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最近由于國內(nèi)有些基礎(chǔ)設(shè)施大型工程中使用了B1級阻燃線纜產(chǎn)品,其抽樣檢測結(jié)果不樂觀,導(dǎo)致在行業(yè)中又多了一個議論的話題,其實這反映了我們行業(yè)存在的根深蒂固的“毛病”,不重視科研,不重視技術(shù),整個電纜行業(yè)被“配套的”行業(yè)或者不懂技術(shù)的銷售人員牽著鼻子走,模仿制造成風(fēng),如果不改變這種現(xiàn)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:這些大型基礎(chǔ)設(shè)施是國人關(guān)注的熱點,此時任何電纜供應(yīng)商都真心實意的想提供符合標(biāo)書要求的合格產(chǎn)品,但事實是并非如此,究竟是什么原因?產(chǎn)品結(jié)構(gòu)問題?原材料問題?標(biāo)準(zhǔn)判據(jù)問題?測試技術(shù)問題?還是沒有充分理解標(biāo)準(zhǔn)的要求問題?為此本人根據(jù)工作經(jīng)驗提出如下看法,僅供參考,不妥之處敬請原諒。
一、認(rèn)真研究標(biāo)準(zhǔn)要求的特點
對于阻燃電纜引用的燃燒測試方法標(biāo)準(zhǔn)大家都比較熟悉是采用GB/T18380-2008或IEC60332-3,對材料的選擇、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、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(nèi)主流電纜企業(yè)都已經(jīng)形成固定的工藝要求,在產(chǎn)品阻燃性能上屬于成熟產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn),研究不深入,想當(dāng)然慣性思維,很多人認(rèn)為IEC60332-3阻燃B類或A類成束燃燒試驗合格,GB 31247中B1也應(yīng)該滿足要求,其實差距很大,下面就標(biāo)準(zhǔn)差異作一些分析:
1. 考核指標(biāo)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(guī)定的樣品數(shù)量和燃燒時間情況下,燃燒結(jié)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(tài)不作要求,即使規(guī)定的燃燒時間結(jié)束,在通過試驗箱的空氣流量維持不變的情況下,燃燒或發(fā)光允許繼續(xù),直到最長1小時時才強行熄滅電纜的燃燒或發(fā)光。GB/T18380-2008或IEC60332-3根據(jù)使用場合(電纜敷設(shè)狀態(tài))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(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)的試驗方法標(biāo)準(zhǔn)為GB/T31248-2014《電纜或光纜在受火條件下火焰蔓延、熱釋放和產(chǎn)煙特性的試驗方法》。此標(biāo)準(zhǔn)把線纜的燃燒分為4個等級,A級(不燃電纜或光纜,相當(dāng)于金屬護套電纜或光纜)、B1級(阻燃B1級電纜或光纜,相當(dāng)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(dāng)于低鹵低煙阻燃電纜或光纜)和B3級(普通電纜或光纜)。
此標(biāo)準(zhǔn)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(guī)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(dāng)于IEC60332-3中的最大炭化高度。
熱釋放速率(HRR):指在規(guī)定條件下,材料在單位時間內(nèi)燃燒所釋放的熱量。它是電纜在燃燒過程中產(chǎn)生的煙被排到排煙管道中,測量排煙管道內(nèi)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(fù)雜的計算而得到的電纜燃燒熱釋放速率。熱釋放速率數(shù)據(jù)的獲得與數(shù)據(jù)采集是相關(guān)的,也就是每采集一組數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集頻率有關(guān),跟樣品燃燒狀態(tài)有關(guān),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(guān)。
熱釋放速率平均值(HRRav):是指熱釋放速率(HRR)在30秒內(nèi)的平均值。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(xù)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(tài)有關(guān),如果在1200秒內(nèi)火焰在某一時段內(nèi)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(THR1200):是指熱釋放速率在規(guī)定的時間內(nèi)的積分值。例如:GB/T31248-2014中規(guī)定燃燒時間為1200秒,那么就是THR1200表示在受火1200秒內(nèi)的總熱釋放量。
如果用坐標(biāo)表示其含義就是曲線與二個坐標(biāo)包含的的面積(見圖1)。

圖1:熱釋放速率與燃燒時間的關(guān)系
燃燒增長速率指數(shù)(FIGRA):是指試樣燃燒的熱釋放速率值與其對應(yīng)時間的比值的最大值。
燃燒增長速率指數(shù)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(shù)學(xué)定義到物理概念,就是考核單位時間內(nèi)燃燒釋放的熱量不能大于標(biāo)準(zhǔn)要求值,也就是在觀察燃燒狀態(tài)時,如果看到產(chǎn)生一個很大的火苗,可能燃燒增長速率指數(shù)(FIGRA)存在不合格,這種狀態(tài)與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝有關(guān)。
產(chǎn)煙速率(SPR):是指單位時間內(nèi)煙的生成量。在GB/T31248-2014標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的試驗裝置中的排煙管內(nèi)設(shè)置了一個煙密度測量系統(tǒng),測量在樣品燃燒過程中排煙管道內(nèi)排出煙的煙密度和排煙管內(nèi)的風(fēng)速,計算產(chǎn)煙速率,煙密度用消光系數(shù)k表示;

k-消光系數(shù),單位為m-1;
I0-起始透光率(無煙氣環(huán)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(huán)境的距離),單位為m。
產(chǎn)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(chǎn)煙速率(SPR)峰值:在整個燃燒期間產(chǎn)煙速率平均值的最大值,標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(tài)有關(guān)。
產(chǎn)煙總量(TSP1200):是指產(chǎn)煙速率在規(guī)定時間內(nèi)的積分值。例如:GB/T31248中規(guī)定燃燒時間為1200秒,那么就是TSP1200表示在受火1200秒內(nèi)的總產(chǎn)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(shù)、Vs是排煙管道中的實際體積流量。
前面的敘述內(nèi)容,解釋了GB31247-2014標(biāo)準(zhǔn)中涉及的部分燃燒試驗考核指標(biāo)名稱,就該標(biāo)準(zhǔn)中B1阻燃電纜或光纜的考核指標(biāo)要求如表1.
表1:GB31247-2014標(biāo)準(zhǔn)中B1阻燃電纜或光纜的考核要求

縱觀GB/T18380-2008或IEC60332-3與GB31247-2014二個標(biāo)準(zhǔn)中描述阻燃性能要求指標(biāo),前者一目了然,考核要求與樣品燃燒后的狀態(tài)能夠?qū)?yīng)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(biāo),不直觀很難理解,要滿足這些要求,如何選擇材料?如何設(shè)計電纜結(jié)構(gòu)?如何規(guī)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(shù)都能到達GB31247-2014的標(biāo)準(zhǔn)要求。
筆者認(rèn)為GB31247-2014標(biāo)準(zhǔn)中B1和B2阻燃電纜或光纜在發(fā)煙的考核要求上是重復(fù)的,產(chǎn)煙速率峰值SPR峰值和受火1200s內(nèi)產(chǎn)煙總量本身就是考核發(fā)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(zāi)現(xiàn)場的狀態(tài),是要值得研究。通過試驗(一定數(shù)量的試驗數(shù)據(jù))發(fā)現(xiàn),煙密度符合IEC標(biāo)準(zhǔn)要求,而產(chǎn)煙速率和產(chǎn)煙總量數(shù)據(jù)沒有規(guī)律,這需要行業(yè)中材料研究人員、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝設(shè)計人員、檢驗人員共同研究探討。
關(guān)于GB/T18380-2008或IEC60332-3與GB31247-2014二個標(biāo)準(zhǔn)中相似的一個考核指標(biāo),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(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)格。
GB31247-2014標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于阻燃考核要求更關(guān)注的是燃燒過程中火焰(樣品在點火源的作用下產(chǎn)生的火焰)的狀態(tài),火焰的平穩(wěn)性、火焰強度、產(chǎn)煙的平穩(wěn)性等等,不完全是考核樣品燒多長。
2. 樣品燃燒數(shù)量(根數(shù))的差異
大家都知道GB/T18380-2008或IEC60332-3成束燃燒試驗樣品數(shù)量按表2確定。
表2:GB/T18380-2008燃燒樣品的數(shù)量確定原則

使用GB/T18380-2008或IEC60332-3標(biāo)準(zhǔn)進行成束燃燒試驗樣品數(shù)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(shù),根據(jù)試樣實際非金屬材料的體積含量計算燃燒樣品的根數(shù),最終確定試樣燃燒根數(shù)時,應(yīng)考慮以下幾個因素:
1)如果計算的根數(shù)小于2根,就取2根進行試驗;
2)如果樣品中任意一根導(dǎo)體截面積≤35mm2時,計算的根數(shù)就是實際燃燒根數(shù);
3)如果樣品中任意一根導(dǎo)體截面積>35mm2時,實際使用的燃燒根數(shù)與樣品占鋼梯中的寬度(所有樣品直徑+樣品間間距)有關(guān),如果所占寬≤300mm,那么計算根數(shù)就是實際采用的燃燒根數(shù);如果按照規(guī)定綁扎方式綁扎,計算根數(shù)綁扎在鋼梯上的寬度超過300mm,那么此規(guī)格的電纜不適合用于GB/T18380-2008或IEC60332-3標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的成束燃燒進行型式認(rèn)可試驗,此時計算的根數(shù)無論綁扎在鋼梯的單側(cè)或雙側(cè)進行燃燒,燃燒的結(jié)果都不應(yīng)該用該標(biāo)準(zhǔn)推薦的考核指標(biāo)進行考核。
GB/T18380-2008或IEC60332-3成束燃燒試驗樣品數(shù)量計算的依據(jù)是同一種阻燃類別其非金屬材料的體積數(shù)相同,與樣品中金屬材料的體積(導(dǎo)體截面)有關(guān),因此只要阻燃類別一定,不管采用何種規(guī)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(biāo)準(zhǔn)中規(guī)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(guī)格的阻燃電線電纜樣品都滿足GB/T18380-2008或IEC60332-3試驗方法規(guī)定的要求,從這一點講,GB/T18380或IEC60332-3標(biāo)準(zhǔn)具有嚴(yán)格的界定。
GB/T31248-2014標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的試樣根數(shù)計算方法比較簡單,
第一種情況:當(dāng)外徑≥20mm時,根數(shù)(N)計算公式為:

第二種情況:當(dāng)外徑>5mm和<20mm時,根數(shù)(N)計算公式為:

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

根據(jù)上述計算公式,電纜外徑>5mm時樣品的根數(shù)表3:
表3:GB31248-2014標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電纜外徑與燃燒樣品的根數(shù)關(guān)系

按照該標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,燃燒根數(shù)與樣品中金屬材料體積(金屬導(dǎo)體截面積)大小無關(guān),僅僅與樣品的外徑有關(guān),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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的綁扎方式比較復(fù)雜,與燃燒類別有關(guān),與樣品中金屬導(dǎo)體截面大小有關(guān),見表4.
表4:GB/T18380-2008標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的燃燒樣品排列和綁扎方式

GB/T31248-2014標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(dǎo)體沒有關(guān)系,要求見表5。
表5:GB/T31248-2014標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的燃燒樣品排列和綁扎方式

當(dāng)樣品中只要有一根金屬導(dǎo)體截面超過35mm2情況下,GB/T18380-2008或IEC60332-3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的排列綁扎方式與GB/T31248-2014標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(tài),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(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(guān),如果燃燒根數(shù)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(yè)里出現(xiàn)一種叫“超A類”阻燃電纜,樣品燃燒根數(shù)是A類阻燃電纜的二倍,把二倍于A類根數(shù)的電纜綁扎在鋼梯上,用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定點火源進行阻燃試驗,沒有任何意義,因為這樣的敷設(shè)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定燃燒時間都是20min.。
二、嚴(yán)格執(zhí)行試驗方法標(biāo)準(zhǔn)是獲得可靠試驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)
無論是GB/T18380-2008或IEC60332-3還是GB/T31248-2014標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的多個與燃燒有關(guān)的考核要求與燃燒過程密切相關(guān),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(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)要求,燃燒的炭化高度是1.4米,合格;當(dāng)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(jié)果的影響。當(dāng)用GB31247-2014要求去評價的時候,這個條件的變化或偏移對結(jié)果的影響就會顯現(xiàn)出來,因為GB/T31248-2014它記錄并考核了燃燒過程的狀態(tài)參數(shù),因此電纜界的科技人員特別是給社會提供檢測數(shù)據(jù)的第三方檢驗機構(gòu)更應(yīng)該注意這方面的問題,不能用傳統(tǒng)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(shè)備、檢測人員掌握的測試技術(shù)要求和操作過程都要滿足GB/T31248-2014標(biāo)準(zhǔn)要求,才能提供科學(xué)、合理的檢測數(shù)據(jù)。因此就執(zhí)行GB/T31248-2014標(biāo)準(zhǔn)過程中應(yīng)注意的一些事項列出來,供大家分享。
1. 關(guān)于燃燒過程中進風(fēng)流量
進風(fēng)的管道位置:標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)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(yīng)基本一致。空氣箱的深度為(150±10)mm,空氣由風(fēng)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(yīng)平行于地面,且沿噴燈的中心線敷設(shè),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(fēng)的均勻性要求:為了使空氣流動保持一致,應(yīng)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(yīng)有標(biāo)稱直徑為5 mm、中心距為8 mm 的鉆孔。
進風(fēng)流量要求:實驗前,應(yīng)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(shè)置為(8000±400)L/min,試驗過程中應(yīng)維持穩(wěn)定的空氣流量,其偏差應(yīng)在設(shè)定值的10%范圍內(nèi)。
空氣流量的確定:標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定要在矩形管道之前增加一個圓形管道,是在圓形管道內(nèi)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(nèi)平均風(fēng)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(fēng)流量為(8000±400)L/min,那么圓形管道中平均風(fēng)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(fēng)速介于(2.39~2.64)m/s之間,進風(fēng)流量就滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,如何測量圓形管道中的平均風(fēng)速?由于圓形管道中風(fēng)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(shè)置一個可供風(fēng)速測量儀探頭進入的圓孔并帶有螺紋,不測量風(fēng)速時螺母旋緊,測量風(fēng)速時打開。采用皮托管或熱線式風(fēng)速儀測量風(fēng)速,將探頭伸入圓形管道內(nèi),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(shù)據(jù)個,然后求其算術(shù)平均值,得圓形管道內(nèi)的平均風(fēng)速。
燃燒過程中風(fēng)速控制:每次燃燒前應(yīng)測量圓形管道內(nèi)的風(fēng)速,應(yīng)在鼓風(fēng)機工作到達平穩(wěn)狀態(tài)才能進行測量,由于電壓不穩(wěn)定或鼓風(fēng)機工作效率下降導(dǎo)致進風(fēng)風(fēng)速的改變,因此在試驗過程中要時刻監(jiān)測進風(fēng)量(即管道內(nèi)的風(fēng)速),建議在進風(fēng)管道內(nèi)安裝實時監(jiān)測的風(fēng)速測量儀觀察進風(fēng)量的變化。
GB/T18380-2008標(biāo)準(zhǔn)要求進風(fēng)量為(5000±500)L/min,而GB/T31248-2014標(biāo)準(zhǔn)要求進風(fēng)量為(8000±400)L/min,相差較多,如果其他條件一樣就風(fēng)速不一樣,GB/T31248-2014標(biāo)準(zhǔn)要求情況下樣品更容易燃燒。
2.關(guān)于環(huán)境溫度
GB/T18380-2008或IEC60332-3和GB/T31248-2014標(biāo)準(zhǔn)中對試驗條件要求是一致的,燃燒室和供給空氣的溫度應(yīng)在5 ℃~40 ℃范圍內(nèi)。樣品預(yù)處理的要求也是一致的,試驗開始前,電纜試樣應(yīng)在(20±10)℃的條件下放置至少16 h,以確保樣品干燥。
關(guān)于預(yù)處理的要求往往會忽視,這會影響試驗結(jié)果,冬天對試驗結(jié)果有利,夏天對試驗結(jié)果不利。
我們還應(yīng)該注意,當(dāng)一個試驗結(jié)束后,第二個樣品何時能進入試驗箱進行試驗,按照標(biāo)準(zhǔn)要求試驗應(yīng)在試驗室規(guī)定的環(huán)境溫度(5 ℃~40 ℃)下進行,也就是説箱體溫度也應(yīng)該到達此溫度,由于箱殼體內(nèi)采用傳熱系數(shù)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(nèi)部存儲了大量的熱量,不易散發(fā)掉,所以第二個樣品不能馬上進入試驗箱體進行試驗,應(yīng)該采用非接觸的溫度測量裝置不斷測量箱體內(nèi)部壁上的溫度,當(dāng)?shù)竭_穩(wěn)定后而且與試驗室的環(huán)境溫度相當(dāng)時,才能將第二個樣品進入箱體試驗。
3.關(guān)于燃燒噴燈
GB/T18380-2008或IEC60332-3和GB/T31248-2014標(biāo)準(zhǔn)中對燃燒噴燈的要求是一致的。在這里我們強調(diào)二點:
第一點是燃燒過程中噴燈的位置:標(biāo)準(zhǔn)要求噴燈的應(yīng)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(yīng)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(jié)果都會有影響,特別時進行熱釋放試驗時,前面已經(jīng)講過這些微小的變化對IEC標(biāo)準(zhǔn)僅僅考核炭化高度,影響因素不易被發(fā)現(xiàn),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(dāng)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(xiàn)象對考核炭化高度或考核熱釋放都不利。
4.關(guān)于燃燒氣體
GB/T18380-2008或IEC60332-3和GB/T31248-2014標(biāo)準(zhǔn)中對丙烷的純度要求是一致的。燃氣應(yīng)為標(biāo)稱純度為95%的技術(shù)級丙烷。
GB/T18380-2008或IEC60332-3標(biāo)準(zhǔn)中提供了丙烷和空氣的流量要求,當(dāng)基準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)中給定了點火源功率為20.5kW。當(dāng)丙烷的質(zhì)量流量為(442±10)mg/s,空氣的質(zhì)量流量為(1550±95)mg/s時,其標(biāo)稱HRR相當(dāng)于20.5 kW。此時的二種氣體的流量如下:
當(dāng)基準(zhǔn)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(dāng)基準(zhǔn)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(guān)于溫、濕度傳感器的放置位置
在GB/T18380-2008或IEC60332-3標(biāo)準(zhǔn)中考核結(jié)果沒有涉及到試驗室環(huán)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(biāo)準(zhǔn)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(huán)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(huán)境溫度,這是測量進風(fēng)口的空氣狀態(tài),因此這三個傳感器應(yīng)放置在鼓風(fēng)機進風(fēng)口處且高度相當(dāng),這樣才能放映所進的風(fēng)狀態(tài)。
6. 關(guān)于熱釋放測試系統(tǒng)
熱釋放測試系統(tǒng)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(shù)與測試設(shè)備的穩(wěn)定性關(guān)聯(lián)度很大,因此在試驗之前一定要進行充分的預(yù)熱,讓進風(fēng)流量穩(wěn)定,抽風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)速穩(wěn)定。
每天正式試驗之前應(yīng)該用標(biāo)準(zhǔn)二氧化碳氣體和標(biāo)準(zhǔn)氧氣體進行系統(tǒng)標(biāo)定,定期用已知標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)氣體進行熱釋放標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi),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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的A類或B類阻燃要求的電纜,一定滿足GB31247-2014標(biāo)準(zhǔn)要求嗎?反之也滿足相應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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。

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(guī)律可循,造成不合格的原因可能是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、原材料等問題,也有可能是測試技術(shù)造成部分指標(biāo)不合格。
那么在開發(fā)滿足GB3127-2014標(biāo)準(zhǔn)要求的阻燃電纜時,應(yīng)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(shù)越少。當(dāng)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(guī)格相同,但外徑有區(qū)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(biāo)準(zhǔn)要求的可能性大一些。這種情況我們已經(jīng)遇見過了,IEC61034標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定當(dāng)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(huán)境溫度為25℃時的燃燒熱,E1=17.2×103 kJ/m3;
EC 3 H 8—丙烷在環(huán)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(biāo)準(zhǔn)説明了此值是大量被測樣品燃燒熱的平均值,在大多數(shù)情況下能達到可接受的精度。因此我們要關(guān)注在我們設(shè)計的電纜結(jié)構(gòu)中絕緣、填充和外護套燃燒時釋放的熱值是不是滿足標(biāo)準(zhǔn)給定的平均值,如果樣品合成的燃燒熱值大于標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)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(shù)量、燃燒熱值是有相關(guān)性的。
3. 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)
從熱釋放考核指標(biāo)看,它不僅考核燃燒結(jié)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(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計很重要,要考慮如下方面的事項:
1)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)要密實,內(nèi)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(xiàn)熱釋放速率峰值不合格,因此阻燃層應(yīng)有一定的厚度;
3)擠出型填充厚度的均勻性;
4)鎧裝結(jié)構(gòu)有利于熱釋放試驗要求的通過。
4. 燃燒火焰的平穩(wěn)性
產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)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(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)火焰強度突然增加的狀況。
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吳:我有說過這個話嗎?
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zsms:電纜行業(yè)里塑力纜廠里很多技術(shù)(工程師)是半道出身的當(dāng)了主管后卻瞧不起那些專業(yè)學(xué)校畢業(yè)出來的
這才是最可怕的。
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還真不少這樣的
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很多公司干脆不接單
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astroboy:謹(jǐn)慎看待“電纜及光纜燃燒性能分級”(GB31247-2014)
最近由于國內(nèi)有些基礎(chǔ)設(shè)施大型工程中使用了B1級阻燃線纜產(chǎn)品,其抽樣檢測結(jié)果不樂觀,導(dǎo)致在行業(yè)中又多了一個議論的話題,其實這反映了我們行業(yè)存在的根深蒂固的“毛病”,不重視科研,不重視技術(shù),整個電纜行業(yè)被“配套的”行業(yè)或者不懂技術(shù)的銷售人員牽著鼻子走,模仿制造成風(fēng),如果不改變這種現(xiàn)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:這些大型基礎(chǔ)設(shè)施是國人關(guān)注的熱點,此時任何電纜供應(yīng)商都真心實意的想提供符合標(biāo)書要求的合格產(chǎn)品,但事實是并非如此,究竟是什么原因?產(chǎn)品結(jié)構(gòu)問題?原材料問題?標(biāo)準(zhǔn)判據(jù)問題?測試技術(shù)問題?還是沒有充分理解標(biāo)準(zhǔn)的要求問題?為此本人根據(jù)工作經(jīng)驗提出如下看法,僅供參考,不妥之處敬請原諒。
一、認(rèn)真研究標(biāo)準(zhǔn)要求的特點
對于阻燃電纜引用的燃燒測試方法標(biāo)準(zhǔn)大家都比較熟悉是采用GB/T18380-2008或IEC60332-3,對材料的選擇、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、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(nèi)主流電纜企業(yè)都已經(jīng)形成固定的工藝要求,在產(chǎn)品阻燃性能上屬于成熟產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn),研究不深入,想當(dāng)然慣性思維,很多人認(rèn)為IEC60332-3阻燃B類或A類成束燃燒試驗合格,GB 31247中B1也應(yīng)該滿足要求,其實差距很大,下面就標(biāo)準(zhǔn)差異作一些分析:
1. 考核指標(biāo)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(guī)定的樣品數(shù)量和燃燒時間情況下,燃燒結(jié)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(tài)不作要求,即使規(guī)定的燃燒時間結(jié)束,在通過試驗箱的空氣流量維持不變的情況下,燃燒或發(fā)光允許繼續(xù),直到最長1小時時才強行熄滅電纜的燃燒或發(fā)光。GB/T18380-2008或IEC60332-3根據(jù)使用場合(電纜敷設(shè)狀態(tài))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(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)的試驗方法標(biāo)準(zhǔn)為GB/T31248-2014《電纜或光纜在受火條件下火焰蔓延、熱釋放和產(chǎn)煙特性的試驗方法》。此標(biāo)準(zhǔn)把線纜的燃燒分為4個等級,A級(不燃電纜或光纜,相當(dāng)于金屬護套電纜或光纜)、B1級(阻燃B1級電纜或光纜,相當(dāng)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(dāng)于低鹵低煙阻燃電纜或光纜)和B3級(普通電纜或光纜)。
此標(biāo)準(zhǔn)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(guī)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(dāng)于IEC60332-3中的最大炭化高度。
熱釋放速率(HRR):指在規(guī)定條件下,材料在單位時間內(nèi)燃燒所釋放的熱量。它是電纜在燃燒過程中產(chǎn)生的煙被排到排煙管道中,測量排煙管道內(nèi)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(fù)雜的計算而得到的電纜燃燒熱釋放速率。熱釋放速率數(shù)據(jù)的獲得與數(shù)據(jù)采集是相關(guān)的,也就是每采集一組數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集頻率有關(guān),跟樣品燃燒狀態(tài)有關(guān),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(guān)。
熱釋放速率平均值(HRRav):是指熱釋放速率(HRR)在30秒內(nèi)的平均值。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(xù)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(tài)有關(guān),如果在1200秒內(nèi)火焰在某一時段內(nèi)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(THR1200):是指熱釋放速率在規(guī)定的時間內(nèi)的積分值。例如:GB/T31248-2014中規(guī)定燃燒時間為1200秒,那么就是THR1200表示在受火1200秒內(nèi)的總熱釋放量。
如果用坐標(biāo)表示其含義就是曲線與二個坐標(biāo)包含的的面積(見圖1)。
圖1:熱釋放速率與燃燒時間的關(guān)系
燃燒增長速率指數(shù)(FIGRA):是指試樣燃燒的熱釋放速率值與其對應(yīng)時間的比值的最大值。
燃燒增長速率指數(shù)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(shù)學(xué)定義到物理概念,就是考核單位時間內(nèi)燃燒釋放的熱量不能大于標(biāo)準(zhǔn)要求值,也就是在觀察燃燒狀態(tài)時,如果看到產(chǎn)生一個很大的火苗,可能燃燒增長速率指數(shù)(FIGRA)存在不合格,這種狀態(tài)與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝有關(guān)。
產(chǎn)煙速率(SPR):是指單位時間內(nèi)煙的生成量。在GB/T31248-2014標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的試驗裝置中的排煙管內(nèi)設(shè)置了一個煙密度測量系統(tǒng),測量在樣品燃燒過程中排煙管道內(nèi)排出煙的煙密度和排煙管內(nèi)的風(fēng)速,計算產(chǎn)煙速率,煙密度用消光系數(shù)k表示;
k-消光系數(shù),單位為m-1;
I0-起始透光率(無煙氣環(huán)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(huán)境的距離),單位為m。
產(chǎn)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(chǎn)煙速率(SPR)峰值:在整個燃燒期間產(chǎn)煙速率平均值的最大值,標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(tài)有關(guān)。
產(chǎn)煙總量(TSP1200):是指產(chǎn)煙速率在規(guī)定時間內(nèi)的積分值。例如:GB/T31248中規(guī)定燃燒時間為1200秒,那么就是TSP1200表示在受火1200秒內(nèi)的總產(chǎn)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(shù)、Vs是排煙管道中的實際體積流量。
前面的敘述內(nèi)容,解釋了GB31247-2014標(biāo)準(zhǔn)中涉及的部分燃燒試驗考核指標(biāo)名稱,就該標(biāo)準(zhǔn)中B1阻燃電纜或光纜的考核指標(biāo)要求如表1.
表1:GB31247-2014標(biāo)準(zhǔn)中B1阻燃電纜或光纜的考核要求
縱觀GB/T18380-2008或IEC60332-3與GB31247-2014二個標(biāo)準(zhǔn)中描述阻燃性能要求指標(biāo),前者一目了然,考核要求與樣品燃燒后的狀態(tài)能夠?qū)?yīng)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(biāo),不直觀很難理解,要滿足這些要求,如何選擇材料?如何設(shè)計電纜結(jié)構(gòu)?如何規(guī)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(shù)都能到達GB31247-2014的標(biāo)準(zhǔn)要求。
筆者認(rèn)為GB31247-2014標(biāo)準(zhǔn)中B1和B2阻燃電纜或光纜在發(fā)煙的考核要求上是重復(fù)的,產(chǎn)煙速率峰值SPR峰值和受火1200s內(nèi)產(chǎn)煙總量本身就是考核發(fā)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(zāi)現(xiàn)場的狀態(tài),是要值得研究。通過試驗(一定數(shù)量的試驗數(shù)據(jù))發(fā)現(xiàn),煙密度符合IEC標(biāo)準(zhǔn)要求,而產(chǎn)煙速率和產(chǎn)煙總量數(shù)據(jù)沒有規(guī)律,這需要行業(yè)中材料研究人員、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝設(shè)計人員、檢驗人員共同研究探討。
關(guān)于GB/T18380-2008或IEC60332-3與GB31247-2014二個標(biāo)準(zhǔn)中相似的一個考核指標(biāo),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(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)格。
GB31247-2014標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于阻燃考核要求更關(guān)注的是燃燒過程中火焰(樣品在點火源的作用下產(chǎn)生的火焰)的狀態(tài),火焰的平穩(wěn)性、火焰強度、產(chǎn)煙的平穩(wěn)性等等,不完全是考核樣品燒多長。
2. 樣品燃燒數(shù)量(根數(shù))的差異
大家都知道GB/T18380-2008或IEC60332-3成束燃燒試驗樣品數(shù)量按表2確定。
表2:GB/T18380-2008燃燒樣品的數(shù)量確定原則
使用GB/T18380-2008或IEC60332-3標(biāo)準(zhǔn)進行成束燃燒試驗樣品數(shù)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(shù),根據(jù)試樣實際非金屬材料的體積含量計算燃燒樣品的根數(shù),最終確定試樣燃燒根數(shù)時,應(yīng)考慮以下幾個因素:
1)如果計算的根數(shù)小于2根,就取2根進行試驗;
2)如果樣品中任意一根導(dǎo)體截面積≤35mm2時,計算的根數(shù)就是實際燃燒根數(shù);
3)如果樣品中任意一根導(dǎo)體截面積>35mm2時,實際使用的燃燒根數(shù)與樣品占鋼梯中的寬度(所有樣品直徑+樣品間間距)有關(guān),如果所占寬≤300mm,那么計算根數(shù)就是實際采用的燃燒根數(shù);如果按照規(guī)定綁扎方式綁扎,計算根數(shù)綁扎在鋼梯上的寬度超過300mm,那么此規(guī)格的電纜不適合用于GB/T18380-2008或IEC60332-3標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的成束燃燒進行型式認(rèn)可試驗,此時計算的根數(shù)無論綁扎在鋼梯的單側(cè)或雙側(cè)進行燃燒,燃燒的結(jié)果都不應(yīng)該用該標(biāo)準(zhǔn)推薦的考核指標(biāo)進行考核。
GB/T18380-2008或IEC60332-3成束燃燒試驗樣品數(shù)量計算的依據(jù)是同一種阻燃類別其非金屬材料的體積數(shù)相同,與樣品中金屬材料的體積(導(dǎo)體截面)有關(guān),因此只要阻燃類別一定,不管采用何種規(guī)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(biāo)準(zhǔn)中規(guī)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(guī)格的阻燃電線電纜樣品都滿足GB/T18380-2008或IEC60332-3試驗方法規(guī)定的要求,從這一點講,GB/T18380或IEC60332-3標(biāo)準(zhǔn)具有嚴(yán)格的界定。
GB/T31248-2014標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的試樣根數(shù)計算方法比較簡單,
第一種情況:當(dāng)外徑≥20mm時,根數(shù)(N)計算公式為:
第二種情況:當(dāng)外徑>5mm和<20mm時,根數(shù)(N)計算公式為:
第三種情況:當(dāng)外徑≤5mm 時,共計15束,每束的直徑大約為10mm,每束的根數(shù)(n)計算公式為:
根據(jù)上述計算公式,電纜外徑>5mm時樣品的根數(shù)表3:
表3:GB31248-2014標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電纜外徑與燃燒樣品的根數(shù)關(guān)系
按照該標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,燃燒根數(shù)與樣品中金屬材料體積(金屬導(dǎo)體截面積)大小無關(guān),僅僅與樣品的外徑有關(guān),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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的綁扎方式比較復(fù)雜,與燃燒類別有關(guān),與樣品中金屬導(dǎo)體截面大小有關(guān),見表4.
表4:GB/T18380-2008標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的燃燒樣品排列和綁扎方式
GB/T31248-2014標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(dǎo)體沒有關(guān)系,要求見表5。
表5:GB/T31248-2014標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的燃燒樣品排列和綁扎方式
當(dāng)樣品中只要有一根金屬導(dǎo)體截面超過35mm2情況下,GB/T18380-2008或IEC60332-3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的排列綁扎方式與GB/T31248-2014標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(tài),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(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(guān),如果燃燒根數(shù)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(yè)里出現(xiàn)一種叫“超A類”阻燃電纜,樣品燃燒根數(shù)是A類阻燃電纜的二倍,把二倍于A類根數(shù)的電纜綁扎在鋼梯上,用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定點火源進行阻燃試驗,沒有任何意義,因為這樣的敷設(shè)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定燃燒時間都是20min.。
二、嚴(yán)格執(zhí)行試驗方法標(biāo)準(zhǔn)是獲得可靠試驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)
無論是GB/T18380-2008或IEC60332-3還是GB/T31248-2014標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的多個與燃燒有關(guān)的考核要求與燃燒過程密切相關(guān),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(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)要求,燃燒的炭化高度是1.4米,合格;當(dāng)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(jié)果的影響。當(dāng)用GB31247-2014要求去評價的時候,這個條件的變化或偏移對結(jié)果的影響就會顯現(xiàn)出來,因為GB/T31248-2014它記錄并考核了燃燒過程的狀態(tài)參數(shù),因此電纜界的科技人員特別是給社會提供檢測數(shù)據(jù)的第三方檢驗機構(gòu)更應(yīng)該注意這方面的問題,不能用傳統(tǒng)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(shè)備、檢測人員掌握的測試技術(shù)要求和操作過程都要滿足GB/T31248-2014標(biāo)準(zhǔn)要求,才能提供科學(xué)、合理的檢測數(shù)據(jù)。因此就執(zhí)行GB/T31248-2014標(biāo)準(zhǔn)過程中應(yīng)注意的一些事項列出來,供大家分享。
1. 關(guān)于燃燒過程中進風(fēng)流量
進風(fēng)的管道位置:標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)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(yīng)基本一致。空氣箱的深度為(150±10)mm,空氣由風(fēng)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(yīng)平行于地面,且沿噴燈的中心線敷設(shè),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(fēng)的均勻性要求:為了使空氣流動保持一致,應(yīng)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(yīng)有標(biāo)稱直徑為5 mm、中心距為8 mm 的鉆孔。
進風(fēng)流量要求:實驗前,應(yīng)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(shè)置為(8000±400)L/min,試驗過程中應(yīng)維持穩(wěn)定的空氣流量,其偏差應(yīng)在設(shè)定值的10%范圍內(nèi)。
空氣流量的確定:標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定要在矩形管道之前增加一個圓形管道,是在圓形管道內(nèi)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(nèi)平均風(fēng)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(fēng)流量為(8000±400)L/min,那么圓形管道中平均風(fēng)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(fēng)速介于(2.39~2.64)m/s之間,進風(fēng)流量就滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,如何測量圓形管道中的平均風(fēng)速?由于圓形管道中風(fēng)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(shè)置一個可供風(fēng)速測量儀探頭進入的圓孔并帶有螺紋,不測量風(fēng)速時螺母旋緊,測量風(fēng)速時打開。采用皮托管或熱線式風(fēng)速儀測量風(fēng)速,將探頭伸入圓形管道內(nèi),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(shù)據(jù)個,然后求其算術(shù)平均值,得圓形管道內(nèi)的平均風(fēng)速。
燃燒過程中風(fēng)速控制:每次燃燒前應(yīng)測量圓形管道內(nèi)的風(fēng)速,應(yīng)在鼓風(fēng)機工作到達平穩(wěn)狀態(tài)才能進行測量,由于電壓不穩(wěn)定或鼓風(fēng)機工作效率下降導(dǎo)致進風(fēng)風(fēng)速的改變,因此在試驗過程中要時刻監(jiān)測進風(fēng)量(即管道內(nèi)的風(fēng)速),建議在進風(fēng)管道內(nèi)安裝實時監(jiān)測的風(fēng)速測量儀觀察進風(fēng)量的變化。
GB/T18380-2008標(biāo)準(zhǔn)要求進風(fēng)量為(5000±500)L/min,而GB/T31248-2014標(biāo)準(zhǔn)要求進風(fēng)量為(8000±400)L/min,相差較多,如果其他條件一樣就風(fēng)速不一樣,GB/T31248-2014標(biāo)準(zhǔn)要求情況下樣品更容易燃燒。
2.關(guān)于環(huán)境溫度
GB/T18380-2008或IEC60332-3和GB/T31248-2014標(biāo)準(zhǔn)中對試驗條件要求是一致的,燃燒室和供給空氣的溫度應(yīng)在5 ℃~40 ℃范圍內(nèi)。樣品預(yù)處理的要求也是一致的,試驗開始前,電纜試樣應(yīng)在(20±10)℃的條件下放置至少16 h,以確保樣品干燥。
關(guān)于預(yù)處理的要求往往會忽視,這會影響試驗結(jié)果,冬天對試驗結(jié)果有利,夏天對試驗結(jié)果不利。
我們還應(yīng)該注意,當(dāng)一個試驗結(jié)束后,第二個樣品何時能進入試驗箱進行試驗,按照標(biāo)準(zhǔn)要求試驗應(yīng)在試驗室規(guī)定的環(huán)境溫度(5 ℃~40 ℃)下進行,也就是説箱體溫度也應(yīng)該到達此溫度,由于箱殼體內(nèi)采用傳熱系數(shù)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(nèi)部存儲了大量的熱量,不易散發(fā)掉,所以第二個樣品不能馬上進入試驗箱體進行試驗,應(yīng)該采用非接觸的溫度測量裝置不斷測量箱體內(nèi)部壁上的溫度,當(dāng)?shù)竭_穩(wěn)定后而且與試驗室的環(huán)境溫度相當(dāng)時,才能將第二個樣品進入箱體試驗。
3.關(guān)于燃燒噴燈
GB/T18380-2008或IEC60332-3和GB/T31248-2014標(biāo)準(zhǔn)中對燃燒噴燈的要求是一致的。在這里我們強調(diào)二點:
第一點是燃燒過程中噴燈的位置:標(biāo)準(zhǔn)要求噴燈的應(yīng)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(yīng)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(jié)果都會有影響,特別時進行熱釋放試驗時,前面已經(jīng)講過這些微小的變化對IEC標(biāo)準(zhǔn)僅僅考核炭化高度,影響因素不易被發(fā)現(xiàn),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(dāng)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(xiàn)象對考核炭化高度或考核熱釋放都不利。
4.關(guān)于燃燒氣體
GB/T18380-2008或IEC60332-3和GB/T31248-2014標(biāo)準(zhǔn)中對丙烷的純度要求是一致的。燃氣應(yīng)為標(biāo)稱純度為95%的技術(shù)級丙烷。
GB/T18380-2008或IEC60332-3標(biāo)準(zhǔn)中提供了丙烷和空氣的流量要求,當(dāng)基準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)中給定了點火源功率為20.5kW。當(dāng)丙烷的質(zhì)量流量為(442±10)mg/s,空氣的質(zhì)量流量為(1550±95)mg/s時,其標(biāo)稱HRR相當(dāng)于20.5 kW。此時的二種氣體的流量如下:
當(dāng)基準(zhǔn)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(dāng)基準(zhǔn)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(guān)于溫、濕度傳感器的放置位置
在GB/T18380-2008或IEC60332-3標(biāo)準(zhǔn)中考核結(jié)果沒有涉及到試驗室環(huán)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(biāo)準(zhǔn)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(huán)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(huán)境溫度,這是測量進風(fēng)口的空氣狀態(tài),因此這三個傳感器應(yīng)放置在鼓風(fēng)機進風(fēng)口處且高度相當(dāng),這樣才能放映所進的風(fēng)狀態(tài)。
6. 關(guān)于熱釋放測試系統(tǒng)
熱釋放測試系統(tǒng)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(shù)與測試設(shè)備的穩(wěn)定性關(guān)聯(lián)度很大,因此在試驗之前一定要進行充分的預(yù)熱,讓進風(fēng)流量穩(wěn)定,抽風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)速穩(wěn)定。
每天正式試驗之前應(yīng)該用標(biāo)準(zhǔn)二氧化碳氣體和標(biāo)準(zhǔn)氧氣體進行系統(tǒng)標(biāo)定,定期用已知標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)氣體進行熱釋放標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi),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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的A類或B類阻燃要求的電纜,一定滿足GB31247-2014標(biāo)準(zhǔn)要求嗎?反之也滿足相應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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。
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(guī)律可循,造成不合格的原因可能是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、原材料等問題,也有可能是測試技術(shù)造成部分指標(biāo)不合格。
那么在開發(fā)滿足GB3127-2014標(biāo)準(zhǔn)要求的阻燃電纜時,應(yīng)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(shù)越少。當(dāng)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(guī)格相同,但外徑有區(qū)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(biāo)準(zhǔn)要求的可能性大一些。這種情況我們已經(jīng)遇見過了,IEC61034標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定當(dāng)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(huán)境溫度為25℃時的燃燒熱,E1=17.2×103 kJ/m3;
EC 3 H 8—丙烷在環(huán)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(biāo)準(zhǔn)説明了此值是大量被測樣品燃燒熱的平均值,在大多數(shù)情況下能達到可接受的精度。因此我們要關(guān)注在我們設(shè)計的電纜結(jié)構(gòu)中絕緣、填充和外護套燃燒時釋放的熱值是不是滿足標(biāo)準(zhǔn)給定的平均值,如果樣品合成的燃燒熱值大于標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)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(shù)量、燃燒熱值是有相關(guān)性的。
3. 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)
從熱釋放考核指標(biāo)看,它不僅考核燃燒結(jié)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(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計很重要,要考慮如下方面的事項:
1)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)要密實,內(nèi)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(xiàn)熱釋放速率峰值不合格,因此阻燃層應(yīng)有一定的厚度;
3)擠出型填充厚度的均勻性;
4)鎧裝結(jié)構(gòu)有利于熱釋放試驗要求的通過。
4. 燃燒火焰的平穩(wěn)性
產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)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(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)火焰強度突然增加的狀況。
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zsms:電纜行業(yè)里塑力纜廠里很多技術(shù)(工程師)是半道出身的當(dāng)了主管后卻瞧不起那些專業(yè)學(xué)校畢業(yè)出來的
我曾經(jīng)特地問過質(zhì)檢人員,8.7/15是什么意思?質(zhì)檢員信心滿滿地回答是8.7kV~15kV之間!我問他這是誰教的,回答說是公司的質(zhì)量工程師教他的,我也是醉了!差點沒暈過去!。
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jbdhj:請問,阻燃B1級光纜有廠家生產(chǎn)嗎?
有
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caiqi986:光纜跳線行業(yè)還能走多遠?? 做的心累?蛻粝苟(biāo)準(zhǔn),行業(yè)利潤薄如紙,技術(shù)難度雖然不高,但工藝也繁瑣?啾
客戶的標(biāo)準(zhǔn)才是標(biāo)準(zhǔn) 滿足客戶需求就行。
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zsms:電纜行業(yè)里塑力纜廠里很多技術(shù)(工程師)是半道出身的當(dāng)了主管后卻瞧不起那些專業(yè)學(xué)校畢業(yè)出來的
我就曾經(jīng)遇到過所謂的電纜工程師,他給質(zhì)檢員培訓(xùn)內(nèi)容,電纜型號中“8.7/15”的意思居然是“電壓在8.7kV~15kV之間”,暈死。!
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xiaolonga:整體行業(yè)比較混亂,有什么風(fēng)吹草動會一擁而上
如今看來,這句評論已成為現(xiàn)實寫照。