也就是説不管參與燃燒樣品的非金屬材料的體積多少,考核要求是一樣的,這個概念完全不同于IEC60332-3的阻燃類別的要求,從參與燃燒的非金屬材料多少來講,GB/T18380-2008或IEC60332-3與GB/T31248-2014(GB31247-2014)是完全不同的一回事,不能把他們看作等同的阻燃要求。


?3.?樣品綁扎方式的差異?


GB/T18380-2008或IEC60332-3標準規定的綁扎方式比較復雜,與燃燒類別有關,與樣品中金屬導體截面大小有關,見表4.


表4:GB/T18380-2008標準規定的燃燒樣品排列和綁扎方式

阻燃類別

?排列和綁扎方式

A/F

使用標準鋼梯,樣品中至少有一根金屬導體截面超過35mm2的情形,鋼梯任何一側的電纜數量應不超過如下數量,即在每一側構成300mm寬的單層,每根電纜之間的間隔等于0.5倍電纜直徑但不超過20mm(間隔排列綁扎)。

A

對于樣品中至少有一根金屬導體截面超過35mm2的情況,使用標準或寬鋼梯,電纜數量應不超過如下數量,即構成300mm或600mm寬的單層,每根電纜之間的間隔等于0.5倍電纜直徑但不超過20mm(間隔排列綁扎)。

對于樣品中沒有一根金屬導體截面超過35mm2的情況,使用標準鋼梯,試樣緊密排列,而且允許多層排列。

B

對于樣品中至少有一根金屬導體截面超過35mm2的情況,使用標準鋼梯,電纜數量應不超過如下數量,即構成300mm寬的單層,每根電纜之間的間隔等于0.5倍電纜直徑但不超過20mm(間隔排列綁扎)。

對于樣品中沒有一根金屬導體截面超過35mm2的情況,使用標準鋼梯,試樣緊密排列,而且允許多層排列。

C

對于樣品中至少有一根金屬導體截面超過35mm2的情況,使用標準鋼梯,電纜數量應不超過如下數量,即構成300mm寬的單層,每根電纜之間的間隔等于0.5倍電纜直徑但不超過20mm(間隔排列綁扎)。

對于樣品中沒有一根金屬導體截面超過35mm2的情況,使用標準鋼梯,試樣緊密排列,而且允許多層排列。

D

使用標準鋼梯,試樣緊密排列,而且允許多層排列。


GB/T31248-2014標準規定全部是間隔排列綁扎,與樣品中是否含有超過35mm2的金屬導體沒有關系,要求見表5。


表5:GB/T31248-2014標準規定的燃燒樣品排列和綁扎方式

電纜外徑

排列和綁扎方式

大于或等于20 mm

電纜間距為20 mm

在5 mm 與20 mm 之間

電纜間距為電纜直徑

小于或等于5 mm

電纜按纜束進行安裝,每纜束直徑約10 mm,纜束間不得扭絞,纜束的間距為10 mm


當樣品中只要有一根金屬導體截面超過35mm2情況下,GB/T18380-2008或IEC60332-3標準規定的排列綁扎方式與GB/T31248-2014標準規定的相同,其他都不相同。由于樣品間隔排列,樣品表面受火面積是最大狀態,最容易燃燒。緊密排列,樣品受火面積僅僅是間隔排列的一半,具有一定的“阻燃”效果。因此對于小外徑或樣品中沒有超過35 mm2的樣品,GB/T31248-2014標準規定的間隔排列,燃燒時更苛刻一些。

樣品表面受火面積的大小與阻燃特性有關,如果燃燒根數相同,間隔排列容易燃燒,緊密排列燃燒相對困難一些,因此行業里出現一種叫“超A類”阻燃電纜,樣品燃燒根數是A類阻燃電纜的二倍,把二倍于A類根數的電纜綁扎在鋼梯上,用標準規定點火源進行阻燃試驗,沒有任何意義,因為這樣的敷設方式反而降低了電纜表面受火面積。


?4.?燃燒時間的差異?

GB/T18380-2008或IEC60332-3標準規定的燃燒時間A/F類、A類和B類為40min.,C類和D類為20min.。而GB/T31248-2014標準規定燃燒時間都是20min.。


二、嚴格執行試驗方法標準是獲得可靠試驗數據的基礎

?無論是GB/T18380-2008或IEC60332-3還是GB/T31248-2014標準中提及的燃燒試驗方法,都是大型試驗,而且試驗過程中的影響因素較多,特別是GB31247-2014標準中規定的多個與燃燒有關的考核要求與燃燒過程密切相關,某些條件的變化或條件偏移要求不多的情況下進行燃燒,在GB/T18380-2008試驗中體現不出來,它的影響因素可能被炭化高度的多少所掩蓋,例如,如果某個條件完全符合標準要求,燃燒的炭化高度是1.4米,合格;當這個試驗條件在試驗過程中有變化或偏移要求不多,燃燒后的炭化高度是1.6米,也合格,用GB/T18380-2008要求衡量這二種情況下都合格,我們就忽視了這個條件的變化或偏移對結果的影響。當用GB31247-2014要求去評價的時候,這個條件的變化或偏移對結果的影響就會顯現出來,因為GB/T31248-2014它記錄并考核了燃燒過程的狀態參數,因此電纜界的科技人員特別是給社會提供檢測數據的第三方檢驗機構更應該注意這方面的問題,不能用傳統的阻燃電纜燃燒思維來對待用熱釋放衡量阻燃特性的試驗方法,無論是檢測設備、檢測人員掌握的測試技術要求和操作過程都要滿足GB/T31248-2014標準要求,才能提供科學、合理的檢測數據。因此就執行GB/T31248-2014標準過程中應注意的一些事項列出來,供大家分享。


?1.?關于燃燒過程中進風流量?

進風的管道位置:標準明確規定空氣通過安裝于進氣口下的空氣箱直接引入到燃燒室,空氣箱的尺寸與進氣口大小應基本一致。空氣箱的深度為(150±10)mm,空氣由風機通過矩形管道吹入空氣箱中,矩形管道寬(300±10)mm,高(80±5)mm,長至少為800 mm,其底面與空氣箱底面的間距不超過10 mm;管道應平行于地面,且沿噴燈的中心線敷設,并通過空氣箱底面最長邊的中間處將空氣引入,如圖2所示。


圖2:空氣進氣管道位置示意圖


進風的均勻性要求:為了使空氣流動保持一致,應在進氣口處安裝一格柵。格柵由2 mm 厚的鋼板制成,鋼板上應有標稱直徑為5 mm、中心距為8 mm 的鉆孔。

進風流量要求:實驗前,應在矩形管道之前的圓形管道橫截面上測量空氣流量,并將空氣流量設置為(8000±400)L/min,試驗過程中應維持穩定的空氣流量,其偏差應在設定值的10%范圍內。

空氣流量的確定:標準中明確規定要在矩形管道之前增加一個圓形管道,是在圓形管道內測量空氣流量。

空氣流量Q=S×V

S—圓形管道的截面積;

V—圓形管道內平均風速。

矩形管道的橫截面是300×80=2400(mm2),我們假定圓形管道直徑為260mm,圓形管道的橫截面S為530.7cm2, 圓形管道與矩形管道在銜接處采用方圓連接件進行對接。為了滿足空氣進風流量為(8000±400)L/min,那么圓形管道中平均風速:V=Q/S=(8000±400)/530.7=(2.39~2.64)(m/s),如果我們測得圓形管道中平均風速介于(2.39~2.64)m/s之間,進風流量就滿足標準要求,如何測量圓形管道中的平均風速?由于圓形管道中風速在徑向方向上分布是不均勻的,因此必須多點測量求其平均值,建議的測試方法如下:

在圓形管道上設置一個可供風速測量儀探頭進入的圓孔并帶有螺紋,不測量風速時螺母旋緊,測量風速時打開。采用皮托管或熱線式風速儀測量風速,將探頭伸入圓形管道內,在直徑方向上多點測量,最好是以圓形管道中心點為對稱軸,前后各測4~5點,這樣測量9~11數據個,然后求其算術平均值,得圓形管道內的平均風速。

燃燒過程中風速控制:每次燃燒前應測量圓形管道內的風速,應在鼓風機工作到達平穩狀態才能進行測量,由于電壓不穩定或鼓風機工作效率下降導致進風風速的改變,因此在試驗過程中要時刻監測進風量(即管道內的風速),建議在進風管道內安裝實時監測的風速測量儀觀察進風量的變化。

GB/T18380-2008標準要求進風量為(5000±500)L/min,而GB/T31248-2014標準要求進風量為(8000±400)L/min,相差較多,如果其他條件一樣就風速不一樣,GB/T31248-2014標準要求情況下樣品更容易燃燒。


?2.關于環境溫度?

GB/T18380-2008或IEC60332-3和GB/T31248-2014標準中對試驗條件要求是一致的,燃燒室和供給空氣的溫度應在5 ℃~40 ℃范圍內。樣品預處理的要求也是一致的,試驗開始前,電纜試樣應在(20±10)℃的條件下放置至少16 h,以確保樣品干燥。

關于預處理的要求往往會忽視,這會影響試驗結果,冬天對試驗結果有利,夏天對試驗結果不利。

我們還應該注意,當一個試驗結束后,第二個樣品何時能進入試驗箱進行試驗,按照標準要求試驗應在試驗室規定的環境溫度(5 ℃~40 ℃)下進行,也就是説箱體溫度也應該到達此溫度,由于箱殼體內采用傳熱系數約為0.7W.m-2.K-1的熱材料填充,第一個樣品燃燒后,箱體殼內部存儲了大量的熱量,不易散發掉,所以第二個樣品不能馬上進入試驗箱體進行試驗,應該采用非接觸的溫度測量裝置不斷測量箱體內部壁上的溫度,當到達穩定后而且與試驗室的環境溫度相當時,才能將第二個樣品進入箱體試驗。


?3.?關于燃燒噴燈

GB/T18380-2008或IEC60332-3和GB/T31248-2014標準中對燃燒噴燈的要求是一致的。在這里我們強調二點:

第一點是燃燒過程中噴燈的位置:標準要求噴燈的應水平放置,距電纜試樣前表面(75±5)mm,距試驗箱底部(600±5)mm,并于鋼梯軸線對稱,噴燈供火點應位于鋼梯兩根橫檔之間的中心,并且距試驗下端至少500mm。噴燈的這些位置尺寸對燃燒結果都會有影響,特別時進行熱釋放試驗時,前面已經講過這些微小的變化對IEC標準僅僅考核炭化高度,影響因素不易被發現,但熱釋放試驗就不一樣了。特別是噴燈供火表面到樣品前表面的距離(見圖3)尤為重要。


圖3:噴燈與樣品的相對位置示意圖


?第二點是噴燈供火面上燃燒氣體出氣孔堵塞問題,氣孔直徑只有1.32mm,當使用久了樣品燃燒的殘渣落到氣孔上,或不合格樣品噴水強行熄滅時水飛濺到噴燈表面的氣孔上,形成銅氧化物,都能使小孔堵塞,小孔堵塞后燃燒源噴出的火焰強度在噴燈水平方向上不均勻,而且使得沒有被堵塞的孔噴出的火焰長度更長,強度更大,很容易使得樣品部分先燃燒。這種現象對考核炭化高度或考核熱釋放都不利。


?4.?關于燃燒氣體?

GB/T18380-2008或IEC60332-3和GB/T31248-2014標準中對丙烷的純度要求是一致的。燃氣應為標稱純度為95%的技術級丙烷。

GB/T18380-2008或IEC60332-3標準中提供了丙烷和空氣的流量要求,當基準溫度和壓力分別為20℃和100kPa(1bar)時,二種氣體的流量為:

空氣流量(77.7±4.8)L/min.

丙烷流量(13.5±0.5)L/min.

GB/T3128-2014標準中給定了點火源功率為20.5kW。當丙烷的質量流量為(442±10)mg/s,空氣的質量流量為(1550±95)mg/s時,其標稱HRR相當于20.5 kW。此時的二種氣體的流量如下:

當基準溫度和壓力分別為20℃和100kPa(1bar)時:

空氣流量(77.19±4.98)L/min.

丙烷流量(14.46±0.32)L/min.

當基準溫度和壓力分別為0℃和100kPa(1bar)時:

空氣流量(71.93±4.64)L/min.

丙烷流量(13.48±0.30)L/min.

由此可見在點火源的熱值上二種方法有點差別。


?5.?關于溫、濕度傳感器的放置位置

在GB/T18380-2008或IEC60332-3標準中考核結果沒有涉及到試驗室環境溫度和濕度,僅僅對試驗室的溫度給定了要求的范圍。而GB/T3128-2014標準中在進行熱釋放計算時用到了試驗室空氣中水蒸氣摩爾濃度,其計算公式如下:

式中:

RH—相對濕度,單位為百分比(%);

P0atm——大氣壓力,單位為帕斯卡(Pa);

θatm——環境溫度,單位為攝氏度(℃)

??? 從這個公式中我們可以看到:要測量試驗室的相對濕度、大氣壓力和環境溫度,這是測量進風口的空氣狀態,因此這三個傳感器應放置在鼓風機進風口處且高度相當,這樣才能放映所進的風狀態。


?6.?關于熱釋放測試系統?

熱釋放測試系統是測量試驗過程中排煙管道中的二氧化碳濃度、氧濃度和煙密度的光透射強度,這些參數與測試設備的穩定性關聯度很大,因此在試驗之前一定要進行充分的預熱,讓進風流量穩定,抽風系統的風速穩定。

每天正式試驗之前應該用標準二氧化碳氣體和標準氧氣體進行系統標定,定期用已知標準物質氣體進行熱釋放標定。

排煙管道中氣體流量的控制,因為熱釋放是通過測量排煙管道中二氧化碳和氧氣濃度,如果流量不在標準規定的范圍內,會影響二種氣體的濃度,進而影響所測熱釋放值。



三、阻燃電纜與熱釋放考核要求

滿足GB/T18380-2008或IEC60332-3標準規定的A類或B類阻燃要求的電纜,一定滿足GB31247-2014標準要求嗎?反之也滿足相應的要求嗎?這很難回答,從前面分析我們可以看到,這是二個標準體系。

到目前為止收集到的B1級阻燃性能不合格的樣品信息,供分析參考。

樣品序號

規格

外徑

(mm)

HRR

峰值

THR

FIGRA

SPR

峰值

TSP

FS

(≤1.5m)

1

4×25+1×16

29.0

×

×

×

×

全部炭化

2

4×25+1×16

30.0

×

×

×

1.2

3

1×95

19.1

×

×

×

1.1

4

4×10

22.2

×

×

×

×

全部炭化

5

4×35+1×16

28.3

×

×

×

×

2.2

6

4×35+1×16

29.3

×

×

×

1.6

7

4×10

21.7

×

×

×

×

1.9

8

4×1.5

15.0

×

×

×

2.1

9

12×1.5

19.2

×

1.2

上面9根樣品全部是無鹵低煙阻燃樣品,從不合格項目看沒有規律可循,造成不合格的原因可能是產品結構、原材料等問題,也有可能是測試技術造成部分指標不合格。

那么在開發滿足GB3127-2014標準要求的阻燃電纜時,應該考慮哪些問題?



?1.?外徑大小的影響?

從表3我們可以看出,樣品外徑越大,參加燃燒的樣品根數越少。當樣品外徑處于上下檔時,外徑因素影響很大,假定有二根樣品來自于不同的制造商,型號規格相同,但外徑有區別,有可能外徑大的樣品會比樣品外徑小的少一根樣品,這樣外徑大的樣品符合標準要求的可能性大一些。這種情況我們已經遇見過了,IEC61034標準規定當外徑>40mm,參加透光率試驗的樣品為1根,外徑≤40mm時參加透光率試驗的樣品為2根,往往小外徑樣品透光率不合格。


材料的燃燒熱值

熱釋放計算公式:


式中:

q—電纜的熱釋放速率,單位為千瓦(kW);

E1—被測樣品在環境溫度為25℃時的燃燒熱,E1=17.2×103 kJ/m3;

EC 3 H 8—丙烷在環境溫度為25℃時的燃燒熱,EC3H8=16.8×103 kJ/m3;

公式中給出的被試樣品的燃燒熱為17.2×103 kJ/m3,而且標準説明了此值是大量被測樣品燃燒熱的平均值,在大多數情況下能達到可接受的精度。因此我們要關注在我們設計的電纜結構中絕緣、填充和外護套燃燒時釋放的熱值是不是滿足標準給定的平均值,如果樣品合成的燃燒熱值大于標準給定的值,可能會影響熱釋總量或熱釋放速率峰值。

資料顯示聚乙烯燃燒熱值為45.9 MJ/kg,聚氯乙烯的燃燒熱值為16.43 MJ/kg,阻燃聚烯烴的燃燒熱值應該介于這二者之間,同一根電纜燃燒時釋放的熱值與每種材料的數量、燃燒熱值是有相關性的。


?3.?產品結構

從熱釋放考核指標看,它不僅考核燃燒結束后的炭化高度(火焰蔓延),同時也考核了燃燒過程中燃燒火焰的行為,因此產品結構設計很重要,要考慮如下方面的事項:


1)產品結構要密實,內部最好不要存在填充不密實的氣隙;

2)一般無鹵低煙阻燃電纜用的絕緣材料都不是阻燃型的材料,燃燒熱值比較高,如果燃燒過程中護套和填充(擠出型或繞包型)被燒穿,絕緣層也被燃燒,此時可能會出現熱釋放速率峰值不合格,因此阻燃層應有一定的厚度;

3)擠出型填充厚度的均勻性;

4)鎧裝結構有利于熱釋放試驗要求的通過。


?4.?燃燒火焰的平穩性

產品結構設計和原材料選擇使得阻燃電纜燃燒后不僅火焰蔓延高度要滿足標準要求,還要保證燃燒期間非金屬材料燃燒火焰的均勻性,不能出現火焰強度突然增加的狀況。


本文章轉至于WCS電纜技術論壇,作者吳長順

Copyright ? 北京電纜價格聯盟@2017
云南11选5前三