欧盟CPR与美标UL对电线电缆阻燃要求的差异分析
一般来说，数据通信电缆产品的消费者主要关心电缆的数据传输特性。 然而，这些产品通常必须满足各种阻燃测试要求，以确保在发生火灾时建筑物居住者的安全。 多年来，北美和欧盟已经制定了许多数据通信电缆的阻燃安全标准。 本文将讨论和比较北美和欧盟使用的常见的阻燃测试方法。 此外，本文将描述“火循环”以及这些火焰测试协议如何影响数据通信电缆的材料选择。
介绍
大多数数据通信电缆的设计符合特定的防火测试标准。美国NEC（国家电气规范）和类似的加拿大防火测试标准，欧洲EN 50266和欧洲EN 50399作为欧洲建筑产品法规CPR的一部分，描述了在不久的将来主导数据通信电缆防火测试的标准。此外，在北美和欧盟之外使用的许多数据通信电缆防火测试协议源自上述代码和标准中的防火测试协议。
NEC由国家消防局（NFPA）管理，虽然参与是自愿的，但它是美国大部分地区的事实上的标准。一些大城市的代码脱离了NEC，着名的是芝加哥和拉斯维加斯。 NEC包含的文章涵盖了建筑物中安装的特定类型的房屋布线。在这些文章中引用了UL / NFPA火焰测试，这些特定类型必须满足这些测试才能符合规范。
EN 50266和IEC 60332-3几乎完全相同，除了细微的差异，并且仍然是常用的大型点火源（20kW或更高）欧盟数据通信电缆的火焰测试。然而，EN 50399是近批准的CPR的一部分，并且已经成为通常指定的阻燃测试要求。
“火循环”和材料化学
在进行有关电线和电缆结构的燃烧测试的详细讨论之前，将讨论“火循环”。
火燃烧需要有四个要素，即热量，燃料，氧气和点火。热量导致电缆中的塑料降解。当塑料降解时，它会产生气体和液体形式的可燃材料。在上图中，我们将这些可燃材料称为“燃料”。燃料与氧气结合，点燃并释放热量。燃烧释放的热量导致更多的塑料降解并形成可燃材料，该可燃材料与氧气结合，然后点燃，然后产生更多的热量。该循环无休止地重复，直到消除或减少继续循环所必需的元素之一以防止循环继续。中断火灾周期的常用方法是：
减少可燃烧的燃料量
减少氧气的可用性，与燃料发生化学反应
减少可用于降解塑料的热量
一些塑料，如聚氯乙烯（PVC）和大多数含氟聚合物，由于其化学结构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剂以赋予阻燃性。用于聚合物耐火性的阻燃技术通常分为两类，含有卤素和不含卤素。
含卤素阻燃剂（FR）塑料：
PVC和含氟聚合物在其聚合物主链中含有卤素，因此被认为是卤素基材料。有时将卤素源添加到塑料中以改善阻燃性能。氟，氯，溴和碘都被认为是卤素，氯和溴是常用于阻燃塑料的两种卤素。卤素通常通过清除燃烧期间在火焰区域中形成的自由基而在火中起作用。这些自由基是继续将燃料转化为热量并保持火焰循环的必要条件。通过减少可用于继续燃烧的自由基的量，产生较少的热量。如果产生的热量较少，则较少量的聚合物（燃料）会分解并可燃烧。通过减少可用的热量，可以减慢或停止火灾周期。
卤素也具有二次阻燃功能。当含卤素的塑料燃烧时，它们通常释放酸性化合物，这有助于形成一层焦炭（膨胀）以保护塑料。下面更详细地讨论该膨胀层的阻燃功能。
无卤阻燃塑料：
与卤素基阻燃塑料不同，大多数无卤素阻燃塑料不含有在燃烧过程中清除火焰区域中自由基的添加剂。由于PVC和含氟聚合物在其结构中含有卤素，因此它们不能用于无卤素产品。常用于无卤素FR塑料的基础聚合物是烯烃基材料，例如聚乙烯，聚丙烯基共聚物和乙烯 - 乙酸乙烯酯（EVA）。用于电线和电缆的无卤阻燃塑料的典型FR添加剂具有以下功能：
A. 从聚合物区域提取热量以干扰火灾周期。这通常通过在塑料中添加其结构中含有水的矿物填料来实现。由于这些矿物填料在着火期间释放水，因此热量被吸收。这减少了可用于继续火循环的热量。
B. 燃烧过程中矿物填料释放的水蒸气引起的氧气置换。如果氧气被水蒸气（蒸汽）取代，则可用于参与火灾循环的氧气较少。
C. 形成耐热炭（膨胀型），在塑料（燃料）和火焰（热源）之间形成绝缘屏障。该膨胀层具有两个主要功能。种是帮助热聚合物燃料与热源隔热。这种绝缘概念类似于瓷砖在重新进入地球大气层时保护NASA航天飞机的方式。第二个功能是阻止退化的塑料碎片移动到火焰中作为燃料。这两个功能都会干扰火灾周期。
含卤素和无卤素阻燃（FR）数据线的比较：
符合NEC标准的无卤素阻燃FR数据通信电缆往往比其基于卤素的对应电缆更昂贵。此外，满足特定NEC要求的无卤素数据电缆通常具有较差的物理性能，而相当于满足相同要求的等效卤素产品
与卤素基FR系统相比，无卤素系统确实具有几个优点。基于无卤素系统的电缆通常比其卤化对应物散发更少的烟雾和更少的酸性气体用于相同质量的聚合物燃烧。基于无卤阻燃系统的电缆通常在燃烧期间每磅或每千克产生的毒性气体比基于卤化FR系统的气体少。然而，这些电缆的相对防火安全性非常依赖于电缆的燃烧条件。在像NFPA 262这样的防火测试中，基于无卤阻燃系统的电缆结构通常比通过该测试的竞争含卤素电缆结构产生更多的烟雾和更高水平的有毒气体如一氧化碳。
数据线的防火测试
在火焰测试中有两种主要的电缆方向，垂直和水平。 在相同的燃烧器强度下，垂直方向通常更严重。 下面讨论了北美和欧盟常用于数据通信电缆的大型点火源（20kW或更高）火焰测试：
垂直火灾传播测试：
UL 1685 US
UL 1666 US
FT-4加拿大
EN 50266欧洲（原IEC 60332-3）
EN 50399欧洲，目前正由中国考虑。 用于CPR分类。
表1：垂直火灾传播测试条件和通过/失败要求
水平火灾传播测试：
NFPA 255 US（有限可燃电缆）
NFPA 262 US（Plenum Cable）
FT-6加拿大（测试协议与NFPA 262相同）
表2：水平火灾传播测试条件和通过/失败要求
欧盟防火测试类
在欧洲，数据通信电缆常引用的测试是EN 50266（IEC 60332-3）。 该防火测试有一系列类别，其中测试的电缆数量由可燃材料的数量决定。
EN 50266防火测试类
3AF：每米电缆7.0升可燃材料。 两层电缆，一层安装在托盘前面，另一层安装在后面。 仅用于导体尺寸超过35 mm2的大型电缆。
3A：每米电缆7.0升可燃材料。 一层或多层电缆仅安装在托盘的前部。
3B：每米电缆3.5升可燃材料。
3C：每米电缆1.5升可燃材料。 仅用于具有少量可燃材料的较小电缆。
3D：每米电缆0.5升可燃材料。 仅适用于直径小于12 mm的小型电缆。
这些类似乎形成了一个层次结构; 然而，事实并非如此。 欧洲理事会在1990年代末完成的FIPEC（电缆防火性能）研究明确指出，EN 50266中规定的非常小的点火源（20kW），有限的气流（5m3 / min）和样品定位不足以完全 释放电缆样品的燃料电位，并且升级3D到3AF不提供层次结构。 已经观察到许多小直径电缆比3C类更容易通过3A类。 这是建筑产品指令创建EN 50399的原因之一。
EN 50399防火测试等级
A:不可燃 - EN ISO 1716。
B1:带背板的成束电缆火焰测试 - 火焰蔓延<1.75米。
B2:无背板的成束电缆火焰试验 - 火焰蔓延<1.5米。
C: 无背板的成束电缆火焰试验 - 火焰蔓延<2.0米。
D: 成束电缆火焰测试 - 无火焰蔓延限制 - 20分钟时的总热量释放<70 MJ。
E: 单根电缆火焰测试。
F:无要求
EN 50399使用与EN 50266相同的腔室设计。关键的区别在于EN 50399协议解决了许多与点火源，气流和样品定位有关的EN 50266的FIPEC问题。
北美和欧洲的火灾测试比较
在引入CPR之前以及北美测试的层次结构推测之前，EN 50266测试协议的严重程度在耐火焰蔓延方面与UL 1685垂直托盘测试的严重程度有些相似。然而，新的EN 50399中的一些类别具有接近数据电缆的严格UL火焰测试的测试协议，以防火焰蔓延。
虽然我们尚未讨论EN 50289，但该协议具有高水平制度，可被视为等同于NFPA 262（Plenum）和NFPA 255（限制可燃物）。到目前为止尚未提及EN 50289的原因是因为此时尚未将这些测试分配给任何欧盟申请。
北美和欧盟数据通信电缆火焰测试标准之间的可燃性测试总结：
表中列出的所有数据通信火焰测试都对火焰蔓延有要求。
烟释放量通常由北美水平火焰测试标准以及EN 50399中有要求.UL 1666和EN 50266没有任何烟释放量要求。 尽管UL 1685和FT4标准具有烟雾要求以获得LS（限制烟雾）标识，但对LS额定数据通信电缆的需求很少。
热释放可直接在EN 50399中测量.NFPA 255可在氧弹热量计中单独测量电缆材料的热释放。 EN 50266或任何北美测试均未测量火焰测试期间的热释放。 尽管UL 1666确实具有高温度要求，但它并非真正的热释放测量。
只有EN 50399对酸性气体产生有规定，表中列出的其他标准对酸度都没有要求。
数据电缆材料选择
北美和欧洲数据通信电缆材料选择的主要区别在于北美数据电缆在其构造中通常包含一些卤化聚合物，而欧盟数据电缆通常使用无卤素材料。欧盟的普遍看法是，减少酸性和潜在有毒气体更重要，北美认为大限度地减少火焰蔓延和烟雾产生更重要。
北美和欧盟的数据电缆材料选择是由两个地区之间独立发展的火焰测试标准的差异所驱动的。在北美销售的大多数5e类或6类数据通信电缆都通过了NFPA 262测试。截至目前，没有无卤材料技术可以使5e类或6类兼容无卤电缆满足NFPA 262的火焰蔓延和烟雾产生要求。相反，大多数在北美销售的卤素数据电缆满足要求NFPA 262难以满足EN 50399中与酸性气体生成相关的要求。
必须记住，尽管北美和欧盟火焰测试标准和原理之间存在显着差异，但终目的是相同的。这两种方法在重要的事情确保了人们的安全上都做的非常好。----02
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