阻燃型電線電纜燃燒性能及其檢測探討

聊城市產品質量監督檢驗所 范海峰 岳遠望 王程鵬

電線電纜檢測包含多種性能，燃燒性能是其中較為重要的一個，確保電線電纜具有良好的燃燒性能，可在惡劣環境內發揮出對打的作用。對于傳統電線電纜來說，僅注重傳輸性能，而忽略了阻燃性能，存在大量可燃性成分，缺乏合理的隔離措施，導致線纜的燃燒性能較低，當外界環境高溫并出現明火后，容易發生燃燒問題，不符合相關規定的要求。針對這一情況，現代電力領域逐漸開發出燃燒性能良好的阻燃電線電纜，以此更好地對電力系統進行檢測。基于此，本文以阻燃型電線電纜燃燒性能及其檢測為題進行了研究，以進一步判斷阻燃型電線電纜燃燒性質的好壞。

1 阻燃型電線電纜的燃燒性能概述

1.1 阻燃性能

燃燒性能由多個部分組成，阻燃性能是其中較為關鍵的一個，指的是材料被點燃后，自身能夠對火焰進行抵抗能力的強弱。阻燃能力的提升，主要是通過不同措施實現的，其中常見的有三種方法，分別為：一是氣相阻燃處理。即在電纜材料內，加入適量的氣相阻燃劑，如含鹵阻燃劑等，在高溫條件下，可將其分解成多種不同的阻燃物質，在這些阻燃物質的作用下，使電纜達到阻燃的目的。二是凝聚相阻燃處理。確保線纜材料保持固相的同時，控制熱分解反應的出現，以降低可燃氣體的生成量，從而達到阻燃的目的，如可以在線纜內加入適量的磷化物等。三是斷熱交換處理。即在線纜內產生熱量后，及時將一部分熱量排出，使線纜內的溫度保持在相對較低的水平，從而達到阻燃的目的[1]。

1.2 耐火性能

耐火性是材料燃燒性能的重要指標之一，指的是在明火燃燒作用下，線纜材料依然能夠保持良好的能力。隨著現代電力系統覆蓋規模的不斷擴大，社會各界均對電力電纜提出了更高的要求，特別是在一些重要區域更是如此，需要保證電纜周圍出現火災后，在一段時間當中，電線電纜不會隨之而燃燒，依然可以安全、穩定地對電能進行傳輸，以此向用戶提供良好的用電服務。

相對于一般電纜來說，耐火電纜的最大區別為：在線芯與外套之間，構建了一層耐火層，當線纜周圍出現火災，外套被燒毀后，耐火層繼續阻隔一段時間，當阻隔層被燒壞后，才可使線芯燃燒。現代電力電纜領域耐火層材料較多，如白云母帶、氟金合成云母帶等，每種材料的耐火性質存在一定差異，需要根據實際情況而選擇。對于云母帶來說，主要耐火成分為云母紙，但其強度較弱，若直接應用，容易受到外力而損壞，因而在使用時，以粘合劑為材料，將其與玻璃絲布粘到一起，在提升材料整體耐火性的同時，防止材料受到外力而損壞[2]。

1.3 低煙性能

電線電纜燃燒后，將會產生大量煙氣，從而引發多種危害，如遮擋人員視線，使火災現場人員無法第一時間發現逃生通道；煙氣中含有大量的有毒物質，會導致人們中毒暈厥，對人們的生命健康造成危害，不利于消防救火工作的進行等。所以，現代電力電纜生產制作時，逐漸對線纜的低煙性能產生了高度重視，利用加入適量助劑的方式，以提升線纜的低煙性能，如Al（OH）3與Mg（OH）2等。

通過這些助劑的使用，一方面可減少線纜燃燒時產生的煙霧量，另一方面，還可賦予線纜更強的阻燃性，因而在現代社會中應用得較為廣泛。此外，近年來隨著現代電力領域的快速發展，逐漸研發出了更多新型的低煙助劑，如鉬化物、鋅化物等，這些新型材料的出現，將會進一步提升線纜的低煙性能[3]。

2 阻燃型電線電纜基本結構

現代電力領域內，通常存在兩種類型的阻燃電線電纜，一種為0.6/1.0kV 隔離型阻燃電纜，其結構如圖1所示；另一種為中壓（標準電壓在6～35kV 范圍內）隔離型阻燃電纜，其結構如圖2所示。通過對上述兩種隔離電纜與傳統阻燃電纜進行觀察能夠發現，主要區別體現在兩個方面，首先在線芯的外部，添加了隔離填充材料，其次在填充材料與護套之間，安裝了一層隔離層，隔離材料通常為Al（OH）3與Mg（OH）2，這兩種材料均具有良好的阻燃功能，將兩種材料應用于電線電纜當中之后，即可有效提升電纜的燃燒性能。

圖1 0.6/1.0kV 隔離型阻燃電纜內部截面圖

圖2 中壓隔離型阻燃電纜內部截面圖

3 阻燃型電線電纜阻燃機理

3.1 傳統阻燃電纜

之前，電力領域為了防止電纜出現燃燒問題，已經研制出了一些阻燃電纜，這些阻燃電纜的應用在一定程度上提升了電力系統的安全性。對于這類阻燃電纜來說，主要是在外部護套制造時，在PVC等常規絕緣材料當中加入適量的阻燃劑，以提升外部護套的阻燃性，使電纜處于明火環境條件時，可自動阻隔明火的燃燒，從而達到阻燃的目的。護套阻燃劑加入量的多少，不僅影響到護套的阻燃性，而且還與護套電性能、機械性能等有關，阻燃劑加入量越高，護套的兩種性能越低，因而會對阻燃電纜的使用造成一定干擾。此外，需要注意的是，在無鹵護套當中，若添加一定含量的Al（OH）3與Mg（OH）2后，也會使其機械性能明顯減弱[4]。

3.2 隔離型阻燃電纜

由上述基本結構介紹可知，在隔離型阻燃電纜當中，主要是在線芯與外套之間加入了多種阻燃材料，電纜外部出現明火之后，將會使電纜溫度越來越高，當溫度達到一定水平后，阻燃材料將出現分解反應，其中Al（OH）3的分解溫度在230℃左右，Mg（OH）2的分解溫度在340℃左右。在兩種阻燃成分受熱分解時，一方面分解反應需要較多熱量的支持，因而會快速吸收周圍產生的熱能。

另一方面，分解后將會產生大量的水分，水分在汽化過程中，也會從周圍吸收一定的熱量，從而使電纜周圍溫度明顯下降，避免高溫導致外套燃燒。此外，兩種材料受熱分解后，還會形成氧化混合物：Al2O3與MgO，這些物質會附著在線芯的外表。因Al2O3與MgO 的易燃性低，不會受到高溫而燃燒，也會對明火與內部芯材進行阻隔，從而達到阻燃的目的。

4 阻燃型電線電纜的燃燒性能檢測

4.1 檢測方法

近年來，隨著國家對用電安全重視程度的不斷提升，使得相關部門對防火建材產生了高度重視，制定并頒發了一些與此相關的法律法規，以此為提升用電安全性提供支持。其中，在電纜燃燒性能檢測方面，主要有《電纜或光纜在或條件下火焰蔓延、熱釋放與產煙特性的試驗方法》（GB/T 31248-2014）與《電纜及光纜燃燒性能分級》（GB/31247-2014）等，電線電纜使用之前，均要按照這些規定的要求對電纜性能予以檢測，以此判斷電線電纜的性能是否符合規定要求，以防止違規電纜應用到實際當中。

在GB/31247-2014當中，明確介紹了電纜燃燒性能的具體要求，見表1[5]。對電線電纜檢測時，一方面應根據相關規定要求，進行煙密度（It）與單根垂直燃燒（H）試驗，另一方面，還應檢測火焰蔓延（FS）、熱釋放速率峰值（HRR 峰值）、受火1200s 內的熱釋放總量（THR1200）、燃燒增長速率指數（FIGRA）、產煙速率峰值（SPR 峰值）、受火1200s 內的產煙總量（TSP1200）等指標。

表1 燃燒等級劃分表

為進一步了解阻燃型電線電纜燃燒性能的好壞，本研究當中，選擇了三種不同類型的電纜作為研究對象，分別為：無鹵的阻燃A 類電纜（P）、含鹵的普通阻燃電纜（Q）以及無鹵的隔離型阻燃電纜（R），并按照GB/T 31247-2014中介紹的B1接檢測方法，對三種電纜的燃燒性能予以檢測：以功率為20.5kW 的噴燈為工具，持續對電纜進行拱火，一段時間后，檢測每種電纜的各種燃燒性能指標，結果見表1和表2。

表2 三種電纜燃燒性能檢測結果

4.2 檢測結果分析

通過對上述檢測結果的整理與分析后可知：一是在R（隔離型阻燃電纜）方面，能夠達到B1級檢測的要求。該類型內部，由于使用了Al（OH）3與Mg（OH）2等阻隔材料，因而FS、FIGRA、SPR峰值、TSP1200等指標均明顯低于最低限值；在HRR 峰值與THR1200方面，雖然較為接近最高限值，但依然處于最高限值以下。由此表明，隔離型阻燃電纜具有較好的燃燒性，在高溫、明火環境下，可有效防止電纜發生燃燒的問題。

二是對于P（A 類電纜）方來說，雖然符合相關規定中A 類標準的要求，但在電纜的內部，并沒有進行阻燃隔離處理，在高溫、明火環境下，即便電纜出現的煙量較少，產煙速率相對較低，但將會釋放出大量的熱量，遠遠高于GB 31247-2014中的規定要求。由此表明，該類型電纜依然具有較高的燃燒安全隱患。

三是對于Q（普通阻燃電纜）來說，完全不符合B1級檢測要求，在高溫、明火環境下，將會產生大量的煙霧，且產煙速率快，燃燒較短時間后，即可在試驗箱中觀察到大量黑煙。由此表明，相對于前兩種類型電纜類型來說，這類電纜燃燒性能最差，一般只能應用到對燃燒性能較低的地方。

4.3 綜合分析

綜合對上述三種類型的電纜進行分析后可發現，由于電纜內部結構、使用材料等方式存在明顯差異，使得各種電纜的燃燒性能具有較大的差異。其中，隔離阻燃電纜的性能最好，滿足GB/T 31248-2014中的B1級要求，可將其大規模推廣到現代電力領域建設當中；其次為阻燃A 類電纜，其并未進行阻燃隔離處理，因而在FS、HRR 峰值、THR1200、SPR 峰值、TSP1200、FIGRA 等方面均高于B1級要求，但出煙量較小，可根據實際需求而應用到不同場所。最次的為普通阻燃電纜，若燃燒時間較長、溫度較高，容易導致電纜的阻燃性完全喪失，使線芯燃燒，從而影響整個電力系統安全、穩定運行。

通過上述分析可知，相對于傳統阻燃電纜來說，隔離型阻燃電纜具有更加良好的燃燒性能，產生的煙氣量更大；火焰蔓延速率更低；熱釋放速率更小；在1200s 內，產生的熱量總數越少；燃燒增長速率指數更低等。所以，我國電力系統建設時，應加強對隔離型阻燃電線電纜的應用，以提升整個電力系統的安全性，確保電力系統周圍出現火災隱患后，可有效對火災進行阻隔，避免整個電纜出現燃燒等問題，防止火災問題進一步擴大。