轨道交通车辆用电缆的阻燃性_孙正华
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第 1 期
技术资料
轨道交通车辆用电缆的阻燃性
孙正华
(上海南洋电材有限公司 , 201615, 上海 ∥总工程师)
摘 要 介绍了轨道交通车辆所 配置电缆必备的阻燃特性 。 当车辆遭受可能发生的火灾事故 时 , 若电缆阻燃安全性 能达 标 , 可在整体上减少对车 辆本身 及乘员 的损伤 和伤 害 , 并 直 接或间接地为乘员的及 时逃生提供机会 。 关键词 轨道交通车辆 ;电缆 ;阻 燃性 中图分类号 T M 246:U 27
英 、法 、!等国对铁路客运车辆提出的防火安全 的专门标准并不仅仅针对车辆电缆 , 但电缆被作为 一项重要的监控对象加以规定 , 如 BS 6853 :1999 版 中除燃烧性和发烟量外 , 对烟气毒性的有害气体的 定义在欧盟监控的 5 种外多 加了 3 种 , 即增加了 氯化氢(HCI)、溴化 氢(H Br)和氟化 氢(H F )的 监 控 。 而法国标准 NF F 16 -101(铁路车辆的耐火性) 中对烟气毒性有类似的规定 , 只是少了氮化物 , 多了 氯化氢 。 由此可见 , 这些标准比之欧盟标准 , 除注重 保护乘员外还关注对环境的保护 。
5 针对场所的不同要求
防火安全性中的另一个重要问题 , 是针对பைடு நூலகம்同 电缆在不同场合 、担负着不同连接功能时对重要线
第 1 期
路的保护 。 阻燃只是不延燃和具有自熄的功能 , 但 这并不意味着能够抗拒火焰或减轻燃烧部分的损毁 程度 。 在客运列车的重要线路中 , 还应该引入耐火 的理念 。 在列车的庞大线路系统中 , 有动力 、控制 、 通信 、照明 、操作 、保障等不同系统 。作为保护乘员 的一个侧面 , 在火灾情况下保证某些重要线路如照 明 、门禁 、紧急呼救通信等的继续存在和连通是非常 必要的 。
· 74 ·
(CO2)、二 氧化 硫(SO2 )、氧 化 氮(N O )和氰 化 氢 (H CN)。
规定的危险级别分为 : H L 1 ———无特别规定(即不予考核); H L 2 和 H L3 ———IT C 指数最大为 5 ; H L 4 ———IT C 指数最大为 3 。 可见危险级 H L 4 是最为严厉的监控级别 。
1 轨道车辆电缆的安全性
轨道车辆可大致分为铁路车辆和城市轨道交通 车辆 。 铁路车辆由货运车和客运车组成 。 本文主要 讨论旅客列车车辆用电缆的状况和相关要求 。
长期以来 , 铁路普通旅客列车车辆对于电缆的 防火安全性往往沿用国际通用电缆阻燃标准 。 即依 据国 际 电 工 委 员 会 提 出 的 IEC 60332 -1 、IEC 60332 -3 标准 , 考核电缆的单根和成束阻燃特性 。 进入 20 世纪 90 年代后 , 无论是国际还是国内的技 术人员 , 都开始关注到物体在燃烧状态下的发烟同 样会对乘员的逃生乃至生命产生莫大的影响 , 必须 采用低烟无卤的阻燃技术对原电缆进行阻燃性能升 级 。即在人员稠密区域内采用的材料和设备必须达
到低烟无卤的阻燃标准要求 。 城市轨道交通车辆以及最新研制的高速动车组 ,
从一开始就对电缆的防火安全性提出了较高的性能 要求 。众所周知 , 地铁的载员密度远大于同等体积的 地面普通旅客列车 ;而高速铁路动车(简称“高铁”)的 运行速度一般在 200 ～ 300 km/ h 之间(最新的京沪高 铁的最高运行速度可达350 km/ h)。我国目前已投入 运营的地铁 、动车组及正在研发 、 制造的车辆项目 , 其设计往往是参照或引进某个国际知名品牌 , 所以参 照的防火安全标准也不尽相同 。 从早期引进的地铁 车辆来看 ,由于采用的是德国西门子技术 , 根据原品 牌车辆对电缆的要求 , 电缆采用欧盟的通用车辆电缆 标准 EN 50264 及其配套的防火(阻燃)标准 , 如 EN 50265(单根阻燃)、EN 50266(成束阻燃)、EN 50267 (卤酸气含量规定)和 EN 50268(燃烧状态下的烟密 度规定)等 。 通过对比发现 , 上述的欧盟电缆阻燃标 准同前述国际电工委员会规定的阻燃标准有许多雷 同之处 。 随着第一代地铁投入运行以及火灾事故案 例的增加 , 大规模载客移动工具的防火性中除燃烧和 发烟外 , 烟气的毒性也越来越引起车辆设计人员的重 视 。因此 ,后续轨道交通项目(包括地铁 、动车组等) 在防火性方面采用了更专业 、更严密的标准体系 , 包 括英国标准 BS 6853 :1999 《客运列车设计建造中的 防火通用规程》 、德国标准 DIN 5510 -2 《轨道车辆防 火材料和部件的燃烧特性及燃烧伴随现象分类 , 要求 和检测方法》 、法国标准 NFF 16 -101 《铁路车辆防火 性能 , 材料的选择》等 。这些标准所体现的防火安全 理念更具有针对性 , 更注重在着火状态下对乘员的逃 生提供保护 。在这些标准中 , 不仅考虑对发烟度进行 控制 , 而且还针对烟气中所含有害物质实施严格规 定 , 这就可以大大降低火灾状态下烟气对乘员造成二 次伤害的程度 。
2 电缆在着火状态下的不延燃准则
除矿物绝缘电缆外 , 几乎所有用聚合体混合物 · 73 ·
城市轨道交通研 究
2010 年
材料作为绝缘层的电缆 都可能被引燃 并燃烧 。 所 以 , 阻燃的概念并不能简单理解为具有阻止燃烧的 功能 。 确切地说 , 阻燃就是能够在着火条件下具有 不使火焰迅速蔓延 , 而一旦火源消除后又能迅速自 熄的功能 。 对材料而言 , 阻燃性能中必须具备不延 燃准则 。根据对火灾案例的分析发现 , 由于易燃或 不阻燃材料的延燃作用 , 使得火灾的过火范围迅速 扩大 , 最终酿成了大灾难 。对于轨道交通车辆 , 尤其 是旅客列车 , 由于车厢内配置有大量的非金属材料 , 且车厢内人员稠密 , 电缆具有不延燃性能的重要程 度可想而知 。
Performance of Flame Retardant of Rolling Stocks Cables Sun Zhenghua Abstract With a br ief descr iption of the cables used f or r olling stock vehicles a nd the fundamental char acter istic of f la me re tar dan t, this paper discusses the method of r educing dema ge to vehicles a nd passengers when fire happens , argues the key is on the c ables wh ich possesse the flam e r etar dant safe ty per form ance , and will dire ctly or indir ectly m ake some oppor tunities f or passengers to move out of the tr ain on time . Key words r ail transit r olling stock vehicle ;c able ;f lam e r etar dent Author' s address Shanghai Nanyang Elec trical Appliance Co ., Ltd ., 201615, Shanghai, China
上述标准中 , IEC 常规阻燃试验标准从 20 世纪 70 ～ 80 年代引入国内电缆行业 。 开始引用较多的 是造船行业 , 几乎是作为唯一的阻燃依据(主要以货 轮 、集装箱轮为主 , 军舰例外)一直沿用至今 。 铁路 运输行业选用的阻燃标准相对较杂 , 但当铁路运输 引入高速客运概念后情况发生了变化 。 高速动车以 200 km/ h 以上速度行驶时 , 任何极为细小的故障都 会引发大灾难 。所以针对铁路客运列车专门的安全 标准随之被引入 。
参考文献
[ 1] BS 6853 :1999 Code of p ractice f or fi re p recaut ions in t he desig n and const ructi on of pass enger carryi ng trains[ S] .
前述阻燃标准如 IEC 60332 -1 、IEC 60332 -3 就是体现电缆阻燃性的典型测试方法标准 。
3 电缆在火焰条件下的烟气释放
3 .1 烟密度 除由于火焰的延燃而造成灾难扩大化以及燃烧
对人员造成的直接可观察的伤害外 , 燃烧所产生的 烟气同样也是造成伤害的重要因素 。 如果燃烧产生 的烟雾密度过大 , 就会严重阻挡乘员的视线 , 使其不 能正确分辨逃生路线或延误逃生的最佳时机 , 从而 对乘客造成严重伤害 。所以 , 电缆燃烧产生的烟雾 密度必须加以控制 。 其方法是测出烟雾的透光率 : 在特定的燃烧密闭环境中采用普通光源产生光束 , 隔烟用光接收装置接收光束 , 穿透烟雾的光束量最 小应不低于 60 %。 当然 , 不同场合可以对透光率提 出不同的要求 , 如最高为 80 %。 3 .2 对有害烟气的遏制
在造船行业 , 防火分为阻燃级和耐火级 , 就是为 了解决紧急状态下的应急撤离和呼救通信 。耐火的 定义是 :尽管处于火焰的燃烧状态中 , 电缆还是具有 保证线路畅通的功能 。最新的 IEC 60331 -31 标准 中 , 还要求电缆在火焰状态下即使遭受振动 , 也能够 保持回路正常工作 , 且持续时间在 2 .5 h 。
材料在燃烧过程中所发出的烟气中的有害成分 也是不可忽视的 。电缆由金属导体和弹性混合物构 成的绝缘护套层组成 。在燃烧过程中 , 混合物的某 些化学成份随温度上升而气化 , 其中的有害气体成 分随烟雾迅速扩散 。 当这些有害气体达到一定浓度 时 , 将对人产生危害 , 轻则中毒休克 , 重则造成窒息 导致死亡 。所以 , 遏制有害烟气也是重要的防范措 施 。欧洲的相关电缆标准就十分重视这一指标的考 核 , 除限制卤素(氢卤酸)含量外 , 对烟气的毒性也有 明确的规定 。 如欧洲标准 EN 50264 《具有特别防 火功能的轨道车辆电缆》中 , 规定了烟气的毒性危险 级别和毒性指数 I TC 的限制值(具体的测试方法由 EN 50305 给出)。在高温作用下 , 对材料可能分解 出的 5 种有毒气体用滴定法进行定量分析 。被指定 检测的 5 种气体分别是一氧化碳(CO)、二氧化碳
6 结语
电缆作为各种系统的血脉和神经 , 其性能必须 经得起恶劣环境条件考验(除物理机械性能和电气
技术资料
性能外 , 安全性尤其是防火安全性对整个系统至关 重要)。根据系统的不同场合 , 设计 、选用具有不同 功能的电缆 , 对今后系统的运行会产生深远的影响 。
目前我国铁路系统的重要项目(如高速动车组 、 超大功率牵引电力机车等)的电缆主要还是选用国 际知名品牌的产品 , 尤其是高压系统部分 、数据处理 部分和控制系统部分 。 当然 , 国产化的进程也在“提 速”中 。相信不久的将来 , 拥有自主知识产权的高端 电缆会主导我国的轨道车辆配套市场 。
4 常规的阻燃标准和专门的安全规范
电缆 的阻 燃 标 准一 般 采 用 国 际电 工 委 员 会 (IEC)的推 荐标准 , 如 IEC 60332 火焰状态 下的电 缆试验 , 包括单根垂直燃烧试验和成束垂直燃烧试 验 , IEC 61034 电缆在燃烧状态下的 烟密度测量以 及 IEC 60754 电缆材 料燃烧状态下 卤酸气体 的测 定 。 类似的欧盟通用试验标准有 DIN EN 50265(单 根)、DIN EN 50266(成束)电缆垂直燃烧试验 ;DIN EN 50267 电缆材料燃烧时析出的气体试验(主要测 定材料中氢 卤酸的 含量 , 不能 全面 反映 烟气的 毒 性);DIN EN 50268 电缆 在燃烧 状态下 的烟密 度 测量 。
技术资料
轨道交通车辆用电缆的阻燃性
孙正华
(上海南洋电材有限公司 , 201615, 上海 ∥总工程师)
摘 要 介绍了轨道交通车辆所 配置电缆必备的阻燃特性 。 当车辆遭受可能发生的火灾事故 时 , 若电缆阻燃安全性 能达 标 , 可在整体上减少对车 辆本身 及乘员 的损伤 和伤 害 , 并 直 接或间接地为乘员的及 时逃生提供机会 。 关键词 轨道交通车辆 ;电缆 ;阻 燃性 中图分类号 T M 246:U 27
英 、法 、!等国对铁路客运车辆提出的防火安全 的专门标准并不仅仅针对车辆电缆 , 但电缆被作为 一项重要的监控对象加以规定 , 如 BS 6853 :1999 版 中除燃烧性和发烟量外 , 对烟气毒性的有害气体的 定义在欧盟监控的 5 种外多 加了 3 种 , 即增加了 氯化氢(HCI)、溴化 氢(H Br)和氟化 氢(H F )的 监 控 。 而法国标准 NF F 16 -101(铁路车辆的耐火性) 中对烟气毒性有类似的规定 , 只是少了氮化物 , 多了 氯化氢 。 由此可见 , 这些标准比之欧盟标准 , 除注重 保护乘员外还关注对环境的保护 。
5 针对场所的不同要求
防火安全性中的另一个重要问题 , 是针对பைடு நூலகம்同 电缆在不同场合 、担负着不同连接功能时对重要线
第 1 期
路的保护 。 阻燃只是不延燃和具有自熄的功能 , 但 这并不意味着能够抗拒火焰或减轻燃烧部分的损毁 程度 。 在客运列车的重要线路中 , 还应该引入耐火 的理念 。 在列车的庞大线路系统中 , 有动力 、控制 、 通信 、照明 、操作 、保障等不同系统 。作为保护乘员 的一个侧面 , 在火灾情况下保证某些重要线路如照 明 、门禁 、紧急呼救通信等的继续存在和连通是非常 必要的 。
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(CO2)、二 氧化 硫(SO2 )、氧 化 氮(N O )和氰 化 氢 (H CN)。
规定的危险级别分为 : H L 1 ———无特别规定(即不予考核); H L 2 和 H L3 ———IT C 指数最大为 5 ; H L 4 ———IT C 指数最大为 3 。 可见危险级 H L 4 是最为严厉的监控级别 。
1 轨道车辆电缆的安全性
轨道车辆可大致分为铁路车辆和城市轨道交通 车辆 。 铁路车辆由货运车和客运车组成 。 本文主要 讨论旅客列车车辆用电缆的状况和相关要求 。
长期以来 , 铁路普通旅客列车车辆对于电缆的 防火安全性往往沿用国际通用电缆阻燃标准 。 即依 据国 际 电 工 委 员 会 提 出 的 IEC 60332 -1 、IEC 60332 -3 标准 , 考核电缆的单根和成束阻燃特性 。 进入 20 世纪 90 年代后 , 无论是国际还是国内的技 术人员 , 都开始关注到物体在燃烧状态下的发烟同 样会对乘员的逃生乃至生命产生莫大的影响 , 必须 采用低烟无卤的阻燃技术对原电缆进行阻燃性能升 级 。即在人员稠密区域内采用的材料和设备必须达
到低烟无卤的阻燃标准要求 。 城市轨道交通车辆以及最新研制的高速动车组 ,
从一开始就对电缆的防火安全性提出了较高的性能 要求 。众所周知 , 地铁的载员密度远大于同等体积的 地面普通旅客列车 ;而高速铁路动车(简称“高铁”)的 运行速度一般在 200 ～ 300 km/ h 之间(最新的京沪高 铁的最高运行速度可达350 km/ h)。我国目前已投入 运营的地铁 、动车组及正在研发 、 制造的车辆项目 , 其设计往往是参照或引进某个国际知名品牌 , 所以参 照的防火安全标准也不尽相同 。 从早期引进的地铁 车辆来看 ,由于采用的是德国西门子技术 , 根据原品 牌车辆对电缆的要求 , 电缆采用欧盟的通用车辆电缆 标准 EN 50264 及其配套的防火(阻燃)标准 , 如 EN 50265(单根阻燃)、EN 50266(成束阻燃)、EN 50267 (卤酸气含量规定)和 EN 50268(燃烧状态下的烟密 度规定)等 。 通过对比发现 , 上述的欧盟电缆阻燃标 准同前述国际电工委员会规定的阻燃标准有许多雷 同之处 。 随着第一代地铁投入运行以及火灾事故案 例的增加 , 大规模载客移动工具的防火性中除燃烧和 发烟外 , 烟气的毒性也越来越引起车辆设计人员的重 视 。因此 ,后续轨道交通项目(包括地铁 、动车组等) 在防火性方面采用了更专业 、更严密的标准体系 , 包 括英国标准 BS 6853 :1999 《客运列车设计建造中的 防火通用规程》 、德国标准 DIN 5510 -2 《轨道车辆防 火材料和部件的燃烧特性及燃烧伴随现象分类 , 要求 和检测方法》 、法国标准 NFF 16 -101 《铁路车辆防火 性能 , 材料的选择》等 。这些标准所体现的防火安全 理念更具有针对性 , 更注重在着火状态下对乘员的逃 生提供保护 。在这些标准中 , 不仅考虑对发烟度进行 控制 , 而且还针对烟气中所含有害物质实施严格规 定 , 这就可以大大降低火灾状态下烟气对乘员造成二 次伤害的程度 。
2 电缆在着火状态下的不延燃准则
除矿物绝缘电缆外 , 几乎所有用聚合体混合物 · 73 ·
城市轨道交通研 究
2010 年
材料作为绝缘层的电缆 都可能被引燃 并燃烧 。 所 以 , 阻燃的概念并不能简单理解为具有阻止燃烧的 功能 。 确切地说 , 阻燃就是能够在着火条件下具有 不使火焰迅速蔓延 , 而一旦火源消除后又能迅速自 熄的功能 。 对材料而言 , 阻燃性能中必须具备不延 燃准则 。根据对火灾案例的分析发现 , 由于易燃或 不阻燃材料的延燃作用 , 使得火灾的过火范围迅速 扩大 , 最终酿成了大灾难 。对于轨道交通车辆 , 尤其 是旅客列车 , 由于车厢内配置有大量的非金属材料 , 且车厢内人员稠密 , 电缆具有不延燃性能的重要程 度可想而知 。
Performance of Flame Retardant of Rolling Stocks Cables Sun Zhenghua Abstract With a br ief descr iption of the cables used f or r olling stock vehicles a nd the fundamental char acter istic of f la me re tar dan t, this paper discusses the method of r educing dema ge to vehicles a nd passengers when fire happens , argues the key is on the c ables wh ich possesse the flam e r etar dant safe ty per form ance , and will dire ctly or indir ectly m ake some oppor tunities f or passengers to move out of the tr ain on time . Key words r ail transit r olling stock vehicle ;c able ;f lam e r etar dent Author' s address Shanghai Nanyang Elec trical Appliance Co ., Ltd ., 201615, Shanghai, China
上述标准中 , IEC 常规阻燃试验标准从 20 世纪 70 ～ 80 年代引入国内电缆行业 。 开始引用较多的 是造船行业 , 几乎是作为唯一的阻燃依据(主要以货 轮 、集装箱轮为主 , 军舰例外)一直沿用至今 。 铁路 运输行业选用的阻燃标准相对较杂 , 但当铁路运输 引入高速客运概念后情况发生了变化 。 高速动车以 200 km/ h 以上速度行驶时 , 任何极为细小的故障都 会引发大灾难 。所以针对铁路客运列车专门的安全 标准随之被引入 。
参考文献
[ 1] BS 6853 :1999 Code of p ractice f or fi re p recaut ions in t he desig n and const ructi on of pass enger carryi ng trains[ S] .
前述阻燃标准如 IEC 60332 -1 、IEC 60332 -3 就是体现电缆阻燃性的典型测试方法标准 。
3 电缆在火焰条件下的烟气释放
3 .1 烟密度 除由于火焰的延燃而造成灾难扩大化以及燃烧
对人员造成的直接可观察的伤害外 , 燃烧所产生的 烟气同样也是造成伤害的重要因素 。 如果燃烧产生 的烟雾密度过大 , 就会严重阻挡乘员的视线 , 使其不 能正确分辨逃生路线或延误逃生的最佳时机 , 从而 对乘客造成严重伤害 。所以 , 电缆燃烧产生的烟雾 密度必须加以控制 。 其方法是测出烟雾的透光率 : 在特定的燃烧密闭环境中采用普通光源产生光束 , 隔烟用光接收装置接收光束 , 穿透烟雾的光束量最 小应不低于 60 %。 当然 , 不同场合可以对透光率提 出不同的要求 , 如最高为 80 %。 3 .2 对有害烟气的遏制
在造船行业 , 防火分为阻燃级和耐火级 , 就是为 了解决紧急状态下的应急撤离和呼救通信 。耐火的 定义是 :尽管处于火焰的燃烧状态中 , 电缆还是具有 保证线路畅通的功能 。最新的 IEC 60331 -31 标准 中 , 还要求电缆在火焰状态下即使遭受振动 , 也能够 保持回路正常工作 , 且持续时间在 2 .5 h 。
材料在燃烧过程中所发出的烟气中的有害成分 也是不可忽视的 。电缆由金属导体和弹性混合物构 成的绝缘护套层组成 。在燃烧过程中 , 混合物的某 些化学成份随温度上升而气化 , 其中的有害气体成 分随烟雾迅速扩散 。 当这些有害气体达到一定浓度 时 , 将对人产生危害 , 轻则中毒休克 , 重则造成窒息 导致死亡 。所以 , 遏制有害烟气也是重要的防范措 施 。欧洲的相关电缆标准就十分重视这一指标的考 核 , 除限制卤素(氢卤酸)含量外 , 对烟气的毒性也有 明确的规定 。 如欧洲标准 EN 50264 《具有特别防 火功能的轨道车辆电缆》中 , 规定了烟气的毒性危险 级别和毒性指数 I TC 的限制值(具体的测试方法由 EN 50305 给出)。在高温作用下 , 对材料可能分解 出的 5 种有毒气体用滴定法进行定量分析 。被指定 检测的 5 种气体分别是一氧化碳(CO)、二氧化碳
6 结语
电缆作为各种系统的血脉和神经 , 其性能必须 经得起恶劣环境条件考验(除物理机械性能和电气
技术资料
性能外 , 安全性尤其是防火安全性对整个系统至关 重要)。根据系统的不同场合 , 设计 、选用具有不同 功能的电缆 , 对今后系统的运行会产生深远的影响 。
目前我国铁路系统的重要项目(如高速动车组 、 超大功率牵引电力机车等)的电缆主要还是选用国 际知名品牌的产品 , 尤其是高压系统部分 、数据处理 部分和控制系统部分 。 当然 , 国产化的进程也在“提 速”中 。相信不久的将来 , 拥有自主知识产权的高端 电缆会主导我国的轨道车辆配套市场 。
4 常规的阻燃标准和专门的安全规范
电缆 的阻 燃 标 准一 般 采 用 国 际电 工 委 员 会 (IEC)的推 荐标准 , 如 IEC 60332 火焰状态 下的电 缆试验 , 包括单根垂直燃烧试验和成束垂直燃烧试 验 , IEC 61034 电缆在燃烧状态下的 烟密度测量以 及 IEC 60754 电缆材 料燃烧状态下 卤酸气体 的测 定 。 类似的欧盟通用试验标准有 DIN EN 50265(单 根)、DIN EN 50266(成束)电缆垂直燃烧试验 ;DIN EN 50267 电缆材料燃烧时析出的气体试验(主要测 定材料中氢 卤酸的 含量 , 不能 全面 反映 烟气的 毒 性);DIN EN 50268 电缆 在燃烧 状态下 的烟密 度 测量 。