阻燃電纜和耐火電纜全面綜合知識

發布于：2020-10-28　來源：線纜技術　點擊：1400

電纜行業習慣將阻燃（FireRetardant）、無鹵低煙（LowSmokeHalogenFree，LSOH）或低鹵低煙（LowSmokeFume，LSF）、耐火（FireResistant）等具有一定防火性能的電纜統稱為防火電纜。阻燃電纜（FlameRetardant）

阻燃電纜的特點是延緩火焰沿著電纜蔓延使火災不致擴大。由于其成本較低，因此是防火電纜中大量采用的電纜品種。無論是單根線纜還是成束敷設的條件下，電纜被燃燒時能將火焰的蔓延控制在一定范圍內，因此可以避免因電纜著火延燃而造成的重大災害，從而提高電纜線路的防火水平。

無鹵低煙阻燃電纜（LSOH）

無鹵低煙電纜的特點是不僅具有優良的阻燃性能，而且構成低煙無鹵電纜的材料不含鹵素，燃燒時的腐蝕性和毒性較低，產生極少量的煙霧，從而減少了對人體、儀器及設備的損害，有利于發生火災時的及時救援。無鹵低煙阻燃電纜雖然具有優良阻燃性、耐腐蝕性及低煙濃度，但其機械和電氣性能比普通電纜稍差。

低煙阻燃電纜（LSF）

低鹵低煙阻燃電纜的氯化氫釋放量和煙濃度指標介于阻燃電纜與無鹵低煙阻燃電纜之間。低鹵（LowHalogen）電纜的材料中亦會含有鹵素，但含量較低。

這種電纜的特點是不僅具備阻燃性能，而且在燃燒時釋放的煙量較少，氯化氫釋放量較低。這種低鹵低煙阻燃電纜一般以聚氯乙烯（PVC）為基材，再配以高效阻燃劑、HCL吸收劑及抑煙劑加工而成。因此這種阻燃材料顯著改善了普通阻燃聚氯乙烯料的燃燒性能。

耐火電纜（FireResistant）

耐火電纜是在火焰燃燒情況下能保持一定時間的正常運行，可保持線路的完整性（CircuitIntergrity）。耐火阻燃電纜燃燒時產生的酸氣煙霧量少，耐火阻燃性能大大提高，特別是在燃燒時，伴隨著水噴淋和機械打擊震動的情況下，電纜仍可保持線路完整運行。

阻燃電纜標準及等級

電纜涉及火災安全的主要技術指標是CO2電纜的阻燃性、煙霧的密度和氣體的有毒性。美國防火標準較關注前兩個問題，但是歐洲和美國對火災安全有著完全不同的觀點。

美國傳統的概念認為：火災的根源在于一氧化碳（CO）毒氣的產生以及其后的燃燒過程中CO轉化為CO2的熱釋放，因此，控制燃燒過程中的熱釋放量可減少火災的危害。歐洲傳統以來深信：在燃燒中產生的鹵酸（HCL）釋放量、氣體腐蝕性、煙霧濃度及氣體毒性是決定人們能否安全脫離火災現場的主要因素。

IEC阻燃等級

為了評定線纜的阻燃性能優劣，國際電工委員會分別制定了IEC60332-1、IEC60332-2和IEC60332-3三個標準。IEC60332-1和IEC60332-2分別用來評定單根線纜按傾斜和垂直布放時的阻燃能力（國內對應GB12666.3和GB12666.4標準）。IEC60332-3（國內對應GB12666.5-90）用來評定成束線纜垂直燃燒時的阻燃能力，相比之下成束線纜垂直燃燒時在阻燃能力的要求上要高得多。

IEC60332-1/BS4066-1阻燃等級（單根電線或電纜垂直燃燒測試FlameTestOnSingleVerticalInsulatedWires/Cables）

這是單根電纜的阻燃標準。試驗規定，一根60cm長的試樣垂直固定在前壁開通的金屬箱內，火焰長度175mm的丙烷燃燒器從距試樣的上部固定端450mm的位置上火焰錐與電纜以45度角接觸，如果試樣燃燒損壞部分距離固定端下部不超過50mm，測試通過。

IEC60332-3/BS4066-3阻燃等級（成束電線或電纜垂直燃燒測試FlameTestOnBunchedWires/Cables）

這是成束電纜的阻燃標準。試驗規定，成束3.5m長的電纜試樣用鐵絲固定在梯形測試架上，試樣數量按不同分類所要求的非金屬物料決定。試樣垂直掛在燃燒爐背壁上，空氣通過底板上的進氣口引入燃燒爐。

丙烷平面燃燒器以750℃的火焰與試樣接觸，試樣在強制吹風（氣流排放5m3/分鐘，風速0.9m/秒）的情況下，必須在垂直燃燒20分鐘內燃不起來，電纜在火焰蔓延2.5米以內自行熄滅。IEC60332有A類、B類、C類和D類之分，以評定阻燃性能優劣。

UL阻燃標準

UL列明的任何電纜經過測試驗證若符合某種防火等級，可在電纜印上UL識別字、防火等級和批準編號。

增壓級-CMP級（送風燃燒測試/斯泰鈉風道實驗PlenumFlameTest/SteinerTunnelTest）

這是UL防火標準中要求最高的電纜（PlenumCable），適用安全標準為UL910，實驗規定在裝置的水平風道上敷設多條試樣，用87.9KW煤氣本生燈（300，000BTU/Hr）燃燒20分鐘。合格標準為火焰不可延伸到距煤氣本生燈火焰前端5英尺以外。光密度的峰值最大為0.5，平均密度值最大為0.15.

這種CMP電纜通常安裝在通風管道或空氣處理設備使用的空氣回流增壓系統中，被加拿大和美國所認可采用。符合UL910標準的FEP/PLENUM材料，阻燃性能要比符合IEC60332-1及IEC60332-3標準的低煙無鹵材料的阻燃性能好，燃燒起來煙的濃度低

干線級-CMR級（直立燃燒測試RiserFlameTest）

這是UL標準中商用級電纜（RiserCable），適用安全標準為UL1666.實驗規定在模擬直立軸上敷設多條試樣，用規定的154.5KW煤氣本生燈（527，500BTU/Hr）30分鐘。合格標準為火焰不可蔓延到12英尺高的房間的上部。干線級電纜沒有煙霧濃度規范，一般用于樓層垂直和水平布線使用。

商用級-CM級（垂直燃燒測試VertialTrayFlameTest）

這是UL標準中商用級電纜（GeneralPurposeCable），適用安全標準為UL1581.實驗規定在垂直8英尺高的支架上敷設多條試樣，用規定的20KW帶狀噴燈燃燒（70，000BTU/Hr）20分鐘。合格標準為火焰不可蔓延到電纜的上端并自行熄滅。UL1581和IEC60332-3C類似，只是敷設電纜根數不同。商用級電纜沒有煙霧濃度規范，一般僅應用于同一樓層的水平走線，不應用于樓層的垂直布線上。

通用級-CMG級（垂直燃燒測試VertialTrayFlameTest）

這是UL標準中通用級電纜（GeneralPurposeCable），適用安全標準為UL1581.商用級和通用級的測試條件類似，同為加拿大和美國認可使用。通用級電纜沒有煙霧濃度規范，一般僅應用于同一樓層的水平走線，不應用于樓層的垂直布線上。

家居級-CMX級（垂直燃燒測試VertialWireFlameTest）

這是UL標準中家居級電纜（RestrictedCable），適用安全標準為UL1581，VW-1.實驗規定試樣保持垂直，用試驗用的噴燈燃燒（30，000TU/Hr）15秒鐘，然后停止15秒鐘，反復5次。

合格標準為余火焰不可超過60秒鐘，試樣不可燒損25%以上，墊在底部的外科用棉不可被落下物引燃。UL1581-VW-1和IEC60332-1類似，只是燃燒的時間不同。這種等級也沒有煙霧或毒性規范，僅用于敷設單條電纜的家庭或小型辦公室系統中。這類電纜不應成捆敷設使用，必須套管。

煙密度、鹵素含量和毒性等級

IEC60754-1/BS6425-1鹵素氣體含量的測定（EmissionOfHalogens）

這是IEC和BS標準中針對氯化氫（HCL）釋放濃度的規范。鹵素含氟（Florine）、氯（Chlorine）、溴（Bromine）、碘（Iodine）和放射性易揮發的元素砹（Astatine），成分的毒性很高。實驗規定，燃燒爐預熱到800℃時，把一根內置1.0g試樣推入爐內，利用氣流排放速率使HCL溶入水中，再測定水溶液的鹵酸含量。

如果電纜材料燃燒時鹵酸（HCL）釋放量少于5mg/g時，可被稱為無鹵電纜（LSOH），如果鹵酸（HCL）釋放量大于5mg/g時而小于15mg/g時，可被稱為低鹵電纜（LSF）。值得注意的是，IEC60754-1方法不能用來測定HCL含量小于5mg/g的材料，即不能判定是否“無鹵”。需要判定是否完全無鹵可采用IEC60754-2方法來測定。

IEC60754-2氣體酸度測量（Corrosivity）

這是IEC標準中針對燃燒氣體腐蝕性的規范，此測試是量度在燃燒時物料所產生的鹵酸氣體酸度。它通過水溶液的PH值和導電率來測定。實驗規定，燃燒爐預熱到800℃，把一根內置試樣的石英管推入爐內，同時開始記時。

在試樣燃燒的前5分鐘，每隔1分鐘測一次PH值和電傳導性能，接下來的25分鐘每隔5分鐘測一次。一般無鹵電纜材料的PH值會大于4.3，導電率小于10μs；PH值越少，即表示物料的鹵酸氣體酸度越高。值得注意的是，當HCL含量大于2mg/g而小于5mg/g（即符合IEC60754-1的要求時），其水溶液的PH值亦小于4.3，即不符合IEC60754-2的要求。

IEC61034-1/ASTME662煙密度（EmissionofSmoke）

這是IEC和ASTM標準中針對煙密度的規范。實驗由一個3m3的立方體和一個帶光源的光度測量系統組成，矩形曹內裝酒精作為燃燒源。一個功率為10-15m3/分鐘的鼓風機確保煙霧均勻分布在一塊檔風板上防止槽上產生火焰渦流，酒精燃燒時，與光電源相連的記錄儀記下光減弱量。

煙密度是以透光率量度，如果能達到60%光傳輸值（LightTransmittance），該電纜材料就達到低煙標準，透光率越高，物料于燃燒時所釋放的煙霧越少。

ISO4589-2/BS2863氧指數（OxygenIndexLOI）

這是ISO和BS標準中針對氧指數的規范。它是指在室溫下，當空氣的含氧量大于此氧指數時，物料便會馬上燃燒。氧指數值越高則表示物料越阻燃。假若某材料的氧指數為21%，即表示此物料處于正常室溫下亦會自動燃燒，在正常室溫下，空氣的含氧量為21%，一般阻燃電纜的氧指數均大于33%.

ISO4589-3/BS2782.1溫度指數（TemperatureIndexTI）

這是ISO和BS標準中針對溫度指數的規范，材料的氧指數會隨著溫度升高而下降，當氣溫升高而物料的氧指數降至21%時，物料便會自動燃燒，此溫度被稱為溫度指數。

例如，煤于室溫下的氧指數為50%，但當溫度升高至150℃，氧指數會降至21%，此材料亦會馬上燃燒，材料的溫度指數便為150℃。一般阻燃電纜溫度指數均大于250℃。

NES713毒性指數（ToxicityIndex）

這是英國海軍工程NES標準中針對電纜材料燃燒時產生的氣體毒性規范，毒性是指對生物體結構造成破壞或功能紊亂的一種性質，毒性指數是指材料燃燒時所產生的所有氣體的毒性總和表現。

實驗規定，燃燒爐預熱到800℃，電纜材料中含有的有毒物質會被分別燃燒，再利用氣流排放速率收集每種有毒氣體，然后通過化學分析計算每種有毒物質的含量，此指數是以數目表示其毒性。毒性指數越大，此物料所釋放氣體的毒性越高。一般無鹵電纜材料的毒性指數均小于5.

值得注意的是，低煙無鹵材料燃燒時亦會產生有毒的CO，如果材料中含有P、N、S，則生成的有毒氣體更多，因此無鹵電纜不可稱為無毒電纜，應稱為低毒電纜。

CM、CMR和CMP電纜由于需要通過嚴格的UL防火標準，采用的電纜材料多含鹵素，CM和CMR電纜一般以聚氯乙烯（PVC）為基材，而PVC材料含氯；CMP電纜一般以特氟瓏聚四氟乙烯（FEP）為基材，而FEP材料含氟。

此類含鹵線纜產生的氣體毒性均較無鹵電纜大數倍，于火災安全中存著很大的隱患，可能會導致火災現場多數的傷亡人員不是被燒死而是被毒氣窒息而亡。

IEC耐火等級

耐火線纜指在火焰燃燒的情況下能保持一定時間的正常運行，即保持線路的完整性（CircuitIntegrity）。為了評定線纜的阻火性能優劣，國際電工委員會和英國電工委員會分別制定了IEC331和BS6387兩個標準。相比之下BS6387在耐火能力的要求上較IEC331高得多。

IEC60331阻燃等級

IEC60331-1999中，供火溫度要求為750℃/3h級，表示在750℃下施加300伏電壓水平燃燒3小時不擊穿。

BS6387阻燃等級

BS6387要求通過水平燃燒實驗、水噴淋實驗和機械沖擊震動燃燒實驗。水平燃燒實驗為A級650℃/3h、B級750℃/3h、C級950℃/3h和S級950℃/3min.

A級表示在650℃下施加300伏電壓水平燃燒3小時不擊穿；B級表示在750℃下施加300伏電壓水平燃燒3小時不擊穿；C級表示在950℃下施加300伏電壓水平燃燒3小時不擊穿；S級表示在950℃下施加300伏電壓水平燃燒3分鐘不擊穿。

水噴淋燃燒實驗分為W級，表示在施加300伏電壓燃燒15分鐘然后再淋水燃燒15分鐘不擊穿。沖擊震動燃燒實驗分為X級650℃/15min、Y級750℃/15min和Z級950℃/15min、X級表示在650℃下施加300伏電壓一邊燃燒一邊每30秒機械沖擊震動15分鐘不擊穿；Y級表示在750℃下施加300伏電壓一邊燃燒一邊每30秒機械沖擊震動一次15分鐘不擊穿；Z級表示在950℃下施加300伏電壓一邊燃燒一邊每30秒機械沖擊震動一次15分鐘不擊穿。BS6387要求的最高級別型號為CWZ.