電線電纜燃燒性能常用標準的差異化分析和應用研究

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》等標準，分析了各標準的制定目的、等級劃分和技術要求等方面的差異和各自所側重的衡量指標，并結合案例，探討增加諸如燃燒性能等條件后，在工藝設計、生產、標準制定等方面的實踐應用研究，旨在推動電線電纜相關企業的標準化工作。

關鍵詞：電線電纜，燃燒性能，阻燃，耐火，標準化

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

1 引 言

隨著近年我國經濟快速的發展，電氣火災呈現高發趨勢，鑒于電線電纜火災的危險性，國家制定了電線電纜燃燒性能的相關標準。電線電纜方面的國家標準、行業標準均有各自詳細的規定，但由于制定目的不同、適用領域的差異，對于電線電纜同一類性能的規定不盡相同，例如：燃燒性能。這些專業且差異化的標準對于從業者而言至關重要，但要完全理解各標準對同一類性能和而不同的規定，并能根據這些規定在企業內部進行科學合理地安排并形成標準化，需要從業者對標準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準進行比較性解讀研究和差異化分析，梳理各標準對電線電纜燃燒性能規定的差異點，即側重點，并從企業標準化工作的角度進行審視，探討對這些差異點進行歸統安排，方便企業合理利用標準，增強企業技術實力。

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事故發生時，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范圍擴展的能力。ISO 13943：2017對燃燒性能的定義是試樣在規定條件下燃燒時對火的反應或耐火性的反應[1]。電線電纜的燃燒性能不同于導體直流電阻、傳輸速率等用途性性能，是指在規定條件下電線電纜被燃燒時所表現出來的附加性性能，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，其燃燒性能的優劣，直接關系到社會財產安全和人民群眾的生命健康安全。因此，各種電線電纜標準對燃燒性能均有相應的規定，但各自側重不同。

3 標準內容的差異化分析

3.1 標準制定的目的

通過查閱GB/T 19666《阻燃和耐火電線電纜或光纜通則》等4項標準的首次發布版本[2- 4]，可了解到標準制定的目的等相關情況（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制定的目的側重于消防安全方面，標準性質均為部分強制，而中國電器工業協會作為提出單位的GB/T 19666制定的目的則是統一國內生產和使用，適應國際貿易和技術交流，標準性質為推薦性。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定。通過這些信息，可以更真實地還原標準制定的過程，更深入地理解標準的技術條款。

3.2 標準對燃燒性能的規定

（1）燃燒性能的分類、代號和分級

經對上述標準的最新版標準進行查閱[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定，但表述各異（詳見表2）。

表2從阻燃和耐火兩方面將各標準對燃燒性能的分類進行了梳理。阻燃是指試樣在規定條件下被燃燒，在撤去火源后火焰在試樣上的蔓延僅在限定范圍內，具有阻止或延緩火焰發生或蔓延能力的特性。耐火是指試樣在規定火源和時間下被燃燒時能持續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。這為火災發生時產生不同反應的實際使用場景的選型提供了方案。

（2）燃燒性能的技術要求

由于GB 31247未涉及耐火性能，本節僅對標準中有關阻燃等其他性能的技術要求進行對比，詳見表3。

從表3對比分析可看出，各標準的技術要求差異在于以下3個方面。

1）對試驗過程性指標和結果性指標選取不同

GB/T 19666和GA 306.1對技術要求的項目大致相同且側重于結果性指標，即燃燒試驗結束后所測量的指標數據，如：炭化高度、pH值、電導率、煙密度等，而GB 31247不僅關注炭化高度等結果性指標，還關注、選取了過程性指標，如：熱釋放速率峰值、產煙速率峰值、燃燒增長速率指數等試驗過程中獲取的指標參數，是理論性地對火災過程中危害程度的限定。

2）技術指標要求不同

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定，而且GB 31247不僅規定了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、產煙總量、熱釋放和產煙速率峰值等量化指標，對燃燒的衡量指標更加細化。

在無鹵性能方面，GB 312 47附加信息a1級的電導率要求更高；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。

3）技術要求與真實燃燒場景的貼合度不同

正是由于GB 312 47標準中對過程性指標的引入，描述真實火災發生過程、燃燒荷載、火災規模等特性的定量化燃燒特性被大量采用[8]，如：產熱速率峰值、產煙速率峰值及燃燒增長速率指數，這些不僅關系到最終的產熱總量和產煙總量，更涉及到短時間內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判更加貼合現實。

4 標準化應用研究

4.1 對標準的思考

經過對常用標準的差異化分析后發現，上述4項標準對燃燒性能進行了分級，但并未規定對應的使用場景，而與上述標準相關聯的標準亦是如此。GB 50 217-2018《電力工程電纜設計標準》規定，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。從目前工程建設的現狀來看，使用的材料應達到何種級別的決策權更多在設計單位，而要求設計單位全面、專業地掌握燃燒性能級別之間的差異以及適用場景是相當困難的。

對此，筆者建議采用以下兩種方式解決上述問題：（1）從國家標準系統化層面建立標準之間的關系網，促進相關聯的國家標準、行業標準之間的工作對接、內容關聯，加強制修訂工作協同一致的管理，解決標準之間的銜接問題，形成閉環管理，使標準之間形成或指導或支撐或補充的關系網，方便指導從業者合理使用標準；（2）加強引導企業標準、團體標準的發展，使其積極主動發揮國家標準的補充、增強作用，成為對行業從業人員培訓、引導市場選型的大平臺。

4.2 選擇性利用標準

標準對性能指標分級以區分性能優劣，但分級過多，整體適用性降低，選擇性地利用標準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級的產品使用率極低，無論是招標技術要求，還是采購方的質量要求，基本要求都是阻燃C級，而GB 31247中B3類的產品、GA 306中阻燃Ⅲ級、Ⅳ級的產品，市場使用率更低。

從材料廠家的開發成本差異來看，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，結合使用量少、倉儲管理成本等因素，幾乎無開發和量產的必要性，而GA 306中多達12個級別，各級別材料的成本差異更小，開發如此繁多的品種并不經濟，現實的供需業務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、材料廠家開發的角度，多種分級對于電線電纜制造廠家來說，選擇性開發相應燃燒性能級別的產品，如：市場接受度高的成束燃燒阻燃C類、B1級和阻燃Ⅰ級、Ⅱ級的產品，是一種更適宜的方式。

4.3 差異化的設計思維

對于燃燒性能類產品，即便是同一類別的產品，也存在一定的差異，在設計時也要應用差異化的設計思維。

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

（2）產品結構不同時，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級產品的設計，有屏蔽結構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 歸一而統的標準化

以滿足燃燒性能為例，產品的材料和結構都會與常規產品存在差異，即現有的產品標準已不再適用于新產品，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改成無鹵低煙阻燃聚烯烴材質，結構中也需要增加耐火層，而新產品便不再適合用GB/ T 5023作為執行標準。

行業內有采用兩種標準并用的簡單方式，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中規定了聚氯乙烯材質的機械性能、絕緣電阻等，并未對無鹵低煙阻燃聚烯烴材質的性能做出相應規定，GB 31247也未規定，而這些性能對新產品來說又是必不可少的。

以60227 IEC 01（BV）型產品滿足上述性能要求為例，新產品的技術規范或企業標準可采取下述方式制定。

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

（2）結構的設計。導體和絕緣層之間應繞包兩層云母帶；絕緣厚度可沿用原厚度。

（3）性能參數的設計。導體電阻符合G B / T3956規定；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：交聯聚乙烯絕緣控制電纜》同類材質的指標或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標準。

（4）參數驗證：通過上述性能指標采用的試驗方法進行相關試驗反復驗證，必要時，可調整上述材料和結構，直至各指標參數得到試驗驗證。

（5）根據GB/T 1.1-2020《標準化工作導則 第1部分：標準化文件的結構和起草規則》進行技術文件和標準的編制。

5 結 語

在機場、會議中心、展覽中心、劇院、室內體育場等人員密集的場所，因過負荷、短路、接觸電阻過大引發火災時，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了問題，將會給整個建筑環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準的燃燒性能進行差異化分析和應用研究，希望電線電纜領域的相關企業在制定技術規范或企業標準時，應當從新產品的材料、結構以及相應的燃燒性能等方面做出全面明確的規定，為安全可靠使用電線電纜提供科學依據。

參考文獻

ISO 13943：2017 Fire safety-Vocabulary[S]. https：//www.iso.org/obp/ui#iso：std：iso：13943：ed- 3：v1：en，2017/2023-01-28.

GB/T 19666-2005 阻燃和耐火電線電纜通則[S].

GB 31247-2014 電纜及光纜燃燒性能分級[S].

GA 306.1～306.2-2001 阻燃及耐火電纜：塑料絕緣 阻燃及耐火電纜分級和要求[S].

GB/T 19666-2019 阻燃和耐火電線電纜通則[S].

GA 306.1-2007 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[S].

GA 306.2-2007 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[S].

楊亮，趙婧，李瑋瑜. 電線電纜燃燒性能分級體系與試驗研究[J]. 消防科學與技術，2017，36（6）：748～749.

GB 50217-2018 電力工程電纜設計標準[S].

GB 8624-2012 建筑材料及制品燃燒性能分級[S].