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阻燃低烟无卤电线 电缆在建筑工程中的应用
发布时间: 2014/8/2 8:54:26

摘要:通过对阻燃低烟无 卤绝缘电缆及其要达到的IA级阻燃低烟无卤绝 缘电缆辐照交联生产工艺的介绍.提出对一类高层建筑以及重要的公共场所等防火等级高的建筑物,应按JGJ 16—2008《民用建筑电气设 计规范》要求使用低烟无卤辐照交联聚乙烯绝缘电 力电缆。


    JGJ 16—2008《民用建筑电气设 计规范》(以下简称《民规》 )7.4.1条第二款第三项规 定: “对一类高层建筑以及重要的公共场所等防火要求高的建筑物,应采用阻燃低烟无卤交联聚乙烯绝缘电 力电缆、电线或无烟无卤电力电缆、电线。”由于“阻燃低烟无卤交联聚乙烯绝缘”制造需要特殊生产工艺(辐照交联工艺 ).可能增加电缆成 本。许多人认为要求过高,增加了线缆的投资。实际上早在2002年上海市就制定了 DGJ 08—93—2002《民用建筑电线电 缆防火设计规程》,其第5.1.3条规定: “当电线电缆成束 敷设时,应采用阻燃电线电缆”(此条为强条 );第5.1.6条规定: “除直埋敷设的电 缆和穿管敷设的电线电缆外,用于特级、一级场所的电线电缆应采用无卤低烟型.用于二级场所的电线电缆宜采用无卤低烟型” (该场所分级主要参 照GB 50116—98《火灾自动报警系 统设计规范》中火灾自动报警系统保护对象分级的规定)。上海市DGJ 08—93—2002与《民规》的要求 是一致的,只是《民规》的要求更高。

    普通的交联聚乙烯 绝缘材料不含卤素.虽然燃烧时不会产生大量毒气及烟雾.但不具有阻燃性能。要增加阻燃性能.就需添加阻燃剂.目前较常用的是添加有卤阻燃剂(如ZR—YJV型电缆、ZR—BV型电线等),这种电线电缆燃 烧时会产生大量有毒烟雾;而添加其它阻燃剂(如氢氧化物等 ).若采用非辐照的交联工艺.会使电缆的机械及电气性能下降.目前还只有采用辐照交联工艺 才能制造既不产生大量有毒烟雾。又能保证其机械及电气性能的阻燃电力电缆、电线,如阻燃低烟无卤交联聚乙烯绝缘电线电缆。

1 电气火灾
    《中国火灾统计年 鉴》数据显示1993。2007年15年间.全国共发生 火灾152.76万起.其中电气火 灾37.37万起.占火灾总起 数的24.5%。而2008年全国全年共发生 电气火灾4.57万起.更是占到了 火灾总数的30.1%。电气火灾无论 发生起数和直接经济损失都占据了各类火灾之首位。在电气火灾中。因火灾引燃线缆发出的有毒气体导致大量人员伤亡.并阻碍消防人员灭火。因此设计中正确选用电线电
缆,防止电线电缆 的燃烧和降低电线电缆燃烧造成的危害.是非常重要的。
    正是基于有烟有毒 电缆在火灾时引起的危害.《民规》作出了上述“严格”的规定.要求采用阻燃低烟无卤交联聚乙烯绝缘电线电缆。是非常必要的。是否因此就增加了投资呢,还需作具体分析。

2 阻燃电缆的分类
    阻燃电缆的阻燃特 性根据GB/T 19666—2005《阻燃和耐火电线 电缆通则》分为A类、B类、C类、D类.见表1。考核成束电缆的 阻燃性能的试验方法参照GB/T 18380.31.33。36—2008《电缆和光缆在火 焰条件下的燃烧试验第3l,33~36部分》(见表2).带型的丙烷燃气 喷灯的火焰与试样接触,在垂直燃烧40(20)rain后熄灭火焰,试样 中测得的炭化部分应不超过喷灯底边以上 2.5 m。A类、B类、C类和D类分别用以评定阻 燃性能优劣。

表I 现行产品燃烧特性 代号

系列名称代号名称
阻燃系列有卤ZA阻燃A类
ZB阻燃B类
ZC阻燃C类
ZD阻燃D类
无卤低烟WDZ无卤低烟阻燃        
WDZA无卤低烟阻燃         A类
WDZB无卤低烟阻燃         B类
WDZC无卤低烟阻燃         C类
WDZD无卤低烟阻燃         D类
耐火系列有卤N耐火
ZAN阻燃A类耐火
ZBN阻燃B类耐火
ZCN阻燃C类耐火
ZDN阻燃D类耐火
无卤低烟WDZN无卤低烟阻燃         耐火
WDZAN无卤低烟阻燃         A类耐火
WDZBN无卤低烟阻燃         B类耐火
WDZCN无卤低烟阻燃         C类耐火
WDZDN无卤低烟阻燃         D类耐火


注:其他代号在考 虑中。


表2 GB/T 18380.31,33。36—2008试验要求

燃烧试验箱尺寸 (1 000 4-100)mill
(2000 4-100)mm
(40004-100)mm
燃烧前空气流量 (5 0004-5 00)L/rain
燃烧源类型标称纯度为 95%的技术级丙烷
流速(13.5 4-0.5)L/min
热值(73.7 4-1.68)MJ/h
相当于(20.5 4-0.5)kW
试品长度3.5 m
试品总体积中所含 非金属材料A类:7 L/m
B类:3.5I/m
C类:1.5 L/m
D类:0.5 L/m
拱火时间A类:40rain
B类:40min
C类:20min
D类:20rain
结果的判定 试样巾测得的炭化 部分应不
超过喷灯底边以上 2.5m


    公共安全行业标准 GA 306.1—2007《阻燃及耐火电缆 塑料绝缘阻燃及耐火电缆分级和要求第l部分:阻燃电缆》 将阻燃级别分为四级(I。iv),每级按阻燃试样 类别分为A类、B类、C类。见表3。该标准对低烟无 卤阻燃电缆的要求进行了细化.比国家标准GB,T 19666—2005更高、更明确。其 中最小透光率≥80%为I级、≥60%为II级、≥20%为III级、<20%为IV级。I级、II级为低烟无卤型, III级和IV级为非低烟无卤型 。在一类高层建筑以及重要的公共场所等防火要求高的建筑物,应采用IA或IB级低烟无卤阻燃电 缆.其它一般场所可采用IIA或lib级低烟无卤阻燃电缆。目前只有采用辐照交联工艺 的阻燃低烟无卤交联聚乙烯绝缘电缆.可以达到I级。


表3 阻燃级别及技术要 求

阻燃级别技术要求
阻燃特烟气毒性烟密度
(最小透光率)
耐腐蚀性
试验条件炭化高度PH值电导率
I A级满足GB,T 18380.3
中A类规定的要求           
≤2.50m符合GB/T20285ZA2≥80%≥4.3≤10us/mm
I B级满足GB,T 18380.3
中B类规定的要求           
I C级

满足GB,T 18380.3
中C类规定的要求           

ⅡA级满足GB,T 18380.3
中A类规定的要求           
≥60%
ⅡB级满足GB,T 18380.3
中B类规定的要求           
ⅡC级满足GB,T 18380.3
中C类规定的要求           
ⅢA级满足GB,T 18380.3
中A类规定的要求           
符合GB/T20285ZA2≥20%-
ⅢB级

满足GB,T 18380.3
中B类规定的要求           

ⅢC级满足GB,T 18380.3
中C类规定的要求           
ⅣA级满足GB,T 18380.3
中A类规定的要求           
---
ⅣB级满足GB,T 18380.3
中B类规定的要求           
ⅣC级满足GB,T 18380.3
中C类规定的要求           

3 阻燃材料的演变
    上世纪70年代许多国家开始 研制阻燃电线电缆.人们首先想到了用含有卤素的材料来进行阻燃,因为含有卤素的材料具有很好的阻燃性。此类材料分为两种:一种是材料的基体树脂含有卤素,如聚氯乙烯(PVC)、聚四氟乙烯 (PTFE)等;另一种是材料 的基体树脂不含卤素.如聚乙烯(PE)等,添加溴联苯醚 (有卤阻燃)、氯化石醋 (低卤阻燃),但是这些阻燃电 线电缆存在高发烟高毒性的弊端.火灾时会释放出浓重的黑烟和氯化氢(HCI)气体.造成被困人 员看不到疏散路径.吸入有毒气体而窒息.形成二次灾害。上世纪80年代国际上开始研 制低烟无卤阻燃材料.这种材料的优点是低烟、无毒.被明火燃烧时,产生金属氧化物和水蒸气。

4 低烟无卤阻燃聚烯 烃
    低烟无卤阻燃聚烯 烃是以无卤聚烯烃为基体.将被EVA(乙烯一醋酸乙烯酯 共聚物)活化了的大量氢氧 化镁或氢氧化铝捏合在聚乙烯基体中.利用氢氧化物燃烧受热时。分解成金属氧化物和水.实现阻燃的目的。其反应式如下:Mg(OH)2一MgO+H20吸热2A!(OH)3一Al:O 3+3H:0吸热低烟无卤阻燃聚烯 烃是采用吸热和金属氧化物隔氧的方法来阻燃的,其阻燃机理:一是电线电缆燃烧时.表面氢氧化物发生分解反应.该反应是吸热反应.吸收周围空气中的大量热量.降低了电线电缆表面的温度;二是生成的水分子.也吸收 了电线电缆表面的大量热量;三是产生的金属氧化物结壳.阻止了氧气与有机物的再一次接触。

5 交联工艺
    低烟无卤聚烯烃由 于捏合了氢氧化物(也就是碱)作为阻燃剂,碱类 物质很容易吸收空气中的水分而潮解。使得绝缘层的绝缘电阻系数大幅度下降(可由原来的 17.6 Mn/km降至O.1 MQ/km)。为防止潮解的发 生.只有改变基体——聚烯烃的分子结构.由原来的线性结构变成三维网状结构.形成致密层.以阻止空气中的水分子与阻燃剂氢氧化物结合形成潮解.这一改变基体的过程称之为交联。交联的方式分为化学交联和物理交联两类 。
5.1 化学交联
    化学交联又分为干 法交联和温水交联两种.干法交联是在温度达300。400℃的高压气体中. 经过一定的时间使聚乙烯分子链交联。由于阻燃剂——氢氧化物在此高温中分解为金属氧化物和水.在电缆表面会出现裂纹及水泡.破坏了电缆绝缘层的完整和绝缘.因此干法交联不能用于低烟无卤材料。温水交联是将电线电缆 置于90℃的温水中浸泡 5.7 h.在此状况下.阻 燃剂——氢氧化物将吸收大量的水分(潮解反应).导致绝缘电阻下 降,影响电缆的综合性能.因此温水交联也不能用于低烟无卤材料.
5.2物理交联
    物理交联又称辐照 交联.是利用电子加速器产生的高能量电子束流.轰击绝缘层及护套。将高分子链打断.被打断的每一个断点称为自由基.自由基不稳定.相互之间要重新组合.重新组合后由原来的链状分子结构变成三维网状的分子结构形成交联。此交联方式无高温、无水,既能使聚烯烃交联。又不影响阻燃性能及电气性能.所以低烟无卤阻燃聚烯 烃只能采用辐照交联的方式。

6 辐照交联低烟雾卤 阻燃电线电缆的性能
6.1 电气性能
    绝缘电阻常数 (90℃):17.6MQ/km。
6.2阻燃性能(无卤、低烟特性 )
a.电缆燃烧时气体 逸出试验:绝缘pH值为6.74(≥4.3),绝缘电导率为 1.18(≤10)uS/mm。
b. 电缆燃烧时烟浓度 试验:透表4电缆性价比对照表
c.氧指数: 38。
d.炭化高度:≤ 2.5 m;自熄时间:≤ 60 min。

    上述括号内为IA级阻燃级别技术要求。通过对比,低烟无岗辐照交联电缆    的阻燃性能优良.高于困标IA级的要求。

6.3机械物理性能《耐高温特性)
a.135℃、168 h空气箱老化试验:老化后抗张强度保留率为106%,老化后断裂伸长率保留率为90%。
b.热延伸试验(2000C、15 min):负载下伸长率≤175%.冷却后永久变形率≤15%。

    辐照交联低烟无卤电线电缆达到了GA306.1-2007中的IA级阻燃级别;其允许长期最高工作温度达到135℃;短路温度在280℃时,持续时间可达5min;敷射时的最小弯曲半径,外径小于25平方毫米及以下为7D(D为电线电缆外径)、25平方毫米以上一般为10D(不同截面最小弯曲半径略有不同,使用时需核实);环境温度最低-40℃。这些机械及电气特征性优于普通交联聚乙烯电缆。由于其优异的阻燃绝缘性能,其90℃工作温度下载流量比通载面的普通交联聚乙烯电缆要大,电缆的使用寿命可达到35年,远高于普通交联聚乙烯电缆寿命(一般为20年)。因此采用辐照交联低烟无卤电线电缆即满足了低烟无毒的高安全性要求,又具有一定的经济性。
    目前市场上还有一种低烟无卤交联聚乙烯的阻燃电缆,其绝缘层采用的是非阻燃绝缘材料,外层采用的是低烟无卤阻燃聚乙烯材料,其阻燃级别最多只能达到II级,其性能与辐照交联低烟无卤阻燃电缆差距甚大,不能用于要求IA或IB级阻燃要求的建筑物内,其载流量与普通交联聚乙烯电缆相当,不能称之为完全的底烟无卤阻燃交联聚乙烯阻燃电缆。在设计选型和安装订货时,一定要注意这两类电缆的差别,避免造成不必要的损失。表4为电缆性价比对照表 。

表4 电缆性价比对照表

名称辐照交联低烟无卤阻燃
聚乙烯绝缘低烟无卤阻燃
聚乙烯护套电缆
交联聚乙烯绝缘
低烟无卤阻燃聚乙烯
护套电缆
交联聚乙烯绝缘
阻燃聚氯乙烯
护套电缆
型号WDZ—IA—YJ(F)EWDZ—-IIA—-YJE
(或WDZ—YJY)
ZR—IIIA(或B、C)一YJV
导体 GB 3953《电工圆铜线》
绝缘辐照交联低烟无卤阻燃聚乙烯交联聚乙烯
填充低烟无卤填充一般填充
护套低烟无卤阻燃聚乙烯护套聚氯乙烯护套
导体允许
工作温度
135℃90℃
PH值6.74(接近中性,无毒)4.3(较强酸性,有毒)不作要求.剧毒
气体透光率97%60%不作要求
载流量比1.31.01.0
价格比1.141.091.0
安全及可靠性很高较高一般
使用寿命较长


7结束语
    《民规》7.4.1条第二款第三项所要求的电缆的绝缘和护套都为低烟无卤阻燃聚乙烯.且为了保证绝缘层有可靠的机械性能和电气性能.绝缘层必须交联。因绝缘层中含有大量的氢氧化物阻燃剂。目前只能采用辐照交联工艺 .由于该工艺的特点.使电缆具有良好的机械和电气性能.具有超长的使用寿命.可同时满足安全性和经济性的要求。
    以上辐照交联低烟无卤阻燃电线电缆的综合性能参数是上海八方电T集团提供的数据.其它公司的相关产品的性能参数应由相关公司提供.以满足工程的使用要求。

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