叶俊浩:相比较而言,欧盟现在还没有一个类似于美国NEC的规范,他们目前参考的是IEC的标准,总体而言,欧洲电缆阻燃标准要低于美国标准,以欧洲现有的IEC 60332-3标准为例,这也是一个阻燃测试标准,它的燃烧条件如下:垂直测试;20.6 kW的火源;测试时间20分钟;燃烧距离小于2.5m。
和我们前面提到CMP标准燃烧测试条件比,首先火源强度要弱许多(60332-3是 CMP的1/4),其次它是一种垂直燃烧测试,和 CMP标准规定的水平燃烧测试比又降低了一个等级。我大概查了一下,IEC 60332-3的测试条件等同于美国的CM测试标准,在NEC的规定里CM级电缆是不能用于水平或垂直布线的。
张宜:讲到欧洲标准和美国的标准,我们在讨论一些国内标准时做过一些总结,在GB50311标准中有这方面内容介绍。
IB记者:我想问一下为什么在表里没有找到低烟无卤这个标准,大家都认为低烟无卤也是一种阻燃电缆。
叶俊浩:你刚才短短一句话里已经提到了两个误区。第一,低烟无卤不是一种标准名称,它只是指某一类材料。第二,低烟无卤电缆只是一种低发烟的电缆,而不是一种阻燃电缆,恰恰相反,它是一种极易燃烧的电缆。
IB记者:是吗?这可和我们印象里的概念完全不一样,长久以来,大家一提到阻燃电缆的时候就会想到低烟无卤电缆。
张宜:是的。甚至有很多专业搞电气的工程师都是这么想的,这也是为什么需要请材料方面的专家来了解真实的情况。
叶俊浩:那我从材料的特性来给大家解释一下。首先,从名字上看,低烟无卤是一类材料的总称。凡是不含卤族元素而且发烟量低于一定标准的材料都可称为低烟无卤材料。但并不是所有的材料都适合制造电缆,目前电缆行业比较通用的低烟无卤材料是以聚乙烯为基材,然后添加各种阻燃剂的混合材料。每个公司添加配方都不一样,电力线缆和通信线缆里添加的物质也不一样。为什么一定要加阻燃剂?因为材料本身都有自己的燃烧性,我这里有张材料燃烧能力的对照如图1所示。
![CMP电缆和低烟无卤电缆的安全性能比较_低烟无卤](https://s2.51cto.com/attachment/200912/200912221261446639125.jpg?x-oss-process=image/resize,m_fixed,w_1184)
我们再来看第二个材料,加了阻燃剂的PVC材料,它的燃烧能力大致和木头的相当,而加了阻燃剂的PE,也就是用于我们通常称为低烟无卤电缆外层的材料,其燃烧性能比木头还要高。而用于低烟无卤电缆绝缘层的未加阻燃剂的PE材料(由于通信电缆电气参数的要求,绝缘层材料不能添加阻燃剂),是高度可燃的,其燃烧性能相当于汽油的燃烧性能。
IB记者:如果大楼内安装的都是低烟无卤的局域网线电缆,那岂不是等于坐在一个加油站上!
叶俊浩:你可以这么认为,但实际上比你想象的更危险。PE聚乙烯在材料学里有“固体汽油”的别名,是一种非阻燃材料,为了达到一定的阻燃等级需要加大量的阻燃剂才行。而有些场合是无法用加阻燃剂材料的,例如绝缘层;有些阻燃剂其实是金属水合物填料,靠燃烧时产生水来达到阻燃作用,但水合作用的水耗尽后会引起更猛烈的燃烧。
更危险的是低烟无卤材料毕竟只是发烟量相对低,并不是无烟,还是会有一定量的烟在燃烧过程中产生,当这些烟聚集到一定的浓度后和燃烧产生的大量热量混合在一起,有空气回流时会产生一种称为“燃爆”的爆炸现象。为了说明这种爆炸的危险,我这里还有一段视频资料,是关于英国电缆制造商联盟(BCMC)开发的管式炉——烟雾箱设备的试验,在录像中我们可以看到燃烧1克相当于一粒纽扣大小的取自低烟无卤电缆的材料,在烟务箱里产生了浓厚的黑烟并发生了猛烈的爆炸,爆炸产生的威力把烟雾箱顶的玻璃罩炸飞,可想而之,在真正的火场中大量的低烟无卤电缆引发爆炸造成的危害是十分可怕的。所以在这些大楼里,你不仅是坐在加油站上,而且是坐在×××库上。
张宜:经你这么一说,我们综合布线行业需要重新审视阻燃电缆了。
叶俊浩:位于英国卡丁顿Cardington 的BRE/FRS(建筑科学研究院/燃烧研究所)还进行过一些不同材料的电缆燃烧对比试验。试验是在一个摸拟水平吊顶空间里进行的,统一采用一个额定为1兆瓦的煤气燃烧器(注意,试验规定的是火源的功率而不是温度,因为火场温度是会随着不同材料的燃烧情况而不同的),燃烧性能测量项目包括失重、压力差、火焰的横向扩展、热辐射量、纵向的温度分布图、烟雾阻光度、热量释放、一氧化碳和二氧化碳的生成量和氧气的消耗量。
图2是通过IEC60332-3测试的低烟无卤电缆在2分50秒时的燃烧情况,图3是通过 CMP试验的氟塑料电缆在同等条件下的燃烧情况。通过截图我们可以清楚的看到,整个吊顶空间内的低烟无卤电缆已被点燃,在装电缆的×××上形成一个火球,在吊顶板上形成了燃烧区;而相对比的CMP氟塑料电缆未见有燃烧,未见火焰扩散。
试验中的数据还显示:
(1)低烟无卤电缆的燃烧释放了大量的热量,CMP电缆的热量释放很低。
(2)低烟无卤电缆的燃烧空间峰值温度超过800℃。在BRE/FRS最近的英国钢技术燃烧试验指出,温度超过800℃会使结构钢梁严重地变形,导制大楼的垮塌,CMP电缆的燃烧空间峰值温度低于325℃。
(3)低烟无卤电缆产生的一氧化碳量大于CMP电缆产生的量。
![CMP电缆和低烟无卤电缆的安全性能比较_安全性_02](https://s2.51cto.com/attachment/200912/200912221261446749625.jpg?x-oss-process=image/resize,m_fixed,w_1184)
![CMP电缆和低烟无卤电缆的安全性能比较_安全性_03](https://s2.51cto.com/attachment/200912/200912221261446762484.jpg?x-oss-process=image/resize,m_fixed,w_1184)
叶俊浩:是的。阻燃和发烟是衡量一条电缆在火灾中是否安全的重要指标,也可以说是火灾中致人死亡的两大主要因素。总结地来说,达到IEC60332-1标准的电缆发烟量大并燃烧产生大量的热量,但这类电缆是在国内使用最多的一类电缆;达到IEC60332-3标准的低烟无卤电缆减少了烟雾的产生,但剧烈地燃烧产生了更多的热量,同时还有少量烟雾产生;达到CMP等级的电缆几乎没有烟雾产生,并且不燃烧,不释放热量。
张宜:在我的印象里氟塑料电缆的毒性要强于低烟无卤电缆,是这样吗?
叶俊浩:张老师这个问题很尖锐,一下子点到了氟塑料电缆的缺陷,这可能也是CMP电缆除了价格外唯一的不足之处。我是这么看毒性这个问题的:首先在正常的使用环境下氟塑料电缆是无毒的,我想您指的毒性是指在火灾环境下。氟塑料不会燃烧,但在高温下会分解,产生剧毒的氟化氢气体,这里有个重要的先决条件就是温度要达到800℃以上。我们认为氟塑料本身不像低烟无卤材料那样会燃烧,从而达到那么高的温度。前面我们提到的大规模摸拟试验里测到温度是325℃,离800℃还有很大的差距。即使火灾能烧到800℃,我想也轮不到氟塑料分解的有毒气体导致人的死亡,因为当中要经历100℃左右时烟雾的熏死,低烟无卤电缆在300℃开始的燃烧致人被烧死,低烟无卤材料燃烧时产生的一氧化碳的致人被毒死,燃烧时消耗大量的氧气导致人的窒息死亡等,这些致人死亡的因素都发生在800℃氟塑料分解之前;还有刚才我们提到800℃是钢结构开始变形崩溃的温度,火灾烧到这个时候,大楼都开始倒塌,再讨论电缆材料分解的问题也没有什么意义。所以我们的重点是想办法如何阻止火灾扩大,如何不使火灾温度上升到钢结构变形的温度。如果一定要强调毒性这个指标,氟塑料和低烟无卤材料没有明显的可辩别的差别,因为低烟无卤电缆燃烧时产生的一氧化碳的毒性同样足够致人于死地。
张宜:所以业界普遍的一种说法:欧洲的电缆标准更看重人员的生命安全所以考虑低烟材料使人不被熏死或毒死,美国的电缆标准更看重设备的正常运行所以用氟塑料来阻燃,这种说法也是错误的。
叶俊浩:是的。美国的标准从来没有忽视人员的生命安全问题,致人死亡的因素有很多,不仅仅是氟化氢一种有毒气体产生。只是美国的CMP标准考虑得比欧洲的现行标准更周全,氟塑料比低烟无卤材料要相对安全。