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    關于布電線成束阻燃要求的理解與建議

    要:隨著阻燃布電線產品的大量推廣應用,行業對如何在布電線產品領域理解和運用成束阻燃要求日益關注,本文通過標準解讀和開展驗證試驗,針對布電線產品成束阻燃的適用范圍、等級區分和排列覆蓋等熱點分享了相關標準理解、試驗數據和觀點建議。
    關鍵詞:布電線 成束阻燃 驗證試驗
    一、 引言
    近年來隨著各類建設工程對單芯無護套布電線(以下簡稱為“布電線”)阻燃性能的日益重視,以及國內相關制造工藝的成熟、原材料性能的提升和阻燃電線標準的實施,成束阻燃布電線產品得到大量推廣應用,占據了布電線市場的重要份額。

    當前,成束阻燃布電線阻燃特性依據標準為GB/T 19666《阻燃和耐火電線電纜或光纜通則》和GB/T 18380《電纜和光纜在火焰條件下的燃燒試驗》系列標準,在產品型號中添加成束阻燃試驗類別(ZA,ZB,ZC,ZD)進行識別?,F狀中,一方面,由于線纜行業的型號全覆蓋的習慣,成束阻燃全部類別(ZA,ZB,ZC,ZD)無差別籠統地全部套用到全規格布電線產品,例如Z(A,B,C,D)-BV 450/750V 1.5~400。另一方面,由于常識中傾向代號A-B-C-D的級別排列以及測試中非金屬含量的從高到低排列,行業中大量廠家、用戶及技術機構存在阻燃A類性能優于(覆蓋)B類、C類、進而至D類的順序理解并付諸于實際質量管控。

    然而,伴隨成束阻燃布電線產品的大量應用及相關阻燃試驗數據的不斷積累,行業中關于不同成束阻燃類別在布電線產品的適用范圍、等級區分和排列覆蓋等問題,提出的質疑與思考日漸增多。為促進有關各方更加準確地理解成束阻燃類別在布電線領域的有關應用要求,指導相關產品的研發生產和質量管控,本文將通過標準解讀以及驗證試驗分析,針對成束阻燃布電線的相關疑問關注予以解答與并給出建議。
    二、成束阻燃(ZA,ZB,ZC,ZD)類別是否能認為是阻燃性能的等級高低?
    GB/T 18380.33~36-2008標準對各個阻燃類別的規定總結如下:
    1.適用范圍
    A類、B類、C類和D類的成束燃燒試驗均用來評價垂直安裝的成束電線電纜或光纜在規定條件下抑制火焰垂直蔓延的能力,適用評定場合的差異在于非金屬材料體積含量分別為:高、中等、低和很低。若將它們與敷設安裝的場景對應起來即是:A類對應很多根數電線垂直安裝在一起、B類對應較多根數電線垂直安裝在一起、C類對應多根數電線垂直安裝在一起、D類對應較少根數電線垂直安裝在一起。

    2.試驗條件和合格判定
    不同類別的部分其試驗條件有所不同,如供火時間、樣品排布等,但在合格判定中,所有類別均為:試樣上的炭化范圍不應超過噴燈底邊以上2.5 m。
    具體參數對比如表1所示。
    表1 不同類別的成束阻燃試驗要求

    以上對比可見:成束阻燃的相關標準中均未給出級別的定義,而是采用類別作為代號,如A類、B類、C類和D類,也未有明確或暗示不同類別試驗對產品阻燃性能考核的高低級別之分,僅說明適用于不同非金屬材料體積含量的場合。
    另外可作類比是,在線纜行業所熟悉的GB 31247-2014《電纜及光纜燃燒性能分級》中則對標準規定的燃燒性能等級給予了明確的說明,例如B1級屬于阻燃1級,B2級屬于阻燃2級。并且,與GB/T 18380.33~36標準中不同阻燃類別的合格指標均為:“試樣上的炭化范圍不應超過噴燈底邊以上2.5 m”所不同的是,GB 31247-2014中B1級和B2級作為不同級別在判定指標的設定上也存在顯著差異。
    小結:
    依據標準分析可見:成束阻燃的(ZA,ZB,ZC,ZD)類別,主要區別在于適用評定場合的不同,并非阻燃性能的高低或有等級之分,在標準的設定中不存在高低級別關系。
    三、布電線產品是否都適用于成束阻燃(ZA,ZB,ZC,ZD)類別?
    在電線電纜成束阻燃試驗標準GB/T 18380.33~36中,除阻燃D類明確提出適用于“外徑不超過12 mm且截面不超過35 mm2的小電纜”(此處參考GB/T 18380.36所對應的IEC 60332-3-25:2018標準原文進行部分文字調整。IEC 60332-3-25英文原文為“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,其余均未在適用范圍中對電線電纜的產品給出明確限制。同時廣為采納的GB/T 19666標準通則也未就不同阻燃類別在布電線產品的應用給出細化界定,因此,當前市場上存在大量ZA~ZD全阻燃類別的阻燃布電線產品,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類、B類、C類)標準中試樣安裝條件對布電線產品所帶來的限制應引起關注。

    1.間隔排列要求

    在阻燃A類、B類和C類的試樣安裝中明確要求:“對于至少有一根導體截面超過35 mm2的電纜,每個電纜試樣段應使用金屬線分別固定在鋼梯的各個橫垱上。電纜試樣段應呈單層安裝在鋼梯前面,電纜試樣段間的間隔應為0.5倍電纜直徑,但不超過20 mm,無論采用標準鋼梯還是寬型鋼梯,試樣邊緣與鋼梯內側垂直面的最小距離應為50 mm。標準鋼梯上試樣的最大寬度應為300 mm,寬型鋼梯(僅限于A類)上試樣的最大寬度應為600 mm”。

    2.樣品安裝根數

    根據布電線產品的常規結構和不同阻燃類別試驗的非金屬材料體積要求,可粗略計算出阻燃A類、B類和C類試驗中導體標稱截面大于35 mm2的布電線的樣品數量如表2所示。對比可見,對于導體標稱截面大于35 mm2的布電線,依據上述分析的間隔排列和安裝根數要求,阻燃A類和B類均無相應規格的布電線可滿足試驗的試樣安裝要求,C類也僅有部分大規格可滿足。

    表2 導體標稱截面35 mm2以上的布電線產品的阻燃試驗樣品安裝

    注:
    1. 由于鋼梯寬度的限制,符號(╳)表示無法安裝試樣進行測試,(符號√)表示可安裝試樣進行測試。
    2. 本文中涉及的布電線泛指:額定電壓450/750V及以下,最大規格為導體標稱截面400 mm2的單芯無護套電線。
    3. 絕緣平均厚度取值參考GB/T 5023.3中絕緣厚度的規定值(額外增加0.2~0.3mm);平均外徑計算公式:平均外徑=導體外徑+2X絕緣平均厚度,其中導體外徑參照IEC60719中絞合導體(第2種)的導體外徑標稱計算值。
    此外,GB/T 18380.36明確提出阻燃D類適用于“外徑不超過12 mm且截面不超過35 mm2的小電纜”,而所巧合的是,作為典型單芯無護套電纜產品,GB/T 5023.3標準中BV和RV型,與JB/T 10491標準中BYJ和RYJ型,其35 mm2規格的電線平均外徑上限均分別為10.9 mm和11.7 mm,此數據與阻燃D類限制的條件(導體標稱截面35 mm2及以下和外徑12 mm及以下)相吻合,也側面反映出對于導體標稱截面35 mm2及以下的布電線產品,最為直接匹配的為阻燃D類。此點也可在其他產品標準中找到相關佐證,例如GB/T 12528-2008《交流額定電壓3kV及以下軌道交通車輛用電纜》中規定的低煙無鹵阻燃電纜結構同屬于典型的單芯無護套電線結構,在標準7.4.8 成束電纜燃燒試驗條款中,對標準中低煙無鹵電纜的成束燃燒試驗則僅限于阻燃C類和D類,外徑大于12 mm的電纜要求通過C類,不大于12 mm的要求通過D類。
    小結:
    依據相關標準分析可見:
    1)標稱截面超過35mm2的布電線,既不滿足成束阻燃A類和B類試驗的試樣安裝要求,也不符合阻燃D類試驗的適用范圍,僅部分規格可適用于阻燃C類試驗。
    2)標稱截面35mm2及以下的布電線,由于標準未有限制均可適用于成束阻燃A,B,C,D類,但從GB/T 18380.36的范圍描述來看,最為直接匹配的為阻燃D類。
    四、 阻燃布電線產品的成束燃燒試驗的方案建議
    對于阻燃布電線產品,如何選擇成束燃燒試驗方法是行業關注的焦點之一。
    首先,對于導體標稱截面超過35 mm2的阻燃布電線產品,由于既不符合阻燃D類適用范圍也不滿足阻燃A類和B類的試驗樣品安裝要求,因此該范圍內的布電線的阻燃試驗,應僅可選擇GB/T 18380.35中規定的阻燃C類試驗。
    對于導體標稱截面35 mm2及以下的阻燃布電線產品,雖然原則上均可適用于阻燃A類至D類的試驗,但倘若每個阻燃類別均選樣測試,則將面臨陡增的檢測成本、樣品成本甚至環保壓力,因此在實際的抽檢、認證或評價等質量管控活動中,通常采用覆蓋原則選取代表性樣品進行某項阻燃類別的試驗,優先的阻燃試驗類別排序通常為A類-B類-C類-D類。但是此種排序應用于布電線產品中是否為最優方案面臨質疑,特別是這種“導體標稱截面不超過35 mm2且外徑不超過12 mm”的小電纜范疇內的布電線產品。
    為驗證相關數據以得出指導意見,中國質量認證中心(CQC)和上海纜慧檢測技術有限公司(ISTCW)聯合國內8家主流布電線生產企業,組織開展布電線成束阻燃驗證試驗工作。在驗證試驗中,選取了兩種代表性絕緣材料的典型家裝線規格布電線作為驗證樣品,共涉及有5組聚氯乙烯(PVC)絕緣的ZA-BV 450/750V 2.5電線和5組交聯聚烯烴(XLPO)絕緣的WDZA-BYJ 450/750V 2.5電線。電纜生產企業嚴格按照驗證試驗方案規定的電線結構要求,統一制備符合標準要求的驗證樣品,隨后驗證樣品嚴格按照GB/T 18380.33~36-2008標準要求,采取相對統一的試樣安裝和試驗操作要求,在同一臺試驗設備中,集中對10組驗證樣品分別進行成束阻燃A類、B類、C類和D類燃燒試驗(共計40批次試驗),并測量了試驗后的火焰垂直蔓延距離。
    考慮到不同類別阻燃測試的判定均為:試樣上的炭化范圍不應超過噴燈底邊以上2.5 m。若按照慣性理解中的阻燃A類阻燃性能優于(覆蓋)B類、C類至D類,也即認為成束阻燃試驗的嚴苛程度排序為A>B>C>D,則可推理,同一樣品經受不同阻燃類別的試驗后,反映火焰延燃情況的碳化高度指標應顯示出A>B>C>D的規律。

    圖1 樣品WDZA-BYJ 450/750V 2.5的驗證試驗結果
    (a:上表為鋼梯前面的碳化高度,下表為鋼梯后面的碳化高度;b:“△”代表無碳化;c:“X”為碳化高度超出要求,不合格。)
    圖2 樣品ZA-BV 450/750V 2.5的驗證試驗結果

    (a:上表為鋼梯前面的碳化高度,下表為鋼梯后面的碳化高度;b:“△”代表無碳化。)

    然而,通過比對分析驗證試驗的數據,如圖1和圖2所示,無論是PVC絕緣的ZA-BV 450/750V型還是XLPO絕緣的WDZA-BYJ 450/750V型電線,同一驗證樣品的阻燃A、B、C和D類試驗下的碳化高度并未出現A>B>C>D的明顯規律。相反,BYJ型樣品基本呈現碳化高度D>C>B>A的規律,甚至還出現阻燃A類、B類等試驗通過但阻燃D類試驗不合格的情況。BV型樣品則在阻燃A,B,C和D類試驗中的碳化高度無顯著差異。并且,無論BYJ型還是BV型樣品,在全部的阻燃A類試驗和大部分的阻燃B類試驗中,鋼梯后面的樣品均未有碳化,相比較,阻燃D類試驗后的鋼梯后面的試樣則均產生了碳化。
    對于這種倒掛現象,通過試驗觀察,推測可能是由于小截面布電線在阻燃A類和B類試驗中的緊密排列安裝,導致火焰難以噴射或蔓延至樣品內部,同時空氣也難以大量進入試樣內部。此推測也可從布電線在不同阻燃類別的試樣安裝圖中得以觀察到,按照不同成束阻燃類別下非金屬材料體積含量的要求,2.5mm2規格布電線在阻燃A類試驗中平均約要1000根,B類約500根,由圖3可見,阻燃A類和B類的試樣安裝后已形成非常緊密的結構,對火焰的滲入和蔓延可能產生抑制作用,從而導致燃燒試驗中的火焰蔓延碳化距離相較阻燃C類和D類反而更短。

    圖3 典型ZA-BYJ 450/750V 2.5樣品成束阻燃A~D類試驗后的樣品圖(含安裝根數和鋼梯前面碳化高度)

    小結:

    通過批量驗證試驗可見,對于導體標稱截面35 mm2及以下典型的小截面阻燃布電線產品,若從燃燒試驗后的碳化高度角度來觀察,不同阻燃類別試驗嚴苛程度的參考排序建議為:D>C>B>A。

    同時,本次驗證試驗中阻燃A類和B類試驗按標準要求計算,所需試驗樣品根數分別約為1000根和500根左右,實際測試中樣品安裝的緊密程度如圖3所示,此種高密度大批量的成束安裝敷設已相當程度上脫離了實際布電線產品的主流應用場景,其試驗結果的相關參考價值有限。
    進而,對于導體標稱截面35 mm2及以下的阻燃布電線產品,當處于相關資源限制和方案優化的考慮時,如需應用覆蓋優先原則,建議在結合實際安裝場景的基礎上,可優先考慮阻燃D類或C類進行試驗,覆蓋阻燃A類和B類。
    五、成束燃燒試驗的關注要點
    隨著國內對電線電纜阻燃性能的重視不斷提升,電線電纜成束燃燒試驗得以大量普及應用,有關各方對試驗結果準確性的關注也日益增加,盡管如此,不斷新擴的實驗室在標準具體要求的理解以及實際操作的執行上所存在的一些差異對部分成束阻燃試驗結果的有效性帶來風險與挑戰。為促進實驗室更全面的掌握電線電纜成束阻燃的相關要點,本章分享關注要點和操作建議供具體試驗參考。
    a) 部分檢測機構在燃燒任務較多時,在上一根樣品燃燒試驗結束后,往往還未等到箱體溫度降到環境溫度時就開始第二根樣品的燃燒試驗,如此將會嚴重影響第二根樣品的試驗結果;
    b) 多根電纜樣品特別是小外徑樣品,綁扎到梯架上后應要注意保持垂直狀態,如果單根樣品之間由于彎曲導致過大間隙的存在,將會影響試驗結果,甚至嚴重到產生合格與不合格的差別;
    c) 燃燒時的進風方式、進風量和穩定性一定要滿足標準要求。另外,老式的箱體頂部密閉抽、排風方式將會對試驗結果產生影響;
    d) 采用質量流量計更有利于燃燒氣體和空氣流量的控制;
    e) 燃燒噴燈的燃燒面到梯架上樣品表面的距離將會對試驗結果產生影響;
    f) 燃燒噴燈屬于易耗品,需要經常清理噴燈燃燒面上出氣孔,必要時應更換噴燈。
    六、結束語
    阻燃性能是電線電纜產品的重要安全項,特別是在建筑用線領域,成束阻燃在布電線產品已得到大量推廣。當前,面對布電線產品出現阻燃類別應用不規范甚至“濫用”的勢頭,包括生產企業、營銷公司、設計單位、用戶單位和技術機構等在內的有關各方,結合產品實際特點和敷設場景,準確理解布電線產品成束阻燃的相關要求顯得尤為重要。本文中筆者基于標準剖析和驗證試驗,總結提煉出以下觀點:
    1)成束阻燃的(ZA,ZB,ZC,ZD)類別,主要區別在于適用評定場合的不同,并非阻燃性能的分級,理論上不存在高低級別關系。
    2)對于導體標稱截面大于35 mm2的阻燃布電線產品,既不滿足阻燃A類和B類試驗樣品安裝要求,也不符合阻燃D類適用范圍,僅部分規格可滿足阻燃C類試驗樣品安裝要求。
    3)對于導體標稱截面不超過35 mm2的阻燃布電線產品,多組成束燃燒A類~D類的驗證試驗顯示,無論是聚氯乙烯絕緣電纜還是交聯聚烯烴絕緣電纜,其典型小規格產品在不同阻燃類別試驗中的試樣碳化高度分析可見,阻燃D類或C類試驗對于此類小截面電纜,相比較阻燃A類和B類,更為嚴苛和具有代表性。也就是說采用阻燃A類或B類方法評估較少根數敷設安裝場合的家裝電線,是存在風險的。這也給電纜工藝設計帶來一個提示,即阻燃D類或C類布電線的絕緣設計的氧指數應更高一些。
    因而對于布電線產品的成束阻燃試驗,當處于相關資源限制和方案優化的考慮時,建議首先結合實際安裝敷設場景,如無特定場景則優先考慮阻燃D類或C類進行試驗。值得一提的是,隨著GB/T 19666-2019的標準換版,中國質量認證中心已對阻燃布電線認證實施規則(CQC11-463401-2020)中的認證范圍及選樣原則進行了相應的優化調整。
    本文圍繞布電線產品的成束阻燃有關熱點分享了相關標準理解、試驗數據和觀點建議,將有助于相關方和用戶市場更加科學客觀地認識成束阻燃在布電線產品的應用,對相關單位進一步做好阻燃布電線產品的研發生產、質量提升和質量管控等相關工作具有重要參考價值和指導意義。

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