低烟无卤电(光)缆烟密度试验的考核指标与测试方法

刘 宁， 龚国祥

(国家电线电缆质量监督检验中心，上海200093)

0 引言

烟密度的测定是评定电缆或光缆燃烧特性的一个重要方面，因为它关系到人员的疏散和能否近距离灭火。根据消防部门的统计，在火灾中约有80%的死亡是由于火灾中产生的有害气体毒死、被弥漫的烟气窒息或因看不见路径而无法逃生。因此，测定电缆或光缆在特定条件下燃烧时产生的最小透光率成为比较或判断电缆或光缆是否符合特定要求的手段。

目前，国内外线缆行业较多使用的标准是“IEC 61034:2005电缆或光缆在特定条件下燃烧的烟密度测定”。我国的线缆烟密度试验方法标准是GB/T 17651—1998，等同于IEC 61034:1997。烟密度试验的考核指标透光率，如在产品标准中未有规定时，则以IEC 61034标准中的60%作为标准值。

1 烟密度试验的现状及存在的问题

众所周知，IEC 61034标准在确定试验所需试样根数时，是由试样外径确定的。根据近几年我中心检测过的几千根样品的试验结果进行分析统计，以60%为标准值考核，目前国内烟密度试验不合格率与试样外径的关系大致如图1所示。

图1 烟密度试验不合格率的统计

从图1可以看出，试验结果的不合格率与试样外径成正比关系，但在外径为 5、10、20、40 mm处各有一个跳跃，以40 mm处最为突出，究其原因可以从以下两点分析:

(1)IEC 61034在确定试样根数时，按试样的成品外径D划分为5大类:分别是140 mm，然后按成品外径不同范围选择试样根数。试样根数从 1 ～105 根不等，可以发现在 5、10、20、40 mm处出现因试验方法的原因造成的试样根数的跳跃。这种跳跃对于大截面试样的影响尤其明显，如40 mm这个点，40+的试样根数为1根，而40及40－的试样根数为2根(注:40+是指试样外径大于40 mm的任意小值，40－、80－是指试样外径小于40 mm、80 mm的任意大值)，2根40及40－的试样宽度就基本相当于80 mm的试样，因此，燃烧1根和2根的试验结果相差很大，通常2根40及40－的试验结果往往是不合格。

(2)IEC 61034规定:试样外径在40 mm以上的，试样根数均为1根。虽然在最新的IEC 61034:2005中还特别提到:对于外径大于80 mm的大截面试样增加了测量值的修订方法，即:试验结果=测量值×80/D(D为电缆成品外径)。但这还意味着40+mm外径的试样与80－mm外径的试样参与燃烧的可燃物的量明显不对等。试样外径越大，参加燃烧的可燃物就越多，试样的发烟量就越大，试验结果就更难合格。

因此，对于上述两种情况，IEC 61034标准中仅仅规定单一试验考核指标而与试样外径大小无关的现象，成了行业内外关注的焦点。

另外，低烟无卤电缆在使用过一段时间后，其透光率性能指标是否会受到影响，将在以下的试验研究章节中举例论证。

2 试验研究

2.1 试验之一

试验目的:为进一步验证试样直径为40 mm这个跳跃点对烟密度试验结果的影响，以一组相同绝缘、填充和护套生产的船用低烟无卤电缆进行试验。试验相关数据、结果见表1。

表1 船用低烟无卤试样的烟密度试验数据

试验说明:

(1)1#、2#试样按 IEC 61034标准应分别选取1、2根样品做试验，该类试验在此称为基础试验。

(2)因2#试样外径恰处于上述的40 mm这个跳跃点，为了直观地表达跳跃点对试验结果的影响，增加一项试样为1根时的对比试验以便比较。

(3)因1#、2#试样规格一样、型号相似，但在结构上1#试样仅比2#试样多了一层内护套，因此增加一项对比试验，以便分析1#、2#试样都选用2根试样试验时结果有何差别。

通过对燃烧现象的研究发现，烟密度试验中试样的有焰燃烧方式与试样位于酒精盘上方的宽度关系密切。参与燃烧的试样宽度与试样的紧密程度决定着火焰的蔓延方式，火焰不同的蔓延方式关系到参与燃烧的可燃物的量的多少。

试验分析:

(1)基础试验中(图2与图4)，2#试样因外径略小于40 mm，试样根数需要2根，相对于试样根数为1根的1#试样，在燃烧时火焰蔓延方向及有焰、无焰参与燃烧的可燃物的量均不同，造成了试验燃烧曲线的不相似及试验结果的极大差异。

(2)2#试样基础试验的试验结果与1#试样基础试验、2#试样对比试验的试验结果比较，形成了很明显的跳跃。

(3)比较图3、图4及相应的有焰、无焰燃烧阶段发烟比率，可得出，虽然二者的最小透光率值基本接近，但两类样品燃烧时发烟的机理并不一样。2#试样在有焰和无焰燃烧阶段发烟量基本持平;而1#试样因含有内外双层护套，故在有焰燃烧阶段发烟量较大，而在无焰燃烧阶段的发烟量比2#试样基础试验中的还少。

(4)从表1可以看出，1#、2#试样的基础试验及对比试验在燃烧过程中有焰、无焰燃烧阶段的发烟量基本成正比的关系。

图2 1#试样烟密度基础试验

图3 1#试样烟密度对比试验

试验结论:

(1)试样在火焰的燃烧过程中，因位于酒精盘上方宽度的不同而导致的燃烧方式不同，致使该试验方法无法确保不同外径的试样具有一致的燃烧试验条件。

(2)1#试样内护套的作用使得试样在无焰燃烧阶段时，金属编织层直接在内护套上烘烤;而2#试样在无焰燃烧阶段时，金属编织层直接在易发烟的填充物上烘烤。可见，1#试样的内护套虽然在有焰燃烧阶段对试样的发烟量有较大影响，但在无焰燃烧阶段对试样的内部绝缘及填充结构还是有较好的保护作用。

图4 2#试样烟密度基础试验

图5 2#试样烟密度对比试验

2.2 试验之二

试验目的:验证低烟无卤电缆吸潮后对线缆透光率性能指标的影响。

试验说明:选取外径为34.0 mm、烟密度试验结果为61%的低烟无卤电缆为3#试样，试验曲线如图6(试验根数 2根)所示。将试样按照 GB/T 12706.1—2008中ST8低烟无卤护套材料吸水试验的条件处理，然后再按正常程序进行烟密度试验。

图6 未浸水处理的3#试样烟密度试验

试样处理:将3#试样浸入70℃水浴中24 h后，再在23℃条件下处理16 h以上。

试样结果:透光率为61%。试验曲线如图7所示。

图7 经浸水处理后3#试样的烟密度试验

试验结论:低烟无卤电缆在进行过吸水性试验及条件化处理后，其透光率性能指标基本无变化。由此可推断，使用过的及浸过水的低烟无卤电缆，透光率性能指标无变化。

3 结束语

通过上面的一系列试验，可以得到如下几点结论和建议:

(1)生产企业在设计低烟电缆结构时，应预先估算电缆的成品外径。如计算值恰遇烟密度试验中的跳跃点外径值时，应再适当的调整电缆结构，最好是使得计算值落在跳跃点的右侧。这一点对于计算值在40 mm左右的低烟电缆尤其重要。

(2)低烟电缆在结构的设计上应更加谨慎，尽量避免如2#试样这类结构造成的金属编织层直接对填充物的烘烤。对于低烟电缆，应注重辅助材料发烟量的考核，尽量选取有低烟性能的辅助材料。

(3)使用过的低烟无卤电缆，其成品电缆的透光率性能几乎无变化。

另外，根据大量的试验结果，建议IEC标准委员会对最小透光率60%进行修正。例如:透光率60%对应于某一试样外径值，当被测试样外径小于该值时，乘以一个与被试样品外径有关的大于1的系数;当被测试样外径大于该值时，乘以一个与被试样品外径有关的小于1的系数。

［1］IEC 61034:2005 电缆或光缆在特定条件下燃烧的烟密度测定［S］.

［2］GB/T 17651—1998 电缆或光缆在特定条件下燃烧的烟密度测定［S］.

［3］GB/T 12706.1—2008 额定电压1 kV(Um=1.2 kV)到35 kV(Um=40.5 kV)挤包绝缘电力电缆及附件 第1部分:额定电压 1 kV(Um=1.2 kV)和 3 kV(Um=3.6 kV)电缆［S］.