阻燃低烟无卤电线电缆在建筑工程中的应用.pdf

阻燃低烟无卤电线电缆在建筑工程中的应用 杜毅威 中国建筑西南设计研究院有限公司 成都市6 1 0 0 8 1 A p p l i c a t i o no fF l a m e r e t a r d a n tL o w s m o k eN o n h a l o g e nW i r e sa n dC a b l e si nC o n s t r u c t i o nE n g i n e e r i n g D uY i w e i C h i n aS o u t h w e s tA r c h i t e c t u r a lD e s i g na n dR e s e a r c hI n s t i t u t eC O R P L T D C h e n g d u6 1 0 0 8 1 C h i n a A b s t r a c tA ni n t r o d u c t i o ni Sm a d et of l a m e r e t a r d a n tl O W s m o k en o n h a l o g e ni n s u l a t e dc a b l e sa n d t h er a d i a t i o nC R O S S 1 i n k i n gp r o c e s so fC l a s sI Af l a m e r e t a r d a n tl O W s m o k en o n h a l o g e ni n s u l a t e dc a b l e s B a s e d o nt h a t i ti sp o i n t e do u tt h a t h i g h f i r e p r o o f g r a d e b u i l d i n g ss u c h a sC l a s slt a l l b u i l d i n g sa n di m p o r t a n t p u b l i cb u i l d i n g s s h o u l du s el o w s m o k e n o n h a l o g e n c a b l e sw i t hr a d i a t i o nC R O S S l i n k e dp o l y e t h y l e n ei n s u l a t e d c a b l e si na c c o r d a n c ew i t hJ G J1 6 2 0 0 8 G 0 也细 E l e c t r i c a lD e s i g no fC i v i lB u i l d i n g s K e yw o r d s X L P EF l a m e r e t a r d a n tl O W s m o k e n o n h a l o g e n R a d i a t i o n c r o s s l i n k i n g H a m er e t a r d a n t C l a s sI A 摘要通过对阻燃低烟无卤绝缘电缆及其要达 到的I A 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J G J1 6 2 0 0 8 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 关键词交联聚乙烯阻燃低烟无卤 辐照交联 阻燃I A 级 J G J1 6 2 0 0 8 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2 0 0 2 年上海市 就制定了D G J0 8 9 3 2 0 0 2 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G B5 0 1 1 6 9 8 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D G J0 8 9 3 2 0 0 2 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Z R Y J V 型电缆 Z R B V 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1 9 9 3 2 0 0 7 年 1 5 年间 全国共发生火灾1 5 2 7 6 万起 其中电气火 灾3 7 3 7 万起 占火灾总起数的2 4 5 而2 0 0 8 年 全国全年共发生电气火灾4 5 7 万起 更是占到了火 灾总数的3 0 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 灾引燃线缆散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 阻燃低烟无卤电线电缓在建筑工程中的应用 杜教直 2 5 一 万方数据 建裁电乞 B U L D l t l G 2 口1r t 年第6 期lE L E C T R I C I T Y 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G B T1 9 6 6 6 2 0 0 5 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G B T1 8 3 8 0 3 1 3 3 3 6 2 0 0 8 电缆和光缆 在火焰条件下的燃烧试验第3 l 3 3 3 6 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4 0 2 0 r a i n 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 5m 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 T a b 1 B u r n i n gc h a r a c t e r i s t i c sc o d eo fc u r r e n tp r o d u c t s 系列名称代号 名称 Z A阻燃A 类 Z B阻燃B 类 有卤 Z C阻燃C 类 Z D阻燃D 类 阻燃系列W D Z无卤低烟阻燃 W D Z A 无卤低烟阻燃A 类 无卤低烟W D Z B无卤低煳阻燃B 类 W D Z C无卤低烟阻燃C 类 W D Z D无岗低娴阻燃D 类 N耐火 Z A N阻燃A 类耐火 有卤Z B N阻燃B 类耐火 Z C N阻燃C 类耐火 Z D N阻燃D 类耐火 耐火系列 W D Z N 无卤低烟阻燃耐火 W D Z A N无卤低烟阻燃A 类耐火 无卤低烟W D Z B N 无卤低烟阻燃B 类耐火 W D Z C N无卤低烟阻燃C 类耐火 W I Z I N无卤低娴阻燃D 类耐火 注 其他代号在考虑中 公共安全行业标准G A3 0 6 1 2 0 0 7 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 i v 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G B T1 9 6 6 6 2 0 0 5 更高 更明确 其中 2 6 I 坠垫 Q 型 垫堂 曼 表2G B T1 8 3 8 0 3 1 3 3 3 6 2 0 0 8 试验要求 T a b 2T e s tr e q u i r e m e n t so f G B T1 8 3 8 0 3 1 3 3 3 6 2 0 0 8 宽 10 0 04 1 0 0 m i l l 燃烧试验 深 2 0 0 04 1 0 0 m m 箱尺寸 高 4 0 0 0 4 1 0 0 m m 燃烧前夺气流鼍 50 0 0 4 50 0 L r a i n 类型标称纯度为9 5 的技术级丙烷 流速 1 3 54 0 5 L m i n 燃烧源 7 3 74 1 6 8 M J h 热值 相当f 2 0 54 0 5 k W 试品长度3 5m A 类 7L m 试品总体积中所含 B 类 3 5 I m 非金属材料 C 类 1 5L m D 类 0 5L m A 类 4 0 r a i n B 类 4 0 m i n 供火时间 C 类 2 0 m i n D 类 2 0 r a i n 试样巾测得的炭化部分应不 结果的判定 超过喷灯底边以上2 5 m 最小透光率 8 0 为I 级 6 0 为I I 级 2 0 为 I I I 级 2 0 为I V 级 I 级 I I 级为低烟无卤型 I I I 级和I V 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I A 或I B 级低烟无卤阻燃电缆 其它一般场所可采用I I A 或l i b 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 3 阻燃材料的演变 上世纪7 0 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 P V C 聚四氟乙烯 P T F E 等 另一种是材料的基 体树脂不含卤素 如聚乙烯 P E 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 H C I 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8 0 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 万方数据 表3 阻燃级别及技术要求 T a b 3F l a m e r e t a r d a n tc l a s sa n dt e c h n i c a lr e q u i r e m e n t s 技术要求 阻燃 级别 阻燃特性 烟密度 耐腐蚀性 烟气毒性 试验条件炭化商度 最小透光率 p H 值 电导率 满足G B T1 8 3 8 0 3 中 IA 级 A 类规定的要求 满足G B T1 8 3 8 0 3 中 IB 级 8 0 B 类规定的要求 满足G B T1 8 3 8 0 3 中 符合 IC 级 C 类规定的要求 G B T 4 3 l O 满足G B T1 8 3 8 0 3 中 2 0 2 8 5 o s i l l n A 级 Z A 级 A 类规定的要求 满足C B T1 8 3 8 0 3 中 1 1B 级 6 0 B 类规定的要求 满足G B T1 8 3 8 0 3 中 I I C 级 C 类规定的要求 2 5 0 m 满足G B T1 8 3 8 0 3 中 A 级 A 类规定的要求 符合 满足G B T18 3 8 0 3 中G B T B 级 2 0 B 类规定的要求2 0 2 8 5 满足G B T1 8 3 8 0 3 中 Z A 级 C 级 C 类规定的要求 满足G B T1 8 3 8 0 3 中 A 级 A 类规定的要求 满足G B T 1 8 3 8 0 3 中 B 级 B 类规定的要求 满足G B T1 8 3 8 0 3 中 I V C 级 C 类规定的蚤求 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E V A 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 M g O H 2 一M g O H 2 0 吸热 2 A O H 3 一A l O3 3 H 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 1 7 6M n k m 降至O 1M Q k m 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3 0 0 4 0 0 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9 0 的温水中浸泡 5 7h 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 里璺堡塑至堕皇丝皇塑童塞篁三垦 堕生曼 竺苎塞 2 7 一 万方数据 建裁电乞 I l I I B U I L l 3 l N G z r t1r a 年第6 期lE L E C T R I C I T Y 6 辐照交联低烟无卤阻燃电线电缆的性能 6 1电气性能 绝缘电阻常数 9 0 1 7 6 M Q k m 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p H 值为 6 7 4 4 3 绝缘电导率为1 1 8 1 0 I 山S m m 缆差距甚大 不能用于要求I A 或I B 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 不能称之为完全的低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 b 电缆燃烧时烟浓度试验 透 表4 电缆性价比对照表 光率9 7 8 0 T a b 4C o m p a r i s o no fc a b l e si nt e r m so fp e r f o r m a n c e t o p r i c er a t i o c 氧指数 3 8 d 炭化高度 2 5m 自熄时 间 6 0m i n 上述括号内为I A 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I A 级 的要求 6 3 机械物理性能 耐高温特性 a 1 3 5 1 6 8h 空气箱老化试 验 老化后抗张强度保留率为1 0 6 老化后断裂伸长率保留率为9 0 b 热延伸试验 2 0 0 0 C 1 5m i n 负载下伸长率 1 7 5 冷却后永久 变形率 1 5 辐照交联低烟无卤电线电缆达到 了G A3 0 6 1 2 0 0 7 中的I A 级阻燃 级别 其允许长期最高工作温度达到 1 3 5q C 短路温度在2 8 0o C 时 持续 辐照交联低烟无卤阻燃交联聚乙烯绝缘 交联聚乙烯绝缘 名称聚乙烯绝缘低烟无卤阻燃低烟无卤阻燃聚乙烯 阻燃聚氯乙烯 聚乙烯护套电缆护套电缆 护套电缆 W D Z I I A Y J EZ R I I I A 或B C 型号 W D Z I A Y J F E 或W D Z Y J Y 一Y J V 导体G B3 9 5 3 电工圆铜线 辐照交联低烟无卤阻燃 绝缘交联聚乙烯 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 J 作温度 1 3 5 9 0 p H 值 6 7 4 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9 7 6 0 不作要求 载流量比1 3 1 O1 O 价格比1 1 41 0 91 O 安全及可靠性很高较高 一般 使用寿命 长较长短 时间可达5m i n 敷设时的最小弯曲半径 外径小 于2 5m m 2 及以下为7 D D 为电线电缆外径 2 5m m 2 以上一般为1 0