摘要：針對當前電線電纜燃燒試驗標準體系龐大、復雜的實際情況，對相關國內外標準的分析非常重要。有關阻燃電纜或材料的國際標準已全面更新，阻燃電纜國際標準分為兩大體系。一是歐洲體系（包括IEC、ISO、BS等標準），二是美國體系（包括UL、ASTM、AEIC等標準），這兩大體系的最大區(qū)別在于成束電纜的垂直燃燒試驗，我們電線電纜阻燃耐火的國家標準都已等同采用IEC（國際電工委員會）標準。[1]本文就美國UL標準，歐盟CPR標準，國際電工委員會IEC60332標準以及目前由公安部沈陽消防研究所會同有關單位正在制定的《民用建筑電氣設計防火規(guī)范》標準，在不同條件下電纜成束燃燒試驗作一探究。
關鍵詞：電線電纜；成束燃燒；燃燒試驗；國際標準；國家標準
Research on Cable Bundle Burn Test under Different Conditions
(Jiaxing Haitang Electronics Co., Ltd. ,Jiaxing,2018)
Abstract:In view of the huge and complicated actual situation of the current burning test standard system of wire and cable, it is very important to analyze the relevant domestic and international standards.International standards for flame-retardant cables or materials have been fully updated, international standard flame retardant cable is divided into two systems.First, the European system (including IEC, ISO, BS and other standards), the second is the United States system (including UL, ASTM, AEIC and other standards).The biggest difference between these two systems lies in the vertical burning test of bunched cables. Our national standards for fire-retardant and flame-retardant wires and cables have been equated with IEC (International Electrotechnical Commission) standards.[1]In this paper, the United States UL standards, the EU CPR standards, the International Electrotechnical Commission IEC60332 standards and the current Ministry of Public Security Shenyang Fire Institute together with the relevant units are being developed "civil electrical design fire protection norms" standard, under different conditions for cable bundles burning test Explore.
Key Words:Clcctrical wires and cables; combustion test; Chinese Nation Standards; Intcrnational standards
目錄
摘要..................................................1
1.緒論................................................3
1.1電纜阻燃性能的重要性...............................3
1.2電纜燃燒試驗的意義.................................3
2.背景介紹............................................3
2.1阻燃電纜的概念......................................4
2.2阻燃電纜的市場地位..................................4
2.3阻燃電纜標準的主要技術標準..........................4
2.4歐洲和美國防火標準的不同著重點......................4
2.5我國電線電纜阻燃耐火的國家標準......................6
3.各阻燃體系的標準對比................................7
3.1各個標準的測試要求..................................7
3.2 CPR阻燃標準........................................8
3.3 UL阻燃標準.........................................8
3.4 IEC阻燃標準........................................9
3.5國內阻燃標準........................................10
3.6嘉興海棠電子燃燒試驗室..............................10
4.實驗部分............................................15
結論...................................................19
參考文獻...............................................20
1.緒論
1.1電纜阻燃性能的重要性
電線電纜是生產和生活中重要的基礎設施。隨著國民經濟和電力工業(yè)的快速發(fā)展，電線電纜的使用量大幅上升。電線電纜在正常運行中由于老化、短路等問題會帶來火災危險性[2-3]。據(jù)消防部門統(tǒng)計，電氣火災中由電線電纜引起的火災占50%以上（詳見圖1.1.1），而城市火災中有三分之二以上是由于電線電纜燃燒蔓延造成的[4-5]。
圖1.1.1
1.2電纜燃燒試驗的意義
電線電纜的燃燒試驗對于保障電線電纜安全工作、防止電線電纜火災事故發(fā)生至關重要。關于電線電纜燃燒試驗的國內外標準種類繁多，體系結構也較為復雜[5-6]。
2.背景介紹
2.1阻燃電纜的概念
阻燃(flame retardance) ：在規(guī)定條件下，試樣被燃燒，在撒去火源后，火焰在試樣上的蔓延僅在限定范圍內并且自行熄滅的特性，所具有的阻止或延緩火焰蔓延的性能。
阻燃電線電纜：難以著火并具有阻止或延緩火焰蔓延能力的電線電纜。通常指能通過 GB/T 18380.3(等同IEC 60332-3)試驗合格的電線電纜。
2.2阻燃電纜的市場地位
由于普通電線電纜燃燒時會蔓延擴大火勢，造成重大火災，而阻燃電纜具有難以著火并具有阻止或延緩火焰蔓延能力。因此，近年來阻燃耐火電纜得到了廣泛的使用，產品被各行業(yè)所使用，比例越來越大，我國不少電纜企業(yè)開發(fā)生產阻燃耐火電纜，并出口到國外市場，了解不同區(qū)域對于線纜要求的差別十分重要。
2.3阻燃電纜標準的主要技術指標
阻燃電纜標準及等級電纜涉及火災安全的主要技術指標是CO2電纜的阻燃性、煙霧的密度和氣體的有毒性。
2.4歐洲和美國防火標準的不同著重點
美國防火標準較關注前兩個技術標準，但是歐洲對火災安全有著完全不同的觀點。
美國傳統(tǒng)的概念認為：火災的根源在于一氧化碳（CO）毒氣的產生以及其后的燃燒過程中CO轉化為CO2的熱釋放，因此，控制燃燒過程中的熱釋放量可減少火災的危害。
美國UL的CMR級安全標準UL1666模擬了多根電纜垂直敷設于通風豎井中的燃燒情況，對電纜的阻燃性能提出更高的要求，另外美國UL的CMP級安全標準UL910涉及水平隧道中進行的燃燒試驗，在歐洲標準中沒有這方面的內容。美國是最大的電線電纜市場，現(xiàn)在國內很多企業(yè)接到美方的標書，要求按美國UL標準為其生產產品。
而歐洲傳統(tǒng)以來深信：在燃燒中產生的鹵酸（HCL）釋放量、氣體腐蝕性、煙霧濃度及氣體毒性是決定人們能否安全脫離火災現(xiàn)場的主要因素。
2017年7月起，所有進入歐美境內的電線電纜產品的各項性能要求均需達到EN 50575-2014認證標準，通過CPR線纜產品阻燃等級評估、獲得DOP性能聲明。
這一標準的涵蓋范圍包括了：電力電纜、控制和通信電纜、對稱電纜和具有金屬導體的同軸電纜、光纖電纜等。
與以往相比，此次歐盟實施的CPR法規(guī)有兩大特點。
1.由指令性變強制性。以往歐盟的建筑產品使用CPD指令來協(xié)調建筑產品標準，CPD指令主要以指引勸導為主，有方向性，但并非強制執(zhí)行。若企業(yè)依規(guī)執(zhí)行固然好；若企業(yè)不執(zhí)行，也能照常生產經營，不受影響。長此以往，產品質量整體水平仍然難以得到充分的保證。而現(xiàn)在實施的CPR法規(guī)為強制性法規(guī)，若不執(zhí)行，則企業(yè)產品被禁止進入歐盟市場，這對企業(yè)而言有了較大的約束力。
2.此次實施的CPR法規(guī)首次正式把室內用的電力、通訊、控制電纜納入建筑法規(guī)中，要求電纜的防火性能和有害物質的釋放都必須符合歐盟標準。這對于生產室內線纜產品的企業(yè)而言，是前所未有的新挑戰(zhàn)。
2.5我國電線電纜阻燃耐火的國家標準
我國電線電纜阻燃耐火的國家標準都已等同采用IEC(國際電工委員會) 標準,如GB/T 18380-2001《電纜在火焰條件下的燃燒試驗》等同采用了IEC 60332-3:1992;GB/ T19216-2003《電線電纜耐火特性試驗方法》) 等同采用了IEC60331-21:1999; GB/T17651 - 1998《電纜成光纜在特定條件下燃燒的煙密度的測定》等同采用IEC61034:1997 。目前IEC60332-3:1992 標準已頒布新標準IEC 60332-3:2000《在火焰條件下的電纜測試》,歐洲國家已按照新的標準執(zhí)行。
目前電纜行業(yè)主要依據(jù)GB/T19666：2005 阻燃和耐火電線電纜通則中有關無鹵、低煙、阻燃和耐火等特性的試驗方法和性能要求均采用下列最新國際標準：
IEC 60331：1999 在火焰條件下電纜或光纜的線路完整性試驗；
IEC 60332：2000 電纜或光纜在火焰條件下的燃燒試驗；
IEC 60754：1997 取自電纜或光纜的材料燃燒時釋放氣體的試驗方法；
IEC 61034：1997 電纜或光纜在特定條件下燃燒的煙密度測定。
根據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設部建標《關于印發(fā)〈2009年工程建設標準規(guī)范制訂、修訂計劃〉的通知》（建標[2009]88號）要求，由公安部沈陽消防研究所會同有關單位正在制定中的《民用建筑電氣設計防火規(guī)范》對通信電纜阻燃防火方面提出了新的要求。
3各阻燃體系標準的對比
3.1各個標準的測試要求[7-12],詳見表3.1.1。
表3.1.1
實驗類型
CMR
CMP
CPR
60332-3C
流量
丙烷流量調至99.42±5.16L/min
/
丙烷流量調至13.5L/min，空氣給到77.7L/min
丙烷13.5±0.5L/min,空氣77.7±4.8L/min
風速
底層風口四角和中心風速3.5米/秒
1.22±0.025m/s
風量8000L/min ，煙道0.7m3/s-1.2m3/s
風量速率5000L/min
噴燈功率
/
86±2KW（294000±7300BTU/Hr）
/
/
根數(shù)與長度
根數(shù)=12*25.4/OD+0.33(OD為護套線經，單位mm）,長度5.33M/根
根數(shù)=12in/D
長度7.32±0.152m/根
根數(shù)=int（
）（D為線經，單位mm），長度3.5M/根
根數(shù)=7L/M非金屬材料的總容積
長度≥3.5M
布線方式
緊密式布線
緊密式布線
隔一根布線
緊密式布線
鹵素要求
無
無
有
無
煙密度
無
煙密度峰值不超過0.5，平均值值不超過0.15
有
無
判定依據(jù)
碳化高度不超過3.66M，每個熱電偶溫度不超過454.4℃
火焰前端蔓延距離小于1.52M
各等級判定詳見表3.2.1
碳化高度不超過2.5M
實驗時間
30分鐘
20分鐘
20分鐘
20分鐘
3.2 CPR阻燃標準[7][10]，詳見表3.2.1。
表3.2.1：CPR等級判定要求
Class
Aca
B1ca
B2ca
Cca
Dca
Eca
Fca
Test method(s)
EN ISO 1716
FIPEC20 Scen 2 (5)
and
FIPEC20 Scen 1 (5)
and
FIPEC20 Scen 1 (5)
and
FIPEC20 Scen 1 (5)
and
EN60332-1-2
NO
Performance
Determined
EN60332-1-2
EN60332-1-2
EN60332-1-2
EN60332-1-2
Classification criteria
PCS ≤2,0 MJ/kg(1)
FS ≤1.75m and THR1200s≤10MJ;and Peak HRR≤20 kW;and FIGRA ≤ 120Ws-1
FS ≤1.5m and THR1200s≤15MJ;and Peak HRR≤30 kW;and FIGRA ≤ 150Ws-1
FS ≤2.0m and THR1200s≤30MJ;and Peak HRR≤60 kW;and FIGRA ≤ 300Ws-1
THR1200s≤70MJ;and Peak HRR≤400 kW;and FIGRA ≤ 1300Ws-1
H ≤ 425 mm
H ≤ 425 mm
H ≤ 425 mm
H ≤ 425 mm
H ≤ 425 mm
Additional classification
Smoke production (2,6) and Flaming droplets/particlse (3) and Acidity (4,8)
Smoke production (2,7) and Flaming droplets/particlse (3) and Acidity (4,8)
Smoke production (2,7) and Flaming droplets/particlse (3) and Acidity (4,8)
Smoke production (2,7) and Flaming droplets/particlse (3) and Acidity (4,8)
3.3 UL阻燃標準
UL阻燃標準有CMP級、CMR級、CM級、CMG級和CMX級。
CMP級（送風燃燒測試/斯泰鈉風道實驗）這是UL防火標準中要求最高的電纜，適用安全標準為UL910，煙密度要求的峰值最大為0.5，平均密度值最大為0.15。這種CMP電纜通常安裝在通風管道或空氣處理設備使用的空氣回流增壓系統(tǒng)中，被加拿大和美國所認可采用。符合UL910標準的FEP/PLENUM材料，阻燃性能要比符合IEC60332-1及IEC60332-3標準的低煙無鹵材料的阻燃性能好，燃燒起來煙的濃度低。
CMR級（直立燃燒測試）這是UL標準中商用級電纜，適用安全標準為UL1666，沒有煙密度規(guī)范，一般用于樓層垂直和水平布線使用。
CM級（垂直燃燒測試）適用安全標準為UL1581 ，沒有煙密度規(guī)范，一般僅應用于同一樓層的水平走線，不應用于樓層的垂直布線上。
CMG級（垂直燃燒測試）適用安全標準為UL1581，沒有煙密度規(guī)范，一般僅應用于同一樓層的水平走線，不應用于樓層的垂直布線上。
CMX級（垂直燃燒測試）適用安全標準為UL1581-VW-1。UL1581-VW-1和IEC60332-1類似，只是燃燒的時間不同。沒有煙密度或毒性規(guī)范，僅用于敷設單條電纜的家庭或小型辦公室系統(tǒng)中，且不應成捆敷設使用。
3.4 IEC阻燃標準
國際電工委員會分別制定了 IEC60332-1、IEC60332-2和IEC60332-3三個標準。
IECC60332-1和IEC60332-2分別用來評定單根線纜按傾斜和垂直布放時的阻燃能力(國內對應GB12666.3和GB12666.4標準)。
IEC60332-3 (國內對應GB12666.5-90 )用來評定成束線纜垂直燃燒時的阻燃能力,相比之下成束線纜垂直燃燒時在阻燃能力的要求上要高得多。IEC60332-3成束燃燒有A類、B類、C類、D類之分。其中D類為IEC的新提案，適用于外徑12mm及以下的電線電纜。
3.5國內阻燃標準，符合表3.5.1規(guī)定。
表3.5.1
建筑物的類型
敷設方式
通信電纜及光纜級別
1.超高層建筑；
2.一類高層建筑，且面積大于100,000m2的公共建筑；
3.機場航站樓、火車站、地鐵車站；銀行、證券等金融類建筑；省市級及以上政府辦公樓、科研樓；國家和省級以上電力調度中心；B級及以上的數(shù)據(jù)中心；電信類建筑；醫(yī)院建筑等。
水平敷設
應使用不低于B1級并同時滿足水平通風空間燃燒性能要求（3.5.2）的通信電纜或光纜（不延燃線纜）
垂直敷設
應使用不低于B1級的通信電纜或光纜
其他一類高層公共建筑
水平敷設
宜使用不低于B1級并同時滿足水平通風空間燃燒性能要求（3.5.2）的通信電纜或光纜
垂直敷設
應使用不低于B2級的通信電纜或光纜
其他公共建筑
水平及垂直敷設
B3級的通信電纜或光纜
3.5.2國內成束電線電纜的水平燃燒性能應符合下列要求：
(a)用火焰強度為88kW的噴燈在試樣一端（受火長度1.37m），垂直于試樣供火20min,測量火焰延電線電纜傳播的距離和產生的煙密度的峰值和平均值；
(b)火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x不超過1520mm；
(c)燃燒期間，煙密度峰值不超過0.50,平均值不超過0.15；燃燒后，線纜未接觸火焰部分不應被碳化。
3.6嘉興海棠電子燃燒試驗室設備
3.6.1CMR試驗室
3.6.2 CMP試驗室
3.6.3 CPR&60332-3試驗室
4.實驗部分
4.1不同線材結構在不同實驗環(huán)境下的蔓延表現(xiàn)
表4.1.1
UTP結構
蔓延距離
類型
CMR
60332-3C
EN50399
標準要求
≤3.66M
≤2.5M
/
實驗數(shù)據(jù)
CAT5E UTP PVC
1.56
3.5
1.2
CAT5E UTP LSZH
1.78
3.5
1.6
CAT6 UTP PVC
1.82
3.5
2.3
CAT6 UTP LSZH
2.13
3.5
2.46
表4.1.2
FTP結構
蔓延距離
類型
CMR
60332-3C
EN50399
標準要求
≤3.66M
≤2.5M
/
實驗數(shù)據(jù)
CAT5E FTP PVC
1.31
1.9
1.1
CAT5E FTP LSZH
1.45
2.1
1.2
CAT6 FTP PVC
1.73
2.2
1.6
CAT6 FTP LSZH
1.85
2.3
1.7
表4.1.3
U/FTP S/FTP結構
蔓延距離
類型
CMR
60332-3C
EN50399
標準要求
≤3.66M
≤2.5M
/
實驗數(shù)據(jù)
CAT6A U/FTP PVC
1.32
1.5
0.8
CAT6A U/FTP LSZH
1.43
1.6
1
CAT7 S/FTP PVC
1.21
1.32
0.6
CAT7 S/FTP LSZH
1.31
1.45
0.8
由表4.1.1和表4.1.2合并成表4.1.4，如下：
表4.1.4
實驗類型
CMR
60332-3C
EN50399
結構
實驗數(shù)據(jù)
CAT5E PVC
UTP
1.56
3.5
1.2
FTP
1.31
1.9
1.1
CAT5E LSZH
UTP
1.78
3.5
1.6
FTP
1.45
2.1
1.2
CAT6 PVC
UTP
1.82
3.5
2.3
FTP
1.73
2.2
1.6
CAT6 LSZH
UTP
2.13
3.5
2.46
FTP
1.85
2.3
1.7
4.1.4小結：從表4.1.1,表4.1.2實驗數(shù)據(jù)，我們可以看到，結構相同，外護套材質不同時，低煙無鹵材質比PVC材質的蔓延長度略大，但差別比較小。從表4.1.4可以明顯看出，屏蔽結構比非屏蔽結構無論在CMR、60332-3C、EN50399實驗中阻燃性能表現(xiàn)得更好。表4.1.1中4款UTP非屏蔽結構網線在60332-3C成束燃燒實驗中，均未通過60332-3C實驗標準，而表4.1.2和表4.1.3中采用屏蔽結構的都通過了60332-3C成束燃燒的實驗，阻燃性能上S/FTP雙屏蔽結構最優(yōu)，其次為U/FTP結構，再次為FTP結構。因此建議網線需成束敷設時，應盡量使用屏蔽類網線，非屏蔽網線最好不要以成束敷設方式布線。
4.2護套厚度對實驗的影響
下面為IEC60332-3C實驗，在不同護套厚度條件下，各不同結構網線的實驗數(shù)據(jù)，詳見表4.2.1。
表4.2.1
蔓延距離
結構
護套厚度（mm）
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.2
1.5
1.7
1.9
CAT5E UTP
3.5
3.5
3.2
2.6
2.4
2.2
1.8
1.7
1.6
1.5
CAT5E FTP
2.2
1.8
1.5
1.3
0.8
0.6
0.6
0.6
0.6
0.6
CAT6 UTP
3.5
3.5
3.5
3.1
2.9
2.6
2.3
1.8
1.7
1.6
CAT6 FTP
3.2
2.9
2.4
2.2
1.8
1.5
1.2
0.8
0.6
0.6
CAT6A U/FTP
1.2
1
0.8
0.6
0.6
0.6
0.6
0.6
0.6
0.6
CAT7 S/FTP
1
0.8
0.6
0.6
0.6
0.6
0.6
0.6
0.6
0.6
根據(jù)表4.2.1實驗數(shù)據(jù)繪制成圖4.2.2。
圖4.2.2
4.2.3小結：從圖4.2.2的實驗結果可以看到，在IEC60332-3C實驗中，隨著護套厚度的增大，蔓延距離逐步減小，但當護套厚度增大到某一數(shù)值時，蔓延距離基本不再減小，此時護套厚度繼一步增大，對蔓延距離的影響很小。護套厚度相同時，再次可以看出同一類別網線屏蔽結構比非屏蔽結構有更好的阻燃性。
結束語：通過對美國UL標準，歐盟CPR標準以及IEC60332標準對阻燃電纜成束燃燒試驗的對比，可以了解IEC標準、美國UL標準、歐盟CPR標準之間的差異性，電線電纜生產企業(yè)在生產出口產品時，對不同國家應按照不同的標準進行試驗，以滿足不同國家用戶的需要。
高樓大廈內管道密布，各種強弱電線纜縱橫交錯，如果發(fā)生火情，很快就會蔓延至整幢大樓。同時，在火災中喪生的人群中，大部分不是被燒死的，而是由于吸入各種燃燒物所產生的濃煙和毒素窒息而死。因此建議在重要的涉及人身安全的場合的綜合布線部分，為了安全起見，采用美國UL的阻燃CMP級低煙無鹵線纜。在通信線纜布線時，由于屏蔽類網線比非屏蔽網線擁有更好的阻燃性能，建議在條件允許情況下，可考慮使用屏蔽類網線。
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