线缆成束燃烧试验方法的研究与建议_安徽中盛电气集团有限公司

线缆成束燃烧试验方法的研究与建议

作者：zsdqjt 添加时间：2022-07-18 10:45:20

随着现代社会对安全、环保关注度的日益提高，阻燃电缆因具有较好的安全性已经成为市场的重要选择。电线电缆生产企业纷纷研发、生产阻燃电线电缆产品，已取得很好的经济及社会效益。为了评定阻燃电缆质量的优劣，我国组织制定了阻燃电缆燃烧试验方法标准。如GB/T 18380.32~18380.36《电缆和光缆火焰条件下的燃烧试验—垂直安装的成束电线电缆火焰垂直蔓延试验》，标准等同采用IEC 60332，标准主要是从火焰蔓延的情况对阻燃电缆进行评价。为系统地了解成束燃烧试验方法对不同规格阻燃电缆燃烧的评价情况，本文梳理了成束燃烧各阻燃试验分类方法中的变量与差异，对GB/T 18380.33~18380.36成束燃烧试验方法进行了研究与探讨，并对几种电缆样品进行了试验。

一、成束燃烧试验方

成束燃烧试验的试样由若干等长的电缆试样段组成，每根电缆试样段***小长度为3.5m。电缆试样总根数由非金属材料含量决定。试样段定位方式，根据导体截面大小，分为间隔与接触两种固定方式。间隔排列方式间距为试样电缆外径的一半且不超过20mm。试样定位钢梯类型有500mm宽的标准钢梯（试样***大宽度300mm）和800mm宽的宽型钢梯（试样***大宽度600mm），两种钢梯仅有宽度的区别，其他尺寸和材质相同。试验执行过程中阻燃A类实验，当电缆根数较多需要采用宽型钢梯排布时，应采用2个喷灯。其他情况喷灯数量均为1个。阻燃C类与阻燃D类供火时间20min，阻燃B类与阻燃A类供火时间40min。

二、成束燃烧试验方法中的变量

众所周知，决定燃烧行为的三要素：点火源、氧气、可燃物。因此在评价产品阻燃特性时，普遍围绕这三个因素进行讨论。

1.点火源变量

点火源是指具有一定能量,凡能够引起可燃烧的热能源。有时也称着火源或火源。在成束燃烧标准试验中，采用带型丙烷燃气喷灯及其配套流量计和文丘里混合器。丙烷气为标称纯度为95%的技术级丙烷。喷灯假设在20℃和100kPa条件下，丙烷流量13.5L/min，空气流量77.7L/min，标称功率相当于20.5kW。成束燃烧试验标准中，阻燃AF/R、B、C、D类试验均采用一个喷灯，试验提供的热量相当。阻燃A试验中部分线规，采用标准梯，1个喷灯进行试验。部分线规，采用宽梯，2个喷灯进行试验。

通过对标准研究发现，在阻燃A类实验中，存在1个喷灯与2个喷灯的变量。使用成束燃烧试验装置进行对比试验，不添加电缆，对比一个喷灯与两个喷灯供火40min，观察的温度变化。

如上述试验曲线可见，成束A类试验，部分线规燃烧测试使用1个喷灯。部分线规线缆燃烧测试使用2个喷灯。前述试验对比发现，喷灯数量会导致燃烧箱体的温升产生相当大的差异。因此在图1阻燃A类试验中，适用两个喷灯供火的电缆通过难度大于适用一个喷灯供火的电缆的通过难度。在图2阻燃A类试验中，试验方法引入了1个喷灯与2个喷灯的变量。喷灯本身产生的热值可以近似认为翻倍。在同一阻燃类别（成束A类）中，标准设计中点火源喷灯数量的差异，标准的试验方法设计或许值得探讨。

2.氧气变量

（1）电线电缆

线缆行业内一直强调，在线芯的成缆、绕包，护套的挤出过程中，应使得电缆尽可能做的密实、紧密，成缆及绕包时可通过张力控制使其紧密，挤出护套时可以配小模具或采用半挤管式，还可采用模头抽真空方式使护套挤包的紧密。电线电缆生产工艺对阻燃试验的影响，其本质为：减少缆芯中的空隙，减少非金属材料与空气中氧气的接触面积。以避免燃烧试验时，烟囱效应的产生。

（2）成束燃烧标准

标准规定1、如果装在试验箱顶部的风速计测得的外部风速大于8m/s，则不应进行试验。2、应安装一个能控制空气气流通过箱体的空气源。试验开始之前，恒定控制温度在(20± 10)℃，在进气口测量空气流量，并调节为 (5000±500)L/min。在试验过程中空气流速应予以维持。3、如有必要可在试验箱上安装收集和洗涤烟尘的装置。该装置应不会改变通过试验箱的空气流量。

标准规定的以上3点，基本保证了试验过程中给定一个持续的空气源，即试验过程中提供氧气总量为一个固定值。由于阻燃试验的空气源进风口为箱体下端，更大的进风量除了带来更多的氧气量外，下端的鼓风量在一定程度加速了电线电缆火焰向上蔓延的趋势。

3.可燃物变量

（1）电线电缆中非金属材料的阻燃性

电线电缆是一个较为复杂的整体，涉及到的非金属材料主要有填充绳、包带、绝缘、内护套、外护套等。对于阻燃试验来说，电缆中每个组分的阻燃性均对阻燃试验结果有一定影响。

绝缘选材有XLPE、PE、PVC、低烟无卤等。填充选材有PP填充、阻燃PP填充、玻纤填充、岩棉填充等。包带选材有云母带（三合一金云母、双面加强合成云母等）、玻纤带、阻燃带等。护套选材有PVC、ZRPE、TPU、低烟无卤等。

对于阻燃试验来说，电缆中每个组分的阻燃性均会对阻燃试验结果有一定影响。

（2）可燃物与燃烧试验定位方式的关联

成束燃烧试验方法虽然依据非金属体积做出了阻燃分类。但试验方法中的定位方式分类（间隔排列与接触）可能导致改变了喷灯直接接触的非金属体积。

见表1，除了AF/R与D类之外，成束燃烧A、B、C类的电缆试样断定位方式以导体截面35mm2为分界，存在间隔排列与接触排列两种排列方式。

试验使用同一规格WDZB-YJY23-3*35+2*16 0.6/1kV的电缆，进行接触排列与间隔排列的对比，燃烧40min时照片对比。

如上图对比试验图所示：依据成束燃烧B类标准，该试验线规的固定方式应为接触排列，炭化高度0.7m，40min断开供火时，无余焰。若将该规格电缆应该采用间隔排列固定方式试验结果炭化高度1.5m，40min结束供火时，有余焰，20min后自熄。对试验电缆进行进一步分析，得出以下结论：

1.在成束阻燃试验中，接触排列的试验线缆，难度可能小于间隔排列的试验线缆。

2.对受试电缆进行分析，受试电缆在接触排列时，电缆背部护套基本留存，未呈现炭化状态。

虽然成束燃烧试验规定了受试电缆的非金属材料体积总量，但是同一阻燃类别中的2种试样定位方式将导致火焰与护套材料直接接触的面积产生较大的偏差。

标准中未对2种定位方式的变量进行解释。电气设计标准GB 5004-2011 《配电设计规范》7.6.9，屋内相同的电压的电缆并列明敷时，除敷设在托盘、梯架和槽盒内外，电缆之间的净距不应小于35mm，且不应小于电缆外径。1kV及以下电力电缆及控制电缆与1kV以上电力电缆并列明敷时，其净距不应小于150mm。成束燃烧在同一阻燃类别中，标准设计存在2种定位方式的差异，改进标准的试验方法设计或许值得深入研究探讨。

三、成束燃烧试验方法中的难点与问题

成束燃烧试验方法GB/T18380.33~36施行多年。然而笔者认为该标准仍然存在一些尤待行业内讨论与研究的问题。

1.标准中的试验方法变量过多

线缆标准：

GB/T 20000.1-2014《标准化工作指南第1部分: 标准化和相关活动的通用术语》条目5.3中对标准描述为：通过标准化活动，按照规定的程序经协商一致制定，为各种活动或其结果提供规则、指南或特性，供共同使用和重复使用的一种文件。

通过第2部分，对成束燃烧试验方法中的变量简单分析与对比试验。在同一个阻燃分类中，由于电缆规格大小的因素，而导致进行阻燃试验时，产生了点火源数量不同，固定排列方式不同的变量。

成束燃烧的标准，同一阻燃分类的试验方法的标准化活动，变量较多。

材料标准：

线缆材料标准对于阻燃性能的评判长期依赖氧指数。行业内一直呼吁建立更完善的评价机制，希望通过材料的阻燃评判来对照线缆的阻燃标准。然而，线缆的成束燃烧标准本身存在如此多的变量。这对线缆材料行业制定更完善的材料阻燃评价机制，造成了很大的阻碍。

2.标准规定的线缆固定方式难度大

事实上，在成束燃烧试验的实际固定操作过程中，例如柔软导体的电线，不够圆整的线缆，空心的线缆等，在实际操作中可能完全无法做到标准中所描述的相邻电缆间接触排列的固定方式。即虽然按照接触排列方式固定，实际进行试验时处在间隔排列的状态。

如上图所示：由于线缆较软，存在弯曲应力等因素。接触排列捆绑固定难度大。实际固定操作过程中，不同检测机构、检验人员的线缆接触排列固定差异较大。

这种情况多见于网线、布电线、圆整度不足的线缆等。这种实际操作中固定方式的困难，可能导致成束燃烧试验结果倒挂，即成束阻燃难度，A类＜B类＜C类＜D类。

如图对比试验图示，六类非屏蔽(UTP)网络线燃烧结果，成束C类全部碳化，成束A类碳化高度1.55米。网线的成束阻燃难度，阻燃A类＜阻燃C类。

如上图固定捆绑图片所示分析，导致成束阻燃难易程度倒挂的原因可能为：网络线成束燃烧为多层接触排布。阻燃A类，试验线根数多，排布层数多，多层排布可以遮蔽单层接触排布下的间隙。火焰难以穿透至试验线缆的内部与背部。

因此，对于成束燃烧的难度评估，可能更应关注喷灯火焰与试验线缆的可接触面积大小。

成束标准分类中的计算非金属体积含量，可能存在火焰无法完全接触覆盖的情况。

3.成束燃烧标准的适用问题

引用标准DGJ 08-2048-2016 民用建筑电气防火设计规程表E.0.4-1与表E.0.4-2。

注：由于钢梯宽度的限制，符号（）表示无法安装试样进行测试。试验喷灯数量1个，2个，为依据成束燃烧标准进行成束阻燃A类试验时，不同规格采用的喷灯数量情况。

根据表中所示的电缆截面规格，阻燃A类试验的非金属体积要求，阻燃A类试验电缆根数。可以发现，阻燃A类试验依据标准中的间隔排列和安装根数要求，部分规格将无法满足试验的试样安装要求。可以按照标准进行试验的，部分规格喷灯数量为1个，部分规格喷灯数量为2个。

成束燃烧的标准也明确说明并不是所有线缆都可以进行阻燃A类试验。

线缆行业将成束阻燃全类别（ZA，ZB，ZC，ZD）全部套用到全规格的的线缆产品命名中。随之带来了部分线缆以ZA代号进行命名，然而实际却无法按照成束燃烧试验方法进行验证试验的情况。

成束燃烧的标准也明确说明并不是所有线缆都可以进行阻燃A类试验。但由于市场抽检或试验需要，对于阻燃A类试验，部分检测公司可能采用线缆依照标准的间隔排列的方式，舍弃无法排布的线缆的方式进行试验并出具报告。

行业应该尽快对这种情况进行明确确认。或对标准的适用性范围进行进一步的考量与修订。

四、结束语

成束燃烧试验标准施行多年。然而行业内较少对标准本身的标准性、操作性与适用性等进行研究与探讨。

中国作为世界上*********电线电缆生产国，行业产值规模超过万亿，较多线缆的中国国家标准仍然采用等效国际欧美标准的方式进行制定。

中国线缆行业应该对诸如成束燃烧等标准进行深入的研究与探讨。结合标准覆盖的线缆产品的实际特点和敷设场景，准确地认识与理解现行成束阻燃标准的局限问题，以及国际欧美线缆标准中的缺陷问题。研究与制定更优秀合理的试验标准。

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