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[技术资料] 网络数据线缆的外部特性
P:2007-05-05 12:31:13
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对于网络数据线缆外皮的选择及标准，北美与欧洲的标准组织和厂家就像他们对于使用UTP还是采用FTP屏蔽产品一样，争论已久，互不相让。目前，北美、南美、亚太及中国等均采用基于北美的电缆防火标准UL及NEC(National Electrical Code)，欧洲部分地区则采用低含卤或低烟无卤素绿色环保型电缆标准。
二.线缆外皮含卤素与不含卤素特性
目前全球大部分地区敷设的电力及通信电缆均含有卤素，该类线缆在燃烧时会散发出有毒雾状化学物质。在火中，含卤缆会产生酸性气体，有损人的鼻子、嘴和喉咙，烟雾还使受害者容易迷失方向，难以逃离大火现场。认识到这一潜在的危害性，部分欧洲国家已将无卤缆作为电力与通信线缆的标准。但是，美国国家电气法规却明确规定：通信网必须使用具有含卤素包层的超五类或六类UTP(非屏蔽双绞线)网络电缆。这是因为，含卤电缆虽然具有重要缺陷，但卤素本身却具有很强的抗燃性及高燃点，如果电缆根本不着火或很难着火，那么就不会引起燃烧，从而就不会散发出有毒的烟雾。
事实上，有些火灾就是因为电缆本身通电时间较长导致过热而引起的。无卤线缆因为燃点低，所以更易引起火灾，而卤绝缘层可以更好地防止电缆自燃。但是，如果电缆已经处于火场，那么其产生的烟雾就会导致生命中毒。上述这些矛盾在卤素的应用中一直是业界争论的焦点。
支持含卤素线缆应用的主要代表公司有，美国联邦公司和Goodrich等公司。反对含卤素线缆应用的机构更期望更能够说服NFPA(美国防火协会)修改当前的标准，停止使用含卤素线缆或允许在建筑物的通风处使用含卤素线缆。
无卤线缆提倡者试图修改标准，但迄今为止都未成功。最主要的原因在于，主干线槽内线缆自燃性的窜层燃烧使人们不易进行区域防火控制，从而引起整栋大厦的火灾，而且低燃点极易产生火源。另一主要原因是无证据证实无卤线缆确能拯救生命(因为房屋内还存在大量其他装饰物也含有卤素)。
按照现行美国建筑法案规定，惟一能合法安装的无卤线缆是将电缆置于金属导管中，这却使整个布线系统的成本翻了一倍。因此，多数欧洲国家包括法国、意大利和英国等均转向使用有卤线缆。在欧洲的通信线缆中，目前无卤线缆占约25%的比例，而在北美及世界大部分地区，有卤线缆则超过98%的市场。
目前涉及线缆的相关国际标准主要关注三个问题是：防火性(线缆燃烧的速度)、烟的密度(产生多少可见烟)和有毒性(对人体产生多大的损害)。美国防火标准只涉及了前两个问题，但它却在使用上更为广泛和严格，要满足美国标准必须将卤素添加到线缆绝缘层的聚合物中，其PVC线缆含有氯，而FEP(Teflon特氟珑聚四氟乙烯)线缆含有氟。FEP具有很强的防火性，在燃烧冒烟解体之前可以忍受高达800℃以上的温度，它比通常无卤线缆最高可承受150℃的温度要高数倍，同时FEP也是一种高效的绝缘体。因此，FEP非常适用于制作传输高速数据的线缆，是目前通风处广泛采用超五类UTP的关键因素。在高楼竖井和其他通风地方，FEP电缆已大量取代了PVC电缆。
欧洲有些国家的标准则不同，为了符合严格的防毒性规范，电缆生产商不使用卤素，代之以金属加入到聚乙烯和聚内烯线缆绝缘层中。当受热时，这种线缆只散发出毒性很小的可见气体。但是，这种无卤线缆的防火性能不如含卤线缆，并且其绝缘层很快会燃烧。因此，无卤线缆不能符合严格的美国防火标准，要达到通风及抽风处级别的防火要求，就不得不加入过量的金属氢氧化物，从而影响线缆性能及技术要求。
当PVC电缆燃烧时会散发出氟化氢和二氧化物气体，而FEP电缆燃烧时，它释放出无色、无味，但毒性比氯化氢更强的氟化氢。有测试表明，在FEP烟雾中还存在另外一种危险气体。欧洲的Anderson实验室使用被称为匹兹堡测试的方法(此方法由匹兹堡大学发表)来测量电缆外皮的毒性。在测试中，燃烧一定量的绝缘层，将烟通过导管传送到4只白鼠所在的空间，观察直至有2只白鼠死亡。通过这个测试，人们发现，FEP电缆的毒性是PVC缆的1.5倍，是无卤缆的5倍。FEP支持者则认为，这个测试只是学术性的，因为测试环境并不是真实的火灾现场，而且在建筑物中达到释放那些有毒气体所需的温度时，无论什么都会因为温度太高（800℃）而早已死去了。
2.1低卤（Low halogen），构成线缆的材料中可含有卤素，但含量较低。用IEC60754－1：1994（国标为GB/T 17650.1－1998）方法测定HCI含量。标准中无指标，建议HCI≤100 mg/g。
2.2无卤（Free halogen），构成线缆的材料不含卤素，即低腐蚀性，其燃烧产物的腐蚀性较低。用IEC 60754－2：1991（1997修正），我国等同采用的国标为 GB/T17650.2－1998方法测定，指标为PH≥4.3，r（电导率）≤10ps/mm。国外不少国家或公司把无卤标准定为 HCI≤5mg/g，国人也有所仿效，这是不恰当的。因为IEC 60754－l已明确指出该方法不能用来测定 HCI含量小于5mg/g的材料，即不能判定"无卤"。其次，当HCI含量＞2mg/g时，其水溶液的PH值就小于4.3，即不符IEC6 0754－2的要求。此外，有人认为IEC定的指标PH≥4.3，而德国的指标是PH≥3.5，因此IEC的要求比德国高。这只是表面现象。其实两者的效果是完全相同的。
2.3低烟（Low smoke），线缆燃烧时产生的烟尘较少，即透光率较高。低烟的国际标准要求为透光率≥60%。必须指出，我国以 PVC为基的所谓低卤低烟材料所制作的电线电缆，其低烟达不到上述要求，不应采用低烟的型号。除非在产品标准中另有说明，例如降低透光率的指标，并说明该指标低于国际标准或国家标准的要求，以免用户误解。
2.4低毒（LOW toxicity），线缆材料燃烧时产生的气体毒性较低。有关标准IEC尚在考虑中。目前使用较多的是英国海军工程标准NES713，用毒性指数（TI）表示，如要求绝缘材料的毒性指数小于3，护套的毒性指数小于5。国内有些厂家称可提供无卤、低烟、低毒线缆。因无卤、低烟材料燃烧时会产生有毒的CO，如材料中含有P、N、S，则生成的有毒气体还要多。
三.线缆外皮阻燃与耐火特性
防火（Flame proof）线缆是具有防火性能线缆的总称，通常分为阻燃线缆和耐火线缆两类。从防火安全和消防救生出发，对线缆防火性能的要求越来越多，例如：阻燃（Flame retardancy）-阻滞、延缓火焰沿着线缆的蔓延，使火灾不扩大。耐火（Fire resistance）-在火焰燃烧情况下能保持一定时间的运行，即保持线路的完整性（Circuit integrity）。我国阻燃和耐火线缆的研究开发始于1982年。经过5年时间，许多电缆厂家已投入生产，其产品已被用户所认同。
3.1阻燃特性
阻燃不要称为难燃，阻燃与国际通用的 FLAME RETARDANT切合，因为RETARDANT是延迟、阻止之意。根据IEC332，阻燃有单根和成束之分。为了评定线缆的阻燃性能优劣，故国际电工委员会分别制定了IEC332-1和IEC332-2、IEC332-3三个标准。IEC332-1和IEC332-2分别用来评定单根线缆按倾斜和垂直布放的阻燃能力（国标对应GB12666.3和GB12666.4），IEC332-3（国标对应GB12666.5-90）束垂直燃烧，相比之下成束垂直在阻燃能力的要求上高得多。
按GB12666.5-90成束垂直燃烧试验标准规定，阻燃按其容量多少和试验时间（外火源喷火时间）长短分A、B、C三类。
试样线缆容量的计算方法如下：
V=n(S1-S2)÷1000
式中n-线缆试样根数；
S1-试样线缆外截面（mm2）；
S2-试样线缆中金属面积之和（mm2）；
V-试样容量之和（升/米）
成束燃烧因有阻燃A类、阻燃B类、阻燃C类之分。在IEC的新提案中的阻燃D类，适用于外径12mm及以下的电线电缆。其所用试样的非金属材料总体积仅为C类的1/3，即0.5L/m。要求在火中时间20min和烧焦高度小于 2.5m则与C类相同。因为这个提案尚待表决通过。此外，IEC 332－3有一个规定，即做A类试验时，若试样取间隔排列（有一芯导体大于 35mm2的场合）在标准梯子前面排列不下时，可在后面排列，并且用AF/R表示。或采用宽型梯（0.8m宽）全部排在梯子的前面（用AF表示），并且用双喷灯供火。但若大规格电缆在标准梯子前面排得下时，则用单喷灯供火，仍记作AF。
3.2耐火特性
根据我国标准GB 12666.6－90，耐火分A类和B类二个级别。A类的供火温度为950℃～1000℃，B类的供火温度为750℃～800℃。按IEC 331－1970标准要求，相当于我国标准的B类。但是，在最近IEC新出版的标准IEC60331－1999中，供火温度仍为750℃～800℃，而提高试验温度的建议尚在考虑中。因此，如等同采用编制新的国家标准时，耐火等级就没有A类B类之区分。
矿物绝缘（MI）电缆是有别于有机绝缘电缆的另类电缆，阻燃和耐火是其固有特性之一，因此，在需防火的地方，可推荐选用MI 电缆。关于耐火电缆的阻燃等级根据新近出版的英国标准BS7629-1997和 BS6387－1994，耐火电缆的阻燃特性要求是通过单报垂直燃烧试验。因此，如果我国予以仿效，在制订标准时也可统一规定耐火电缆的阻燃等级为单根阻燃，则在耐火电缆的型号中可把阻燃的代号省去。当然，如用户要求提高阻燃等级，再在型号中把阻燃代号介入即可。 电缆的燃烧特性都每时总体，并不计较各组成构件的个别特性
二.线缆外皮含卤素与不含卤素特性
目前全球大部分地区敷设的电力及通信电缆均含有卤素，该类线缆在燃烧时会散发出有毒雾状化学物质。在火中，含卤缆会产生酸性气体，有损人的鼻子、嘴和喉咙，烟雾还使受害者容易迷失方向，难以逃离大火现场。认识到这一潜在的危害性，部分欧洲国家已将无卤缆作为电力与通信线缆的标准。但是，美国国家电气法规却明确规定：通信网必须使用具有含卤素包层的超五类或六类UTP(非屏蔽双绞线)网络电缆。这是因为，含卤电缆虽然具有重要缺陷，但卤素本身却具有很强的抗燃性及高燃点，如果电缆根本不着火或很难着火，那么就不会引起燃烧，从而就不会散发出有毒的烟雾。
事实上，有些火灾就是因为电缆本身通电时间较长导致过热而引起的。无卤线缆因为燃点低，所以更易引起火灾，而卤绝缘层可以更好地防止电缆自燃。但是，如果电缆已经处于火场，那么其产生的烟雾就会导致生命中毒。上述这些矛盾在卤素的应用中一直是业界争论的焦点。
支持含卤素线缆应用的主要代表公司有，美国联邦公司和Goodrich等公司。反对含卤素线缆应用的机构更期望更能够说服NFPA(美国防火协会)修改当前的标准，停止使用含卤素线缆或允许在建筑物的通风处使用含卤素线缆。
无卤线缆提倡者试图修改标准，但迄今为止都未成功。最主要的原因在于，主干线槽内线缆自燃性的窜层燃烧使人们不易进行区域防火控制，从而引起整栋大厦的火灾，而且低燃点极易产生火源。另一主要原因是无证据证实无卤线缆确能拯救生命(因为房屋内还存在大量其他装饰物也含有卤素)。
按照现行美国建筑法案规定，惟一能合法安装的无卤线缆是将电缆置于金属导管中，这却使整个布线系统的成本翻了一倍。因此，多数欧洲国家包括法国、意大利和英国等均转向使用有卤线缆。在欧洲的通信线缆中，目前无卤线缆占约25%的比例，而在北美及世界大部分地区，有卤线缆则超过98%的市场。
目前涉及线缆的相关国际标准主要关注三个问题是：防火性(线缆燃烧的速度)、烟的密度(产生多少可见烟)和有毒性(对人体产生多大的损害)。美国防火标准只涉及了前两个问题，但它却在使用上更为广泛和严格，要满足美国标准必须将卤素添加到线缆绝缘层的聚合物中，其PVC线缆含有氯，而FEP(Teflon特氟珑聚四氟乙烯)线缆含有氟。FEP具有很强的防火性，在燃烧冒烟解体之前可以忍受高达800℃以上的温度，它比通常无卤线缆最高可承受150℃的温度要高数倍，同时FEP也是一种高效的绝缘体。因此，FEP非常适用于制作传输高速数据的线缆，是目前通风处广泛采用超五类UTP的关键因素。在高楼竖井和其他通风地方，FEP电缆已大量取代了PVC电缆。
欧洲有些国家的标准则不同，为了符合严格的防毒性规范，电缆生产商不使用卤素，代之以金属加入到聚乙烯和聚内烯线缆绝缘层中。当受热时，这种线缆只散发出毒性很小的可见气体。但是，这种无卤线缆的防火性能不如含卤线缆，并且其绝缘层很快会燃烧。因此，无卤线缆不能符合严格的美国防火标准，要达到通风及抽风处级别的防火要求，就不得不加入过量的金属氢氧化物，从而影响线缆性能及技术要求。
当PVC电缆燃烧时会散发出氟化氢和二氧化物气体，而FEP电缆燃烧时，它释放出无色、无味，但毒性比氯化氢更强的氟化氢。有测试表明，在FEP烟雾中还存在另外一种危险气体。欧洲的Anderson实验室使用被称为匹兹堡测试的方法(此方法由匹兹堡大学发表)来测量电缆外皮的毒性。在测试中，燃烧一定量的绝缘层，将烟通过导管传送到4只白鼠所在的空间，观察直至有2只白鼠死亡。通过这个测试，人们发现，FEP电缆的毒性是PVC缆的1.5倍，是无卤缆的5倍。FEP支持者则认为，这个测试只是学术性的，因为测试环境并不是真实的火灾现场，而且在建筑物中达到释放那些有毒气体所需的温度时，无论什么都会因为温度太高（800℃）而早已死去了。
2.1低卤（Low halogen），构成线缆的材料中可含有卤素，但含量较低。用IEC60754－1：1994（国标为GB/T 17650.1－1998）方法测定HCI含量。标准中无指标，建议HCI≤100 mg/g。
2.2无卤（Free halogen），构成线缆的材料不含卤素，即低腐蚀性，其燃烧产物的腐蚀性较低。用IEC 60754－2：1991（1997修正），我国等同采用的国标为 GB/T17650.2－1998方法测定，指标为PH≥4.3，r（电导率）≤10ps/mm。国外不少国家或公司把无卤标准定为 HCI≤5mg/g，国人也有所仿效，这是不恰当的。因为IEC 60754－l已明确指出该方法不能用来测定 HCI含量小于5mg/g的材料，即不能判定"无卤"。其次，当HCI含量＞2mg/g时，其水溶液的PH值就小于4.3，即不符IEC6 0754－2的要求。此外，有人认为IEC定的指标PH≥4.3，而德国的指标是PH≥3.5，因此IEC的要求比德国高。这只是表面现象。其实两者的效果是完全相同的。
2.3低烟（Low smoke），线缆燃烧时产生的烟尘较少，即透光率较高。低烟的国际标准要求为透光率≥60%。必须指出，我国以 PVC为基的所谓低卤低烟材料所制作的电线电缆，其低烟达不到上述要求，不应采用低烟的型号。除非在产品标准中另有说明，例如降低透光率的指标，并说明该指标低于国际标准或国家标准的要求，以免用户误解。
2.4低毒（LOW toxicity），线缆材料燃烧时产生的气体毒性较低。有关标准IEC尚在考虑中。目前使用较多的是英国海军工程标准NES713，用毒性指数（TI）表示，如要求绝缘材料的毒性指数小于3，护套的毒性指数小于5。国内有些厂家称可提供无卤、低烟、低毒线缆。因无卤、低烟材料燃烧时会产生有毒的CO，如材料中含有P、N、S，则生成的有毒气体还要多。
三.线缆外皮阻燃与耐火特性
防火（Flame proof）线缆是具有防火性能线缆的总称，通常分为阻燃线缆和耐火线缆两类。从防火安全和消防救生出发，对线缆防火性能的要求越来越多，例如：阻燃（Flame retardancy）-阻滞、延缓火焰沿着线缆的蔓延，使火灾不扩大。耐火（Fire resistance）-在火焰燃烧情况下能保持一定时间的运行，即保持线路的完整性（Circuit integrity）。我国阻燃和耐火线缆的研究开发始于1982年。经过5年时间，许多电缆厂家已投入生产，其产品已被用户所认同。
3.1阻燃特性
阻燃不要称为难燃，阻燃与国际通用的 FLAME RETARDANT切合，因为RETARDANT是延迟、阻止之意。根据IEC332，阻燃有单根和成束之分。为了评定线缆的阻燃性能优劣，故国际电工委员会分别制定了IEC332-1和IEC332-2、IEC332-3三个标准。IEC332-1和IEC332-2分别用来评定单根线缆按倾斜和垂直布放的阻燃能力（国标对应GB12666.3和GB12666.4），IEC332-3（国标对应GB12666.5-90）束垂直燃烧，相比之下成束垂直在阻燃能力的要求上高得多。
按GB12666.5-90成束垂直燃烧试验标准规定，阻燃按其容量多少和试验时间（外火源喷火时间）长短分A、B、C三类。
试样线缆容量的计算方法如下：
V=n(S1-S2)÷1000
式中n-线缆试样根数；
S1-试样线缆外截面（mm2）；
S2-试样线缆中金属面积之和（mm2）；
V-试样容量之和（升/米）
成束燃烧因有阻燃A类、阻燃B类、阻燃C类之分。在IEC的新提案中的阻燃D类，适用于外径12mm及以下的电线电缆。其所用试样的非金属材料总体积仅为C类的1/3，即0.5L/m。要求在火中时间20min和烧焦高度小于 2.5m则与C类相同。因为这个提案尚待表决通过。此外，IEC 332－3有一个规定，即做A类试验时，若试样取间隔排列（有一芯导体大于 35mm2的场合）在标准梯子前面排列不下时，可在后面排列，并且用AF/R表示。或采用宽型梯（0.8m宽）全部排在梯子的前面（用AF表示），并且用双喷灯供火。但若大规格电缆在标准梯子前面排得下时，则用单喷灯供火，仍记作AF。
3.2耐火特性
根据我国标准GB 12666.6－90，耐火分A类和B类二个级别。A类的供火温度为950℃～1000℃，B类的供火温度为750℃～800℃。按IEC 331－1970标准要求，相当于我国标准的B类。但是，在最近IEC新出版的标准IEC60331－1999中，供火温度仍为750℃～800℃，而提高试验温度的建议尚在考虑中。因此，如等同采用编制新的国家标准时，耐火等级就没有A类B类之区分。
矿物绝缘（MI）电缆是有别于有机绝缘电缆的另类电缆，阻燃和耐火是其固有特性之一，因此，在需防火的地方，可推荐选用MI 电缆。关于耐火电缆的阻燃等级根据新近出版的英国标准BS7629-1997和 BS6387－1994，耐火电缆的阻燃特性要求是通过单报垂直燃烧试验。因此，如果我国予以仿效，在制订标准时也可统一规定耐火电缆的阻燃等级为单根阻燃，则在耐火电缆的型号中可把阻燃的代号省去。当然，如用户要求提高阻燃等级，再在型号中把阻燃代号介入即可。 电缆的燃烧特性都每时总体，并不计较各组成构件的个别特性
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