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單根垂直燃燒試驗(yàn)
1 前言
電線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。讓來自各方的審查、監(jiān)造代表們見證到優(yōu)異的檢測(cè)結(jié)果的誕生,從而得到令人滿意的見證/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,國內(nèi)也已經(jīng)有65家實(shí)驗(yàn)室通過該項(xiàng)目的CNAS認(rèn)可。同時(shí)各地的質(zhì)檢部門,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,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:單根絕緣電線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,所以另有專門的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。由于其使用場(chǎng)景的特殊性,并不常見。所以限于篇幅原因,本文不再詳述。
對(duì)于比較苛刻的美國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)或種類的電線電纜的性能要求應(yīng)在相關(guān)電纜產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中單獨(dú)的規(guī)定。在沒有給定的性能要求時(shí),至少要滿足如下要求∶ --上支架下緣和炭化部分起始點(diǎn)之間的距離大于 50 mm,則電線電纜通過本試驗(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,則應(yīng)認(rèn)為該電線電纜通過本試驗(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:單根絕緣電線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
由于目前國內(nèi)很多所謂的技術(shù)專家/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/校準(zhǔn)報(bào)告就可以了。而我國的相關(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,無論國際法制計(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,而不是簡單的“檢定證書或校準(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,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; e) 試驗(yàn)結(jié)束時(shí),在打開門之前應(yīng)充分排空通風(fēng)柜。 |
這里有幾個(gè)要點(diǎn)需要說明。上述除了說明實(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,這里并沒有說明。
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)柜的門都將會(huì)引起檢測(cè)結(jié)果的明顯變化。在無鹵電線電纜的單根垂直燃燒試驗(yàn)過程中,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。而排氣扇的開啟或頂部的開口造成煙囪效應(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,而不得不打開通風(fēng)柜門。打開瞬間引起的風(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)打開通風(fēng)柜門后帶入的氧氣也會(huì)加劇燃燒的過程,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,盡量減少開關(guān)試驗(yàn)箱門引起的風(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察到。從而每次開機(jī)時(shí)未能調(diào)到可靠一致的火焰。 5) 試驗(yàn)箱體積過小,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) 沒有單獨(dú)的試驗(yàn)箱,金屬罩直接面對(duì)外面開放空間。容易受到外界的干擾。 6) 從試驗(yàn)的結(jié)果來看,試驗(yàn)箱(GB/T 5169中稱為"通風(fēng)櫥")門閉合狀態(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,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)量周圍空氣溫度和氣壓的裝置??諝鈶?yīng)基本無油和無水。 火焰應(yīng)是對(duì)稱和穩(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,在柔和光線下觀察,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)中并沒有說明。
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的產(chǎn)品,無論其材質(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,甚至開出不符合項(xiàng)。
(吐槽:1)標(biāo)準(zhǔn)編制的時(shí)候,很多編寫者沒有檢驗(yàn)檢測(cè)認(rèn)證方面的經(jīng)驗(yàn),望讀者能舉一反三,在將來的工作中能對(duì)類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)中并沒有體現(xiàn)對(duì)這種偏差的容忍,而實(shí)際檢測(cè)過程中也會(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。) 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,可長時(shí)間運(yùn)行在1050℃以上。 |
同時(shí),在本標(biāo)準(zhǔn)中,干脆就沒有提丙烷純度、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)夂涂諝饬髁浚瑢?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。 |
這里需要說明的是,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)室而言仍不要放過無處不在的幾個(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)本身并沒有校準(zhǔn)過(都送第三方校準(zhǔn)并不現(xiàn)實(shí)),但是企業(yè)試驗(yàn)室也并沒有相應(yīng)的檢測(cè)和標(biāo)定(這個(gè)在國內(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)部都沒有標(biāo)定的設(shè)備,只負(fù)責(zé)生產(chǎn)和銷售)。
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)為了追求可參觀性,或者避免外行的審核專家不斷地吹毛求疵,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,都來自于空壓機(jī),而非像丙烷那樣來自于外購的一定純度的技術(shù)級(jí)丙烷氣體。而通過空壓機(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),有就是說通過流量計(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火焰驗(yàn)證來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、燈管與夾具軸線的夾角等。
這些內(nèi)容,幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)之間并無差異。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,將噴燈移開并熄滅噴燈火焰 |
此句話,在IEC 60332-1-2:2015的第5.4.2條中仍然保持。新版的國家審批稿(等同采用IEC該標(biāo)準(zhǔn))中也有同樣有此規(guī)定。
這句話,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)商沒有經(jīng)驗(yàn)的話,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,往往或造成電線電纜尤其是無鹵低煙產(chǎn)品燃燒狀態(tài)的一個(gè)重大轉(zhuǎn)變,也就是說如果沒有這個(gè)火焰,試驗(yàn)可以很順利地通過,而有了這團(tuán)火焰,可能會(huì)造成線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,然后熄滅。
然而這里又有一個(gè)疑問了:試驗(yàn)箱不是關(guān)閉的的么?如何人工移開。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)移開不能自動(dòng)的話,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。
也就是說為什么前面說,建議采用上下推拉方式,在底部預(yù)留操作空間,避免大開大合地開試驗(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)別可以通過一個(gè)案例的數(shù)據(jù)來說明:
自動(dòng) 關(guān)火 | 手工移出火焰 試驗(yàn)箱 開放狀態(tài) | 手工移開火焰 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,本文不公開實(shí)驗(yàn)室的名稱和試驗(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。并無特別之處。
不過對(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,是有說明的。GB/T 18380.12-2008/IEC60332-1-2:2004第5.4.2條中的說明為:
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)量電纜周長并換算成等效直徑,如像電纜是圓的那樣。 b 對(duì)于長短軸之比大于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)稱值。長短軸之比為3~16的非圓形電纜或光纜,其外徑(D)為長短軸之和除以3.14(π)。長短軸之比大于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)中沒有提供,應(yīng)由制造商和買方協(xié)商解決 |
此處特別也提醒電纜研發(fā)人員,在開發(fā)長短軸之比大于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)看起來很簡單,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)沒看透,或者對(duì)于盤根錯(cuò)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)沒有理清,或者沒有仔細(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
來源:電纜趣事