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网络数据线缆的外部特性
 
慧聪网   2006年1月6日11时10分   信息来源:eNet硅谷动力    

  一.概述

  业界一直关注网络数据线缆外皮的特性,比如外皮能否满足阻燃或低烟的标准,是否具有含有高燃点、抗燃特性,而具有后一种特性却在燃烧中会释放出有毒气体的卤素。 网络布线专业人士和广大的网络用户甚至在不同地区的标准组织之间,都存在分歧。随着集成语音、数据及图像为一体的、多媒体宽带的、融合的网络时代的到来,网络布线更将深入千家万户,正确认识网络数据电缆外皮的组成成份及其特性,对于未来网络的建设者及用户的工作和生活都是很重要的。

  对于网络数据线缆外皮的选择及标准,北美与欧洲的标准组织和厂家就像他们对于使用UTP还是采用FTP屏蔽产品一样,争论已久,互不相让。目前,北美、南美、亚太及中国等均采用基于北美的电缆防火标准UL及NEC(National Electrical Code),欧洲部分地区则采用低含卤或低烟无卤素绿色环保型电缆标准。

  二.线缆外皮含卤素与不含卤素特性

  目前全球大部分地区敷设的电力及通信电缆均含有卤素,该类线缆在燃烧时会散发出有毒雾状化学物质。在火中,含卤缆会产生酸性气体,有损人的鼻子、嘴和喉咙,烟雾还使受害者容易迷失方向,难以逃离大火现场。认识到这一潜在的危害性,部分欧洲国家已将无卤缆作为电力与通信线缆的标准。但是,美国国家电气法规却明确规定:通信网必须使用具有含卤素包层的超五类或六类UTP(非屏蔽双绞线)网络电缆。这是因为,含卤电缆虽然具有重要缺陷,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。

  事实上,有些火灾就是因为电缆本身通电时间较长导致过热而引起的。无卤线缆因为燃点低,所以更易引起火灾,而卤绝缘层可以更好地防止电缆自燃。但是,如果电缆已经处于火场,那么其产生的烟雾就会导致生命中毒。上述这些矛盾在卤素的应用中一直是业界争论的焦点。

  支持含卤素线缆应用的主要代表公司有,美国联邦公司和Goodrich等公司。反对含卤素线缆应用的机构更期望更能够说服NFPA(美国防火协会)修改当前的标准,停止使用含卤素线缆或允许在建筑物的通风处使用含卤素线缆。

  无卤线缆提倡者试图修改标准,但迄今为止都未成功。最主要的原因在于,主干线槽内线缆自燃性的窜层燃烧使人们不易进行区域防火控制,从而引起整栋大厦的火灾,而且低燃点极易产生火源。另一主要原因是无证据证实无卤线缆确能拯救生命(因为房屋内还存在大量其他装饰物也含有卤素)。

  按照现行美国建筑法案规定,惟一能合法安装的无卤线缆是将电缆置于金属导管中,这却使整个布线系统的成本翻了一倍。因此,多数欧洲国家包括法国、意大利和英国等均转向使用有卤线缆。在欧洲的通信线缆中,目前无卤线缆占约25%的比例,而在北美及世界大部分地区,有卤线缆则超过98%的市场。

  目前涉及线缆的相关国际标准主要关注三个问题是:防火性(线缆燃烧的速度)、烟的密度(产生多少可见烟)和有毒性(对人体产生多大的损害)。美国防火标准只涉及了前两个问题,但它却在使用上更为广泛和严格,要满足美国标准必须将卤素添加到线缆绝缘层的聚合物中,其PVC线缆含有氯,而FEP(Teflon特氟珑聚四氟乙烯)线缆含有氟。FEP具有很强的防火性,在燃烧冒烟解体之前可以忍受高达800℃以上的温度,它比通常无卤线缆最高可承受150℃的温度要高数倍,同时FEP也是一种高效的绝缘体。因此,FEP非常适用于制作传输高速数据的线缆,是目前通风处广泛采用超五类UTP的关键因素。在高楼竖井和其他通风地方,FEP电缆已大量取代了PVC电缆。

  欧洲有些国家的标准则不同,为了符合严格的防毒性规范,电缆生产商不使用卤素,代之以金属加入到聚乙烯和聚内烯线缆绝缘层中。当受热时,这种线缆只散发出毒性很小的可见气体。但是,这种无卤线缆的防火性能不如含卤线缆,并且其绝缘层很快会燃烧。因此,无卤线缆不能符合严格的美国防火标准,要达到通风及抽风处级别的防火要求,就不得不加入过量的金属氢氧化物,从而影响线缆性能及技术要求。

  当PVC电缆燃烧时会散发出氟化氢和二氧化物气体,而FEP电缆燃烧时,它释放出无色、无味,但毒性比氯化氢更强的氟化氢。有测试表明,在FEP烟雾中还存在另外一种危险气体。欧洲的Anderson实验室使用被称为匹兹堡测试的方法(此方法由匹兹堡大学发表)来测量电缆外皮的毒性。在测试中,燃烧一定量的绝缘层,将烟通过导管传送到4只白鼠所在的空间,观察直至有2只白鼠死亡。通过这个测试,人们发现,FEP电缆的毒性是PVC缆的1.5倍,是无卤缆的5倍。FEP支持者则认为,这个测试只是学术性的,因为测试环境并不是真实的火灾现场,而且在建筑物中达到释放那些有毒气体所需的温度时,无论什么都会因为温度太高(800℃)而早已死去了。

  2.1低卤(Low halogen),构成线缆的材料中可含有卤素,但含量较低。用IEC60754-1:1994(国标为GB/T 17650.1-1998)方法测定HCI含量。标准中无指标,建议HCI≤100 mg/g。

  2.2无卤(Free halogen),构成线缆的材料不含卤素,即低腐蚀性,其燃烧产物的腐蚀性较低。用IEC 60754-2:1991(1997修正),我国等同采用的国标为 GB/T17650.2-1998方法测定,指标为PH≥4.3,r(电导率)≤10ps/mm。国外不少国家或公司把无卤标准定为 HCI≤5mg/g,国人也有所仿效,这是不恰当的。因为IEC 60754-l已明确指出该方法不能用来测定 HCI含量小于5mg/g的材料,即不能判定"无卤"。其次,当HCI含量>2mg/g时,其水溶液的PH值就小于4.3,即不符IEC6 0754-2的要求。此外,有人认为IEC定的指标PH≥4.3,而德国的指标是PH≥3.5,因此IEC的要求比德国高。这只是表面现象。其实两者的效果是完全相同的。

  2.3低烟(Low smoke),线缆燃烧时产生的烟尘较少,即透光率较高。低烟的国际标准要求为透光率≥60%。必须指出,我国以 PVC为基的所谓低卤低烟材料所制作的电线电缆,其低烟达不到上述要求,不应采用低烟的型号。除非在产品标准中另有说明,例如降低透光率的指标,并说明该指标低于国际标准或国家标准的要求,以免用户误解。

  2.4低毒(LOW toxicity),线缆材料燃烧时产生的气体毒性较低。有关标准IEC尚在考虑中。目前使用较多的是英国海军工程标准NES713,用毒性指数(TI)表示,如要求绝缘材料的毒性指数小于3,护套的毒性指数小于5。国内有些厂家称可提供无卤、低烟、低毒线缆。因无卤、低烟材料燃烧时会产生有毒的CO,如材料中含有P、N、S,则生成的有毒气体还要多。

  三.线缆外皮阻燃与耐火特性

  防火(Flame proof)线缆是具有防火性能线缆的总称,通常分为阻燃线缆和耐火线缆两类。从防火安全和消防救生出发,对线缆防火性能的要求越来越多,例如:阻燃(Flame retardancy)-阻滞、延缓火焰沿着线缆的蔓延,使火灾不扩大。耐火(Fire resistance)-在火焰燃烧情况下能保持一定时间的运行,即保持线路的完整性(Circuit integrity)。我国阻燃和耐火线缆的研究开发始于1982年。经过5年时间,许多电缆厂家已投入生产,其产品已被用户所认同。

  3.1阻燃特性

  阻燃不要称为难燃,阻燃与国际通用的 FLAME RETARDANT切合,因为RETARDANT是延迟、阻止之意。根据IEC332,阻燃有单根和成束之分。为了评定线缆的阻燃性能优劣,故国际电工委员会分别制定了IEC332-1和IEC332-2、IEC332-3三个标准。IEC332-1和IEC332-2分别用来评定单根线缆按倾斜和垂直布放的阻燃能力(国标对应GB12666.3和GB12666.4),IEC332-3(国标对应GB12666.5-90)束垂直燃烧,相比之下成束垂直在阻燃能力的要求上高得多。

  按GB12666.5-90成束垂直燃烧试验标准规定,阻燃按其容量多少和试验时间(外火源喷火时间)长短分A、B、C三类。

  试样线缆容量的计算方法如下:

  V=n(S1-S2)÷1000

  式中n-线缆试样根数;

  S1-试样线缆外截面(mm2);

  S2-试样线缆中金属面积之和(mm2);

  V-试样容量之和(升/米)

  成束燃烧因有阻燃A类、阻燃B类、阻燃C类之分。在IEC的新提案中的阻燃D类,适用于外径12mm及以下的电线电缆。其所用试样的非金属材料总体积仅为C类的1/3,即0.5L/m。要求在火中时间20min和烧焦高度小于 2.5m则与C类相同。因为这个提案尚待表决通过。此外,IEC 332-3有一个规定,即做A类试验时,若试样取间隔排列(有一芯导体大于 35mm2的场合)在标准梯子前面排列不下时,可在后面排列,并且用AF/R表示。或采用宽型梯(0.8m宽)全部排在梯子的前面(用AF表示),并且用双喷灯供火。但若大规格电缆在标准梯子前面排得下时,则用单喷灯供火,仍记作AF。

  3.2耐火特性

  根据我国标准GB 12666.6-90,耐火分A类和B类二个级别。A类的供火温度为950℃~1000℃,B类的供火温度为750℃~800℃。按IEC 331-1970标准要求,相当于我国标准的B类。但是,在最近IEC新出版的标准IEC60331-1999中,供火温度仍为750℃~800℃,而提高试验温度的建议尚在考虑中。因此,如等同采用编制新的国家标准时,耐火等级就没有A类B类之区分。

  矿物绝缘(MI)电缆是有别于有机绝缘电缆的另类电缆,阻燃和耐火是其固有特性之一,因此,在需防火的地方,可推荐选用MI 电缆。关于耐火电缆的阻燃等级根据新近出版的英国标准BS7629-1997和 BS6387-1994,耐火电缆的阻燃特性要求是通过单报垂直燃烧试验。因此,如果我国予以仿效,在制订标准时也可统一规定耐火电缆的阻燃等级为单根阻燃,则在耐火电缆的型号中可把阻燃的代号省去。当然,如用户要求提高阻燃等级,再在型号中把阻燃代号介入即可。 电缆的燃烧特性都每时总体,并不计较各组成构件的个别特性。

 
作者:晓峰 
 
 
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