歐盟CPR與美標UL對電線電纜阻燃要求的差異分析

一般來說，數據通信電纜產品的消費者主要關心電纜的數據傳輸特性。 然而，這些產品通常必須滿足各種阻燃測試要求，以確保在發生火災時建筑物居住者的安全。 多年來，北美和歐盟已經制定了許多數據通信電纜的阻燃安全標準。 本文將討論和比較北美和歐盟使用的常見的阻燃測試方法。 此外，本文將描述“火循環”以及這些火焰測試協議如何影響數據通信電纜的材料選擇。

介紹

大多數數據通信電纜的設計符合特定的防火測試標準。美國NEC（國家電氣規范）和類似的加拿大防火測試標準，歐洲EN 50266和歐洲EN 50399作為歐洲建筑產品法規CPR的一部分，描述了在不久的將來主導數據通信電纜防火測試的標準。此外，在北美和歐盟之外使用的許多數據通信電纜防火測試協議源自上述代碼和標準中的防火測試協議。

NEC由國家消防局（NFPA）管理，雖然參與是自愿的，但它是美國大部分地區的事實上的標準。一些大城市的代碼脫離了NEC，著名的是芝加哥和拉斯維加斯。 NEC包含的文章涵蓋了建筑物中安裝的特定類型的房屋布線。在這些文章中引用了UL / NFPA火焰測試，這些特定類型必須滿足這些測試才能符合規范。

EN 50266和IEC 60332-3幾乎完全相同，除了細微的差異，并且仍然是常用的大型點火源（20kW或更高）歐盟數據通信電纜的火焰測試。然而，EN 50399是近批準的CPR的一部分，并且已經成為通常指定的阻燃測試要求。

“火循環”和材料化學

在進行有關電線和電纜結構的燃燒測試的詳細討論之前，將討論“火循環”。

火燃燒需要有四個要素，即熱量，燃料，氧氣和點火。熱量導致電纜中的塑料降解。當塑料降解時，它會產生氣體和液體形式的可燃材料。在上圖中，我們將這些可燃材料稱為“燃料”。燃料與氧氣結合，點燃并釋放熱量。燃燒釋放的熱量導致更多的塑料降解并形成可燃材料，該可燃材料與氧氣結合，然后點燃，然后產生更多的熱量。該循環無休止地重復，直到消除或減少繼續循環所必需的元素之一以防止循環繼續。中斷火災周期的常用方法是：

?   減少可燃燒的燃料量

?   減少氧氣的可用性，與燃料發生化學反應

?   減少可用于降解塑料的熱量

一些塑料，如聚氯乙烯（PVC）和大多數含氟聚合物，由于其化學結構而具有固有的阻燃性。其他聚合物如聚乙烯和聚丙烯需要添加劑以賦予阻燃性。用于聚合物耐火性的阻燃技術通常分為兩類，含有鹵素和不含鹵素。

含鹵素阻燃劑（FR）塑料：

PVC和含氟聚合物在其聚合物主鏈中含有鹵素，因此被認為是鹵素基材料。有時將鹵素源添加到塑料中以改善阻燃性能。氟，氯，溴和碘都被認為是鹵素，氯和溴是常用于阻燃塑料的兩種鹵素。鹵素通常通過清除燃燒期間在火焰區域中形成的自由基而在火中起作用。這些自由基是繼續將燃料轉化為熱量并保持火焰循環的必要條件。通過減少可用于繼續燃燒的自由基的量，產生較少的熱量。如果產生的熱量較少，則較少量的聚合物（燃料）會分解并可燃燒。通過減少可用的熱量，可以減慢或停止火災周期。

鹵素也具有二次阻燃功能。當含鹵素的塑料燃燒時，它們通常釋放酸性化合物，這有助于形成一層焦炭（膨脹）以保護塑料。下面更詳細地討論該膨脹層的阻燃功能。

無鹵阻燃塑料：

與鹵素基阻燃塑料不同，大多數無鹵素阻燃塑料不含有在燃燒過程中清除火焰區域中自由基的添加劑。由于PVC和含氟聚合物在其結構中含有鹵素，因此它們不能用于無鹵素產品。常用于無鹵素FR塑料的基礎聚合物是烯烴基材料，例如聚乙烯，聚丙烯基共聚物和乙烯 - 乙酸乙烯酯（EVA）。用于電線和電纜的無鹵阻燃塑料的典型FR添加劑具有以下功能：

A. 從聚合物區域提取熱量以干擾火災周期。這通常通過在塑料中添加其結構中含有水的礦物填料來實現。由于這些礦物填料在著火期間釋放水，因此熱量被吸收。這減少了可用于繼續火循環的熱量。

B. 燃燒過程中礦物填料釋放的水蒸氣引起的氧氣置換。如果氧氣被水蒸氣（蒸汽）取代，則可用于參與火災循環的氧氣較少。

C. 形成耐熱炭（膨脹型），在塑料（燃料）和火焰（熱源）之間形成絕緣屏障。該膨脹層具有兩個主要功能。種是幫助熱聚合物燃料與熱源隔熱。這種絕緣概念類似于瓷磚在重新進入地球大氣層時保護NASA航天飛機的方式。第二個功能是阻止退化的塑料碎片移動到火焰中作為燃料。這兩個功能都會干擾火災周期。

含鹵素和無鹵素阻燃（FR）數據線的比較：

符合NEC標準的無鹵素阻燃FR數據通信電纜往往比其基于鹵素的對應電纜更昂貴。此外，滿足特定NEC要求的無鹵素數據電纜通常具有較差的物理性能，而相當于滿足相同要求的等效鹵素產品

與鹵素基FR系統相比，無鹵素系統確實具有幾個優點。基于無鹵素系統的電纜通常比其鹵化對應物散發更少的煙霧和更少的酸性氣體用于相同質量的聚合物燃燒。基于無鹵阻燃系統的電纜通常在燃燒期間每磅或每千克產生的毒性氣體比基于鹵化FR系統的氣體少。然而，這些電纜的相對防火安全性非常依賴于電纜的燃燒條件。在像NFPA 262這樣的防火測試中，基于無鹵阻燃系統的電纜結構通常比通過該測試的競爭含鹵素電纜結構產生更多的煙霧和更高水平的有毒氣體如一氧化碳。

數據線的防火測試

在火焰測試中有兩種主要的電纜方向，垂直和水平。 在相同的燃燒器強度下，垂直方向通常更嚴重。 下面討論了北美和歐盟常用于數據通信電纜的大型點火源（20kW或更高）火焰測試：

垂直火災傳播測試：

UL 1685 US

UL 1666 US

FT-4加拿大

EN 50266歐洲（原IEC 60332-3）

EN 50399歐洲，目前正由中國考慮。 用于CPR分類。

表1：垂直火災傳播測試條件和通過/失敗要求

水平火災傳播測試：

NFPA 255 US（有限可燃電纜）

NFPA 262 US（Plenum Cable）

FT-6加拿大（測試協議與NFPA 262相同）

表2：水平火災傳播測試條件和通過/失敗要求

歐盟防火測試類

在歐洲，數據通信電纜常引用的測試是EN 50266（IEC 60332-3）。 該防火測試有一系列類別，其中測試的電纜數量由可燃材料的數量決定。

EN 50266防火測試類

3AF：每米電纜7.0升可燃材料。 兩層電纜，一層安裝在托盤前面，另一層安裝在后面。 僅用于導體尺寸超過35 mm2的大型電纜。

3A：每米電纜7.0升可燃材料。 一層或多層電纜僅安裝在托盤的前部。

3B：每米電纜3.5升可燃材料。

3C：每米電纜1.5升可燃材料。 僅用于具有少量可燃材料的較小電纜。

3D：每米電纜0.5升可燃材料。 僅適用于直徑小于12 mm的小型電纜。

這些類似乎形成了一個層次結構; 然而，事實并非如此。 歐洲理事會在1990年代末完成的FIPEC（電纜防火性能）研究明確指出，EN 50266中規定的非常小的點火源（20kW），有限的氣流（5m3 / min）和樣品定位不足以完全 釋放電纜樣品的燃料電位，并且升級3D到3AF不提供層次結構。 已經觀察到許多小直徑電纜比3C類更容易通過3A類。 這是建筑產品指令創建EN 50399的原因之一。

EN 50399防火測試等級

A:不可燃 - EN ISO 1716。

B1:帶背板的成束電纜火焰測試 - 火焰蔓延<1.75米。

B2:無背板的成束電纜火焰試驗 - 火焰蔓延<1.5米。

C: 無背板的成束電纜火焰試驗 - 火焰蔓延<2.0米。

D: 成束電纜火焰測試 - 無火焰蔓延限制 - 20分鐘時的總熱量釋放<70 MJ。

E: 單根電纜火焰測試。

F:無要求

EN 50399使用與EN 50266相同的腔室設計。關鍵的區別在于EN 50399協議解決了許多與點火源，氣流和樣品定位有關的EN 50266的FIPEC問題。

北美和歐洲的火災測試比較

在引入CPR之前以及北美測試的層次結構推測之前，EN 50266測試協議的嚴重程度在耐火焰蔓延方面與UL 1685垂直托盤測試的嚴重程度有些相似。然而，新的EN 50399中的一些類別具有接近數據電纜的嚴格UL火焰測試的測試協議，以防火焰蔓延。

雖然我們尚未討論EN 50289，但該協議具有高水平制度，可被視為等同于NFPA 262（Plenum）和NFPA 255（限制可燃物）。到目前為止尚未提及EN 50289的原因是因為此時尚未將這些測試分配給任何歐盟申請。

北美和歐盟數據通信電纜火焰測試標準之間的可燃性測試總結：

表中列出的所有數據通信火焰測試都對火焰蔓延有要求。

?   煙釋放量通常由北美水平火焰測試標準以及EN 50399中有要求.UL 1666和EN 50266沒有任何煙釋放量要求。 盡管UL 1685和FT4標準具有煙霧要求以獲得LS（限制煙霧）標識，但對LS額定數據通信電纜的需求很少。

?   熱釋放可直接在EN 50399中測量.NFPA 255可在氧彈熱量計中單獨測量電纜材料的熱釋放。 EN 50266或任何北美測試均未測量火焰測試期間的熱釋放。 盡管UL 1666確實具有高溫度要求，但它并非真正的熱釋放測量。

?   只有EN 50399對酸性氣體產生有規定，表中列出的其他標準對酸度都沒有要求。

數據電纜材料選擇

北美和歐洲數據通信電纜材料選擇的主要區別在于北美數據電纜在其構造中通常包含一些鹵化聚合物，而歐盟數據電纜通常使用無鹵素材料。歐盟的普遍看法是，減少酸性和潛在有毒氣體更重要，北美認為大限度地減少火焰蔓延和煙霧產生更重要。

北美和歐盟的數據電纜材料選擇是由兩個地區之間獨立發展的火焰測試標準的差異所驅動的。在北美銷售的大多數5e類或6類數據通信電纜都通過了NFPA 262測試。截至目前，沒有無鹵材料技術可以使5e類或6類兼容無鹵電纜滿足NFPA 262的火焰蔓延和煙霧產生要求。相反，大多數在北美銷售的鹵素數據電纜滿足要求NFPA 262難以滿足EN 50399中與酸性氣體生成相關的要求。

必須記住，盡管北美和歐盟火焰測試標準和原理之間存在顯著差異，但終目的是相同的。這兩種方法在重要的事情確保了人們的安全上都做的非常好。----02