影响电缆成束燃烧影响电缆成束燃烧试验结果的原因分析与解决方案

作者：zsdqjt 添加时间：2022-04-15 16:14:02

摘要．近在全球范围内的火灾事故中，因电力电缆起火而导致火灾事故的比例是相当高的，由此可见电线电缆阻燃性试验的重要性，成束电线电缆的燃烧试验方法就是考核在规定条件下电线或电缆抑制火焰蔓延的能力的试验。因此越来越多的生产厂家购置了成束电线电缆燃烧试验设备，以期能对产品的阻燃性进行研究和控制，但是·由于试验条件和试验装置的差异，以及各种其他它原因，导致研发企业与检验机构之间试验结果差异很大，检验结论没有再现性。本文主要论述了电线电缆成束燃烧试验的重要性，以及生产厂家与我们试验室的试验结果产生差异的原因，并提出解决方法。

关键词：成束燃烧、试验装置、检定、校准

正以核电站、火电站和高层建筑的电缆火灾为转机，人们开始认识到，通过单根绝缘电线或电缆试验〈IEC60332一、一）合格的所谓阻燃电线电缆，在多根敷设的情况下，未必也有阻燃特性。单根电缆能起火能自熄，多根电缆（成束）起火就延燃不止。一般电线电缆的绝缘和护套都是由PVC材料构成，它的材料氧指数是26，大于空气中的含氧量21％，故外火源移走后即自熄是不难理解的。但是敫设数量增多了以后情况就发生了变化，因为有机材质的燃烧是一个先吸热后放热的过程，PVC材质引燃前须经软化、熔融、裂解、化***终才实现和氧的结合，没有外部火源提供足够的热值、就不能完成从软化到气化的演变，这是一个吸热的过程·一旦材质被引燃的热反应开始，大量燃烧的热就伴随而生，这些放出来的热量一部分用来补偿未燃前材质的吸热需要，另一部分以辐射、对流的方式扩散到周围的空间，当放出的热值大于预热与散热之和时，燃烧就有趋旺的征状，反之小于时，则趋于熄灭，小的愈多，熄得愈快。成束电线电缆引燃后放出热量大增，但空间的散热量并未同步递增，因此有可能出现维持燃烧，更有燃烧趋旺的可能。由此得到一个结论，有机材料的阻燃概念是相对的，有条件的，不是一成不变的，即此时阻燃，彼时又变成可燃了。

如上所述，电缆阻燃不阻燃很大程度决定敷设电缆的数量多少，及可燃材料的体积〈试样容量）·数量少时，不加阻燃剂的普通电缆，也能阻燃自熄，但数量一多时就由量变到质变，从阻燃变成不阻燃·为了评定电缆的阻燃性能优劣，故IEC分别制订了 60332一1、60332一2、60332一3三个标准。60332一1和60332一2分别用来评定单根电线电缆和单根细电线电缆垂直布放时的阻燃能力（国标对应的是GB/T 18380，11一13和 GB/T 18380，21一22），对于以聚氯乙烯为基材的电线或电缆即使不加任何阻燃措施，大部分也能顺利通过上述单根标准的考核。现在电缆领域中流通的阻燃概念"ZR ”是指条款IEC60332一3标准的阻燃电缆〈对应国标是GB/T 18380．31一36）。此标准条款与60332 一1、60332一2的差异在于60332一3是指多根成束垂直燃烧，相比之下成束垂直要比单根垂直在阻燃能力的要求上高得多。

成束电缆燃烧试验的实用意义是对电缆的阻燃性能用试验规定的条件来进行分类，并给用户以指导。否则，如果用户随意增加集束，那么一旦着火燃烧，阻燃电缆也会变得延燃起来。反之，如果对电缆线路采取系统的防火对策，那么通过成束燃烧试验的合格的阻燃电缆，无论由于什么原因着火，都可期望使燃烧的范围仅局限于着火源的附近，减少损失与火灾的发生。

在成束电缆燃烧时，火焰沿着成束电缆的传播是由许多因素所决定的，例如：电缆暴露在火焰中的可燃材料的体积：电缆排列的几何形状及其周围媒质的状态；从电缆释出的气体的起燃温度及释出可燃气体的数量；通过电缆的空气容量等。众所周知，欲使试验结果有良好的再现性和可比性，对于影响火焰在电缆上的传播因素，在试验条件中都应作出具体的规定。在这方面，GB/T 18380，31标准中规定关于成束电缆燃烧试验设备的具体技术要求。标准规定了燃烧试验箱的大小，钢梯的尺寸（包括宽钢梯和标准钢梯），流过试样的空气流量，喷灯的具体尺寸，这些都是影响火焰在电缆上传播的因素。

首先，按GB/T 18380，31一36成束垂直燃烧试验规定，阻燃按其容量多少和试验时间（外火源供火时间）长短分A、B、c、D四类，其差异如下表所示：

适用标准号		GB/T 18380．31 ·36
阻燃级别	供火时间(min)	试样容量(L/m)	合格判定
阻燃级别	供火时间(min)	试样容量(L/m)	焦化高度（m）	自熄时间(min)
A	40	7	≤2.5	≤60
B	40	3.5	≤2.5	≤60
C	20	1.5	≤2.5	≤60
D	20	0.5	≤2.5	≤60

在此表中除了供火时间外，还应有供火温度。在2001年版本以前，标准中只强调了温度，只要求喷灯***高温度能达到815 ℃及以上。在GB/T 18380一2001版本中，首次提出了要求单个喷灯能提供〈20，5 ± 0．5）kW的标称热量。由上面所讲燃烧的过程可知，要维持燃烧，须***要热值大于预热和散热之和，这就不单单是温度达到就可以满足的，而须***要达到一定热量值，才能真正的考核电缆的阻燃性。因此，在我们看来，试验结果的差异很大程度上由于火焰强度不同而导致的，但是试验方法仅仅是提出了达到燃烧功率的必要基本要求，因此，对燃烧喷灯功率提供明确可行的测定或校准方法，是势在必行的。

影响火焰强度的因素很大部分是由于环境条件的不同以及喷灯装置未作统一的校准或标定。在GB/T 18380．31一2008《电缆和光缆在火焰条件下的燃烧试验第31部分：垂直安装的成束电线电缆火焰垂直蔓延试验试验装置》标准中规定试验的基准条件为20 ℃和100kPa (Ibar)，在此条件下空气和丙烷的流速分别为：

空气：（77，7 ± 4，8）L/min 丙烷：( )3，5 ± 0，5）L/min。其中，丙烷的纯度不低于95％，只有在这种情况下，才认为系统能对每个燃烧器提供等价于〈20．5 ± 0，5〉kW的功率。我们分析，首先，温度、大气压、丙烷纯度都对***终产生的热量大小有决定性影响。在现有的试验条件下，很多厂家，包括很多试验室，都不可能单纯的依靠上述的条件，来使每个燃烧器提供等价的热量。由于成束燃烧试验装置配备的是转子流量计，大多数转子流量计被设计为在标准大气温度和压力下，即20 ℃和Ibar,指示体积流速。但是不是所有流量计都在同样温度和压力下工作，根据气体公式：

PV=nRT

式中：P一一状态参数压强，Pa

V一一一体积，m3

n一一一气体物质的量，mol

R一一一比例系数，为常数，一般取8，314J/〈mol.K）

T一一一******温度，K

从以上公式可以看出，温度和压强的变化对气体体积的影响是很大的，气体的体积发生了变化，单位体积里的气体质量也就发生了变化，那么该气体燃烧所产生的净热值也相应地发生了变化，此时我们还认为系统对每个燃烧器提供等价于（20．5 ± 0．5）kW 的功率就不太合适。那么就应该根据丙烷转子流量计的规定对温度和压力变化进行修正。但在现实的试验工作中，我们发现几乎所有的试验人员都没有考虑工作环境的变化，只是把空气和丙烷的流速调到标准规定的流速。当环境条件发生变化时，这样的操作将会给试验结果带来很大的影响。而气体质量流量计的主要特点是不受温度与压力变动的影响，其显示读数直接指示气体的质量流量。

其次，丙烷的纯度不低于95％这一条件，在现实中有大多数的实验室也不能满足，由于很多实验室所使用的气源是瓶装液化石油气。在理论上，虽然液化石油气的平均燃烧热和丙烷的燃烧热的差异不是很大，但其差异还是要大于标准要求2．5％。另外，在实际的试验过程中，我们无法对液化石油气的成分及燃烧热值进行测定，所以也不能保证试验能满足试验方法规定的要求。

再次，许多电缆生产厂家在成束燃烧试验前忽视了管道中风速的测量。由于GB/T 18380标准试验条件中要求“如果装在试验箱顶上的风速计测得的外部风速大于8 s 则不能进行试验"，同时我们做了大量的验证工作，发现如果成束燃烧试验装置的进气口的空气流量若超出伍0 ± 0，5）m3/min范围时，空气流量对火焰燃烧条件有很大的影响，进而对试验结果产生影响。实际上试验装置在出厂前，排风量基本能满足伍0 ± 0，5）m3/min,为什么在使用一段时间以后会发生变化呢？我们在拆开旧的通风管发现，由于管道内壁的氧化和灰尘的积累，管道内壁不断的增厚，同时挡风板上积累了大量的污垢，挡风板的位置基本不变，这也直接影响了排风量。

***后，由于喷灯装置的自然老化，以长期试验导致的喷灯表面炭化，都会对试验结果产生很大的影响。

因此，这就要求须***有一个行之有效的方法来对燃烧喷灯功率进行标定或校准，使

每个厂在现有的条件下，通过改变空气、丙烷（也有可能是液化石油气）的流量，使喷灯能够提供等效的热量，进而不会影响到试验的结果。

从GB/T18380，1一2001《电缆在火焰条件下的燃烧试验》标准发布以后，我们机械工业电线电缆专用测试设备检测中心本着为行业服务的目的，很早就开展了对成束燃烧喷灯火焰强度检定方法的验证工作，经过无数次的试验与分析，我们***终提出了一个确实可行的方法：即选择用嵌入热偶偶丝的标准铜块来验证喷灯的火焰强度。标准铜块质量为200g，几何尺寸设定为长×宽×高为112，4m × 10m × 20m，嵌入铜块的铠装热偶丝直径为2m.标准铜块放置的位置见下图，其中横向L为80m，纵向H为10m。当标准铜块温度从100 ℃上升至700 ℃所需的时间在（260 ± 20）s内，我们认为此时的喷灯能提供等价于（20．5 ± 0，5）kW的功率。

结论与建议：

1、对新购置的电线电缆成束燃烧设备在投入使用前应进行第三方检定与验收，对使用中的设备每年至少要进行一次周期检定，检定依据为JB/T 4278，15一2011《橡皮塑料电线电缆试验仪器设备检定方法第15部分：成束燃烧试验装置》。

2、对喷灯火焰强度应进行必要的自校，建议有条件应在每次试验前都应进行标定试验。3、在做试验前应调节好挡风板的位置，同时测量管道中风的流量是否满足〈5，0 ± 0，5） m3/min的要求。

4、若有必要与条件，应尽量采用质量流量计控制流量。

5、若有必要与条件，应尽量采用丙烷气源。

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