電線電纜燃燒性能常用標(biāo)準(zhǔn)的差異化分析和應(yīng)用研究

吳懷喜 但丹 韓英健 趙玲艷 賀艷萍 張樂

摘 要：本文在介紹電線電纜燃燒性能基礎(chǔ)上，通過對比解讀GB/T 19666-2019《阻燃和耐火電線電纜或光纜通則》等標(biāo)準(zhǔn)，分析了各標(biāo)準(zhǔn)的制定目的、等級劃分和技術(shù)要求等方面的差異和各自所側(cè)重的衡量指標(biāo)，并結(jié)合案例，探討增加諸如燃燒性能等條件后，在工藝設(shè)計、生產(chǎn)、標(biāo)準(zhǔn)制定等方面的實踐應(yīng)用研究，旨在推動電線電纜相關(guān)企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化工作。

關(guān)鍵詞：電線電纜，燃燒性能，阻燃，耐火，標(biāo)準(zhǔn)化

DOI編碼：10.3969/j.issn.1674-5698.2023.04.016

1 引 言

隨著近年我國經(jīng)濟快速的發(fā)展，電氣火災(zāi)呈現(xiàn)高發(fā)趨勢，鑒于電線電纜火災(zāi)的危險性，國家制定了電線電纜燃燒性能的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。電線電纜方面的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)均有各自詳細的規(guī)定，但由于制定目的不同、適用領(lǐng)域的差異，對于電線電纜同一類性能的規(guī)定不盡相同，例如：燃燒性能。這些專業(yè)且差異化的標(biāo)準(zhǔn)對于從業(yè)者而言至關(guān)重要，但要完全理解各標(biāo)準(zhǔn)對同一類性能和而不同的規(guī)定，并能根據(jù)這些規(guī)定在企業(yè)內(nèi)部進行科學(xué)合理地安排并形成標(biāo)準(zhǔn)化，需要從業(yè)者對標(biāo)準(zhǔn)進行深入而細致地解讀，甚至需要大量的試驗驗證工作。本文通過對GB/T 19666-2019《阻燃和耐火電線電纜或光纜通則》、GB 31247-2014《電纜及光纜燃燒性能分級》、GA 306.1-2001《阻燃及耐火電纜塑料絕緣阻燃及耐火電纜分級和要求 第1部分 阻燃電纜》、GA 306.2-20 01《阻燃及耐火電纜 塑料絕緣阻燃及耐火電纜分級和要求 第2部分 耐火電纜》4項不同層級的常用標(biāo)準(zhǔn)進行比較性解讀研究和差異化分析，梳理各標(biāo)準(zhǔn)對電線電纜燃燒性能規(guī)定的差異點，即側(cè)重點，并從企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化工作的角度進行審視，探討對這些差異點進行歸統(tǒng)安排，方便企業(yè)合理利用標(biāo)準(zhǔn)，增強企業(yè)技術(shù)實力。

2 電線電纜的燃燒性能

電線電纜的燃燒性能，就是指在電線電纜火災(zāi)事故發(fā)生時，能夠阻滯、推遲火焰沿著電線電纜擴散和延伸，盡量減少電線電纜火災(zāi)范圍擴展的能力。ISO 13943：2017對燃燒性能的定義是試樣在規(guī)定條件下燃燒時對火的反應(yīng)或耐火性的反應(yīng)[1]。電線電纜的燃燒性能不同于導(dǎo)體直流電阻、傳輸速率等用途性性能，是指在規(guī)定條件下電線電纜被燃燒時所表現(xiàn)出來的附加性性能，如：延緩火焰蔓延的阻燃性、保護線路運行的耐火性、釋出有害氣體的鹵素含量多少、產(chǎn)生有害煙霧的煙密度大小以及煙氣的毒性程度等，在實際使用場景中，通常有限定值的要求。

由于電線電纜廣泛運用于軌道交通、機械裝備、建筑樓宇中，其燃燒性能的優(yōu)劣，直接關(guān)系到社會財產(chǎn)安全和人民群眾的生命健康安全。因此，各種電線電纜標(biāo)準(zhǔn)對燃燒性能均有相應(yīng)的規(guī)定，但各自側(cè)重不同。

3 標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容的差異化分析

3.1 標(biāo)準(zhǔn)制定的目的

通過查閱GB/T 19666《阻燃和耐火電線電纜或光纜通則》等4項標(biāo)準(zhǔn)的首次發(fā)布版本[2- 4]，可了解到標(biāo)準(zhǔn)制定的目的等相關(guān)情況（詳見表1）。

由表1可知，公安部及消防局作為提出單位的GB31247和GA 306制定的目的側(cè)重于消防安全方面，標(biāo)準(zhǔn)性質(zhì)均為部分強制，而中國電器工業(yè)協(xié)會作為提出單位的GB/T 19666制定的目的則是統(tǒng)一國內(nèi)生產(chǎn)和使用，適應(yīng)國際貿(mào)易和技術(shù)交流，標(biāo)準(zhǔn)性質(zhì)為推薦性。同時，GB/T 19666和GA 306還對電線電纜除燃燒性能以外的其他性能做出了說明或規(guī)定。通過這些信息，可以更真實地還原標(biāo)準(zhǔn)制定的過程，更深入地理解標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)條款。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)對燃燒性能的規(guī)定

（1）燃燒性能的分類、代號和分級

經(jīng)對上述標(biāo)準(zhǔn)的最新版標(biāo)準(zhǔn)進行查閱[5-7]，新版本對燃燒性能的分類、代號、分級等方面有詳細而明確的規(guī)定，但表述各異（詳見表2）。

表2從阻燃和耐火兩方面將各標(biāo)準(zhǔn)對燃燒性能的分類進行了梳理。阻燃是指試樣在規(guī)定條件下被燃燒，在撤去火源后火焰在試樣上的蔓延僅在限定范圍內(nèi)，具有阻止或延緩火焰發(fā)生或蔓延能力的特性。耐火是指試樣在規(guī)定火源和時間下被燃燒時能持續(xù)地在指定條件下運行的特性[5]。可以理解為，阻燃針對的是火焰燃燒和蔓延的炭化長度，而耐火針對的是被燃燒時線路能否運行（傳輸電能或信號）。阻燃性能方面，GB 31247和GA 306.1在類別上進行了進一步細化，如GB 31247對B1、B2級要求增加3個方面的附加信息、GA 306.1對每一類別再分為4個級別，共計12個小級別。

耐火性能方面，GB/T 19666按供火以及是否有機械沖擊、噴水進行分類，而GA 306.2按不同供火溫度等試驗條件分類。這為火災(zāi)發(fā)生時產(chǎn)生不同反應(yīng)的實際使用場景的選型提供了方案。

（2）燃燒性能的技術(shù)要求

由于GB 31247未涉及耐火性能，本節(jié)僅對標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)阻燃等其他性能的技術(shù)要求進行對比，詳見表3。

從表3對比分析可看出，各標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求差異在于以下3個方面。

1）對試驗過程性指標(biāo)和結(jié)果性指標(biāo)選取不同

GB/T 19666和GA 306.1對技術(shù)要求的項目大致相同且側(cè)重于結(jié)果性指標(biāo)，即燃燒試驗結(jié)束后所測量的指標(biāo)數(shù)據(jù)，如：炭化高度、pH值、電導(dǎo)率、煙密度等，而GB 31247不僅關(guān)注炭化高度等結(jié)果性指標(biāo)，還關(guān)注、選取了過程性指標(biāo)，如：熱釋放速率峰值、產(chǎn)煙速率峰值、燃燒增長速率指數(shù)等試驗過程中獲取的指標(biāo)參數(shù)，是理論性地對火災(zāi)過程中危害程度的限定。

2）技術(shù)指標(biāo)要求不同

在阻燃性能方面，GB/T 19666和GB 31247對單根和成束阻燃都做了規(guī)定，而且GB 31247不僅規(guī)定了B1級和B2級成束阻燃的火焰蔓延長度，還增加了滴落物、熱釋放總量、產(chǎn)煙總量、熱釋放和產(chǎn)煙速率峰值等量化指標(biāo)，對燃燒的衡量指標(biāo)更加細化。

在無鹵性能方面，GB 312 47附加信息a1級的電導(dǎo)率要求更高；在低煙性能方面，GB 312 47和GA306.1對煙密度的要求范圍更廣，適用場景更多。在低毒性能方面，GB 31247和GA306.1都有明確的等級范圍，而GB/T 19666提供了推薦的毒性指數(shù)。

3）技術(shù)要求與真實燃燒場景的貼合度不同

正是由于GB 312 47標(biāo)準(zhǔn)中對過程性指標(biāo)的引入，描述真實火災(zāi)發(fā)生過程、燃燒荷載、火災(zāi)規(guī)模等特性的定量化燃燒特性被大量采用[8]，如：產(chǎn)熱速率峰值、產(chǎn)煙速率峰值及燃燒增長速率指數(shù)，這些不僅關(guān)系到最終的產(chǎn)熱總量和產(chǎn)煙總量，更涉及到短時間內(nèi)的危害程度以及贏得救援時間的有效性問題，其對電線電纜的真實燃燒場景的模擬與處置預(yù)判更加貼合現(xiàn)實。

4 標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用研究

4.1 對標(biāo)準(zhǔn)的思考

經(jīng)過對常用標(biāo)準(zhǔn)的差異化分析后發(fā)現(xiàn)，上述4項標(biāo)準(zhǔn)對燃燒性能進行了分級，但并未規(guī)定對應(yīng)的使用場景，而與上述標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)亦是如此。GB 50 217-2018《電力工程電纜設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，采用符合GA 306.1和GA 306.2要求的適合的阻燃等級和耐火電纜[9]，而 GB 8624-2012《建筑材料及制品燃燒性能分級》也只對燃燒性能分級為A、B1、B2和B3[10]，并沒有詳細地規(guī)定或推薦何種使用場景使用A級、何種使用場景使用B1級等材料及制品。從目前工程建設(shè)的現(xiàn)狀來看，使用的材料應(yīng)達到何種級別的決策權(quán)更多在設(shè)計單位，而要求設(shè)計單位全面、專業(yè)地掌握燃燒性能級別之間的差異以及適用場景是相當(dāng)困難的。

對此，筆者建議采用以下兩種方式解決上述問題：（1）從國家標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)化層面建立標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系網(wǎng)，促進相關(guān)聯(lián)的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之間的工作對接、內(nèi)容關(guān)聯(lián)，加強制修訂工作協(xié)同一致的管理，解決標(biāo)準(zhǔn)之間的銜接問題，形成閉環(huán)管理，使標(biāo)準(zhǔn)之間形成或指導(dǎo)或支撐或補充的關(guān)系網(wǎng)，方便指導(dǎo)從業(yè)者合理使用標(biāo)準(zhǔn)；（2）加強引導(dǎo)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、團體標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，使其積極主動發(fā)揮國家標(biāo)準(zhǔn)的補充、增強作用，成為對行業(yè)從業(yè)人員培訓(xùn)、引導(dǎo)市場選型的大平臺。

4.2 選擇性利用標(biāo)準(zhǔn)

標(biāo)準(zhǔn)對性能指標(biāo)分級以區(qū)分性能優(yōu)劣，但分級過多，整體適用性降低，選擇性地利用標(biāo)準(zhǔn)是一種更適宜的方式。

從市場選擇來看，GB/T 19666中成束燃燒阻燃D級的產(chǎn)品使用率極低，無論是招標(biāo)技術(shù)要求，還是采購方的質(zhì)量要求，基本要求都是阻燃C級，而GB 31247中B3類的產(chǎn)品、GA 306中阻燃Ⅲ級、Ⅳ級的產(chǎn)品，市場使用率更低。

從材料廠家的開發(fā)成本差異來看，成束燃燒阻燃D級材料的成本并沒有比阻燃C級明顯降低，結(jié)合使用量少、倉儲管理成本等因素，幾乎無開發(fā)和量產(chǎn)的必要性，而GA 306中多達12個級別，各級別材料的成本差異更小，開發(fā)如此繁多的品種并不經(jīng)濟，現(xiàn)實的供需業(yè)務(wù)常用做法是以高級別材料代替低級別材料。

綜上，無論從市場選擇、材料廠家開發(fā)的角度，多種分級對于電線電纜制造廠家來說，選擇性開發(fā)相應(yīng)燃燒性能級別的產(chǎn)品，如：市場接受度高的成束燃燒阻燃C類、B1級和阻燃Ⅰ級、Ⅱ級的產(chǎn)品，是一種更適宜的方式。

4.3 差異化的設(shè)計思維

對于燃燒性能類產(chǎn)品，即便是同一類別的產(chǎn)品，也存在一定的差異，在設(shè)計時也要應(yīng)用差異化的設(shè)計思維。

（1）成束燃燒阻燃A類的產(chǎn)品，通常采用低煙無鹵阻燃聚烯烴材料，需要氧指數(shù)達到32以上，但固定布線用單芯類，尤其是小截面規(guī)格，燃燒不容易通過，因此小截面規(guī)格要使用氧指數(shù)35甚至更高的材料。

（2）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不同時，加工方式的變化也會影響絕緣的機械性能，如增加云母帶耐火層，擠出方式采用擠管式后，無鹵類材料的伸長率測試值可能會降低，需要使用機械物理性能更高的原材料。

（3）對于B1級產(chǎn)品的設(shè)計，有屏蔽結(jié)構(gòu)的可降低隔氧層的厚度甚至取消隔氧層，因為屏蔽層已起到一定的隔絕作用。

4.4 歸一而統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化

以滿足燃燒性能為例，產(chǎn)品的材料和結(jié)構(gòu)都會與常規(guī)產(chǎn)品存在差異，即現(xiàn)有的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)已不再適用于新產(chǎn)品，如：GB / T 5 0 2 3 -2 0 0 8《額定電壓450/750V及以下聚氯乙烯絕緣電纜》第3部分和第5部分中60227 IEC 01（BV）型、60227 IEC 53（RVV）型號的產(chǎn)品，增加燃燒B1級性能和耐火性能，便需要將原來的絕緣和護套材料由聚氯乙烯材質(zhì)改成無鹵低煙阻燃聚烯烴材質(zhì)，結(jié)構(gòu)中也需要增加耐火層，而新產(chǎn)品便不再適合用GB/ T 5023作為執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。

行業(yè)內(nèi)有采用兩種標(biāo)準(zhǔn)并用的簡單方式，即同時采用GB/T 5023和GB 31247，此種方式是不合適的，因為GB/T 5023中規(guī)定了聚氯乙烯材質(zhì)的機械性能、絕緣電阻等，并未對無鹵低煙阻燃聚烯烴材質(zhì)的性能做出相應(yīng)規(guī)定，GB 31247也未規(guī)定，而這些性能對新產(chǎn)品來說又是必不可少的。

以60227 IEC 01（BV）型產(chǎn)品滿足上述性能要求為例，新產(chǎn)品的技術(shù)規(guī)范或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可采取下述方式制定。

（1）原材料的選擇。導(dǎo)體材質(zhì)采用符合GB/ T3956第1種或第2種導(dǎo)體，絕緣材料采用無鹵低煙阻燃聚烯烴材質(zhì)、耐火材料可選擇云母帶。

（2）結(jié)構(gòu)的設(shè)計。導(dǎo)體和絕緣層之間應(yīng)繞包兩層云母帶；絕緣厚度可沿用原厚度。

（3）性能參數(shù)的設(shè)計。導(dǎo)體電阻符合G B / T3956規(guī)定；絕緣電阻可參考GB/ T 5023.2中的原則計算得出；絕緣的物理機械性能可參考引用G B /T 9330.3-20 08《塑料絕緣控制電纜 第3部分：交聯(lián)聚乙烯絕緣控制電纜》同類材質(zhì)的指標(biāo)或J B/ T10707-2007《熱塑性無鹵低煙阻燃電纜料》；燃燒性能可引用GB 31247標(biāo)準(zhǔn)。

（4）參數(shù)驗證：通過上述性能指標(biāo)采用的試驗方法進行相關(guān)試驗反復(fù)驗證，必要時，可調(diào)整上述材料和結(jié)構(gòu)，直至各指標(biāo)參數(shù)得到試驗驗證。

（5）根據(jù)GB/T 1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則 第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》進行技術(shù)文件和標(biāo)準(zhǔn)的編制。

5 結(jié) 語

在機場、會議中心、展覽中心、劇院、室內(nèi)體育場等人員密集的場所，因過負荷、短路、接觸電阻過大引發(fā)火災(zāi)時，為防止火勢不會順著線纜擴散到其他空間，保證整個建筑環(huán)境的安全是電線電纜最核心要求。如果電線電纜的燃燒性能出現(xiàn)了問題，將會給整個建筑環(huán)境帶來極大的安全隱患。阻止燃燒，就是守護生命。因此本文通過對常用標(biāo)準(zhǔn)的燃燒性能進行差異化分析和應(yīng)用研究，希望電線電纜領(lǐng)域的相關(guān)企業(yè)在制定技術(shù)規(guī)范或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)時，應(yīng)當(dāng)從新產(chǎn)品的材料、結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)的燃燒性能等方面做出全面明確的規(guī)定，為安全可靠使用電線電纜提供科學(xué)依據(jù)。

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