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單根垂直燃燒試驗(yàn)
1 前言
電線(xiàn)電纜的單根垂直燃燒試驗(yàn)，在實(shí)際測(cè)試時(shí)，其結(jié)果的不確定性，往往能讓人瞠目結(jié)舌，同一個(gè)人對(duì)同樣樣品在同一試驗(yàn)裝置上的檢測(cè)結(jié)果的變異系數(shù)甚至可達(dá)95%以上，結(jié)果在非常好和全部燒光之間徘徊。所以其結(jié)果很容易讓很多研發(fā)人員及材料供應(yīng)商陷入情緒崩潰，不知所措之中。
同時(shí)，對(duì)于有經(jīng)驗(yàn)的試驗(yàn)人員，總能很輕易地通過(guò)對(duì)設(shè)備參數(shù)的細(xì)微調(diào)整，從而讓試驗(yàn)順利通過(guò)。讓來(lái)自各方的審查、監(jiān)造代表們見(jiàn)證到優(yōu)異的檢測(cè)結(jié)果的誕生，從而得到令人滿(mǎn)意的見(jiàn)證/審查報(bào)告。
鑒于單根垂直燃燒試驗(yàn)，已經(jīng)相當(dāng)于常用電線(xiàn)電纜的基本要求，所以基本上也成為了各家電纜制造企業(yè)實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)配置。截止2021年12月中旬，國(guó)內(nèi)也已經(jīng)有65家實(shí)驗(yàn)室通過(guò)該項(xiàng)目的CNAS認(rèn)可。同時(shí)各地的質(zhì)檢部門(mén)，建筑領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)室也參與了房地產(chǎn)用建筑用布電線(xiàn)的檢測(cè)。各試驗(yàn)室的相關(guān)試驗(yàn)人員對(duì)于該試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)識(shí)不夠充分，一些試驗(yàn)裝置制造商也沒(méi)有完全理解該檢測(cè)方法中特別需要注意的要點(diǎn)，從而造成了一旦設(shè)備已經(jīng)到位，并且得到所謂的有關(guān)權(quán)威機(jī)構(gòu)的檢定/校準(zhǔn)證書(shū)，人員已經(jīng)培訓(xùn)到位，就自認(rèn)為檢測(cè)結(jié)果是可靠的。殊不知，還有不少相關(guān)的因素已經(jīng)被遺漏了，檢測(cè)結(jié)果的離散性非常大。
而線(xiàn)纜企業(yè)也經(jīng)常會(huì)收到莫名其妙的不合格檢測(cè)報(bào)告，需要耗費(fèi)很大的精力去應(yīng)對(duì)來(lái)自各方的壓力。所以特整理了本文，供大家參考和交流共進(jìn)，以期能引起相關(guān)人員的重視，改善目前的這種狀況。
2 試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)
常用的電線(xiàn)電纜的單根垂直燃燒試驗(yàn)，一般指《GB/T 18380.12-2008/IEC 60332-1-2:2004 電纜和光纜在火焰條件下的燃燒試驗(yàn) 第 12 部分：?jiǎn)胃^緣電線(xiàn)電纜火焰垂直蔓延試驗(yàn)1kW預(yù)混合型火焰試驗(yàn)方法 》。
對(duì)于小規(guī)格（總截面小于0.5mm2）的電線(xiàn)電纜，因?yàn)閷?dǎo)體在試驗(yàn)結(jié)束前容易被融化，所以另有專(zhuān)門(mén)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。由于其使用場(chǎng)景的特殊性，并不常見(jiàn)。所以限于篇幅原因，本文不再詳述。
對(duì)于比較苛刻的美國(guó)UL的VW-1試驗(yàn)方法，也限于篇幅原因，本文不再詳述。
3 試驗(yàn)的判定依據(jù)
GB/T 18380.11-2008/IEC60332-1-1:2004 附錄A（資料性附錄）中推薦了性能要求：
對(duì)特定型號(hào)或種類(lèi)的電線(xiàn)電纜的性能要求應(yīng)在相關(guān)電纜產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中單獨(dú)的規(guī)定。在沒(méi)有給定的性能要求時(shí)，至少要滿(mǎn)足如下要求∶ --上支架下緣和炭化部分起始點(diǎn)之間的距離大于 50 mm，則電線(xiàn)電纜通過(guò)本試驗(yàn)。 --另外，如果燃燒向下延伸至距離上支架的下緣大于540 mm 時(shí)。應(yīng)判為不合格并作記錄。 -- 如果試驗(yàn)不合格，則應(yīng)再進(jìn)行兩次試驗(yàn)。如果兩次試驗(yàn)結(jié)果均通過(guò)，則應(yīng)認(rèn)為該電線(xiàn)電纜通過(guò)本試驗(yàn)。 |
吐槽一句：目前已經(jīng)有第三方獨(dú)立實(shí)驗(yàn)室，將此兩次試驗(yàn)作為重要的創(chuàng)收任務(wù)和收入來(lái)源，也讓企業(yè)不堪其擾。
4 相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)
GB/T 18380.12-2008標(biāo)準(zhǔn)中引用了《GB/T 18380.11-2008/IEC60332-1-1:2004 電纜和光纜在火焰條件下的燃燒試驗(yàn) 第 11 部分：?jiǎn)胃^緣電線(xiàn)電纜火焰垂直蔓延試驗(yàn) 試驗(yàn)裝置》的標(biāo)準(zhǔn)。 GB/T 18380.11-2008第4.3條引燃源中規(guī)定了引燃源應(yīng)符合GB/T 5169.14-2007的規(guī)定，該標(biāo)準(zhǔn)提供了對(duì)試驗(yàn)火焰進(jìn)行認(rèn)可的方法。 根據(jù)上述兩份標(biāo)準(zhǔn)，上海電纜研究所組織起草了《JB/T 4278.5-2011 橡皮塑料電線(xiàn)電纜試驗(yàn)儀器設(shè)備檢定方法》。但是對(duì)GB/T 5169.14-2007的一些關(guān)鍵因素并沒(méi)有全部引入。而GB/T 5169.14-2007等同采用了IEC 60695-11-2:2003版本。 為了減少檢測(cè)過(guò)程中的不確定因素，IEC 60332和GB/T 5169.14都分別對(duì)其進(jìn)行了修訂。目前其有效的版本分別為：《IEC 60332-1-1:2015 Tests on electric and optical fibre cables under fire conditions--Part 1-1: test for vertical flame propagation for a single insulated wire or cable-Apparatus 》、《IEC 60332-1-2:2015 Tests on electric and optical fibre cables under fire conditions--Part 1-2: test for vertical flame propagation for a single insulated wire or cable-Procedure for 1kW pre-mixed flame》、《GB/T 5169.14-2017 電工電子產(chǎn)品著火危險(xiǎn)試驗(yàn) 第14部分：試驗(yàn)火焰1kW標(biāo)稱(chēng)預(yù)混合型火焰 設(shè)備、確認(rèn)試驗(yàn)方法和導(dǎo)則》。 所以為了得到比較一致的結(jié)果，試驗(yàn)人員應(yīng)當(dāng)關(guān)注這些修訂時(shí)的補(bǔ)充內(nèi)容。雖然標(biāo)準(zhǔn)中引用的標(biāo)準(zhǔn)是帶有年份號(hào)的。 |
5 試驗(yàn)裝置的驗(yàn)證
由于目前國(guó)內(nèi)很多所謂的技術(shù)專(zhuān)家/審核人員對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的計(jì)量驗(yàn)證存在一些誤解，認(rèn)為只需要檢定證書(shū)/校準(zhǔn)報(bào)告就可以了。而我國(guó)的相關(guān)質(zhì)量監(jiān)管機(jī)構(gòu)有對(duì)檢定/校準(zhǔn)有一些特殊的適用范圍要求，從而導(dǎo)致了試驗(yàn)裝置驗(yàn)證項(xiàng)目及內(nèi)容的缺失，設(shè)備未能得到全面的驗(yàn)證和評(píng)估。這些將是檢測(cè)結(jié)果偏離的最大原因。 事實(shí)上為了避免這些認(rèn)識(shí)的誤區(qū)而造成試驗(yàn)結(jié)果的不可靠，無(wú)論國(guó)際法制計(jì)量組織（OIML）還是CNAS都出臺(tái)了相關(guān)的文件，并對(duì)“檢定”一詞的翻譯回歸到其本源“驗(yàn)證”。并要求其在安裝后或重大維修后應(yīng)測(cè)試關(guān)鍵的操作功能，以及安全功能，投入使用前或按預(yù)定間隔期應(yīng)實(shí)施測(cè)試應(yīng)用指標(biāo)和持續(xù)的性能測(cè)試。大家值得注意的是，這里用的是驗(yàn)證，而不是簡(jiǎn)單的“檢定證書(shū)或校準(zhǔn)報(bào)告”。 本文將對(duì)這些可能造成偏離的因素，按國(guó)際通用的試驗(yàn)裝置驗(yàn)證方法，逐個(gè)分析并介紹。 |
5.1 試驗(yàn)箱
5.1.1 GB/T 18380.11-2008中的試驗(yàn)箱要求
GB/T 18380.11-2008第4.4條規(guī)定了：
金屬罩和引燃源應(yīng)被放置在一個(gè)合適的箱子中，試驗(yàn)期間不通風(fēng)，但可配備能除去燃燒時(shí)釋出有害氣體的裝置。試驗(yàn)箱溫度應(yīng)保持在（23±10）℃。注1∶如果要求所用的標(biāo)準(zhǔn)通風(fēng)柜做到不通風(fēng)，那么一定是配備了能單獨(dú)控制的排氣扇，并且處在"關(guān)閉"的情況下。有些通風(fēng)柜可能沒(méi)有配備這樣的裝置。 注 2∶如果使用通風(fēng)柜在不通風(fēng)的情況下做試驗(yàn)，推薦采取如下安全措施∶ a） 關(guān)閉排氣扇，封閉出口; b） 拉下通風(fēng)柜的前門(mén)，留下足以操作噴燈到位的一條縫隙; c） 確保操作人員的安全; d） 試驗(yàn)期間不要移動(dòng)通風(fēng)柜的門(mén); e） 試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，在打開(kāi)門(mén)之前應(yīng)充分排空通風(fēng)柜。 |
這里有幾個(gè)要點(diǎn)需要說(shuō)明。上述除了說(shuō)明實(shí)驗(yàn)箱這一物體以外，還提到了一些操作規(guī)定。而這些”隱藏”在裝置要求中的條款往往很容易被實(shí)驗(yàn)人員所忽略。
第一：需要合適的箱子。但是對(duì)于箱體的體積，從哪些方面考慮是合適的，這里并沒(méi)有說(shuō)明。
第二：明確試驗(yàn)時(shí)不能有通風(fēng)。因?yàn)橥L(fēng)或者移動(dòng)通風(fēng)柜的門(mén)都將會(huì)引起檢測(cè)結(jié)果的明顯變化。在無(wú)鹵電線(xiàn)電纜的單根垂直燃燒試驗(yàn)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到噴燈滅火后，還剩下微弱的火焰。而這點(diǎn)微弱在火焰可能會(huì)在移動(dòng)柜門(mén)的時(shí)候直接導(dǎo)致兩種截然不同的結(jié)果：風(fēng)的進(jìn)入而直接被熄滅，或者因?yàn)橥蝗坏难鯕庠黾佣濐澪∥〉責(zé)巾敳繉?dǎo)致不合格。而排氣扇的開(kāi)啟或頂部的開(kāi)口造成煙囪效應(yīng)，將直接導(dǎo)致產(chǎn)品試驗(yàn)結(jié)果判定為不合格。
關(guān)于如何確定什么是合適的箱體，限于篇幅原因，將在后續(xù)的文章中繼續(xù)分期介紹。
5.1.2 實(shí)驗(yàn)室容易忽略的地方
1） 頂部有排風(fēng)扇，做實(shí)驗(yàn)時(shí)忘了關(guān)閉。 2） 頂部排風(fēng)扇已經(jīng)關(guān)閉，但是有無(wú)法控制的排風(fēng)口，容易受外界環(huán)境的影響，試驗(yàn)時(shí)形成了煙囪效應(yīng)而使試驗(yàn)結(jié)果變差。 3） 點(diǎn)火器的點(diǎn)火及滅火非自動(dòng)控制，需要人工處理，而不得不打開(kāi)通風(fēng)柜門(mén)。打開(kāi)瞬間引起的風(fēng)擾動(dòng)對(duì)火焰的產(chǎn)生影響，甚至造成一些微弱火焰的熄滅。同時(shí)打開(kāi)通風(fēng)柜門(mén)后帶入的氧氣也會(huì)加劇燃燒的過(guò)程，樣品上端炭化位置會(huì)上移。（所以一般選用上下推拉的方式較為適宜，盡量減少開(kāi)關(guān)試驗(yàn)箱門(mén)引起的風(fēng)擾動(dòng)） 4） 試驗(yàn)箱的內(nèi)表面的顏色與火焰的藍(lán)色外焰很難區(qū)分，成火焰的外焰形狀很難觀(guān)察到。從而每次開(kāi)機(jī)時(shí)未能調(diào)到可靠一致的火焰。 5） 試驗(yàn)箱體積過(guò)小，對(duì)于大電纜連續(xù)燒多分鐘的時(shí)候，造成燃燒時(shí)氧氣不充足，從而導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果偏好。 6） 沒(méi)有單獨(dú)的試驗(yàn)箱，金屬罩直接面對(duì)外面開(kāi)放空間。容易受到外界的干擾。 6） 從試驗(yàn)的結(jié)果來(lái)看，試驗(yàn)箱（GB/T 5169中稱(chēng)為"通風(fēng)櫥")門(mén)閉合狀態(tài)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的一致性是有明顯提升作用的。 7） 實(shí)驗(yàn)室未有試驗(yàn)箱，而室內(nèi)氣流擾動(dòng)，火焰飄忽不定。火焰驗(yàn)證結(jié)果很難保證一致性和準(zhǔn)確性。 |
5.2 金屬罩
GB/T 18380.11-2008/IEC60332-1-1:2004第4.2條中明確地對(duì)金屬罩進(jìn)行了規(guī)定。
金屬罩的尺寸為高（1200±25）mm。寬（300±25）mm，深（450±25）mm，正面敞開(kāi)，頂部和底部封閉。 |
JB/T 4278.5-2011第3.2條也做了金屬擋風(fēng)罩的尺寸規(guī)定。要求與GB/T 18380.11-2008/IEC60332-1-1:2004是一致的。
而在IEC 60332-1-1：2015（相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)修訂版正在送審中）第4.2條中在此基礎(chǔ)上增加了兩點(diǎn)內(nèi)容：1） 提出了該金屬罩的作用：為了防止試樣受到氣流影響。2）金屬罩的材質(zhì)進(jìn)行了說(shuō)明：金屬罩應(yīng)由硬金屬板構(gòu)成。
正常情況下這個(gè)金屬罩的尺寸和材質(zhì)都能滿(mǎn)足。也有一些實(shí)驗(yàn)室的這個(gè)罩子使用了耐火板。目前還沒(méi)有收集到不同罩子材料可能造成檢測(cè)結(jié)果的偏離的公開(kāi)報(bào)道。
5.3 引燃源
5.3.1 GB/T 18380.11-2008/IEC60332-1-1:2004第4.3條中對(duì)于引燃源的規(guī)定如下：
除了使用純度超過(guò)95%的技術(shù)級(jí)丙烷進(jìn)行供火，引燃源應(yīng)符合GB/T 5169.14-2007的規(guī)定，該標(biāo)準(zhǔn)提供了對(duì)試驗(yàn)火焰進(jìn)行認(rèn)可的方法。 該標(biāo)準(zhǔn)中未有對(duì)丙烷和空氣的流量做一規(guī)定 |
5.3.2 在GB/T 5169.14-2007/IEC 60695-11-2:2003第4.1條中對(duì)燃燒器/火源裝置的規(guī)定如下：
1kW標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)火焰由下述方法產(chǎn)生： ——采用圖A.1~圖A.8所示的裝置；（編者說(shuō)明：8張裝置圖中很明確的是丙烷噴燈內(nèi)徑應(yīng)為 (7.0±0.05)mm。 ——在23℃、0.1MPa的條件下以650mL/min±30mL/min的流量供給純度不低于98%的技術(shù)級(jí)丙烷氣體。 ——在23℃、0.1MPa的條件下以10L/min±0.5L/min的流量供給空氣。應(yīng)有一種測(cè)量周?chē)諝鉁囟群蜌鈮旱难b置?？諝鈶?yīng)基本無(wú)油和無(wú)水。 火焰應(yīng)是對(duì)稱(chēng)和穩(wěn)定的，并能得到第6章規(guī)定的 45s±5 s的確認(rèn)試驗(yàn)結(jié)果。 應(yīng)使用圖 A.8所示的確認(rèn)試驗(yàn)方法。（火焰確認(rèn)將在后面介紹） |
同時(shí)
在實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)櫥/試驗(yàn)箱中測(cè)量，在柔和光線(xiàn)下觀(guān)察，火焰的大約尺寸為; 藍(lán)色焰心高度∶50 mm～60 mm; 總高度∶170 mm～190mm。 |
在本標(biāo)準(zhǔn)中需要說(shuō)明的是，由于市場(chǎng)上98%技術(shù)級(jí)丙烷氣體并不容易得到，所以按照IEC標(biāo)準(zhǔn)丙烷的純度已經(jīng)下降到了95%，其火焰的形狀也必將有所改變。但是如何改變成什么樣的比較合適，該標(biāo)準(zhǔn)中并沒(méi)有說(shuō)明。
另外，該標(biāo)準(zhǔn)第4.2.5條中對(duì)于進(jìn)行火焰驗(yàn)證用的銅塊進(jìn)行了規(guī)定：
在完成整個(gè)機(jī)加工但未轉(zhuǎn)孔的情況下，銅塊直徑為9mm，質(zhì)量為10.00g±0.05g，如圖A.7所示，應(yīng)用電解韌銅Cu-ETP USN C11000制作。
值得注意的是，由于銅經(jīng)過(guò)反復(fù)燃燒后發(fā)生氧化，所以是易耗品，需要經(jīng)常更換。而這種直接將銅塊與熱電偶相連的售賣(mài)的產(chǎn)品，無(wú)論其材質(zhì)還是質(zhì)量很難確定其是否符合要求。何況還需要年度的銅塊計(jì)量報(bào)告，在CNAS實(shí)驗(yàn)室評(píng)審的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)讓人提出質(zhì)疑，甚至開(kāi)出不符合項(xiàng)。
（吐槽：1）標(biāo)準(zhǔn)編制的時(shí)候，很多編寫(xiě)者沒(méi)有檢驗(yàn)檢測(cè)認(rèn)證方面的經(jīng)驗(yàn)，望讀者能舉一反三，在將來(lái)的工作中能對(duì)類(lèi)似文字的描述方式有所關(guān)注
2）這里的關(guān)鍵點(diǎn)其實(shí)只有兩個(gè)：a 保證火焰接觸面的結(jié)構(gòu)和尺寸，b 保證銅材的熱容）
眾所周知，火焰的不同位置的溫度差異將達(dá)數(shù)百℃，所以在標(biāo)準(zhǔn)第5.6條中規(guī)定了測(cè)定銅塊與噴燈口的位置。即銅塊正對(duì)噴燈口，且其端面間距離為（95±1）mm。
5.3.3 JB/T 4278.5-2011
JB/T 4278.5-2011直接搬用了GB/T 5169.14-2007/IEC 60695-11-2:2003中的部分要求，針對(duì)引燃源進(jìn)行了如下的規(guī)定：
第3.5條：丙烷噴燈內(nèi)徑應(yīng)為 (7.0±0.1)mm。（編者注：不知道什么原因，抄 GB/T 5169.14-2007/IEC 60695-11-2:2003時(shí)，將其內(nèi)徑從 (7.0±0.05)mm改成了 (7.0±0.1)mm。內(nèi)徑偏差的變大也就意味著火焰形狀也會(huì)有相應(yīng)的偏差。標(biāo)準(zhǔn)中并沒(méi)有體現(xiàn)對(duì)這種偏差的容忍，而實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中也會(huì)時(shí)常干擾到實(shí)驗(yàn)室之間的結(jié)果差異） 第3.6條：丙烷噴燈產(chǎn)生的燃燒火焰的藍(lán)色內(nèi)椎體高度應(yīng)為 (55±5）mm，外焰高度應(yīng)為 (180±10)mm。（編者注：不知道什么原因，丙烷純度從98%降到95%時(shí)如何能保持火焰高度不變的，何況實(shí)際中，丙烷純度中的95%亦很難保證。魚(yú)和熊掌不可兼得，此時(shí)不得不考慮將噴燈的燃燒熱值作為底線(xiàn)。） 第3.7條：火焰強(qiáng)度要求：應(yīng)能在(45±5)s內(nèi)能將測(cè)定銅塊的溫度從(100±2)℃上升到(700±3)℃。 同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)第4.5條中對(duì)測(cè)定銅塊做了規(guī)定：用鎧裝外徑為0.5mm的 K型熱電偶嵌入重量為 （10.00±0.05)g、直徑為 9mm的純銅塊中的測(cè)試溫度元件，可長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在1050℃以上。 |
同時(shí)，在本標(biāo)準(zhǔn)中，干脆就沒(méi)有提丙烷純度、丙烷的流量和空氣流量。而在引用驗(yàn)證要求時(shí)，卻只引用了部分GB/T 5169.14-2007/IEC 60695-11-2:2003的要求，且又放寬了個(gè)別指標(biāo)。
所以一言以蔽之，JB/T 4278.5-2011在整合GB/T 5169.14-2007/IEC 60695-11-2:2003和GB/T 18380.11-2008/IEC60332-1-1:2004過(guò)程中，明顯地未有仔細(xì)核對(duì)其中的區(qū)別。一旦丙烷純度下降，或者噴口的尺寸不對(duì)，火焰形狀就不能滿(mǎn)足要求。這將直接造成后續(xù)的火焰驗(yàn)證難以得到順利的開(kāi)展。
所以在選擇4278.1的計(jì)量報(bào)告的時(shí)候，需要特別注意這些細(xì)節(jié)。
關(guān)于火焰驗(yàn)證的細(xì)節(jié)和注意事項(xiàng)，限于篇幅，將在后續(xù)的文章中單獨(dú)介紹。
GB/T 18380.12-2008/IEC 60332-1-2:2004 的附錄B（資料性附錄）推薦的燃?xì)夂涂諝饬髁?，?duì)丙烷和空氣做了如下規(guī)定：
1kW標(biāo)準(zhǔn)火焰燃?xì)夂涂諝獾牧髁繎?yīng)為： ——在23℃、0.1MPa的條件下以（650±30）mL/min的流量供給純度超過(guò)95%的技術(shù)級(jí)丙烷氣體。 ——在23℃、0.1MPa的條件下以（10±0.5）L/min的流量供給空氣 |
5.3.5 GB/T 5169.14-2017/IEC 60095-11-2:2013
GB/T 5169.14-2017/IEC 60095-11-2:2013在充分考慮各國(guó)各地的丙烷質(zhì)量水平后，對(duì)相關(guān)規(guī)定做了一些調(diào)整。對(duì)丙烷純度和流量、火焰高度、火焰驗(yàn)證等都做了詳細(xì)的規(guī)定。
A 丙烷純度和流量
GB/T 5169.14-2017/IEC 60095-11-2:2013在在4.1要求條款中規(guī)定了丙烷氣體純度不低于95%。
在第5條 試驗(yàn)火焰的產(chǎn)生 這一條款中規(guī)定了丙烷和空氣的流量：
點(diǎn)燃?xì)怏w，并將燃?xì)夂涂諝饬髁空{(diào)節(jié)到下列值∶ 丙烷的體積流量應(yīng)在23℃、0.1MPa的條件下測(cè)得為650 mL/min±10 mL/min?？諝獾捏w積流量應(yīng)在23℃、0.1MPa的條件下測(cè)得為10.0 L/min±0.3L/min。 注∶這些體積流量相當(dāng)于丙烷（23℃、0.1MPa的條件下密度為1.821 g/L時(shí)）的質(zhì)量流量為1.184 g/min±0.018 g/min。 空氣（23℃、0.1MPa的條件下密度為1.1764 g/L時(shí)）的質(zhì)量流量為11.64 g/min±0.35 g/min。 檢驗(yàn)時(shí)火焰應(yīng)是穩(wěn)定且對(duì)稱(chēng)。 |
這里需要說(shuō)明的是，現(xiàn)在有些考究一點(diǎn)的設(shè)備已經(jīng)采用了質(zhì)量流量計(jì)。但是設(shè)備商還是按原有習(xí)慣顯示為體積流量的方式。這里很容易犯一個(gè)錯(cuò)誤，特意給大家說(shuō)明一下：
首先，校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室在給質(zhì)量流量計(jì)校準(zhǔn)的時(shí)候，是基于一定密度的氣體而進(jìn)行的。然后在報(bào)告中也體現(xiàn)的是體積流量示值誤差。（編者注：這是一個(gè)非常有趣的現(xiàn)象）。然后實(shí)際上校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室的氣體密度和燃燒試驗(yàn)室所使用的氣體的純度和密度是不一樣的。目前并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有人關(guān)注到這一點(diǎn)并做相應(yīng)的系數(shù)換算。（雖然不太大，但是作為試驗(yàn)室而言仍不要放過(guò)無(wú)處不在的幾個(gè)百分點(diǎn)的差異，不然等累計(jì)了好幾次的幾個(gè)百分點(diǎn)，檢測(cè)結(jié)果就差之千里了）
其次，質(zhì)量流量計(jì)在安裝的時(shí)候，往往會(huì)忘了這個(gè)不同流量計(jì)的密度換算，還有校準(zhǔn)后偏差的修正。
更有甚者，流量計(jì)本身并沒(méi)有校準(zhǔn)過(guò)（都送第三方校準(zhǔn)并不現(xiàn)實(shí)），但是企業(yè)試驗(yàn)室也并沒(méi)有相應(yīng)的檢測(cè)和標(biāo)定（這個(gè)在國(guó)內(nèi)，時(shí)常會(huì)發(fā)生。吐槽，編者曾經(jīng)為了一個(gè)測(cè)量裝置，找了n家企業(yè)尋求標(biāo)定的可能，結(jié)果被告知他們企業(yè)內(nèi)部都沒(méi)有標(biāo)定的設(shè)備，只負(fù)責(zé)生產(chǎn)和銷(xiāo)售）。
所以這個(gè)流量的顯示值的可信度可想而知。
另外，實(shí)驗(yàn)室也會(huì)為了追求可參觀(guān)性，或者避免外行的審核專(zhuān)家不斷地吹毛求疵，直接把顯示和實(shí)際控制流量分離。顯示永遠(yuǎn)都是漂亮的標(biāo)準(zhǔn)值中心，多完美的設(shè)備啊。
而傳統(tǒng)的設(shè)備，采用的是轉(zhuǎn)子流量計(jì)。轉(zhuǎn)子流量計(jì)一直在上下浮動(dòng)，很難精確控制，而其讀數(shù)又是一大災(zāi)難區(qū)。限于篇幅原因，本文不再贅述，將在后續(xù)的文章中進(jìn)行詳細(xì)介紹。
B 火焰高度
GB/T 5169.14-2017/IEC 60095-11-2:2013標(biāo)準(zhǔn)第6.3程序條款中火焰的總高度為（148mm~208mm），藍(lán)色焰心高度(46mm~78mm)
注意這才是按照95%丙烷純度后應(yīng)該有的火焰高度要求。
C 火焰驗(yàn)證
GB/T 5169.14-2017/IEC 60095-11-2:2013第6.3程序條款中規(guī)定了：
等待至少5min使燃燒器條件達(dá)到穩(wěn)定。 使溫度/時(shí)間顯示/記錄裝置處于運(yùn)行狀態(tài)，重新調(diào)整銅塊下方燃燒器的位置。 測(cè)量銅塊溫度從100℃±5℃上升到700℃±3℃的時(shí)間。如果為46s土6s;記錄下燃?xì)馀c空氣流量;并重復(fù)兩次該步驟直到連續(xù)的3次測(cè)量均滿(mǎn)足該時(shí)間值。每次測(cè)量后需將銅塊在空氣中自然冷卻到50℃以下。如果其中任一次測(cè)量值不為 46 s±6 s，那么應(yīng)檢查該試驗(yàn)的各個(gè)裝置部件，確保其都符合本部分的要求。 |
同時(shí)還在6.2條中對(duì)火焰驗(yàn)證的頻次也做了規(guī)定：
6.2 確認(rèn)試驗(yàn)的頻率 確認(rèn)試驗(yàn)應(yīng)在下列情況下進(jìn)行∶ a） 當(dāng)供氣裝置進(jìn)行更換時(shí)，或試驗(yàn)裝置重置時(shí)，或數(shù)據(jù)受到質(zhì)疑時(shí)，或 b） 如果兩次使用間隔時(shí)間超過(guò)一個(gè)月，在使用試驗(yàn)火焰前進(jìn)行；或 c）如果兩次使用間隔時(shí)間不超過(guò)一個(gè)月，則每個(gè)月進(jìn)行一次。 |
規(guī)定這個(gè)火焰驗(yàn)證的頻率基于如下考慮：
1） 供氣裝置更換時(shí)，丙烷純度可能會(huì)有變化，從而導(dǎo)致燃燒熱值的差異；或者其他空氣的管路穩(wěn)定性等因素的影響。
2） 后面將介紹到空氣管路中的水和油將會(huì)污染流量計(jì)，從而造成流量計(jì)的失準(zhǔn)。
編者注：有些實(shí)驗(yàn)室的空氣儲(chǔ)罐體積不夠大，或者與其它試驗(yàn)裝置甚至生產(chǎn)設(shè)備公用一個(gè)儲(chǔ)氣裝置，造成罐內(nèi)的氣壓極不穩(wěn)定，很難得到比較一致的火焰驗(yàn)證時(shí)間。
關(guān)于火焰驗(yàn)證的方法、熱電偶的選擇、如何計(jì)時(shí)等等以及應(yīng)當(dāng)注意的事項(xiàng)，限于偏于原因，將在后續(xù)的文章中進(jìn)行單獨(dú)介紹。
5.4 空氣源--空氣罐中的水和油
前面介紹到了流量計(jì)的一些事情。
本條另外還特別對(duì)空氣流量計(jì)做一點(diǎn)補(bǔ)充。
一般實(shí)驗(yàn)室的空氣，都來(lái)自于空壓機(jī)，而非像丙烷那樣來(lái)自于外購(gòu)的一定純度的技術(shù)級(jí)丙烷氣體。而通過(guò)空壓機(jī)壓縮在儲(chǔ)氣罐里的空氣含有水份和油。
而這些含有水和油的空氣通過(guò)流量計(jì)的時(shí)候，很快就污染流量計(jì)，并使其失準(zhǔn)，有就是說(shuō)通過(guò)流量計(jì)的流量與顯示流量會(huì)有比較大的差距，從而導(dǎo)致結(jié)果的差異。
這個(gè)失準(zhǔn)的過(guò)程是與試驗(yàn)的頻次有關(guān)，有的一個(gè)季度就完全不對(duì)了，也有的可能一年后才會(huì)被發(fā)現(xiàn)。也和操作習(xí)慣有關(guān)（試驗(yàn)前需要檢查壓縮空氣儲(chǔ)罐，并排放冷凝水，哪怕是自動(dòng)排水器，也要確保其是正常運(yùn)行排放的，避免過(guò)量的水帶入流量計(jì)中）。
每個(gè)季度送外進(jìn)行流量計(jì)校準(zhǔn)顯然不合適，比較方便可靠的方式是通過(guò)火焰驗(yàn)證來(lái)確定火焰的熱值和形狀。
另外，送外檢定/校準(zhǔn)合格的流量計(jì)，安裝到位置后，所顯示的數(shù)據(jù)并不一定能提供顯示的數(shù)據(jù)。這是因?yàn)榱髁坑?jì)的示值是極容易受到安裝條件的影響，也就是氣流的狀態(tài)的影響。這也就是為什么燃燒試驗(yàn)的時(shí)候，需要反復(fù)進(jìn)行火焰驗(yàn)證的一個(gè)重要因素。
值得注意的是，對(duì)于控制在某一參數(shù)的系統(tǒng)，最重要的是控制的這個(gè)點(diǎn)是否在允許誤差范圍內(nèi)，而不是能否提供一張外部所謂的報(bào)告。
5.5 設(shè)備的其它結(jié)構(gòu)尺寸
如GB/T 18380.11-2003、IEC 60332-1-1:2015和JB/T 4278.5-2011標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的，同時(shí)還需要對(duì)兩夾具之間的距離、下夾具底端距金屬擋風(fēng)罩內(nèi)底板的距離、藍(lán)色內(nèi)椎體的尖端與試樣表面的接觸點(diǎn)與水平的上下支架下緣的距離、燈管與夾具軸線(xiàn)的夾角等。
這些內(nèi)容，幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)之間并無(wú)差異。檢查也比較容易，這里不再贅述。
6 火焰的移出
在GB/T 18380.12-2008/IEC60332-1-2:2004第5.4.2條中規(guī)定了供火時(shí)間后，特別加了一行內(nèi)容：
完成規(guī)定時(shí)間的供火后，將噴燈移開(kāi)并熄滅噴燈火焰 |
此句話(huà)，在IEC 60332-1-2:2015的第5.4.2條中仍然保持。新版的國(guó)家審批稿（等同采用IEC該標(biāo)準(zhǔn)）中也有同樣有此規(guī)定。
這句話(huà)，也很容易被試驗(yàn)人員所遺忘或忽略。
目前很多試驗(yàn)裝置都是帶有自動(dòng)點(diǎn)火和滅火功能的。
因考慮到安全因素，避免回火產(chǎn)生的爆炸，設(shè)備廠(chǎng)商在設(shè)計(jì)自動(dòng)熄火裝置的時(shí)候，都會(huì)先關(guān)閉空氣，然后再關(guān)閉丙烷的方式。而這樣的設(shè)計(jì)，如果設(shè)備供應(yīng)商沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)的話(huà)，可能造成熄火不干脆，甚至在熄火前有一個(gè)短暫爆發(fā)性的一團(tuán)異常綿軟的火焰，而這團(tuán)爆發(fā)性的綿軟的火焰，往往或造成電線(xiàn)電纜尤其是無(wú)鹵低煙產(chǎn)品燃燒狀態(tài)的一個(gè)重大轉(zhuǎn)變，也就是說(shuō)如果沒(méi)有這個(gè)火焰，試驗(yàn)可以很順利地通過(guò)，而有了這團(tuán)火焰，可能會(huì)造成線(xiàn)纜表面的火焰得以持續(xù)微弱地蔓延，一直燒到上支架附近，而被判為不合格。
所以，在測(cè)試時(shí)，是需要人工或自動(dòng)方法將均勻一致的火焰移開(kāi)，然后熄滅。
然而這里又有一個(gè)疑問(wèn)了：試驗(yàn)箱不是關(guān)閉的的么？如何人工移開(kāi)。這個(gè)返回到試驗(yàn)箱里面的一個(gè)細(xì)節(jié)了。
如果這個(gè)移開(kāi)不能自動(dòng)的話(huà)，只能采用人工方式。那么必須為人工方式預(yù)留一個(gè)操作空間。
也就是說(shuō)為什么前面說(shuō)，建議采用上下推拉方式，在底部預(yù)留操作空間，避免大開(kāi)大合地開(kāi)試驗(yàn)箱，造成的空氣擾流而導(dǎo)致結(jié)果的偏離。
試驗(yàn)結(jié)果的區(qū)別可以通過(guò)一個(gè)案例的數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)明：
自動(dòng) 關(guān)火 | 手工移出火焰 試驗(yàn)箱 開(kāi)放狀態(tài) | 手工移開(kāi)火焰 試驗(yàn)箱 半閉合狀態(tài)*a | |
上支架下緣和碳化部分起始點(diǎn)之間的距離實(shí)測(cè)值（應(yīng)大于50mm） | 0~421 | 335~407 | 401~422 |
距離實(shí)測(cè)值的平均值，mm | 196 | 366 | 408 |
距離實(shí)測(cè)值的標(biāo)準(zhǔn)偏差,mm | 172 | 29 | 10 |
距離實(shí)測(cè)值的變異系數(shù),mm | 88% | 7.8% | 2.4% |
說(shuō)明：a 半閉合狀態(tài)指底部留小縫可供移出操作。
b 限于保密原則，本文不公開(kāi)實(shí)驗(yàn)室的名稱(chēng)和試驗(yàn)人員的名字。
以上數(shù)據(jù)可以看到試驗(yàn)箱閉合狀態(tài)，用手工移開(kāi)噴燈的方式可以明顯地提升燃燒結(jié)果的可重復(fù)性。
7 供火時(shí)間
關(guān)于供火時(shí)間，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中有詳細(xì)的說(shuō)明。按試驗(yàn)的外徑分別進(jìn)行了60/120/240/480s的分檔規(guī)定。并無(wú)特別之處。
不過(guò)對(duì)于非圓形電纜的外徑，需要進(jìn)行折算成等效外徑。這個(gè)等效方式，是有說(shuō)明的。GB/T 18380.12-2008/IEC60332-1-2:2004第5.4.2條中的說(shuō)明為：
a 對(duì)非圓形電纜（例如扁形結(jié)構(gòu)）進(jìn)行試驗(yàn)，應(yīng)測(cè)量電纜周長(zhǎng)并換算成等效直徑，如像電纜是圓的那樣。 b 對(duì)于長(zhǎng)短軸之比大于17:1的扁電纜，供火時(shí)間仍在考慮中 |
而在IEC 60331-1-2:2015(相應(yīng)國(guó)標(biāo)正在審批中）的第5.4.2條中，將上述兩條合并，并更加具體化了：
a 長(zhǎng)短軸之比小于3的非圓形電纜或光纜，其外徑（D）為短軸標(biāo)稱(chēng)值。長(zhǎng)短軸之比為3～16的非圓形電纜或光纜，其外徑（D）為長(zhǎng)短軸之和除以3.14（π）。長(zhǎng)短軸之比大于16的非圓形電纜或光纜，其產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)提供試驗(yàn)條件，如果產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有提供，應(yīng)由制造商和買(mǎi)方協(xié)商解決 |
此處特別也提醒電纜研發(fā)人員，在開(kāi)發(fā)長(zhǎng)短軸之比大于16的非圓形電纜或光纜時(shí)，請(qǐng)記得加入這個(gè)條件。
8 結(jié)尾
看了洋洋曬曬這么多文字，一言以蔽之，單根燃燒試驗(yàn)看起來(lái)很簡(jiǎn)單，實(shí)際上里面的導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果偏離的因素還是有很多的。除了試驗(yàn)箱、金屬罩、引燃源、空氣源、設(shè)備結(jié)構(gòu)尺寸；還有不少操作上的細(xì)節(jié)。
如果對(duì)其中的細(xì)節(jié)沒(méi)看透，或者對(duì)于盤(pán)根錯(cuò)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有理清，或者沒(méi)有仔細(xì)核查相關(guān)要點(diǎn)，那么其試驗(yàn)結(jié)果將可能是沒(méi)有多大的意義的，甚至?xí)O大地誤導(dǎo)了產(chǎn)品研發(fā)/驗(yàn)貨/市場(chǎng)監(jiān)督等工作。
作者：陳慧娟
來(lái)源：電纜趣事