综合布线缆线的防火概述
 

       随着信息系统日益普及,开始进入各种工作环境和每家每户,综合布线系统已经从二十年前的新发明转变为人们日常生活中随处可见的信息系统传输电缆。当人们能够完成高稳定、高可靠的综合布线系统时,布线系统是否能抵御外部侵袭和避免对外危害就成为人们注意的新目标。
      在现代社会中,人们越来越依赖火,也越来越被火所危害,所以建筑材料,包括综合布线系统的防火安全性就成为人们关注的内容。
      外界的火会破坏综合布线系统,引起传输中断;同时,综合布线系统在火焰中,或多或少的会产生有害气体、烟气,还可能有助于火势逐步蔓延到其它楼层或其它房间。
根据消防部门的统计,在火灾中,约有85%的死亡是由于火灾中产生的有害气体毒死、被弥漫的烟气窒息或因看不见路径而无法逃生。而建筑物内,综合布线缆线数量之多、遍布之广超过了建筑物中的各种缆线,因此综合布线系统的防火已经开始成为人们对系统性能的重点考虑因素之一。

一  防火缆线应用的现状
      在综合布线缆线中只有在室内才需要考虑防火问题,对于室外缆线,通常考虑的问题是防水、防鼠咬、防雷、防紫外线、防侧压等等,因为室外管道中比较潮湿,火势蔓延的可能性几乎为零。
      在室内缆线中,又分为光缆和铜缆(双绞线)两类。光缆目前普遍具有比较高的防火等级,其防火特点及应用要求类似于铜缆。在本文中,将以铜缆为例,简单的说明综合布线缆线的防火等级。
       在中国的综合布线缆线发展历史中,出现过阻燃缆线、非阻燃缆线(不助燃)、UL系列阻燃缆线和阻燃低烟无卤缆线。
       在建筑工程中,防火在设计中是非常重要的一环。为此,国家出了许多建筑防火标准和规范,规定了各种场合的建筑材料防火等级和施工要求。
      在光缆制造以及建筑电缆制造标准系列中,中国国家标准和部颁标准中,已经对防火型缆线进行了分类,并有了相关的防火缆线制造标准。随着《阻燃和耐火电线电缆通则》(GB/T 19666-2005)的公布,包括综合布线缆线在内的各种缆线防火的总原则已经出台,下一步的绿色环保缆线将成为中国电线电缆行业发展的必然趋势。
       在综合布线的应用中,由于各布线厂商都有自己的防火系列缆线,因此厂商的销售人员和销售工程师们会向设计院和建筑物的业主方介绍各种防火的综合布线缆线,由他们确定综合布线系统的防火系列要求。一般来说,普通建筑物采用的是普通阻燃级缆线,重要的建筑物则采用了高防火等级的缆线(例如:CMR、CMP、LSOH、ONFR、ONFP等等)。
      这样就产生了一个问题:综合布线产品目前分有进口产品和国产产品,在进口产品中大多为美国和欧洲来的产品,在国产的综合布线缆线制造厂商中,往往也有很大比例是销往国外,这样就不可避免的引入了国外的缆线防火标准。
      在国家综合布线缆线防火标准没有出台的情况下,引入国外的缆线防火标准是好事,但由于美国和欧洲的缆线防火标准处于互不兼容的两大系列,甚至其防火思想有着很大的不同,造成目前设计院、业主方处于被动状态:听听双方讲的都有道理,要想在国内找到必须采用哪一种的依据又不存在,有时只好根据资金状态选择其中的一种。
      对于制造厂商而言,国外品牌大多采取两大系列都有的方法来回避矛盾,而国内品牌(包括台湾品牌)则选择其一进行生产,当国内制造商依据信息产业部的双绞线制造标准(YD/T 1019-2001)中生产时,则根据6.5条安全性能试验方法,要符合GB/T 12666标准的要求。

二  两大类防火型综合布线缆线
    ◆ 为了满足各种场合的防火要求,在美国和欧洲基于不同的防火理论,分别推出了两大类防火型缆线:
◆ 高阻燃系列防火缆线
◆ 低烟无卤系列阻燃防火缆线
 2.1  双绞线的防护结构
室内水平双绞线除了8根铜芯外,还有着各种保护层:
 ◆ 绝缘层:包裹在芯线外面,起到防止芯线短路的作用。而双绞线的物理传输速度(NVP值)与绝缘层的材料直接相关。
 ◆ 十字骨架:在各对双绞线的绝缘层之间,有时会插入一个尼龙的十字骨架,这一现象主要出现在六类非屏蔽双绞线中。十字骨架的作用是将线对分隔开,以免线对相互插入,造成性能指标下降。
 ◆ 护套层:在双绞线的最外层,具有一层护套层,它起到保护整根双绞线的作用。
 ◆ 屏蔽层:在屏蔽双绞线中,会包裹着铝箔和/或铜丝网,它们起到将芯线与外部电磁场隔离的作用。由于屏蔽双绞线的种类不同,屏蔽层所处的位置也不同,有些是在8根芯线外构成总屏蔽层,有些则是在每对芯线外构成线对屏蔽层。
      对于缆线的防火功能而言,护套层材质将发挥的相当大的作用,而绝缘层材料也会发挥一定的作用。
2.2  高阻燃型缆线
      在美国,综合布线缆线必须采用符合UL标准,它以阻燃为核心要求,同时在高端要求中也提出了烟密度和毒性方面的考虑,为此美国推出了采用卤素(如:氟材料)的高阻燃系列缆线。其中主要包括:
 ◆ CMX级缆线
 ◆ CM级缆线
 ◆ CMR级缆线
 ◆ CMP级缆线
 ◆ LCC级缆线
在中国,目前主要用到的阻燃型缆线有:
 ⊙ CM级缆线
      CM级缆线是目前最常用的双绞线阻燃等级,它的测试标准为UL 1581。在中国,常规的双绞线几乎都可以满足CM级阻燃测试。
因此CM级双绞线的防火特点如下:
 ◆ 不会自燃;
 ◆ 在火焰中会冒烟,并可能出现火苗;
 ◆ 火焰顺缆线蔓延的速度很慢;
 ◆ 当外部火源切断后,缆线上的火苗会逐渐熄灭。
      CM级缆线只要符合阻燃等级要求即可,它不考虑烟密度和毒性(在UL 1581中没有提及烟密度和毒性)。
      CM级缆线大多是水平双绞线,在配线子系统中使用。
      CM级缆线的护套层多为PVC材料,绝缘层则为高密度PE材料。它的优点是价格便宜,而缺点是燃点低,常规的工作温度为70℃以下,当温度达到160℃或更高时,PVC材料会散发出有毒的卤素和烟雾。如果不幸烧着了它,还会释放出大量的热量。
      根据综合布线施工规范,双绞线应该穿金属管、金属桥架后敷设在楼板、天花和墙内。这时,采用普通双绞线就可以安装在不需要考虑烟和毒性的任何场合。
 ⊙ CMR级缆线
      CMR级缆线属于美国UL标准中定义的阻燃缆线之一,主要用于室内的垂直主干部分。
      当缆线垂直放置时,缆线的方向与火焰的方向一致,而且缆线根数往往较多,可能引起的火势比较大,这时应该采用比普通双绞线高阻燃等级的缆线。在美国的UL标准中,定义CMR级缆线可以用于垂直干线。
      CMR级缆线的测试标准为UL 1666,主要用于垂直干线子系统中的缆线。
      在UL 1666的1.3条中,明确提出“本标准并不研究燃烧或分解产物的毒性”,同时在该标准中,没有提及烟密度问题。由此,可以认为拥有CMR级测试证书的缆线没有烟密度数据和毒性测试数据。如果要知道这两个参数的数值,需另找标准进行测试。
      CMR材料的外护套层为高阻燃PVC材料,绝缘层为高密度PE材料。CMR高阻燃材料通过提高双绞线的燃点(300℃左右)和阻燃性能来达到不易燃烧的目的。在遇火焰燃烧后,它会散发出有毒的卤化气体及铅蒸汽,卤化气体迅速吸收氧气,从而使火熄灭,导致电缆自行熄灭。因此,在火焰中,CMR材料一旦分解就会产生对人体有害的气体和烟雾,同时它的气体遇水结合后,会形成对设备有腐蚀性的酸性液体。
      同样,CMR级双绞线也应该穿金属管、金属桥架后敷设在竖井内。
 ⊙CMP级缆线
      CMP级缆线的测试标准主要是美国的UL 910,主要用于水平子系统中的不采用金属管线而直接敷设在通风或强制通风环境中的缆线。
      在UL 910中,明确提出了对阻燃和烟密度的测试要求,但在1.3条中,仍有“本标准并不研究燃烧或分解生成物的毒性”字样。由此可知:高阻燃缆线除了阻燃要求外,已经要求考虑烟密度,但仍然将毒性分离在外。
      CMP级缆线的护套层采用了氟材料(如:PTFE:聚四氟乙烯或FEP:氟化乙丙烯),它在分解温度高(大于400度),燃点也高(800度以上),在火势不大时不容易燃烧,因此它具有比其它有机材料更好的防火性能。但是,万一CMP材料燃烧时,就会释放出无色、无味、毒性更强的氟气体,遇水(包括水蒸气)后转变为具有腐蚀性的氟酸。
      CMP材料的造价非常高,其售价远高于普通的CM级缆线,这对于CMP缆线的普及来说同是拦在人们面前的两大拦路虎(造价和毒性)之一。
      根据公认的说法,CM级缆线在穿金属管后的阻燃效果与CMP级缆线相当或高于CMP级缆线,但这是以增加金属管和多占用建筑空间为代价的,当然金属管线还同时具有其它的保护功能。
另外还有低档的CMX及目前最高档的LCC级缆线(绝缘层和护套层都是氟材料制成),由于应用很少,在本文中不再叙述。
2.3  低烟无卤系列缆线
     低烟无卤缆线是指遇火后发烟量少、不含卤素的缆线。众所周知,卤素家族中的元素都是具有毒性的,其气化物有毒,而气化物遇水所形成的酸则具有腐蚀性。因此低烟无卤的宗旨就是让电缆在火焰中不会产生毒气和很多的烟雾,让逃生的人们不会死于烟雾和毒气,从而大大降低火灾的死亡率。
      欧洲长期以来一直流行采用低烟无卤(LSZH 或LS0H,Low Smoke Zero Halogen)缆线。它要求双绞线同时具有低烟、无卤素和阻燃三大特性,使双绞线能够在火灾发生后发烟量低、毒性小而且不会造成火焰蔓延,使更多的遭灾人能够逃生。
      由于低烟无卤缆线具有环保性能,而且价位仅略高于普通的CM级缆线,因此在许多的重要工程中都要求使用这一系列的产品。
      低烟无卤缆线按其阻燃等级,可以分为两类:
 ◆ 水平双绞线:阻燃等级符合IEC 60332.1,其阻燃能力相当于UL标准中的CM级,主要用于水平子系统。
 ◆ 干线缆线:阻燃等级符合IEC 60332.3C,其阻燃能力相当于UL标准中的CMR级,可以在垂直竖井内垂直敷设。
       由于低烟无卤缆线具有阻燃性能,因此现在的低烟无卤缆线也称为阻燃低烟无卤缆线。
      对于低烟无卤缆线的测试,需要符合三方面的要求:
 ⊙阻燃性要求:
      低烟无卤缆线必须具有阻燃性。其阻燃等级有两个,分别要求符合IEC 60332.1和IEC 60332.3C。其中IEC 60332.1的阻燃要求使用普通的缆线阻燃要求,而IEC 60332.3C则要求比较高,属于干线级的阻燃要求。
      有些资料上介绍IEC 60332.1等同于UL的CM级要求(IEC 60332.2是细径缆线的测试方法,即不能使用60332.1测试时使用的替代测试方法)、IEC 60332.3C等同于UL的CMR级要求。事实上,这4个标准的测试方法并不相同,无法直接对比。因此,对于上述说法只能姑且听之。
 ⊙烟密度要求
      低烟无卤缆线要进行烟密度测试。它是在一个密闭的空间中用火燃烧线缆,待火焰熄灭后测试最终的室内烟密度,要求在有烟的情况下,透光能力能够达到60%,这样就确保人们在烟雾中能够看见道路。
 ⊙毒性要求
      目前的毒性测试方法有数种,如小白鼠试验等等。在低烟无卤缆线中采用的是卤酸气体释放量测试(用于低卤测试)和气体酸度测试(用于无卤测试)。其测试原理是对低烟无卤材料在高温下(分别为800℃和935℃)所产生的气体进行分析的方法确定卤素含量。
      低烟无卤缆线在中国已经有了一定的基础,出台了一些国标、部标(公安部、信息产业部)级缆线制造标准、光缆制造标准。
2.4  两大防火系列产品的由来
      缆线防火主要面对着四个问题:
 ◆ 缆线燃烧时的蔓延速度和自熄
 ◆ 缆线释放出的烟密度
 ◆ 有害气体的浓度
 ◆ 缆线的热量释放
      在各个国家中,有着各种解决以上四个问题的指导思想,由此也就逐渐形成了美国和欧洲两大防火缆线系列。
2.4.1  美国的高阻燃想法
      美国的国家电气法规(NEC)有着明确的规定:通信网络必须使用具有含卤素材料的非屏蔽双绞线。这是因为,含卤电缆虽然具有重要环保缺陷,但卤素本身却具有很强的抗燃性及高燃点,如果电缆根本不着火或很难着火,那么就不会引起燃烧,从而就不会散发出有毒的烟雾。
      美国是综合布线系统的发明地,在防火问题上,美国过去一直要求将弱电缆线象强电缆线一样敷设在金属管线中进行防火。随着材料技术的发展,美国开始允许弱电系统在使用高等级的防火缆线后,不使用金属管线进行防火保护,但前提要求是:缆线的防火能力要求达到普通缆线穿金属管后的同等防火等级。因此,就逐渐形成了一系列的高阻燃防火缆线。
      高阻燃防火缆线的分解温度远高于普通的PVC、PE材料的缆线。例如,使用氟材料的CMP级缆线护套的分解温度高达400度以上,而普通的PVC材料的分解温度仅有160度左右。这样,在火势刚起时,由于缆线上受到的温度还没有达到分解温度(目前的双绞线不会自燃),因此高阻燃缆线不会放出毒气和烟雾,也不会发出热量,使人们可以有更多的时间逃生。
      由于UL910斯坦纳管道试验(NFPA-262)表明,采用氟材料作为护套层的电缆具有和铁制金属管同等的低燃烧性和低烟性特性,这一点奠定了CMP级缆线的基础。
2.4.2  欧洲的低烟无卤想法
      为了减少有毒物质对环境的影响,欧盟专门制定了“有害物质限制规定”即RoHS 环保指令,凡含有铅、镉、溴等六种物质的电子产品包括缆线都不得在欧盟国家销售。
      由于任何有机材料都有毒性,而且含有卤素(如:氟)的材料更是具有剧毒和强烈的腐蚀性,因此欧洲出于绿色环保考虑,走了另外一条道路:由于聚烯烃类材料(如:PE等)在燃烧时分解成水和二氧化碳,不产生明显的烟雾和有害气体,因此以此类材料为基础,添入水合金属化物(如:氢氧化铝、氢氧化镁等)阻燃填充剂,就形成了低烟无卤阻燃系列缆线材料。
      低烟无卤阻燃母料是以聚烯烃(如:PE材料)为基体,将被各种改性剂活化了的大量氢氧化镁及其助剂捏合在聚乙烯基体中,利用氢氧化物被燃烧受热时,分解成金属氧化物和水,该反应为吸热反应。阻燃原理如下:氢氧化物被燃烧时是分解反应,该反应是吸热反应,吸收周围空气中的大量热量,降低了燃烧现场的温度,此为阻燃机理之一;生成的水分子,也吸收大量热量,此为阻燃机理之二;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,此为阻燃机理之三。所以低烟无卤聚烯烃是采用吸热与金属氧化物隔氧的方法进行阻燃的。
      低烟无卤型缆线中不含任何卤素材料也不含重金属(如:铅等等),因此当万一遇火时,缆线所产生的毒性及烟雾都很小。
       低烟无卤材料的分解温度比较低,通常不超过160℃。但由于在火焰中,它构成的护套层会自动膨胀、炭化,使双绞线具有了外层的无机炭化保护层和中间空气保护层,有效阻止了双绞线的火势蔓延。而且,分解出的水会变为水蒸气,与二氧化碳一起隔绝空气中的氧气,进一步减少了火势的蔓延。
低烟无卤双绞线在火焰中放出的烟雾很少,在单根双绞线试验时几乎看不见,右图是一张在燃烧试验中拍摄的照片一角:在明亮的火焰中可以清楚的看见正在被火焰包围的双绞线,没有任何的烟雾使画面变得模糊不清。
      当然,氧气的缺乏也会造成人因窒息而死亡,这也是低烟无卤缆线受到反对的理由之一。但是,在火场中,恐怕再多的氧气也经不住烈火的快速消耗。
      低烟无卤材料并非完全没有毒性,只是它的毒性比氟材料(CMP和LCC所用的材料)和PVC材料(普通双绞线所用的材料)都要小而已。
    《阻燃和耐火电线电缆通则》(GB/T 19666-2005)的要求,绿色环保缆线将成为中国电线电缆行业的首选,因此低烟无卤双绞线正在伴随着低烟无卤等级的电源线进入一栋栋现代化的高档建筑。
三  缆线防火的相关标准
      与缆线防火相关的标准主要有以下几类:
 ◆ 线路完整性:在规定的火源和时间下燃烧时能持续地在指定状态下运行的能力,采用IEC 60331系列标准来规定。通常要求线路(电缆、光缆)完整性的持续时间为90分钟。这类标准很少出现在综合布线产品手册中。
 ◆ 火焰传播特性:在规定的火源和时间下燃烧后火焰蔓延的长度,采用IEC 60332系列标准来规定。在综合布线产品中,通常采用火焰传播特性作为检查缆线阻燃特性(IEC 60332、CMX/CM/CMR/CMP/LCC的主要依据)。
 ◆ 烟雾测试标准:测试缆线燃烧时的烟雾浓度。
 ◆ 毒性测试标准:测试缆线燃烧时可能出现的毒性。
      在中国,主要引用中国标准、国际标准、美国标准和欧洲标准。
      中国在缆线防火方面的核心标准是《阻燃和耐火电线电缆通则》(GB/T 19666-2005),它依然明确中国电线电缆防火的发展趋势是提倡无卤低烟阻燃化,以达到环保的目的。
3.1  火焰传播特性标准
      火焰传播特性标准是目前使用面最广泛的标准,即使是低烟无卤缆线,也必须符合相应等级的阻燃标准。它主要是检测在火焰中缆线是否会蔓延,造成火势顺缆线传播到其它区域。
 ⊙中国标准
中国标准主要是直接引用IEC相关标准。例如:
 ◆ 电缆在火焰条件下的燃烧试验第1部分:单根绝缘电线或电缆的垂直燃烧试验方法(GB/T 18380.1–2001),等同于IEC60332.1-1993。
 ◆ 电缆在火焰条件下的燃烧试验第2部分:单根铜芯绝缘细电线或电缆的垂直燃烧试验方法(GB/T 18380.2–2001),等同于IEC60332.2-1989。
 ◆ 电缆在火焰条件下的燃烧试验:第3部分成束电线或电缆的燃烧试验方法(GB/T 18380.3–2001),等同于IEC60332.3-2000
      其中GB/T 18380.2–2001标准在综合布线行业中一般不采用。
 ⊙国际标准(IEC标准)
涉及到缆线防火的国际标准,一般都属于IEC组织发布的标准。其阻燃系列标准(火焰传播特性标准)有:
 ◆ 火焰条件下线缆测试方法 — 第1部分:单根绝缘线缆垂直布放火焰蔓延测试(IEC 60332.1-1993)
 ◆ 火焰条件下线缆测试方法 — 第2部分:单根绝缘线缆垂直布放火焰蔓延测试(IEC60332.2-1989)
 ◆ 在火焰条件下的电缆测试第3部分:垂直安放的成束电线或电缆的火焰垂直传播测试-设备(IEC 60332.3-10-2000)(20.6Kw 火焰,测试时间20min, 最大烧焦长度2.5m)
 ◆ 在火焰条件下的电缆测试第3部分:垂直安放的成束电线或电缆的火焰垂直传播测试-C类(IEC 60332.3-24-2000)
      对于低烟无卤(LSOH)缆线,通常水平双绞线要求符合IEC 60332.1标准,垂直干线缆线要求符合IEC 60332.3C标准。
 ⊙美国标准
常见的美国标准有:
 ◆ UL 1581:CM级通信电缆及OFN/OFC级光缆阻燃标准,主要用于普通水平缆线。
 ◆ UL 1666:CMR级通信电缆及OFNR/OFCR阻燃标准,主要用于垂直干线。
 ◆ UL 910:CMP级通信电缆及OFNP/OFCP级光缆阻燃标准,主要用于强制通风环境中的缆线。
应该说明的是,在美国标准中都有着一句类似的条款:“本试验并不研究燃烧或分解生成物的毒性”(UL 910,引自上海电缆研究所《阻燃电缆与材料试验标准》)
 ⊙欧洲标准
      欧洲委员会(European Commission)为了规范欧洲各个国家建筑产品,在1989年规定了建筑产品规范CPD(Construction Product Directive),CPD包括六方面基本的要求:机械稳定性,火灾安全性,健康环保,使用安全性,噪音保护,节能。满足CPD要求的产品将贴有CE标志(CE Marking),并允许在市场上销售。CPD适用于任何建筑产品,包括通信线缆。
      2000年欧洲委员会详细规定了建筑产品(包括通信线缆)的防火性能等级。下表按照从低到高的顺序列出了部分CPD级别的定义:

 

      欧洲标准(EN标准)中大部分防火标准与IEC标准等同,但其中的EN50289: 4-11是与美国的UL 910相近。
3.2  烟雾测试标准
      烟雾测试标准是测试缆线在燃烧时所产生烟雾浓度的标准,它是低烟无卤缆线布线符合的标准之一。其各地区的主要标准如下:
 ⊙中国标准
      中国标准主要是直接引用IEC相关标准。例如:
 ◆ 电缆或光缆在特定条件下燃烧的烟密度测定 — 第1部分:测试设备(GB/T 17651.1-1998),等同于IEC 61034.1-1997。
 ◆ 电缆或光缆在特定条件下燃烧的烟密度测定 — 第2部分:测试步骤和要求(GB/T 17651.2-1998),等同于IEC 61034.2-1997。
 ⊙国际标准(IEC标准)
 ◆ 电缆或光缆在特定条件下燃烧的烟密度测定 — 第1部分:测试设备(IEC 61034.1-1997)。
 ◆ 电缆或光缆在特定条件下燃烧的烟密度测定 — 第2部分:测试步骤和要求(IEC 61034.2-1997)。
 ⊙美国标准
      在CMP级缆线阻燃标准中,提出了对烟密度的测试要求。而在CM级和CMR级缆线标准中,没有提出对烟密度的要求。
 ⊙欧洲标准
      欧洲标准(EN标准)中烟密度标准等同于IEC标准。
3.3  毒性标准
      低烟无卤缆线必须符合的第三类标准是毒性标准:
 ⊙中国标准
      中国标准主要是直接引用IEC相关标准。例如:
 ◆ 取自电缆或光缆的材料燃烧时释放气体的试验方法 — 第1部分:卤酸气体总量的测定(GB/T 17650.1-1998),等同于IEC 60754.1-1994。
 ◆ 取自电缆或光缆的材料燃烧时释放气体的试验方法 — 第2部分:用测量pH值和导电率来测定气体的酸度(GB/T 17650.1-1998),等同于IEC 60754.2-1997)。
 ⊙国际标准(IEC标准)
在IEC标准中,主要是通过材料中的卤素材料成分检测来判断材料的毒性:
 ◆ 取自电缆或光缆的材料燃烧时释放气体的试验方法 — 第1部分:卤酸气体总量的测定(IEC 60754.1-1994)。
 ◆ 取自电缆或光缆的材料燃烧时释放气体的试验方法 — 第2部分:用测量pH值和导电率来测定气体的酸度(IEC 60754.2-1997)。
 ⊙美国标准
      尽管在UL 1666和UL910中都明确“本标准不研究材料及生成物的毒性”,但是至今没有查到美国有相关的毒性标准。
      毒性的另一种测试方法是用小白鼠进行测试,在美国和欧洲都有这方面的研究。有资料称:在欧洲的Anderson 实验室,使用了被称为匹兹堡测试的方法(此方法由匹兹堡大学发明) 来测量电缆外皮的毒性:测试中通过燃烧一定量的绝缘层,并将烟通过导管传送到4只白鼠所在的容器,观察直至有2 只白鼠死亡。通过这个测试人们发现,FEP电缆(即:CMP电缆或LCC电缆)的毒性是PVC 线缆(即:CM级电缆)的1.5倍,是无卤线缆的5倍。
3.4  各种标准之间的比较
      综合布线标准涉及到中国标准、国际标准、美国标准和欧洲标准,由于各种标准考虑的角度不尽相同,因此标准之间的比较有些困难。以下,仅将已经公开发行的各种标准(其中UL 1581中共列出了4种试验方式)中的有些异同点列出,供有兴趣的同行分析:
 3.4.1  阻燃标准比较
 IEC 60332.1-1993
 燃烧箱基本上不通风,温度保持在23±10℃。
 试样长度:600±24mm。
 喷灯与试样的垂直中心线呈45度角,火焰顶端碰到试样表面,距离上水平支架的下缘475±5mm。
 供火时间为60秒钟。
 若上支架的下缘至炭化部分起始点的距离大于500mm,则视为通过试验;若燃烧点向下延伸,距离上支架的下缘超过540mm,则判定为不合格。
 ◆ IEC 60332.3C-2000
 对垂直安装的成束电线或电缆、光缆上的火焰垂直传播进行评定。
 试样由若干相同长度的电缆试段组成,最小长度为3.5米。
 使用1~2个丙烷喷灯燃烧器,每个燃烧器每小时产生20±0.5kW热化学能。
 对电缆试样施加试验火焰,时间为40分钟。在试验火焰熄灭后,电缆上任何剩余的燃烧及炽热光应在1小时内完全熄灭。
 在试样中测得的炭化部分的最大范围,均应不到达高于喷灯底边2.5米的地方。
  ◆ UL 1581-1997 FT1(垂直放置的成品电线、电缆或软线)
 合格判定:采用标准试验火焰供火5次,每次持续15秒,在供火期间、供火间隔或5次供火后:在其长度方向上不得有火焰延燃;不得引燃附近可燃性物质。
 标准试验火焰的标称高度为125mm,产生标称功率为500W的热量。供火间隔为30秒,不管在前次供火后的30秒中试样的火焰是否自动熄灭。
 指示旗位于火焰上方250mm处,如果指示旗烧毁或焦化25%,则评定为在长度方向上会传播火焰。
 如果在任何时刻、任何试样产生的火焰、火星及燃烧滴落物掉落,引起棉层燃烧(无火焰的焦化可忽略),则评定会向附近的可燃性物质传播火焰。
 ◆ UL 1581-1997电缆燃烧试验
 用于垂直放置的电缆。
 合格判定:采用标准试验火焰供火3次,每次持续60秒钟,在供火期间或供火以后:在其长度方向上不得有火焰延燃;不得引燃附近可燃性物质。
 标准试验火焰的标称高度为125mm,产生标称功率为500W的热量。供火间隔为30秒,不管在前次供火后的30秒中试样的火焰是否自动熄灭。
 指示旗位于火焰上方250mm处,如果指示旗烧毁或焦化25%,则评定为在长度方向上会传播火焰。
 如果在任何时刻、任何试样产生的火焰、火星及燃烧滴落物掉落,引起棉层燃烧(无火焰的焦化可忽略),则评定会向附近的可燃性物质传播火焰。
 ◆ UL 1581-1997 VW-1(CMX试验使用)
 用于垂直放置的试样。
 合格判定:采用标准试验火焰供火5次,每次持续15秒钟,在供火期间或供火以后:在其长度方向上不得有火焰延燃;不得引燃附近可燃性物质。
 标准试验火焰的标称高度为125mm,产生标称功率为500W的热量。供火间隔为30秒,不管在前次供火后的30秒中试样的火焰是否自动熄灭。
 指示旗位于火焰上方250mm处,如果指示旗烧毁或焦化25%,则评定为在长度方向上会传播火焰。
 如果在任何时刻、任何试样产生的火焰、火星及燃烧滴落物掉落,引起棉层燃烧(无火焰的焦化可忽略),则评定会向附近的可燃性物质传播火焰。
 ◆ UL 1581-1997 FT2(水平试样)
 用于水平放置的成品电线、电缆、软线或组合件。
 合格判定:采用标准试验火焰供火一次(30秒钟),在供火期间或供火以后:在其长度方向上不得有火焰延燃;不得引燃附近可燃性物质。
 标准试验火焰的标称高度为125mm,产生标称功率为500W的热量,与试样呈70度角向上供火。
 如果试样焦化的总长度超过100mm,则评定在长度方向上会传播火焰。
 如果在任何时刻、任何试样产生的火焰、火星及燃烧滴落物掉落,引起棉层燃烧(无火焰的焦化可忽略),则评定会向附近的可燃性物质传播火焰。
 ◆ UL 1666-1997
 用于确定垂直安装于竖井中的电缆和光缆上的火焰蔓延的高度。
 第1.3款:本试验并不研究燃烧或分解产物的毒性。
 每一种电缆结构取2组试样进行测试,每一组由多根长度为5.33米的电缆试样组成。
 试验火焰每小时产生约154.5kW热化学能。
 对电缆试样施加试验火焰,时间为30分钟。在试验火焰熄灭后,或电缆试样完全停止燃烧后,应测量并记录电缆被连续烧毁的最大高度。
 每组试样的火焰蔓延高度不得等于或大于3.66米。
 ◆ UL 910-1998
 用于测定电缆和光缆的燃烧蔓延距离及烟密度的方法,该电缆拟安装于管道、压力通风系统及其它有空气流动的空间,在这些空间中电缆并没有封闭于电缆管内。
 第1.3款:本试验并不研究燃烧或分解生成物的毒性。
 试样由7.32m±152mm长的电缆组成。
 风速为1.22±0.025米/秒的强制通风状态。
 燃烧器火焰以均质瓶装的甲烷气体作燃料,其热化学能值为1000±20Btu/ft3。
 火焰蔓延的最大距离不超过起始位置137厘米燃烧器火焰以外152厘米。
 ◆ EN 50289-4-11
 用于测定电缆和光缆的燃烧蔓延距离及烟密度等参数的方法。
 试样由7.32m±152mm长的电缆组成。
 风速为1.22±0.025米/秒的强制通风状态。
 燃烧器每小时产生约88±2kW热化学能。
 火焰蔓延的最大距离不超过0.6米。
说明:
      1. 在所有的阻燃标准中都不涉及到缆线的毒性。其中中国标准、国际标准和欧洲标准是通过与其它标准同时使用来综合规定缆线的性能,美国标准(UL标准)则是在标准中明确说明“本标准不涉及到材料及衍生物的毒性”,但没有查到美国有哪些相关标准对缆线的毒性进行规定。
      2. 在CMP级缆线标准中,还会涉及到烟密度等指标。
      3. CMX和CM都使用UL 1581标准。
      4. 各种测试标准无法进行准确的比较,只能大致看出一些相近之处。例如:
 CM级与IEC 60332.1相近;
 CMR级与IEC 60332.3C相近;
 CMP级与EN 50289-4-11相近。
3.4.2  烟密度标准
 ◆ IEC 61034:
烟密度采用测光方式,密封燃烧室的尺寸为3米×3米×3米,光束位于离地面2.15米处,燃烧时烟不得排出。
测试透光率:在火熄灭之后5分钟或试验持续时间达到40分钟时记录最小透光率,试验结束后排出燃烧室内的烟。推荐的最小透光率为60%。
 ◆ 美国UL 910-1998:
UL 910是在风速为1.22±0.025米/秒的强制通风状态下进行的测试。要求烟的光密度(遮光度)OD为:
 
其中:I0为清晰光束的光电池信号;
I为使用中光电池信号。
要求所产生的烟的平均光密度不超过0.15,峰值光密度不超过0.5。
 ◆ 欧洲EN 50289-4-11:
EN 50289-4-11是在风速为1.22±0.025米/秒的强制通风状态下进行的测试。其计算方法与UL 910一样,但要求所产生的烟的平均光密度不超过0.12,峰值光密度不超过0.31。
 结论:
由此可见,三种标准的工作环境、计算方法略不相同,因此无法进行直接的比较:
 IEC 61034是在密闭空间中让烟累积后要求最小透光率不劣于60%(未燃烧时为100%),UL 910是在流动的环境中要求烟密度的平均遮光率不超过0.15,而EN 50289-4-11是在流动的环境中要求烟密度的平均遮光率不超过0.12。
 计算方法完全不同:IEC 61034是从光电池读数上看到指针的读数(清晰光束值在分母),UL 910则必须进行计算,而且清晰光束值在分子。
3.4.3  毒性标准
      毒性测试标准只有IEC版本(中国标准等同于IEC标准),美国标准中没有对应的文字,因此没有可比性。
3.5  对标准的观后感
 3.5.1  观看IEC 60332.1时的观感
      前不久,笔者有幸在单位里看到了IEC 60332.1燃烧试验,所用材料为六类带十字骨架的低烟无卤水平双绞线。在几分种的燃烧试验中,所看到的与想象中的不完全一样:
 在火焰对准双绞线放出火舌后,双绞线也同时燃烧,使火势一度看起来很大、很明亮。
 尽管火焰时间很短,但每根双绞线接触火焰的部分都只剩下铜丝,不管是护套层、十字骨架还是绝缘层都已经全部被烧掉。
 在火焰被撤去后,双绞线依然在燃烧,但燃烧位置仍在火焰燃过的地方,并不向上蔓延。
 随着双绞线表面的一层黑色炭化壳体逐步生成,火焰在下端继续燃烧,火势越来越小,最终熄灭。
 摔去炭化层后,双绞线中仍然呈现出低烟无卤的橙色。其中铜丝两端的橙色向着铜丝收进,并呈现白色。
3.5.2  查看各种防火标准后的体会
      在查看两大系列缆线的相关标准后,可以发觉以下情况:
 各种缆线都要求进行阻燃等级测试,但测试方法各不一样;
 欧洲的双绞线全部要求进行烟密度测试,美国的双绞线只有高阻燃等级材要求进行烟密度测试;
 欧洲的双绞线全部要求进行毒性测试,美国的阻燃标准中明确说明不包含毒性测试内容。
      另外,从阻燃标准的发展史可以看出,阻燃标准是以沉痛的火灾为背景,以各种试验为基础逐步发展起来的,每一次火灾都会给研究人员新的启迪,从中找出当年(也许是数十年前)的不足,以今天的技术手段再现火灾的部分场景,从中找到对付的方法。
四  综合布线缆线的应用
      在理论上,所有的缆线都应该使用最好的防火型缆线。但是,由于资金上的压力,目前还不可能做到全部做到,只能将高档的防火型缆线用于一些重要的场合,或将缆线与其它建筑材料相结合,以期在保证防火性能的同时,达到最佳的性能价格比。
      在中国的各种建筑物中,仍然有着各种线缆,其中包括:
 ◆ 综合布线系统:主要用于电话和计算机网络。
 ◆ 控制电缆:用于消防、防盗报警、广播等各种系统。
 ◆ 电源线。
 ◆ 专用电缆。
      这些缆线中除综合布线系统外,其它缆线大多很少考虑防火问题。这是目前的现实情况,而这一现象正在逐步改善。
      在这样的情况下,由于中国的缆线防火标准的滞后,使中国弱电缆线(主要是双绞线)的敷设即有遵循美国UL标准的,也有遵循欧洲低烟无卤系列标准的。在应用场合中,大部分安装要求在相关标准中都有描述。在本文中将针对一些特殊情况提出自己的想法:
5.1  通风环境中的防火缆线
      根据网上公示的GB/T 50311-2004(送审稿),在通风环境中可以使用CMP级或LCC级水平双绞线。这时的安装方法依据环境的不同,可以有多种类型:
5.1.1  架空地板下安装
      在架空地板下,可以使用CMP级和LCC级双绞线裸露敷设。
由于氟塑料构成的双绞线外径小,所占空间少,因此在架空地板下敷设时可以将大量的空间留给其它缆线、留给空调、留给维护空间。
      当然,在架空地板下安装时,最好是按顺序固定在梯形桥架上(绑扎时应尽量松散、随意,以降低线间干扰),简单时也可以绑扎后放在地坪上。
      根据国外资料中,还有将LCC级双绞线安装在风道中的(机房改造时没有空间,被迫如此),这对于中国的实际情况而言,这不可能列入正规施工,不值得对此提出解决方案。当然,如果LCC级双绞线能够用于此类异想天开的施工方式,那对于机房(包括音控室、音像制品车间等等)的使用者而言倒不失为一种有益的选择。
 5.1.2  吊顶上安装
      在吊顶上安装时,为了托住双绞线的自重,可以采用两种方式:
 梯形桥架安装
      当双绞线在梯形桥架上敷设时,双绞线不必考虑自重的影响。
      由于梯形桥架中的双绞线直接暴露在人们的视线中,因此出于美观考虑,应该对其进行绑扎。
 支架托住
      支架安装是国外双绞线安装的一种方式,它仅使用了固定桥架用的支架,将双绞线直接绑扎在支架的横梁上。这样的做法简单、造价低,但当双绞线数量较多时,底部的双绞线容易被压扁,造成回波损耗(RL)增加。另外在施工时,由于大多数施工方式都是成束拉双绞线,因此在支架处,双绞线和支架都会受力,容易造成双绞线受拉伤和支架歪斜。
      当使用支架安装双绞线时,还应考虑当地冬天和夏天之间的温差影响,让双绞线在天热时自然下垂,在天冷时基本拉直。因此,在设计时应充分考虑到自然下垂所需要的长度,不能刚好设计的90米的极限值。
5.2  外加金属材料保护后的防火缆线适用范围
      在美国,早期的弱电缆线(包括双绞线)是与强电缆线一样,采用CM级阻燃线穿金属管方式,满足各种应用场合的阻燃要求。由于弱电缆线的数量越来越多,在建筑物中的比例越来越大,为了节省建筑物内的空间,美国开始允许弱电缆线不穿管敷设。这就形成了强弱电缆线的不同防火方式:
 ◆ 弱电缆线可以穿管敷设,也可以不穿管敷设,只要总的阻燃等级达到要求即可;
 ◆ 强电缆线仍然要求穿管敷设。
      而在欧洲,至今仍然要求弱电缆线穿管敷设。
      在中国,由于普通的CM级双绞线+金属管线后的造价仍然远远低于CMP级缆线的造价,因此除特殊情况外,没有必要刻意采用CMP缆线,以免引出施工和验收中的麻烦。
5.3  金属材料的综合作用
      在建筑物中保护双绞线用的金属材料主要采用铁制桥架和铁制电线管。它可以实现多重含义上的保护:
 ◆ 承重:底层的双绞线部受到其它双绞线与支架之间的压力,以免双绞线严重变型造成传输性能改变。
 ◆ 防火:金属管线可以将火焰的温度快速分散到其它地方,使管线内的温度降低,同时在综合布线系统使用的密闭型管线中,它还起到了隔绝空气的作用,使双绞线燃烧所必须的氧气供应不足。
 ◆ 防电磁干扰:这一条对于屏蔽双绞线作用不大,但对于非屏蔽双绞线,它可以弥补双绞线只能预制电磁干扰中的磁场分量的弱点。当然,由于非屏蔽双绞线芯线与金属材料之间会产生分布电容,也会引入二次干扰,或造成信号衰减。
 ◆ 防雷:当雷击时,建筑物内的部分地方会出现跨步电压,所产生的电位差会在双绞线内造成感应电压,传输到设备接口上形成干扰。尽管根据双绞线的结构会将大部分感应电压转换成共模干扰,在接口上相互抵消,但设备上的共模电压抑制比是有限的,因此仍然会有部分感应电压会进入后续电路。
 ◆ 隔离:通过金属电线管和金属桥架,可以将不相干的缆线相互分离,形成物理上的隔离,以免相互影响和混杂。在电信机房(包括移动基站的机房)的梯型桥架上,经常可以看到不同性质的类型按照规定的位置固定,使维护人员能够在出现故障时容易查找缆线上是否有问题。如果是在下送上回的空调机房中,金属管线还可以避免来自精密空调的冷风将双绞线吹乱,或者是在空调漏水(可以通过漏水侦测系统保护)时防止双绞线被浸在水中。
 ◆ 美观:全封闭金属桥架中的双绞线应该处于自然散放状态,避免受力和产生线间干扰(ANEXT)。这时,双绞线的美观是不必考虑的。
      以上描述可能只涉及到金属管线作用的一部分。但仅凭这些,依然可以看出管线的作用是很大的,如果要取消金属管线,则应同时考虑相关的其它问题,以免牵一发而“伤”全身。
五  防火缆线的发展趋势
      目前的综合布线厂商早已进入了全球化销售的道路,各大综合布线厂商都同时具有高阻燃缆线和低烟无卤缆线两大系列,而且有些厂商还具有既满足低烟无卤要求,又满足高阻燃要求的缆线。
      随着科学技术的发展,美国和欧洲的技术也在争吵中不断的融合。例如:欧洲出台了比CMP更严格的EN 50289-4-11标准,并正在建立适合于各种缆线的CPD系列高阻燃标准,如果高阻燃配以低烟无卤,那么可以想象到:今后的建筑物缆线将不容易分解,而即使分解了也不会放出大量的毒气和烟雾。应该说这已经是目前综合布线缆线领域中梦寐以求的目标了。
      在中国,绿色环保已经成为人们不得不考虑的问题,加之低烟无卤缆线的制造设备便宜,也不需要配备专门的毒气处理设备,因此低烟无卤技术的发展远比高阻燃(如:CMP、LCC)技术的发展更快。

 更新时间:2010-11-27 14:46:56 

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