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通讯线缆防火安全综述 - 通讯线缆

时间:2010-03-24
关键字:双绞线分类 数据采集仪 NetFlow 智能综合布线 综合布线技术 高性能线缆

1. 介绍

LANs的不断增长使得商用办公大楼的综合布线的使用不断增长,这导致了天花板或地板下空间的通讯线缆越来越多。在欧洲和亚洲由于目前还没有针对防火性能的要求,有些线缆的防火性能很差或更本不知道。相比之下,北美和墨西哥则完全不同, 所有的通讯线缆必须符合四个防火级别之一,并且必须要有标志。这些防火等级是针对不同的安装环境,其标志对消防,健康和安全检查都十分有用。

另外,世界各地的防火规则也很不相同。在北美,通讯线缆具有防火规则,并强调如何减少火焰扩张,火势蔓延,烟雾产生;在欧洲和亚洲,针对通讯线缆的防火规则并不存在(针对其他建筑产品如护墙板,天花板和地板等存在防火规则)不管怎样,在一些欧洲国家由于存在低烟无卤(LSZH) 的欧洲线缆标准,有些用户更关注如何减少烟和酸性气体。这些标准目前正在修订中,让我们来看一下新的发展情况。 

2. 标准

当考虑通讯电缆的防火性能时,必须考虑以下几个关键因素:

· 防火阻抗 (有时称为电路完整性测试)
· 火焰扩张和阻火
· 热量释放度及总释放热量
· 烟雾产生
· 毒性
· 烟的腐蚀性

2.1 防火阻抗

防火阻抗或电路完整性测试是特别针对消防控制系统的,如音响器/警报器/火警电话机等设备,该测试要求在特定的火情下能维持电路完整性(例如,在1000 °C的火势下 3个小时仍保持电路完整)。主要的相关标准是:

· IEC 60331
· EN 50200

该要求需要特殊结构的电缆,一般的通讯电缆不适用。

2.2 火焰扩张和阻火

采用低火焰扩张和高阻火蔓延的通讯线缆可防止燃烧的线缆快速蔓延到大楼的其它部分。这样可使火灾中的人们有更多的时间撤离现场。主要相关的标准是:

· UL VW-1 Bunsen Burner
· UL 1581 Vertical Tray or IEEE-383 Vertical Tray
· CSA FT-4/IEEE-1202
· UL 1666
· UL 910 or NFPA 262 or CSA FT-6
· EN 50289-4-11
· IEC 60332-1 series or EN 50265 series
· IEC 60332-3 series or EN 50266 series
· FIPEC Scenario 1 and Scenario 2

如下图1和表1提供了美国的要求。所有的通讯线缆必须符合四个级别之一且有标记,并案不同级别规定了不同的使用场合。

除了UL VW-1是小规模的测试 ,其它 UL 1581, UL 1666和 UL 910都是中间规模的测试。加拿大标准协会 (CSA) FT-4测试比 UL 1581稍微严格一点,其点火源是成 20°角的。满足该测试的UL/CSA标记是 CMG/MPG。


图1:美国线缆防火测试,级别和标记

注:前缀 C或 M是指铜缆介质,前缀 OF是指光缆介质。

表1:US NEC 第 800条关于通讯线缆

标记

所需的测试使用范围CMXUL VW-1住宅CM/MP/OFC/OFNUL 1581 Vertical TrayIEEE-383 Vertical Tray除了主干和高压环境外的一般使用CMR/MPR/OFCR/OFNRUL 1666主干CMP/MPP/OFCP/OFNPUL 910/NFPA 262主干和高压环境

EN 50289-4-11是基于UL 910测试方式并把热量释放和点火时间测试作为强制要求,还另外增加了火焰滴落测试。注意UL 910和 EN 50289-4-11都是指测试方式而没有通过/失败要求。

目前,IEC 60332-1 和60332-3 系列标准使用较广。这些防火测试方式最初是用于电力/能源线缆的,而后被修改用于通讯电缆。IEC 60332-1是小规模测试,采用1千瓦燃烧炉作为点火源并采用单根线缆测试。她与UL VW-1测试类似。

IEC 60332-3 是中间规模的测试,采用一捆线缆测试,这一系列标准有五个种类,称为:

· Category A F/R NMV 7 升/米 IEC 60332-3-21
· Category A NMV 7升/米 IEC 60332-3-22
· Category B NMV 3.5升/米  IEC 60332-3-23
· Category C NMV 1.5升/米 IEC 60332-3-24
· Category D NMV 0.5升/米 IEC 60332-3-25

NMV 代表非金属体积。不同种类测试根据NMV 值要求不同数量的线缆。

EN 50265 和 EN 50266欧洲标准是IEC 60332-1和 IEC 60332-3标准的欧洲版本。

FIPEC (Fire Performance of Electric Cables)是欧洲行业基金设立的项目,用来开发测试线缆防火性能的方式。该测试方式修改了 IEC 60332-3,增加了热量释放和烟雾测试。相比目前的IEC 60332-3,FIPEC改变了样品装备,可选的背板使点火源更强大并增加气流,使得FIPEC测试能更好的区分不同线缆的防火性能。

FIPEC有两种测试方式,称为Scenario 1 和 Scenario 2。线缆直径大于5 mm的装在单一行列空间,小尺寸的线缆则成捆装在非扭绞的空间。Scenario 1比起 IEC 60332-3要稍微严格一些。其点火源为20 kW,气流增加到每分钟8000升,加了不可燃烧的背板。Scenario 2比起 IEC 60332-3要严格得多。其点火源为30 kW,气流增加到每分钟8000升,加了不可燃烧的背板。FIPEC测试方式已被欧洲建筑产品指导(CPD) 89/106/EEC的线缆防火级别分类采用。

UL 910, EN 50289-4-11和FIPEC Scenario 1及 Scenario 2作为综合防火测试方式,测试火灾中最根本的因素如火焰扩张,烟雾产生和热量释放。这是十分有用也更现实的。其他测试方式都只测一个变量――火焰扩张。

2.3 热量释放度 (HRR) 及总释放热量 (THR)

主要的相关标准是:

· EN 50289-4-11
· FIPEC Scenarios 1 & 2

HRR 和 THR在UL 910中是可选的。

2.4 烟雾产生

选择低烟雾的线缆是为了帮助火灾中的人们尽可能少受窒息并不减少可见度,从而逃离火灾大楼。主要的相关标准是:

· UL 1685
· UL 910
· EN 50289-4-11
· EN 13823 (SBI)
· IEC 61034 or EN 50268

UL 1685使用 UL 1581的测试方式,但增加了最高烟雾释放度和总体的烟雾要求。满足该测试的UL标记为‘LS’(有限的烟雾)。在美国,这是高压环境下的强制要求。这些线缆还必须符合UL 910 测试的CMP/MPP/OFNP/OFCP要求。

IEC 61034或 EN 50268使用3立方米测试。该测试最初用于电力/能源电缆模拟地下通道火灾的测试。当用来测试通讯线缆时,样品数量随线缆直径而不同。当外径为4.8 mm (Plenum级别线缆的直径)要求21根,当外径为5.1 mm时(符合IEC 60332-1的 LSZH线缆直径)要求8根。这个巨大的不同导致了测试结果也大不一样。但事实上,在9 m2 的工作区内安装的线缆数量并不会因为线缆直径的不同而不一样。

所以,UL 910, EN 50289-4-11 和 FIPEC Scenarios 1 & 2 测试方法是综合的火灾测试,是更有用也更现实。IEC 61034或 EN 50268仅测试烟雾散发。

2.5 毒性

毒性也是比较复杂的话题。毒性最初是只针对卤化线缆。不管怎样,所有的线缆(卤化或无卤)都产生有毒气体是个不争的事实。根据火灾专家的经验,火灾中最致命的原因是吸入有毒无气味的一氧化碳 (CO)。 英国建筑物研究/消防研究机构UK BRE/FRS的线缆防火研究显示在燃烧时 LSZH线缆产生的一氧化碳 (CO)比 CMP级别的线缆更多。(参见图 2)。 这主要是由于 LSZH线缆燃烧得更快,并很快地减少了可用的氧气。


图2:CMP级别和IEC 60332-1级别 LSZH线缆的一氧化碳(CO)散发量

2.6 酸性和烟的腐蚀性

除了烟雾,在火灾中还会产生气体。制造线缆时用的一些化合物可能会在火灾中产生酸性气体,从而腐蚀损坏一些电子设备和建筑结构。

有两个通常用来测试酸性气体产生的标准是:

· IEC 60754-1 (EN 50267-2-1):HCL gas generation
· IEC 60754-2 (EN 50267-2-2 & EN 50267-2-3):pH and Conductivity

这两个标准都是聚合物材料测试而不是整个线缆测试。

尽管纯净水的pH 值是 7,在 IEC 60754-2 标准中,通过/失败的 pH限值是 > 4.3。4.3的限值使得绝大部分的卤化线缆都不能满足该标准。若根据这一标准,就会得出“腐蚀性仅仅与卤化线缆有关”。

其他的测试方法如ASTM D5485 和 ISO DIS 11907则用金属丢失来测量腐蚀性。

现在,“腐蚀性仅仅与卤化线缆有关”的观点正受到质疑。来自朗讯科技数十年的研究表明现代数字设备最容易受到空中颗粒的攻击,绝大部分的空中颗粒是带腐蚀性的离子化合物。在火灾中,与填充物、阻火材料、着色剂或聚合反应的副产品有关联的离子污染物可能会释放并堆积在线路板上。研究表明由于火灾中线缆燃烧引起的设备破坏并不是因为金属层丢失或酸性气体沉淀,而是因为电子短路和电弧气体导致过分的串扰和故障组件。研究还表明燃烧LSZH 数据线缆和燃烧卤化线缆所产生的烟尘污染物是同样有害的。这个研究证明了针对数字电子设备可靠性(DEER) 在火灾中的损坏原理不能由pH值或传导性或金属丢失来评估。因此目前的测试方法如IEC 60754不能用来评估DEER。  另外,Plenum级别的通讯线缆由于火势不会在线缆上蔓延,因此燃烧的化合物的总量是很有限的,就不会产生多的离子污染物,也就不会损坏数字电子设备了。

总的来说,酸性不等同于腐蚀性。在IEC 60754-2中更本没提到腐蚀性。像电流泄漏和金属丢失应该是更确切的腐蚀损坏测试。针对电流泄漏和金属丢失的测试可参照IEC 60695-5-3;在美国,电流泄漏的测试方式是 UL Subject 1985。

3. 针对通讯线缆在火灾中危害的新的发展

关于通讯线缆在火灾中的危害评估和管理有了一些新的发展。包括BRE-预防损失委员会 (LPC)发布的设计指南,英国保险公司协会 (ABI)发布的技术简报,欧洲建筑产品指南把通讯线缆包括在内,以及由美国NFPRF和 UL发布的有限燃烧(难燃)级别的线缆防火性能。

3.1 欧洲建筑产品指南 (CPD), 89/106/EEC

建筑产品指南CPD于1989年颁布,其中最主要的要求之一就是关于火灾中的安全。一个新的测试方式和分类标准由欧共体消防标准 组织(FRG) 获批。

分类标准由‘Euroclasses’的Class A1 (最高性能)到 Class F (未规定性能)组成。除了最高和最低级别,其他分类都可以由EN 13823 SBI (Single Burning Item)方法测试。

在1998年十二月,通讯线缆在欧共体被作为建筑产品,也必须符合CPD中规定的分类要求。FIPEC 测试方法被采用。共有7个分类并且增强防火性能 (如 Plenum级别)线缆归在 EuroClass B1ca. 其中主要分类中的参数是强制的,而附加分类中的参数是可选的。大部分成员都申明不愿采用可选的酸性要求。一旦批准了,在指南中就会强制要求线缆防火标记,欧洲的第一个线缆防火等级标准将会产生。这对消防、健康、安全和保险检查员的安全性能和风险评估是非常有用的。

3.2 NFPA 90A 难燃级别要求

去年,美国的NFPRF和UL定义了一个新的线缆防火性能级别称作有限燃烧(难燃)。根据NFPA Article 90A,在高压通风环境中的产品必须符合这个级别,产品的燃料负载必须 £ 8.14 MJ/kg (3500 BTU/lb),25的火焰扩张指数 (FSI) 和50的最大烟雾发生指数 (SDI)。 依照NFPA 259 (针对燃料负载) 和 NFPA 255 (针对FSI和SDI)提出的流程这些数据必须产生。难燃线缆的要求超越了CMP/MPP/OFNP/OFCP (使用UL 910/NFPA 262测试)的要求。表 2提供了NFPA 255 和 NFPA 262的比较,表3提供了 难燃级别和 CMP/MPP/OFNP/OFCP级别的比较。

表2: NFPA 255和 NFPA 262的比较

NFPA 255NFPA 262仪器Steiner TunnelSteiner Tunnel测试持续时间10 分钟20 分钟钢架的位置0.298 m (11.75 in) above chamber floor0.203 m (8 in) above chamber floor钢架的宽度0.514 m (20.25 in)(多80%的线缆样品)0.286 m (11.250 in)

表3:难燃级别和 CMP/MPP/OFNP/OFCP 级别的比较

难燃级别

CMP/MPP/OFNP/OFCP 级别测试方式NFPA 255UL 910/NFPA 262火焰扩张火焰扩张指数 25£ 1.524 m (5 ft)烟雾产生£ 50 烟雾发生指数比难燃级别宽松 10倍的要求温度等级必需的不是必需的热度老化必需的不是必需的潮湿老化必需的不是必需的纵裂必需的不是必需的燃料负载限制£ 8.14 MJ/kg per NFPA 259 test不是必需的

4. 总结

所有这些发展都是为了提高结构化布线的防火性能。在各国的标准中,Plenum级别都已作为或正在成为最高防火性能级别的通讯线缆。根据安装环境来规定防火性能级别,加上强制性的线缆防火级别标记可以明确地增强风险评估。“在合适的环境安装合适的线缆”是很重要的。在中国,关于通讯线缆防火级别的分类和相关测试方法也正在探讨中,相信不久的将来,也会有类似的区分阻燃级别高低的标准出现。

SYSTIMAX® SCS具有一系列适合建筑物布线的通讯线缆。表4提供了不同防火级别铜缆的汇总。

表4:SYSTIMAX不同系列铜缆的防火性能特性和等级

注:所有SYSTIMAX铜缆都符合IEC 60332-3, Category A.