劉 寧， 龔國祥

(國家電線電纜質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，上海200093)

0 引言

煙密度的測(cè)定是評(píng)定電纜或光纜燃燒特性的一個(gè)重要方面，因?yàn)樗P(guān)系到人員的疏散和能否近距離滅火。根據(jù)消防部門的統(tǒng)計(jì)，在火災(zāi)中約有80%的死亡是由于火災(zāi)中產(chǎn)生的有害氣體毒死、被彌漫的煙氣窒息或因看不見路徑而無法逃生。因此，測(cè)定電纜或光纜在特定條件下燃燒時(shí)產(chǎn)生的最小透光率成為比較或判斷電纜或光纜是否符合特定要求的手段。

目前，國內(nèi)外線纜行業(yè)較多使用的標(biāo)準(zhǔn)是“IEC 61034:2005電纜或光纜在特定條件下燃燒的煙密度測(cè)定”。我國的線纜煙密度試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)是GB/T 17651—1998，等同于IEC 61034:1997。煙密度試驗(yàn)的考核指標(biāo)透光率，如在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中未有規(guī)定時(shí)，則以IEC 61034標(biāo)準(zhǔn)中的60%作為標(biāo)準(zhǔn)值。

1 煙密度試驗(yàn)的現(xiàn)狀及存在的問題

眾所周知，IEC 61034標(biāo)準(zhǔn)在確定試驗(yàn)所需試樣根數(shù)時(shí)，是由試樣外徑確定的。根據(jù)近幾年我中心檢測(cè)過的幾千根樣品的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，以60%為標(biāo)準(zhǔn)值考核，目前國內(nèi)煙密度試驗(yàn)不合格率與試樣外徑的關(guān)系大致如圖1所示。

圖1 煙密度試驗(yàn)不合格率的統(tǒng)計(jì)

從圖1可以看出，試驗(yàn)結(jié)果的不合格率與試樣外徑成正比關(guān)系，但在外徑為 5、10、20、40 mm處各有一個(gè)跳躍，以40 mm處最為突出，究其原因可以從以下兩點(diǎn)分析:

(1)IEC 61034在確定試樣根數(shù)時(shí)，按試樣的成品外徑D劃分為5大類:分別是140 mm，然后按成品外徑不同范圍選擇試樣根數(shù)。試樣根數(shù)從 1 ～105 根不等，可以發(fā)現(xiàn)在 5、10、20、40 mm處出現(xiàn)因試驗(yàn)方法的原因造成的試樣根數(shù)的跳躍。這種跳躍對(duì)于大截面試樣的影響尤其明顯，如40 mm這個(gè)點(diǎn)，40+的試樣根數(shù)為1根，而40及40－的試樣根數(shù)為2根(注:40+是指試樣外徑大于40 mm的任意小值，40－、80－是指試樣外徑小于40 mm、80 mm的任意大值)，2根40及40－的試樣寬度就基本相當(dāng)于80 mm的試樣，因此，燃燒1根和2根的試驗(yàn)結(jié)果相差很大，通常2根40及40－的試驗(yàn)結(jié)果往往是不合格。

(2)IEC 61034規(guī)定:試樣外徑在40 mm以上的，試樣根數(shù)均為1根。雖然在最新的IEC 61034:2005中還特別提到:對(duì)于外徑大于80 mm的大截面試樣增加了測(cè)量值的修訂方法，即:試驗(yàn)結(jié)果=測(cè)量值×80/D(D為電纜成品外徑)。但這還意味著40+mm外徑的試樣與80－mm外徑的試樣參與燃燒的可燃物的量明顯不對(duì)等。試樣外徑越大，參加燃燒的可燃物就越多，試樣的發(fā)煙量就越大，試驗(yàn)結(jié)果就更難合格。

因此，對(duì)于上述兩種情況，IEC 61034標(biāo)準(zhǔn)中僅僅規(guī)定單一試驗(yàn)考核指標(biāo)而與試樣外徑大小無關(guān)的現(xiàn)象，成了行業(yè)內(nèi)外關(guān)注的焦點(diǎn)。

另外，低煙無鹵電纜在使用過一段時(shí)間后，其透光率性能指標(biāo)是否會(huì)受到影響，將在以下的試驗(yàn)研究章節(jié)中舉例論證。

2 試驗(yàn)研究

2.1 試驗(yàn)之一

試驗(yàn)?zāi)康?為進(jìn)一步驗(yàn)證試樣直徑為40 mm這個(gè)跳躍點(diǎn)對(duì)煙密度試驗(yàn)結(jié)果的影響，以一組相同絕緣、填充和護(hù)套生產(chǎn)的船用低煙無鹵電纜進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)、結(jié)果見表1。

表1 船用低煙無鹵試樣的煙密度試驗(yàn)數(shù)據(jù)

試驗(yàn)說明:

(1)1#、2#試樣按 IEC 61034標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)分別選取1、2根樣品做試驗(yàn)，該類試驗(yàn)在此稱為基礎(chǔ)試驗(yàn)。

(2)因2#試樣外徑恰處于上述的40 mm這個(gè)跳躍點(diǎn)，為了直觀地表達(dá)跳躍點(diǎn)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，增加一項(xiàng)試樣為1根時(shí)的對(duì)比試驗(yàn)以便比較。

(3)因1#、2#試樣規(guī)格一樣、型號(hào)相似，但在結(jié)構(gòu)上1#試樣僅比2#試樣多了一層內(nèi)護(hù)套，因此增加一項(xiàng)對(duì)比試驗(yàn)，以便分析1#、2#試樣都選用2根試樣試驗(yàn)時(shí)結(jié)果有何差別。

通過對(duì)燃燒現(xiàn)象的研究發(fā)現(xiàn)，煙密度試驗(yàn)中試樣的有焰燃燒方式與試樣位于酒精盤上方的寬度關(guān)系密切。參與燃燒的試樣寬度與試樣的緊密程度決定著火焰的蔓延方式，火焰不同的蔓延方式關(guān)系到參與燃燒的可燃物的量的多少。

試驗(yàn)分析:

(1)基礎(chǔ)試驗(yàn)中(圖2與圖4)，2#試樣因外徑略小于40 mm，試樣根數(shù)需要2根，相對(duì)于試樣根數(shù)為1根的1#試樣，在燃燒時(shí)火焰蔓延方向及有焰、無焰參與燃燒的可燃物的量均不同，造成了試驗(yàn)燃燒曲線的不相似及試驗(yàn)結(jié)果的極大差異。

(2)2#試樣基礎(chǔ)試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果與1#試樣基礎(chǔ)試驗(yàn)、2#試樣對(duì)比試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果比較，形成了很明顯的跳躍。

(3)比較圖3、圖4及相應(yīng)的有焰、無焰燃燒階段發(fā)煙比率，可得出，雖然二者的最小透光率值基本接近，但兩類樣品燃燒時(shí)發(fā)煙的機(jī)理并不一樣。2#試樣在有焰和無焰燃燒階段發(fā)煙量基本持平;而1#試樣因含有內(nèi)外雙層護(hù)套，故在有焰燃燒階段發(fā)煙量較大，而在無焰燃燒階段的發(fā)煙量比2#試樣基礎(chǔ)試驗(yàn)中的還少。

(4)從表1可以看出，1#、2#試樣的基礎(chǔ)試驗(yàn)及對(duì)比試驗(yàn)在燃燒過程中有焰、無焰燃燒階段的發(fā)煙量基本成正比的關(guān)系。

圖2 1#試樣煙密度基礎(chǔ)試驗(yàn)

圖3 1#試樣煙密度對(duì)比試驗(yàn)

試驗(yàn)結(jié)論:

(1)試樣在火焰的燃燒過程中，因位于酒精盤上方寬度的不同而導(dǎo)致的燃燒方式不同，致使該試驗(yàn)方法無法確保不同外徑的試樣具有一致的燃燒試驗(yàn)條件。

(2)1#試樣內(nèi)護(hù)套的作用使得試樣在無焰燃燒階段時(shí)，金屬編織層直接在內(nèi)護(hù)套上烘烤;而2#試樣在無焰燃燒階段時(shí)，金屬編織層直接在易發(fā)煙的填充物上烘烤?？梢?，1#試樣的內(nèi)護(hù)套雖然在有焰燃燒階段對(duì)試樣的發(fā)煙量有較大影響，但在無焰燃燒階段對(duì)試樣的內(nèi)部絕緣及填充結(jié)構(gòu)還是有較好的保護(hù)作用。

圖4 2#試樣煙密度基礎(chǔ)試驗(yàn)

圖5 2#試樣煙密度對(duì)比試驗(yàn)

2.2 試驗(yàn)之二

試驗(yàn)?zāi)康?驗(yàn)證低煙無鹵電纜吸潮后對(duì)線纜透光率性能指標(biāo)的影響。

試驗(yàn)說明:選取外徑為34.0 mm、煙密度試驗(yàn)結(jié)果為61%的低煙無鹵電纜為3#試樣，試驗(yàn)曲線如圖6(試驗(yàn)根數(shù) 2根)所示。將試樣按照 GB/T 12706.1—2008中ST8低煙無鹵護(hù)套材料吸水試驗(yàn)的條件處理，然后再按正常程序進(jìn)行煙密度試驗(yàn)。

圖6 未浸水處理的3#試樣煙密度試驗(yàn)

試樣處理:將3#試樣浸入70℃水浴中24 h后，再在23℃條件下處理16 h以上。

試樣結(jié)果:透光率為61%。試驗(yàn)曲線如圖7所示。

圖7 經(jīng)浸水處理后3#試樣的煙密度試驗(yàn)

試驗(yàn)結(jié)論:低煙無鹵電纜在進(jìn)行過吸水性試驗(yàn)及條件化處理后，其透光率性能指標(biāo)基本無變化。由此可推斷，使用過的及浸過水的低煙無鹵電纜，透光率性能指標(biāo)無變化。

3 結(jié)束語

通過上面的一系列試驗(yàn)，可以得到如下幾點(diǎn)結(jié)論和建議:

(1)生產(chǎn)企業(yè)在設(shè)計(jì)低煙電纜結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)預(yù)先估算電纜的成品外徑。如計(jì)算值恰遇煙密度試驗(yàn)中的跳躍點(diǎn)外徑值時(shí)，應(yīng)再適當(dāng)?shù)恼{(diào)整電纜結(jié)構(gòu)，最好是使得計(jì)算值落在跳躍點(diǎn)的右側(cè)。這一點(diǎn)對(duì)于計(jì)算值在40 mm左右的低煙電纜尤其重要。

(2)低煙電纜在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上應(yīng)更加謹(jǐn)慎，盡量避免如2#試樣這類結(jié)構(gòu)造成的金屬編織層直接對(duì)填充物的烘烤。對(duì)于低煙電纜，應(yīng)注重輔助材料發(fā)煙量的考核，盡量選取有低煙性能的輔助材料。

(3)使用過的低煙無鹵電纜，其成品電纜的透光率性能幾乎無變化。

另外，根據(jù)大量的試驗(yàn)結(jié)果，建議IEC標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)對(duì)最小透光率60%進(jìn)行修正。例如:透光率60%對(duì)應(yīng)于某一試樣外徑值，當(dāng)被測(cè)試樣外徑小于該值時(shí)，乘以一個(gè)與被試樣品外徑有關(guān)的大于1的系數(shù);當(dāng)被測(cè)試樣外徑大于該值時(shí)，乘以一個(gè)與被試樣品外徑有關(guān)的小于1的系數(shù)。

［1］IEC 61034:2005 電纜或光纜在特定條件下燃燒的煙密度測(cè)定［S］.

［2］GB/T 17651—1998 電纜或光纜在特定條件下燃燒的煙密度測(cè)定［S］.

［3］GB/T 12706.1—2008 額定電壓1 kV(Um=1.2 kV)到35 kV(Um=40.5 kV)擠包絕緣電力電纜及附件 第1部分:額定電壓 1 kV(Um=1.2 kV)和 3 kV(Um=3.6 kV)電纜［S］.