电线电缆的燃烧试验方法简述

继前篇介绍了阻燃电缆与耐火电缆在概念、作用原理、结构及材料等方面的区别，随着机场、地铁、商场等人群密集的特殊场合下敷设的电线电缆的燃烧的要求越来越高，很多规格的电缆型式试验也都包含了低烟、无卤或低卤、阻燃、低毒、耐火等试验要求。本次简要总结一下电线电缆的燃烧试验方法标准。1．引言除各种电缆产品标准中分别规定外，电线电缆行业内通用的对阻燃、耐火电缆做出要求的是国家标准GB/T 19666-2005《阻燃和耐火电线电缆通则》，此标准中较完善的规定了电缆的燃烧特性代号、电缆型号、指标要求、试验方法等，并且在附录中也给出了常用非金属材料的推荐指标。此外，还有公安部发布的GA 306.1-2007《阻燃及耐火电缆:塑料绝缘阻燃及耐火电缆分级和要求 第1部分:阻燃电缆》、GA306.2-2007《阻燃及耐火电缆:塑料绝缘阻燃及耐火电缆分级和要求 第2部分:耐火电缆》，从性能指标高低的角度，对阻燃和耐火电缆进行分级。2．燃烧试验方法GB/T 19666-2005中规定的电缆燃烧特性代号、试验方法标准和判定要求见表1，另外，大多数电缆产品标准中无卤的要求也涵盖卤酸气体总量的要求，同时，低卤要求的电缆产品同样是采用卤酸气体总量的试验方法进行测试。最新的材料及电缆产品标准已增加卤酸气体中氢氟酸的测试方法。从表1可看出，评定电线电缆燃烧性能优劣的试样方法，按类型可大致分为燃烧产生烟气能见度、气体腐蚀性、火焰蔓延情况、烟气毒性及用电保障功能的考核，几个主要考核指标分别为低烟、无卤或低卤、阻燃、低毒、耐火。下文将分别简介相关标准和试验方法。表1 电缆燃烧特性代号、试验方法标准和判定要求代号燃烧类型试验方法标准判定要求简述国家标准国际标准Z单根燃烧GB/T 18380.11-2008GB/T 18380.12-2008GB/T 18380.13-2008GB/T 18380.21-2008GB/T 18380.22-2008IEC 60332-1-1: 2015IEC 60332-1-2: 2015IEC 60332-1-3: 2015IEC 60332-2-1: 2004IEC 60332-2-2: 2004试样烧焦范围在50～540mmZAZBZCZD成束燃烧GB/T 18380.31-2008GB/T 18380.32-2008GB/T 18380.33-2008GB/T 18380.34-2008GB/T 18380.35-2008GB/T 18380.36-2008IEC 60332-3-10: 2008IEC 60332-3-21: 2017IEC 60332-3-22: 2017IEC 60332-3-23: 2017IEC 60332-3-24: 2017IEC 60332-3-25: 2017炭化的长度≤2.5m；燃烧时间≤1hW无卤GB/T 17650.2-1998IEC 60754-2: 2011pH≥4.3；电导率≤10μS/mmGB/T 17650.1-1998IEC 60754-1: 2013HCl≤5mg/gIEC 60684-2:2003HF≤1mg/g省略含卤GB/T 17650.1-1998IEC 60754-1: 2013DD低烟GB/T 17651.1-1998GB/T 17651.2-1998IEC 61034-1: 2013IEC 61034-2: 2013透光率≥60%U低毒在考虑中IEC 60695-7-50: 2002IEC 60695-7-51: 2002DN耐火GB/T 19216.11-2003GB/T 19216.21-2003GB/T 19216.23-2003GB/T 19216.25-2003IEC 60331-11: 2009IEC 60331-21: 1999IEC 60331-23: 1999IEC 60331-25: 19992A熔断器不断；指示灯不熄NJ耐火加冲击GB/T 19216.12-2008GB/T 19216.31-2008IEC 60331-1: 2017IEC 60331-2: 2017IEC 60331-3: 20172A熔断器不断；指示灯不熄NS耐火加喷水在考虑中BS 6387 Category WD2.1烟密度测试（低烟）低烟，指的是燃烧时产生的烟尘较少，即透光率（能见度）较高。主要是为了在火灾情况下，电缆外层非金属材料燃烧后产生的烟尘较少，现场能见度较高，不影响人员逃生。现有几种测量材料烟密度的方法，如ISO 5659、ASTM 662、NFPA 258、GB/T 8323。GB/T 17651.2规定了电缆或光缆燃烧时的烟密度试验方法和要求，表2规定了电缆的数量或线束数。燃烧时间为40min，规定烟密度的最小透过率≥60%。国标等同IEC 61034-2和EN 61034-2，其中IEC 61034-2已更新至2013版本，而国标仍为1998版本。另外VDE 0482-1034-2、NF C32-073-2、EN 45545-2和DIN 5510-2也采用此方法。BS 6853只是在样品数量上略有差别。NF F16-101和NF X10-702则采用NBS烟密度箱，外径不超过25.4mm的电缆则垂直平行拼接，外径超过25.4mm的电缆，则取出护套和绝缘测试。表2 试样安装数量电缆或光缆外径D（mm）试样数电缆或光缆数线束数D>401D20<D≤402D10<D≤203D5<D≤1045/D（取整）D2≤D≤5D45/3D（取整）2.2 卤酸气体、pH值、电导率测试（无卤或低卤）无卤或低卤，是指不含卤素或卤素含量很少，燃烧产物的腐蚀性较低。目的是在火灾情况下，避免电缆外层含卤物种燃烧过程中产生的致癌性物质，减少人员伤害。检测材料是否含有卤素的标准方法有EN14582、IEC 60754、IEC 61189、ASTM D 7359、JPCA-ES-01。GB/T 17650.1用于测定电缆或光缆的材料燃烧时释出卤酸气体总量，火焰温度800℃、时间20 min。此标准不适合测量含氟物种和卤素含量小于5mg/g的样品，含氟物种的测试可以参考GB/T 32129-2015，具体试验方法见IEC 60684-2。本标准等同IEC 60754-1和EN 50267-2-1，另外VDE 0482-267-2-1和NF C32-074-21也采用此方法。GB/T 17650.2用测量pH值和电导率来测定电缆或光缆燃烧时释出气体的酸度，火焰温度935℃、时间30 min，等同IEC 60754-2和EN 50267-2-2，另外VDE 0482-267-2-2和NF C32-074-22也采用此为了测定电缆或光缆的材料中低卤含量物种，IEC 60754-3中采用与IEC 60754-3相同的前期处理过程，最后用离子色谱分析吸收液中卤素含量，可以测量F、Cl、Br等物种，精度可达0.1~10mg/g。目前尚无对应的国标。2.3 火焰蔓延测试（阻燃）阻燃，是指在规定试验条件下，试样被燃烧，在撤去火源后，火焰在试样上的蔓延仅在规定范围内并且自行熄灭的特性，即具有阻止或延缓火焰发生或蔓延的能力；具有以上特性的电线电缆称为阻燃电线电缆。目的是为了在火灾发生时，延缓火灾蔓延，给人员逃生争取更多的时间。GB /T 18380.12规定了单根绝缘电线或电缆的垂直火焰蔓延试验方法，要求燃烧结束后炭化高度距上支架下缘距离大于50mm，火焰向下蔓延距离距上支架下缘大于540mm。本标准与IEC 60332-2和EN 60332-2等同。另外BS 4066 Part 1、VDE 0482-332-1-2和VG 95218-2 Method 1均采用此方法。GB /T 18380.22规定了单根绝缘细电线或电缆的垂直火焰蔓延试验方法，要求燃烧结束后炭化高度距上支架和下支架范围在50~540mm之间，与IEC 60332-2-2和EN 60332-2-2等同。另外BS 4066 Part 2和VG 95218-2 Method 2均采用此方法。UL 2556 Section 9.3 (FT1)和Section 9.4 (VW-1)、UL 1581 Section 1060和Section 1080、GB/T 12666.1也针对单根电缆垂直燃烧试验，采用20°角安装方式，燃气喷灯供火强度为500W，燃烧15s后，移开15s，持续5次，记录炭化百分率、火焰燃烧自熄时间，并要求试验中不能有滴落物燃烧。UL 2556 Section 9.1 (FT2)、UL 1581 Section 1100 (H)和GB/T 12666.2针对单根电缆水平燃烧试验，采用20°角安装方式，燃气喷灯供火强度为500W，燃烧30s后移开，要求炭化长度不大于100mm，且不能有滴落物燃烧。GB/T 18380.31~36规定了成束安装的火蔓延试验，并根据试样非金属体积不同和供火时间不同，将燃烧等级分为A、B、C、D级别，燃烧后炭化高度不超过2.5m且有焰燃烧时间不超过1h，等同IEC 60332-3和EN 60322-3，另外VDE 0482-332-3、EN 45545-2和DIN 5510-2也与此类似。BS 6853除了样品数量和排列的差别外，其他差不多，另外本标准要更严格。UL 1685 Vertical Tray、UL 2556 section 9.6 Method 1 (UL method)垂直托架试验要求炭化高度应低于2.44m。UL 1685 FT4、IEEE1202、UL 2556 section 9.6 Method 2 (CSA method)、 NFPA130要求炭化高度应低于1.5m。2.4烟气毒性测试（低毒）烟气毒性，是指材料燃烧过程中分解出有毒物质，人和动物通过呼吸、感觉接触等方式，从而对人体造成一类伤害。现有几种测量材料有关电缆材料燃烧产物的毒性评价方法主要有两类，一类是动物试验方法，另一类为化学分析方法。动物试验方法最具代表性的为GA l32和DIN53436和JISAl231，通过热解的毒性烟气对小白鼠的染毒试验而评价烟气毒性。化学分析方法中最具代表性的几种方法的异同见表3。方法为电线电缆行业普遍使用的“毒性指数测定法”，采用英国舰船标准NES713，通过计算14种气体的毒性因子的总代数和即为该材料的毒性指数。表3 烟气毒性化学分析方法异同参数EN 50305EN 45545-2BS 6853DIN 5510-2NF F16-101NF X70-100NES 713毒性指数EN 50305条款9.2EN 50305条款9.2BS 6853附录B.1成束燃烧毒性或EN 50305条款9.2BS 6853附录B.1NF X70-100NES 713要求HL3≤6其他≤10R≤1,1.6，3.6（车内）R≤1.7，2.7，nc与烟密度计算烟气指数I.F.EN 50264或EN 50306DDD试验方法管式炉热解，计算几种气体毒性因子的总代数和管式炉热解，计算几种气体毒性因子的总代数和NBS烟密度箱热解，计算几种气体毒性因子的总代数和成束燃烧箱内热解，加通风管道取样，计算几种气体毒性因子的总代数和NBS烟密度箱热解，计算几种气体毒性因子的总代数和管式炉热解，计算几种气体毒性因子的总代数和毒性指数箱燃烧，计算几种气体毒性因子的总代数和2.5耐火测试（耐火）耐火，是在规定的火源和时间下燃烧时能持续地在指定状态下运行的能力，即保持线路完整性的能力。具有以上特性的电线电缆称为耐火电线电缆。GB/T 19216规定了电缆或光缆在火焰温度下经受90min，要求保证2A熔断器不断，且指示灯不灭。本标准等同IEC 60331。BS 6387 Category C/DIN VDE 0472-814中要求更为严苛，火焰温度和时间更高。BS 6387 Category Z/EN 50200/EN 50362/DIN VDE 0482-200规定了在施加振动时保证电路完整性。BS 6387 Category W还规定了在施加300V电压燃烧15分钟然后再喷淋15分钟不击穿。电缆同时满足BS 6387的各种要求即是常说的通过CWZ试验。3. 结论本部分简要总结了国内外关于电线电缆燃烧性能方面的标准，涉及到电缆火蔓延测试、腐蚀性气体测试、烟密度测试、烟气毒性测试和耐火性能等，基本涵盖了燃烧过程的各个方面。未来阻燃电缆朝着低卤化或无卤化、低烟化、低毒性化方向发展。目前部分阻燃电缆标准存在技术指标跟不上最新发展的情况，十分有必要更新和补充标准技术参数，或编制新的燃烧性能试验标准，以使阻燃电线电缆燃烧性能更为完善。(本部分简要总结了国内外关于电线电缆燃烧性能方面的标准，涉及到电缆火蔓延测试、腐蚀性气体测试、烟密度测试、烟气毒性测试和耐火性能等，基本涵盖了燃烧过程的各个方面。未来阻燃电缆朝着低卤化或无卤化、低烟化、低毒性化方向发展。目前部分阻燃电缆标准存在技术指标跟不上最新发展的情况，十分有必要更新和补充标准技术参数，或编制新的燃烧性能试验标准，以使阻燃电线电缆燃烧性能更为完善。(来源：《电线电缆报》)