低煙無鹵電(光)纜煙密度試驗的考核指標與測試方法

劉 寧， 龔國祥

(國家電線電纜質量監督檢驗中心，上海200093)

0 引言

煙密度的測定是評定電纜或光纜燃燒特性的一個重要方面，因為它關系到人員的疏散和能否近距離滅火。根據消防部門的統計，在火災中約有80%的死亡是由于火災中產生的有害氣體毒死、被彌漫的煙氣窒息或因看不見路徑而無法逃生。因此，測定電纜或光纜在特定條件下燃燒時產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，國內外線纜行業較多使用的標準是“IEC 61034:2005電纜或光纜在特定條件下燃燒的煙密度測定”。我國的線纜煙密度試驗方法標準是GB/T 17651—1998，等同于IEC 61034:1997。煙密度試驗的考核指標透光率，如在產品標準中未有規定時，則以IEC 61034標準中的60%作為標準值。

1 煙密度試驗的現狀及存在的問題

眾所周知，IEC 61034標準在確定試驗所需試樣根數時，是由試樣外徑確定的。根據近幾年我中心檢測過的幾千根樣品的試驗結果進行分析統計，以60%為標準值考核，目前國內煙密度試驗不合格率與試樣外徑的關系大致如圖1所示。

圖1 煙密度試驗不合格率的統計

從圖1可以看出，試驗結果的不合格率與試樣外徑成正比關系，但在外徑為 5、10、20、40 mm處各有一個跳躍，以40 mm處最為突出，究其原因可以從以下兩點分析:

(1)IEC 61034在確定試樣根數時，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。試樣根數從 1 ～105 根不等，可以發現在 5、10、20、40 mm處出現因試驗方法的原因造成的試樣根數的跳躍。這種跳躍對于大截面試樣的影響尤其明顯，如40 mm這個點，40+的試樣根數為1根，而40及40－的試樣根數為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于80 mm的試樣，因此，燃燒1根和2根的試驗結果相差很大，通常2根40及40－的試驗結果往往是不合格。

(2)IEC 61034規定:試樣外徑在40 mm以上的，試樣根數均為1根。雖然在最新的IEC 61034:2005中還特別提到:對于外徑大于80 mm的大截面試樣增加了測量值的修訂方法，即:試驗結果=測量值×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等。試樣外徑越大，參加燃燒的可燃物就越多，試樣的發煙量就越大，試驗結果就更難合格。

因此，對于上述兩種情況，IEC 61034標準中僅僅規定單一試驗考核指標而與試樣外徑大小無關的現象，成了行業內外關注的焦點。

另外，低煙無鹵電纜在使用過一段時間后，其透光率性能指標是否會受到影響，將在以下的試驗研究章節中舉例論證。

2 試驗研究

2.1 試驗之一

試驗目的:為進一步驗證試樣直徑為40 mm這個跳躍點對煙密度試驗結果的影響，以一組相同絕緣、填充和護套生產的船用低煙無鹵電纜進行試驗。試驗相關數據、結果見表1。

表1 船用低煙無鹵試樣的煙密度試驗數據

試驗說明:

(1)1#、2#試樣按 IEC 61034標準應分別選取1、2根樣品做試驗，該類試驗在此稱為基礎試驗。

(2)因2#試樣外徑恰處于上述的40 mm這個跳躍點，為了直觀地表達跳躍點對試驗結果的影響，增加一項試樣為1根時的對比試驗以便比較。

(3)因1#、2#試樣規格一樣、型號相似，但在結構上1#試樣僅比2#試樣多了一層內護套，因此增加一項對比試驗，以便分析1#、2#試樣都選用2根試樣試驗時結果有何差別。

通過對燃燒現象的研究發現，煙密度試驗中試樣的有焰燃燒方式與試樣位于酒精盤上方的寬度關系密切。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系到參與燃燒的可燃物的量的多少。

試驗分析:

(1)基礎試驗中(圖2與圖4)，2#試樣因外徑略小于40 mm，試樣根數需要2根，相對于試樣根數為1根的1#試樣，在燃燒時火焰蔓延方向及有焰、無焰參與燃燒的可燃物的量均不同，造成了試驗燃燒曲線的不相似及試驗結果的極大差異。

(2)2#試樣基礎試驗的試驗結果與1#試樣基礎試驗、2#試樣對比試驗的試驗結果比較，形成了很明顯的跳躍。

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

(4)從表1可以看出，1#、2#試樣的基礎試驗及對比試驗在燃燒過程中有焰、無焰燃燒階段的發煙量基本成正比的關系。

圖2 1#試樣煙密度基礎試驗

圖3 1#試樣煙密度對比試驗

試驗結論:

(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致的燃燒方式不同，致使該試驗方法無法確保不同外徑的試樣具有一致的燃燒試驗條件。

(2)1#試樣內護套的作用使得試樣在無焰燃燒階段時，金屬編織層直接在內護套上烘烤;而2#試樣在無焰燃燒階段時，金屬編織層直接在易發煙的填充物上烘烤。可見，1#試樣的內護套雖然在有焰燃燒階段對試樣的發煙量有較大影響，但在無焰燃燒階段對試樣的內部絕緣及填充結構還是有較好的保護作用。

圖4 2#試樣煙密度基礎試驗

圖5 2#試樣煙密度對比試驗

2.2 試驗之二

試驗目的:驗證低煙無鹵電纜吸潮后對線纜透光率性能指標的影響。

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

圖6 未浸水處理的3#試樣煙密度試驗

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。

試樣結果:透光率為61%。試驗曲線如圖7所示。

圖7 經浸水處理后3#試樣的煙密度試驗

試驗結論:低煙無鹵電纜在進行過吸水性試驗及條件化處理后，其透光率性能指標基本無變化。由此可推斷，使用過的及浸過水的低煙無鹵電纜，透光率性能指標無變化。

3 結束語

通過上面的一系列試驗，可以得到如下幾點結論和建議:

(1)生產企業在設計低煙電纜結構時，應預先估算電纜的成品外徑。如計算值恰遇煙密度試驗中的跳躍點外徑值時，應再適當的調整電纜結構，最好是使得計算值落在跳躍點的右側。這一點對于計算值在40 mm左右的低煙電纜尤其重要。

(2)低煙電纜在結構的設計上應更加謹慎，盡量避免如2#試樣這類結構造成的金屬編織層直接對填充物的烘烤。對于低煙電纜，應注重輔助材料發煙量的考核，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，根據大量的試驗結果，建議IEC標準委員會對最小透光率60%進行修正。例如:透光率60%對應于某一試樣外徑值，當被測試樣外徑小于該值時，乘以一個與被試樣品外徑有關的大于1的系數;當被測試樣外徑大于該值時，乘以一個與被試樣品外徑有關的小于1的系數。

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