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[电缆常识 ] 关于布电线成束阻燃要求的理解与建议 谢志国 吴长顺

P: 2020-08-01 08:28:42

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原文链接https://mp.weixin.qq.com/s/WfZbxxfqszG-RmuTVq3rug

关于布电线成束阻燃要求的理解与建议

Interpretation and Proposal of Flame Retardant Requirement for Bunched Fixed Wiring Cables


谢志国   吴长顺
中国质量认证中心,上海缆慧检测技术有限公司

摘要:随着阻燃布电线产品的大量推广应用,行业对如何在布电线产品领域理解和运用成束阻燃要求日益关注,本文通过标准解读和开展验证试验,针对布电线产品成束阻燃的适用范围、等级区分和排列覆盖等热点分享了相关标准理解、试验数据和观点建议。

关键词:布电线 成束阻燃 验证试验



一、 引言



近年来随着各类建设工程对单芯无护套布电线(以下简称为“布电线”)阻燃性能的日益重视,以及国内相关制造工艺的成熟、原材料性能的提升和阻燃电线标准的实施,成束阻燃布电线产品得到大量推广应用,占据了布电线市场的重要份额。

当前,成束阻燃布电线阻燃特性依据标准为GB/T 19666《阻燃和耐火电线电缆或光缆通则》和GB/T 18380《电缆和光缆在火焰条件下的燃烧试验》系列标准,在产品型号中添加成束阻燃试验类别(ZA,ZB,ZC,ZD)进行识别。现状中,一方面,由于线缆行业的型号全覆盖的习惯,成束阻燃全部类别(ZA,ZB,ZC,ZD)无差别笼统地全部套用到全规格布电线产品,例如Z(A,B,C,D)-BV 450/750V 1.5~400。另一方面,由于常识中倾向代号A-B-C-D的级别排列以及测试中非金属含量的从高到低排列,行业中大量厂家、用户及技术机构存在阻燃A类性能优于(覆盖)B类、C类、进而至D类的顺序理解并付诸于实际质量管控。

然而,伴随成束阻燃布电线产品的大量应用及相关阻燃试验数据的不断积累,行业中关于不同成束阻燃类别在布电线产品的适用范围、等级区分和排列覆盖等问题,提出的质疑与思考日渐增多。为促进有关各方更加准确地理解成束阻燃类别在布电线领域的有关应用要求,指导相关产品的研发生产和质量管控,本文将通过标准解读以及验证试验分析,针对成束阻燃布电线的相关疑问关注予以解答与并给出建议。



二、成束阻燃(ZA,ZB,ZC,ZD)类别是否能认为是阻燃性能的等级高低?



GB/T 18380.33~36-2008标准对各个阻燃类别的规定总结如下:

1

适用范围



A类、B类、C类和D类的成束燃烧试验均用来评价垂直安装的成束电线电缆或光缆在规定条件下抑制火焰垂直蔓延的能力,适用评定场合的差异在于非金属材料体积含量分别为:高、中等、低和很低。若将它们与敷设安装的场景对应起来即是:A类对应很多根数电线垂直安装在一起、B类对应较多根数电线垂直安装在一起、C类对应多根数电线垂直安装在一起、D类对应较少根数电线垂直安装在一起。

2

试验条件和合格判定



不同类别的部分其试验条件有所不同,如供火时间、样品排布等,但在合格判定中,所有类别均为:试样上的炭化范围不应超过喷灯底边以上2.5 m。

具体参数对比如表1所示。

表1 不同类别的成束阻燃试验要求

 

以上对比可见:成束阻燃的相关标准中均未给出级别的定义,而是采用类别作为代号,如A类、B类、C类和D类,也未有明确或暗示不同类别试验对产品阻燃性能考核的高低级别之分,仅说明适用于不同非金属材料体积含量的场合。

另外可作类比是,在线缆行业所熟悉的GB 31247-2014《电缆及光缆燃烧性能分级》中则对标准规定的燃烧性能等级给予了明确的说明,例如B1级属于阻燃1级,B2级属于阻燃2级。并且,与GB/T 18380.33~36标准中不同阻燃类别的合格指标均为:“试样上的炭化范围不应超过喷灯底边以上2.5 m”所不同的是,GB 31247-2014中B1级和B2级作为不同级别在判定指标的设定上也存在显著差异。

小结:

依据标准分析可见:成束阻燃的(ZA,ZB,ZC,ZD)类别,主要区别在于适用评定场合的不同,并非阻燃性能的高低或有等级之分,在标准的设定中不存在高低级别关系。




三、布电线产品是否都适用于成束阻燃(ZA,ZB,ZC,ZD)类别?



在电线电缆成束阻燃试验标准GB/T 18380.33~36中,除阻燃D类明确提出适用于“外径不超过12 mm且截面不超过35 mm2的小电缆”(此处参考GB/T 18380.36所对应的IEC 60332-3-25:2018标准原文进行部分文字调整。IEC 60332-3-25英文原文为“This document relates only to small cables of overall diameter 12 mm or smaller and cross-section of 35 mm2 or smaller installed on the test ladder to achieve a nominal total volume of non-metallic material of 0.5 L/m of test sample.”。)外,其余均未在适用范围中对电线电缆的产品给出明确限制。同时广为采纳的GB/T 19666标准通则也未就不同阻燃类别在布电线产品的应用给出细化界定,因此,当前市场上存在大量ZA~ZD全阻燃类别的阻燃布电线产品,例如Z(A,B,C,D)-BV 450/750V,WDZ(A,B,C,D)-BYJ 450/750V等。

然而,GB/T 18380.33~35(阻燃A类、B类、C类)标准中试样安装条件对布电线产品所带来的限制应引起关注。

1

间隔排列要求


在阻燃A类、B类和C类的试样安装中明确要求:“对于至少有一根导体截面超过35 mm2的电缆,每个电缆试样段应使用金属线分别固定在钢梯的各个横垱上。电缆试样段应呈单层安装在钢梯前面,电缆试样段间的间隔应为0.5倍电缆直径,但不超过20 mm,无论采用标准钢梯还是宽型钢梯,试样边缘与钢梯内侧垂直面的最小距离应为50 mm。标准钢梯上试样的最大宽度应为300 mm,宽型钢梯(仅限于A类)上试样的最大宽度应为600 mm”。

2

样品安装根数


根据布电线产品的常规结构和不同阻燃类别试验的非金属材料体积要求,可粗略计算出阻燃A类、B类和C类试验中导体标称截面大于35 mm2的布电线的样品数量如表2所示。对比可见,对于导体标称截面大于35 mm2的布电线,依据上述分析的间隔排列和安装根数要求,阻燃A类和B类均无相应规格的布电线可满足试验的试样安装要求,C类也仅有部分大规格可满足。

表2 导体标称截面35 mm2以上的布电线产品的阻燃试验样品安装
注:
1. 由于钢梯宽度的限制,符号(╳)表示无法安装试样进行测试,(符号√)表示可安装试样进行测试。
2. 本文中涉及的布电线泛指:额定电压450/750V及以下,最大规格为导体标称截面400 mm2的单芯无护套电线。
3. 绝缘平均厚度取值参考GB/T 5023.3中绝缘厚度的规定值(额外增加0.2~0.3mm);平均外径计算公式:平均外径=导体外径+2X绝缘平均厚度,其中导体外径参照IEC60719中绞合导体(第2种)的导体外径标称计算值。

此外,GB/T 18380.36明确提出阻燃D类适用于“外径不超过12 mm且截面不超过35 mm2的小电缆”,而所巧合的是,作为典型单芯无护套电缆产品,GB/T 5023.3标准中BV和RV型,与JB/T 10491标准中BYJ和RYJ型,其35 mm2规格的电线平均外径上限均分别为10.9 mm和11.7 mm,此数据与阻燃D类限制的条件(导体标称截面35 mm2及以下和外径12 mm及以下)相吻合,也侧面反映出对于导体标称截面35 mm2及以下的布电线产品,最为直接匹配的为阻燃D类。此点也可在其他产品标准中找到相关佐证,例如GB/T 12528-2008《交流额定电压3kV及以下轨道交通车辆用电缆》中规定的低烟无卤阻燃电缆结构同属于典型的单芯无护套电线结构,在标准7.4.8 成束电缆燃烧试验条款中,对标准中低烟无卤电缆的成束燃烧试验则仅限于阻燃C类和D类,外径大于12 mm的电缆要求通过C类,不大于12 mm的要求通过D类。

小结:

依据相关标准分析可见:

1)标称截面超过35mm2的布电线,既不满足成束阻燃A类和B类试验的试样安装要求,也不符合阻燃D类试验的适用范围,仅部分规格可适用于阻燃C类试验。

2)标称截面35mm2及以下的布电线,由于标准未有限制均可适用于成束阻燃A,B,C,D类,但从GB/T 18380.36的范围描述来看,最为直接匹配的为阻燃D类。




四、 阻燃布电线产品的成束燃烧试验的方案建议



对于阻燃布电线产品,如何选择成束燃烧试验方法是行业关注的焦点之一。

首先,对于导体标称截面超过35 mm2的阻燃布电线产品,由于既不符合阻燃D类适用范围也不满足阻燃A类和B类的试验样品安装要求,因此该范围内的布电线的阻燃试验,应仅可选择GB/T 18380.35中规定的阻燃C类试验。

对于导体标称截面35 mm2及以下的阻燃布电线产品,虽然原则上均可适用于阻燃A类至D类的试验,但倘若每个阻燃类别均选样测试,则将面临陡增的检测成本、样品成本甚至环保压力,因此在实际的抽检、认证或评价等质量管控活动中,通常采用覆盖原则选取代表性样品进行某项阻燃类别的试验,优先的阻燃试验类别排序通常为A类-B类-C类-D类。但是此种排序应用于布电线产品中是否为最优方案面临质疑,特别是这种“导体标称截面不超过35 mm2且外径不超过12 mm”的小电缆范畴内的布电线产品。

为验证相关数据以得出指导意见,中国质量认证中心(CQC)和上海缆慧检测技术有限公司(ISTCW)联合国内8家主流布电线生产企业,组织开展布电线成束阻燃验证试验工作。在验证试验中,选取了两种代表性绝缘材料的典型家装线规格布电线作为验证样品,共涉及有5组聚氯乙烯(PVC)绝缘的ZA-BV 450/750V 2.5电线和5组交联聚烯烃(XLPO)绝缘的WDZA-BYJ 450/750V 2.5电线。电缆生产企业严格按照验证试验方案规定的电线结构要求,统一制备符合标准要求的验证样品,随后验证样品严格按照GB/T 18380.33~36-2008标准要求,采取相对统一的试样安装和试验操作要求,在同一台试验设备中,集中对10组验证样品分别进行成束阻燃A类、B类、C类和D类燃烧试验(共计40批次试验),并测量了试验后的火焰垂直蔓延距离。

考虑到不同类别阻燃测试的判定均为:试样上的炭化范围不应超过喷灯底边以上2.5 m。若按照惯性理解中的阻燃A类阻燃性能优于(覆盖)B类、C类至D类,也即认为成束阻燃试验的严苛程度排序为A>B>C>D,则可推理,同一样品经受不同阻燃类别的试验后,反映火焰延燃情况的碳化高度指标应显示出A>B>C>D的规律。

图1 样品WDZA-BYJ 450/750V 2.5的验证试验结果
(a:上表为钢梯前面的碳化高度,下表为钢梯后面的碳化高度;b:“△”代表无碳化;c:“X”为碳化高度超出要求,不合格。)


图2 样品ZA-BV 450/750V 2.5的验证试验结果

(a:上表为钢梯前面的碳化高度,下表为钢梯后面的碳化高度;b:“△”代表无碳化。)

然而,通过比对分析验证试验的数据,如图1和图2所示,无论是PVC绝缘的ZA-BV 450/750V型还是XLPO绝缘的WDZA-BYJ 450/750V型电线,同一验证样品的阻燃A、B、C和D类试验下的碳化高度并未出现A>B>C>D的明显规律。相反,BYJ型样品基本呈现碳化高度D>C>B>A的规律,甚至还出现阻燃A类、B类等试验通过但阻燃D类试验不合格的情况。BV型样品则在阻燃A,B,C和D类试验中的碳化高度无显著差异。并且,无论BYJ型还是BV型样品,在全部的阻燃A类试验和大部分的阻燃B类试验中,钢梯后面的样品均未有碳化,相比较,阻燃D类试验后的钢梯后面的试样则均产生了碳化。
对于这种倒挂现象,通过试验观察,推测可能是由于小截面布电线在阻燃A类和B类试验中的紧密排列安装,导致火焰难以喷射或蔓延至样品内部,同时空气也难以大量进入试样内部。此推测也可从布电线在不同阻燃类别的试样安装图中得以观察到,按照不同成束阻燃类别下非金属材料体积含量的要求,2.5mm2规格布电线在阻燃A类试验中平均约要1000根,B类约500根,由图3可见,阻燃A类和B类的试样安装后已形成非常紧密的结构,对火焰的渗入和蔓延可能产生抑制作用,从而导致燃烧试验中的火焰蔓延碳化距离相较阻燃C类和D类反而更短。 

图3 典型ZA-BYJ 450/750V 2.5样品成束阻燃A~D类试验后的样品图(含安装根数和钢梯前面碳化高度)


小结:

通过批量验证试验可见,对于导体标称截面35 mm2及以下典型的小截面阻燃布电线产品,若从燃烧试验后的碳化高度角度来观察,不同阻燃类别试验严苛程度的参考排序建议为:D>C>B>A。

同时,本次验证试验中阻燃A类和B类试验按标准要求计算,所需试验样品根数分别约为1000根和500根左右,实际测试中样品安装的紧密程度如图3所示,此种高密度大批量的成束安装敷设已相当程度上脱离了实际布电线产品的主流应用场景,其试验结果的相关参考价值有限。

进而,对于导体标称截面35 mm2及以下的阻燃布电线产品,当处于相关资源限制和方案优化的考虑时,如需应用覆盖优先原则,建议在结合实际安装场景的基础上,可优先考虑阻燃D类或C类进行试验,覆盖阻燃A类和B类。





五、成束燃烧试验的关注要点



随着国内对电线电缆阻燃性能的重视不断提升,电线电缆成束燃烧试验得以大量普及应用,有关各方对试验结果准确性的关注也日益增加,尽管如此,不断新扩的实验室在标准具体要求的理解以及实际操作的执行上所存在的一些差异对部分成束阻燃试验结果的有效性带来风险与挑战。为促进实验室更全面的掌握电线电缆成束阻燃的相关要点,本章分享关注要点和操作建议供具体试验参考。
a) 部分检测机构在燃烧任务较多时,在上一根样品燃烧试验结束后,往往还未等到箱体温度降到环境温度时就开始第二根样品的燃烧试验,如此将会严重影响第二根样品的试验结果;
b) 多根电缆样品特别是小外径样品,绑扎到梯架上后应要注意保持垂直状态,如果单根样品之间由于弯曲导致过大间隙的存在,将会影响试验结果,甚至严重到产生合格与不合格的差别;
c) 燃烧时的进风方式、进风量和稳定性一定要满足标准要求。另外,老式的箱体顶部密闭抽、排风方式将会对试验结果产生影响;
d) 采用质量流量计更有利于燃烧气体和空气流量的控制;
e) 燃烧喷灯的燃烧面到梯架上样品表面的距离将会对试验结果产生影响;

f) 燃烧喷灯属于易耗品,需要经常清理喷灯燃烧面上出气孔,必要时应更换喷灯。



六、结束语



阻燃性能是电线电缆产品的重要安全项,特别是在建筑用线领域,成束阻燃在布电线产品已得到大量推广。当前,面对布电线产品出现阻燃类别应用不规范甚至“滥用”的势头,包括生产企业、营销公司、设计单位、用户单位和技术机构等在内的有关各方,结合产品实际特点和敷设场景,准确理解布电线产品成束阻燃的相关要求显得尤为重要。本文中笔者基于标准剖析和验证试验,总结提炼出以下观点:
1)成束阻燃的(ZA,ZB,ZC,ZD)类别,主要区别在于适用评定场合的不同,并非阻燃性能的分级,理论上不存在高低级别关系。
2)对于导体标称截面大于35 mm2的阻燃布电线产品,既不满足阻燃A类和B类试验样品安装要求,也不符合阻燃D类适用范围,仅部分规格可满足阻燃C类试验样品安装要求。
3)对于导体标称截面不超过35 mm2的阻燃布电线产品,多组成束燃烧A类~D类的验证试验显示,无论是聚氯乙烯绝缘电缆还是交联聚烯烃绝缘电缆,其典型小规格产品在不同阻燃类别试验中的试样碳化高度分析可见,阻燃D类或C类试验对于此类小截面电缆,相比较阻燃A类和B类,更为严苛和具有代表性。也就是说采用阻燃A类或B类方法评估较少根数敷设安装场合的家装电线,是存在风险的。这也给电缆工艺设计带来一个提示,即阻燃D类或C类布电线的绝缘设计的氧指数应更高一些。
因而对于布电线产品的成束阻燃试验,当处于相关资源限制和方案优化的考虑时,建议首先结合实际安装敷设场景,如无特定场景则优先考虑阻燃D类或C类进行试验。值得一提的是,随着GB/T 19666-2019的标准换版,中国质量认证中心已对阻燃布电线认证实施规则(CQC11-463401-2020)中的认证范围及选样原则进行了相应的优化调整。
本文围绕布电线产品的成束阻燃有关热点分享了相关标准理解、试验数据和观点建议,将有助于相关方和用户市场更加科学客观地认识成束阻燃在布电线产品的应用,对相关单位进一步做好阻燃布电线产品的研发生产、质量提升和质量管控等相关工作具有重要参考价值和指导意义。


谢志国,博士,中国质量认证中心总部产品认证四部电线部部长,IECEE CTL ETF6(CABL)专家组召集人,TC213全国线缆标委会委员,CAS中标协线缆委员会委员。
吴长顺,教授级高工,上海缆慧检测技术有限公司运营总监,西安交通大学客座教授,国际大电网绝缘电缆中国委员会副主任。


鸣  谢

本文验证试验活动由中国质量认证中心(CQC)和上海缆慧检测技术有限公司(ISTCW)联合策划组织,并得到行业多家企业单位的大力支持与配合,其中:

(一)验证样品由以下多家主流布电线厂家按方案制备与提供:无锡江南电缆有限公司、福建南平太阳电缆股份有限公司、宝胜科技创新股份有限公司、远东电缆有限公司、金杯电工衡阳电缆有限公司、广东电缆厂有限公司、威海市泓淋电子有限公司、广东和昌电业股份有限公司。

(二)验证试验的操作方案设计和具体实施由上海缆慧检测技术有限公司统一完成。缆慧检测为具备CMA和CNAS认可资质的线缆专业实验室,国际电工委员会IECEE认可的CB实验室,同时为CNAS认可的唯一一家成束阻燃试验(GB/T18380.33~36)能力验证提供者(PTP)单位。

特此鸣谢!


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