电线/电缆的防火措施及防火性能研究

　　试验1　　传统的测试方法如氧指数法、垂直燃烧法等存在着测试参数单一，结果不能定量化等不足之处，而新一代聚合物材料燃烧测定仪——锥形量热仪测得的实验结果与大型燃烧实验结果存在着很好的相关性，可很好地分析阻燃剂的性能和估计阻燃材料在真实火灾中的危险性。　　锥形量热仪是美国国家科学技术研究所（NIST）的Babrauskas于1902年提出的，它是以氧消耗原理为基础来进行测定的，即对于有机燃料的火焰每消耗1g的氧，材料燃烧中放出的热为13.1KJ，因此利用对耗氧量的测定即可得到表征聚合物材料在火灾中燃烧危险性最重要的参数——RHR热释放速率。Cone还可以提供总的热释放量、有效燃烧热、烟密度、烟比点燃时间、质量损失以及式样在燃烧测试中释放的CO、CO2浓度参数，这些参数相对阻燃有着重要意义。Cone由六部分组成：（1）截断锥形加热器和有关控制电路；（2）通风橱和有关设备；（3）天平及式样架；（4）氧气和气体分析仪表；（5）烟测量系统；（6）有关的辅助设备。它可通过改变辐射热强度模拟出多种火场强度，仪器具有较宽的热辐射功率范围（10KW/m²-110KW/m²），实验使用的是英国PL公司锥形量热仪，并按照ISO5660标准进行实验。将规格为100mmx100mmx50mm的试样用铝箔包裹底部和边缘后水平放置并用不锈钢铁丝网保护以防止弯曲和膨胀。分别在35km/m²和50km/m²的热辐照功率下进行测定，用锥形量热仪专用软件和EXCEL软件进行数据处理和分析。　　2.原料　　10cmx10cmx1.0cm的PVC-KFW-20　　10cmx10cmx1.0cm的PVC-QZ05　　3.实验仪器　　锥形量热仪，英国FTT公司　　4.实验标准　　锥形量热仪ISO5660　　5.实验步骤　　校对锥形量热仪。将样品水平放置，除受热的上表面外都用铝箔包好，启动计算机开始采集数据，手动点燃样品，当观察试样燃烧完全，且O2浓度不在发生变化时，即结束实验。实验数据由锥形量热仪的专用软件，配合EXCEL5.0软件进行分析和处理。　　6.结果与讨论　　（1）电线电缆材料的HRR和PKHRR比较　　HRR和PKHRR是衡量聚合物材料在火灾中危险性的重要参数。热释放速率HRR最大值为热释放速率的峰值PKHRR。HRR或PKHRR愈大该热反馈给聚合物材料表面就加快了热裂解速度，从而产生更多的挥发性可燃物，加速了火焰的传播，因此聚合物材料在火灾中的危险性就愈大。　　研究者们提出以TTI/PKHRR评价聚合物材料的潜在危险性。后来，Petrella  R.V又将THR和PKHRR/TTI结合起来全面评价其燃烧危险性，从而将外部热辐射量、通风速度、破坏程度等因素和内部的能量结合了起来，获得了较好的相关性。实验中所测两种PVC阻燃塑料的各项参数见表三: 　　表3 350kw/m2聚氯乙烯阻燃塑料锥形量热仪数据　　可见，在相同的功率下，THR均较小的PVC-QZ05，PKHRR/TTI也相对较小，说明其阻燃效果较好。　　图一  35km/m2辐照功率下聚氯乙烯塑料HRR与时间关系　　由图一说明，PVC-QZ05与PVC-KFW-20相比，出现PKHRR时间推迟120s，而且释热速率曲线在PVC-KFW-20下方，有效燃烧曲线也处于其下方，与以上结论完全相符，因此具有较好性能，以下进一步比较以下参数如图：　　图二  35kw/m2辐照功率下聚氯乙烯塑料性能比较　　在图二中，PVC-QZ05与PVC-KFW-20相比，点燃时间显著延迟57s，总释热量、最大热释放速率等也较低，分别降低了51%和62%，起到了良好的阻燃效果。　　（2）烟气释放的比较　　火灾发生是对人们生命威胁最大的因素是烟毒的释放，据统一，火灾中人员的死亡大多是由于有毒烟气而引起的。Cone用氦一氖激光束测定消光系数，给出烟释放的动态过程。Cone给出的烟主要参数比消光面积是一个表征在燃烧过程中每时每刻发烟量的动态参数，它能体现单位质量挥发物转换成烟的比率。由于它所测定的是动态体系，不仅可以利用Cone作为烟及烟灰产率，而且还可以利用它来研究阻燃聚合物烟及毒气的产生，测定阻燃剂的加入对阻燃聚合物成烟的影响，从烟释放角度对材料的阻燃性能进行评估。　　图三   35km/m2辐照功率下聚氯乙烯塑料SEA比较　　由图三可知PVC-QZ05虽然它的阻燃效果很好，但是它的烟气生成量很大，对于人员的逃生很不利，不适合用于人群较密集场所。所以研制阻燃效果很好且烟气量小的阻燃电缆是阻燃电缆的发展方向。　　试验2对电缆各组分的锥形量热仪测试　　按照ISO5660标准进行实验。将规格为100mmx100mmx30mm的两种试样分别用铝箔包裹底部和边缘后水平放置并用布锈钢丝网保护以防止弯曲和膨胀。在35km/m2的热辐照功率下进行测定，主要数据如表4、表5：　　表4电缆表皮锥形量热仪数据-FilledPP（0.7mm）/FR4804　　表5 电缆表皮锥形量热仪数据-PVC/PVC　　由表4和表5可知：因为不同的防火电缆的表皮组分不同，所以各组分锥形量热仪数据是不同，它的防火性能不同，燃烧产生的产物的量也不同。例如：FilledPP（0.7mm）/FR4804000防火电缆与PVC/PVC防火电缆的热释放速率的峰值比较，第一种防火电缆的绝缘层和表层的热释放速率峰值比第二种防火电缆的绝缘层和表层的热释放速率峰值为高，而基部的热释放峰值比第二种的低，从而导致综合电缆的热释放速率的峰值是第一种的比第二种的要高。此外，防火电缆的烟密度等燃烧性能与此类似，均由各组分的燃烧性能综合决定。由此决定了不同的防火电缆适合于不同防火要求的场所。表皮各组分的燃烧热、烟密度等值对防火电缆的性能有决定的作用。　　五、阻燃电缆/电缆的发展方向的探讨　　电缆防火是一种较新而重要的课题，采用的材料和产品需经过严格试验考核和实践检验。由于历史发展的原因，中国经几十年建设起来的全部电力设施电缆量是无法估计的，不可能全部更换使用阻燃耐火电缆来解决电缆防火问题。因此，在现有的工程中采用其它防火材料进行电缆防火的补救是行之有效的。近年来，中国吸取国外的先进经验，研制了耐火电缆。但还应降低无卤、低卤阻燃电缆的造价，扩大其适用范围。在近些年的设备改造中和城网、农网改造工程中，及新建电厂、变电站等明敷多根电缆配置中，或位于油管、熔化金属溅落等可能涉及的场所，已经广泛使用阻燃耐火电缆和各种防火材料。地铁，船舶，核电站，石油平台，银行，大型图书馆和室内公共场所各种防火材料，以减少火灾时产生有毒（酸）气体危害。并在工程设计中就形成强势性要求。从而在源头上为电缆防火安全得到了保证。经过多年的实践证明，只要严格按照设计要求，按工艺标准施工，采用经有关部门鉴定合格的防火材料和阻燃电缆，就能大大地减少电缆火灾事故，减少人民生命财产损失，以及保证安全发、供电，保证电网安全稳定运行，为国民经济发展做出更大贡献。最着国民经济和科学技术的发展，会有更多更好的防火材料和先进的防火技术涌现，为电缆的防火、灭火工作提供强有力的保证。　　六、结束语　　尽管我国阻燃技术在近几年的研究中取得了长足的进步，但在电线、电缆阻燃领域与国外相比还有一定的差距，需要进一步研究与讨论。随着国民经济和科学技术的发展，会有更过更好的防火材料和先进的防火技术涌现，为电缆的防火、灭火工作提供强有力的保证。另外，随着我国经济建设的迅速发展，高层建筑、地下工程、大型商场、大型发电站以及通信设计越来越多，结构形式越来越复杂，对消防工作也提出了更高的要求，而消防规范对阻燃性、无毒性、低发烟量的技术要求及时地进行修正，从而在技术和法律两方面促进防火电缆的发展和普及应用。

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