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阻燃低煙無鹵電線電纜在建筑工程中的應用
發布時間:2014/8/2 8:54:26

摘要:通過對阻燃低煙無鹵絕緣電纜及其要達到的IA級阻燃低煙無鹵絕緣電纜輻照交聯生產工藝的介紹.提出對一類高層建筑以及重要的公共場所等防火等級高的建筑物,應按JGJ 16—2008《民用建筑電氣設計規范》要求使用低煙無鹵輻照交聯聚乙烯絕緣電力電纜。


    JGJ 16—2008《民用建筑電氣設計規范》(以下簡稱《民規》)7.4.1條第二款第三項規定: “對一類高層建筑以及重要的公共場所等防火要求高的建筑物,應采用阻燃低煙無鹵交聯聚乙烯絕緣電力電纜、電線或無煙無鹵電力電纜、電線。”由于“阻燃低煙無鹵交聯聚乙烯絕緣”制造需要特殊生產工藝(輻照交聯工藝).可能增加電纜成本。許多人認為要求過高,增加了線纜的投資。實際上早在2002年上海市就制定了DGJ 08—93—2002《民用建筑電線電纜防火設計規程》,其第5.1.3條規定: “當電線電纜成束敷設時,應采用阻燃電線電纜”(此條為強條);第5.1.6條規定: “除直埋敷設的電纜和穿管敷設的電線電纜外,用于特級、一級場所的電線電纜應采用無鹵低煙型.用于二級場所的電線電纜宜采用無鹵低煙型” (該場所分級主要參照GB 50116—98《火災自動報警系統設計規范》中火災自動報警系統保護對象分級的規定)。上海市DGJ 08—93—2002與《民規》的要求是一致的,只是《民規》的要求更高。

    普通的交聯聚乙烯絕緣材料不含鹵素.雖然燃燒時不會產生大量毒氣及煙霧.但不具有阻燃性能。要增加阻燃性能.就需添加阻燃劑.目前較常用的是添加有鹵阻燃劑(如ZR—YJV型電纜、ZR—BV型電線等),這種電線電纜燃燒時會產生大量有毒煙霧;而添加其它阻燃劑(如氫氧化物等).若采用非輻照的交聯工藝.會使電纜的機械及電氣性能下降.目前還只有采用輻照交聯工藝才能制造既不產生大量有毒煙霧。又能保證其機械及電氣性能的阻燃電力電纜、電線,如阻燃低煙無鹵交聯聚乙烯絕緣電線電纜。

1 電氣火災
    《中國火災統計年鑒》數據顯示1993。2007年15年間.全國共發生火災152.76萬起.其中電氣火災37.37萬起.占火災總起數的24.5%。而2008年全國全年共發生電氣火災4.57萬起.更是占到了火災總數的30.1%。電氣火災無論發生起數和直接經濟損失都占據了各類火災之首位。在電氣火災中。因火災引燃線纜發出的有毒氣體導致大量人員傷亡.并阻礙消防人員滅火。因此設計中正確選用電線電
纜,防止電線電纜的燃燒和降低電線電纜燃燒造成的危害.是非常重要的。
    正是基于有煙有毒電纜在火災時引起的危害.《民規》作出了上述“嚴格”的規定.要求采用阻燃低煙無鹵交聯聚乙烯絕緣電線電纜。是非常必要的。是否因此就增加了投資呢,還需作具體分析。

2 阻燃電纜的分類
    阻燃電纜的阻燃特性根據GB/T 19666—2005《阻燃和耐火電線電纜通則》分為A類、B類、C類、D類.見表1。考核成束電纜的阻燃性能的試驗方法參照GB/T 18380.31.33。36—2008《電纜和光纜在火焰條件下的燃燒試驗第3l,33~36部分》(見表2).帶型的丙烷燃氣噴燈的火焰與試樣接觸,在垂直燃燒40(20)rain后熄滅火焰,試樣中測得的炭化部分應不超過噴燈底邊以上2.5 m。A類、B類、C類和D類分別用以評定阻燃性能優劣。

表I 現行產品燃燒特性代號

系列名稱代號名稱
阻燃系列有鹵ZA阻燃A類
ZB阻燃B類
ZC阻燃C類
ZD阻燃D類
無鹵低煙WDZ無鹵低煙阻燃
WDZA無鹵低煙阻燃A類
WDZB無鹵低煙阻燃B類
WDZC無鹵低煙阻燃C類
WDZD無鹵低煙阻燃D類
耐火系列有鹵N耐火
ZAN阻燃A類耐火
ZBN阻燃B類耐火
ZCN阻燃C類耐火
ZDN阻燃D類耐火
無鹵低煙WDZN無鹵低煙阻燃耐火
WDZAN無鹵低煙阻燃A類耐火
WDZBN無鹵低煙阻燃B類耐火
WDZCN無鹵低煙阻燃C類耐火
WDZDN無鹵低煙阻燃D類耐火


注:其他代號在考慮中。


表2 GB/T 18380.31,33。36—2008試驗要求

燃燒試驗箱尺寸(1 000 4-100)mill
(2000 4-100)mm
(40004-100)mm
燃燒前空氣流量(5 0004-5 00)L/rain
燃燒源類型標稱純度為95%的技術級丙烷
流速(13.5 4-0.5)L/min
熱值(73.7 4-1.68)MJ/h
相當于(20.5 4-0.5)kW
試品長度3.5 m
試品總體積中所含非金屬材料A類:7 L/m
B類:3.5I/m
C類:1.5 L/m
D類:0.5 L/m
拱火時間A類:40rain
B類:40min
C類:20min
D類:20rain
結果的判定試樣巾測得的炭化部分應不
超過噴燈底邊以上2.5m


    公共安全行業標準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l部分:阻燃電纜》將阻燃級別分為四級(I。iv),每級按阻燃試樣類別分為A類、B類、C類。見表3。該標準對低煙無鹵阻燃電纜的要求進行了細化.比國家標準GB,T 19666—2005更高、更明確。其中最小透光率≥80%為I級、≥60%為II級、≥20%為III級、<20%為IV級。I級、II級為低煙無鹵型,III級和IV級為非低煙無鹵型。在一類高層建筑以及重要的公共場所等防火要求高的建筑物,應采用IA或IB級低煙無鹵阻燃電纜.其它一般場所可采用IIA或lib級低煙無鹵阻燃電纜。目前只有采用輻照交聯工藝的阻燃低煙無鹵交聯聚乙烯絕緣電纜.可以達到I級。


表3 阻燃級別及技術要求

阻燃級別技術要求
阻燃特煙氣毒性煙密度
(最小透光率)
耐腐蝕性
試驗條件炭化高度PH值電導率
I A級滿足GB,T 18380.3
中A類規定的要求
≤2.50m符合GB/T20285ZA2≥80%≥4.3≤10us/mm
I B級滿足GB,T 18380.3
中B類規定的要求
I C級

滿足GB,T 18380.3
中C類規定的要求

ⅡA級滿足GB,T 18380.3
中A類規定的要求
≥60%
ⅡB級滿足GB,T 18380.3
中B類規定的要求
ⅡC級滿足GB,T 18380.3
中C類規定的要求
ⅢA級滿足GB,T 18380.3
中A類規定的要求
符合GB/T20285ZA2≥20%-
ⅢB級

滿足GB,T 18380.3
中B類規定的要求

ⅢC級滿足GB,T 18380.3
中C類規定的要求
ⅣA級滿足GB,T 18380.3
中A類規定的要求
---
ⅣB級滿足GB,T 18380.3
中B類規定的要求
ⅣC級滿足GB,T 18380.3
中C類規定的要求

3 阻燃材料的演變
    上世紀70年代許多國家開始研制阻燃電線電纜.人們首先想到了用含有鹵素的材料來進行阻燃,因為含有鹵素的材料具有很好的阻燃性。此類材料分為兩種:一種是材料的基體樹脂含有鹵素,如聚氯乙烯(PVC)、聚四氟乙烯(PTFE)等;另一種是材料的基體樹脂不含鹵素.如聚乙烯(PE)等,添加溴聯苯醚(有鹵阻燃)、氯化石醋(低鹵阻燃),但是這些阻燃電線電纜存在高發煙高毒性的弊端.火災時會釋放出濃重的黑煙和氯化氫(HCI)氣體.造成被困人員看不到疏散路徑.吸入有毒氣體而窒息.形成二次災害。上世紀80年代國際上開始研制低煙無鹵阻燃材料.這種材料的優點是低煙、無毒.被明火燃燒時,產生金屬氧化物和水蒸氣。

4 低煙無鹵阻燃聚烯烴
    低煙無鹵阻燃聚烯烴是以無鹵聚烯烴為基體.將被EVA(乙烯一醋酸乙烯酯共聚物)活化了的大量氫氧化鎂或氫氧化鋁捏合在聚乙烯基體中.利用氫氧化物燃燒受熱時。分解成金屬氧化物和水.實現阻燃的目的。其反應式如下:Mg(OH)2一MgO+H20吸熱2A!(OH)3一Al:O 3+3H:0吸熱低煙無鹵阻燃聚烯烴是采用吸熱和金屬氧化物隔氧的方法來阻燃的,其阻燃機理:一是電線電纜燃燒時.表面氫氧化物發生分解反應.該反應是吸熱反應.吸收周圍空氣中的大量熱量.降低了電線電纜表面的溫度;二是生成的水分子.也吸收了電線電纜表面的大量熱量;三是產生的金屬氧化物結殼.阻止了氧氣與有機物的再一次接觸。

5 交聯工藝
    低煙無鹵聚烯烴由于捏合了氫氧化物(也就是堿)作為阻燃劑,堿類物質很容易吸收空氣中的水分而潮解。使得絕緣層的絕緣電阻系數大幅度下降(可由原來的17.6 Mn/km降至O.1 MQ/km)。為防止潮解的發生.只有改變基體——聚烯烴的分子結構.由原來的線性結構變成三維網狀結構.形成致密層.以阻止空氣中的水分子與阻燃劑氫氧化物結合形成潮解.這一改變基體的過程稱之為交聯。交聯的方式分為化學交聯和物理交聯兩類。
5.1 化學交聯
    化學交聯又分為干法交聯和溫水交聯兩種.干法交聯是在溫度達300。400℃的高壓氣體中.經過一定的時間使聚乙烯分子鏈交聯。由于阻燃劑——氫氧化物在此高溫中分解為金屬氧化物和水.在電纜表面會出現裂紋及水泡.破壞了電纜絕緣層的完整和絕緣.因此干法交聯不能用于低煙無鹵材料。溫水交聯是將電線電纜置于90℃的溫水中浸泡5.7 h.在此狀況下.阻燃劑——氫氧化物將吸收大量的水分(潮解反應).導致絕緣電阻下降,影響電纜的綜合性能.因此溫水交聯也不能用于低煙無鹵材料.
5.2物理交聯
    物理交聯又稱輻照交聯.是利用電子加速器產生的高能量電子束流.轟擊絕緣層及護套。將高分子鏈打斷.被打斷的每一個斷點稱為自由基.自由基不穩定.相互之間要重新組合.重新組合后由原來的鏈狀分子結構變成三維網狀的分子結構形成交聯。此交聯方式無高溫、無水,既能使聚烯烴交聯。又不影響阻燃性能及電氣性能.所以低煙無鹵阻燃聚烯烴只能采用輻照交聯的方式。

6 輻照交聯低煙霧鹵阻燃電線電纜的性能
6.1 電氣性能
    絕緣電阻常數(90℃):17.6MQ/km。
6.2阻燃性能(無鹵、低煙特性)
a.電纜燃燒時氣體逸出試驗:絕緣pH值為6.74(≥4.3),絕緣電導率為1.18(≤10)uS/mm。
b. 電纜燃燒時煙濃度試驗:透表4電纜性價比對照表
c.氧指數:38。
d.炭化高度:≤2.5 m;自熄時間:≤60 min。

    上述括號內為IA級阻燃級別技術要求。通過對比,低煙無崗輻照交聯電纜的阻燃性能優良.高于困標IA級的要求。

6.3機械物理性能《耐高溫特性)
a.135℃、168 h空氣箱老化試驗:老化后抗張強度保留率為106%,老化后斷裂伸長率保留率為90%。
b.熱延伸試驗(2000C、15 min):負載下伸長率≤175%.冷卻后永久變形率≤15%。

    輻照交聯低煙無鹵電線電纜達到了GA306.1-2007中的IA級阻燃級別;其允許長期最高工作溫度達到135℃;短路溫度在280℃時,持續時間可達5min;敷射時的最小彎曲半徑,外徑小于25平方毫米及以下為7D(D為電線電纜外徑)、25平方毫米以上一般為10D(不同截面最小彎曲半徑略有不同,使用時需核實);環境溫度最低-40℃。這些機械及電氣特征性優于普通交聯聚乙烯電纜。由于其優異的阻燃絕緣性能,其90℃工作溫度下載流量比通載面的普通交聯聚乙烯電纜要大,電纜的使用壽命可達到35年,遠高于普通交聯聚乙烯電纜壽命(一般為20年)。因此采用輻照交聯低煙無鹵電線電纜即滿足了低煙無毒的高安全性要求,又具有一定的經濟性。
    目前市場上還有一種低煙無鹵交聯聚乙烯的阻燃電纜,其絕緣層采用的是非阻燃絕緣材料,外層采用的是低煙無鹵阻燃聚乙烯材料,其阻燃級別最多只能達到II級,其性能與輻照交聯低煙無鹵阻燃電纜差距甚大,不能用于要求IA或IB級阻燃要求的建筑物內,其載流量與普通交聯聚乙烯電纜相當,不能稱之為完全的底煙無鹵阻燃交聯聚乙烯阻燃電纜。在設計選型和安裝訂貨時,一定要注意這兩類電纜的差別,避免造成不必要的損失。表4為電纜性價比對照表。

表4 電纜性價比對照表

名稱輻照交聯低煙無鹵阻燃
聚乙烯絕緣低煙無鹵阻燃
聚乙烯護套電纜
交聯聚乙烯絕緣
低煙無鹵阻燃聚乙烯
護套電纜
交聯聚乙烯絕緣
阻燃聚氯乙烯
護套電纜
型號WDZ—IA—YJ(F)EWDZ—-IIA—-YJE
(或WDZ—YJY)
ZR—IIIA(或B、C)一YJV
導體 GB 3953《電工圓銅線》
絕緣輻照交聯低煙無鹵阻燃聚乙烯交聯聚乙烯
填充低煙無鹵填充一般填充
護套低煙無鹵阻燃聚乙烯護套聚氯乙烯護套
導體允許
工作溫度
135℃90℃
PH值6.74(接近中性,無毒)4.3(較強酸性,有毒)不作要求.劇毒
氣體透光率97%60%不作要求
載流量比1.31.01.0
價格比1.141.091.0
安全及可靠性很高較高一般
使用壽命較長


7結束語
    《民規》7.4.1條第二款第三項所要求的電纜的絕緣和護套都為低煙無鹵阻燃聚乙烯.且為了保證絕緣層有可靠的機械性能和電氣性能.絕緣層必須交聯。因絕緣層中含有大量的氫氧化物阻燃劑。目前只能采用輻照交聯工藝.由于該工藝的特點.使電纜具有良好的機械和電氣性能.具有超長的使用壽命.可同時滿足安全性和經濟性的要求。
    以上輻照交聯低煙無鹵阻燃電線電纜的綜合性能參數是上海八方電T集團提供的數據.其它公司的相關產品的性能參數應由相關公司提供.以滿足工程的使用要求。

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