典型電纜燃燒性能研究.pdf

1、當(dāng)今社會(huì)飛速發(fā)展，電纜在各個(gè)行業(yè)應(yīng)用越來(lái)越廣泛。但是，電纜的應(yīng)用給社會(huì)帶來(lái)了極大的利益的同時(shí)也造成了很多的火災(zāi)安全隱患，一旦發(fā)生火災(zāi)，其不單加大火勢(shì)而且火勢(shì)容易沿著電纜的敷設(shè)方向快速蔓延，此外，由于電纜材料多為聚合物，燃燒過(guò)后產(chǎn)生大量的煙氣，其中大部分還為對(duì)人體有害的有毒氣體和腐蝕性氣體，不僅對(duì)火場(chǎng)中人員造成極大的威脅，還會(huì)妨礙消防人員的救援工作。
　　 目前電纜行業(yè)當(dāng)中所使用最為廣泛的電纜材料為聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE

2、)以及天然橡膠，另外，隨著核電等行業(yè)的發(fā)展對(duì)于電纜的阻燃性能要求的不斷提高，交聯(lián)聚烯烴、添加無(wú)機(jī)阻燃劑電纜材料應(yīng)用越來(lái)越廣泛，本文針對(duì)這幾種常用的電纜材料從微觀層面出發(fā)，結(jié)合宏觀實(shí)驗(yàn)，對(duì)其火災(zāi)特性及其影響進(jìn)行了全面的探討。
　　 本文首先從微觀的角度對(duì)這幾種常用電纜可燃的護(hù)套材料進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，利用熱重-差熱(TG-DSC)分析設(shè)備對(duì)幾種典型電纜護(hù)套材料的熱解及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究，分析了電纜護(hù)套結(jié)構(gòu)和成分在受熱過(guò)程中的變化，升

3、溫速率以及空氣、氮?dú)鈿夥諏?duì)于電纜護(hù)套材料熱分解過(guò)程的影響，并結(jié)合質(zhì)譜分析儀對(duì)燃燒各階段尾氣進(jìn)行分析，研究每個(gè)階段發(fā)生的反應(yīng)。并通過(guò)熱解動(dòng)力學(xué)理論推導(dǎo)出了無(wú)機(jī)阻燃聚烯烴電纜材料的活化能E與指前因子A。
　　 由于傳統(tǒng)的熱分析方法并不能很好的反映真實(shí)條件下材料的火災(zāi)特性，且單一材料的燃燒性能跟完整電纜材料的燃燒特性有所區(qū)別，因此本文利用錐形量熱計(jì)(CONE)對(duì)成品電纜的點(diǎn)燃時(shí)間、熱釋放速率、CO及CO2生成速率等火災(zāi)特性參數(shù)進(jìn)行了研

4、究，著重考察了電纜的結(jié)構(gòu)及外加熱輻射強(qiáng)度對(duì)這些火災(zāi)特性參數(shù)的影響，此外還利用微型燃燒儀(MCC)對(duì)電纜材料的點(diǎn)燃溫度、熱釋放速率等特性進(jìn)行了研究，并聯(lián)合錐形量熱計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，研究其測(cè)試結(jié)果相關(guān)性。建立了多層材料帶線芯的簡(jiǎn)化電纜點(diǎn)燃模型，對(duì)電纜點(diǎn)燃性能的影響因素進(jìn)行了分析，同時(shí)采用積分方法對(duì)電纜表面的溫度進(jìn)行了推導(dǎo)，反映了各有關(guān)參量對(duì)解的影響，最終建立了二維電纜點(diǎn)燃模型，討論了電纜點(diǎn)燃時(shí)間的影響因素，并結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)證明所建模型

5、可以根據(jù)MCC所測(cè)點(diǎn)燃溫度預(yù)測(cè)CONE所得點(diǎn)燃時(shí)間。
　　 隨著流體計(jì)算方法的進(jìn)步以及電子計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度的飛速發(fā)展，CFD(ComputationalFluidDynamics)軟件越來(lái)越多的應(yīng)用于火災(zāi)分析研究當(dāng)中，在電纜燃燒特性方面開(kāi)展計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬研究工作十分有必要。錐形量熱計(jì)作為當(dāng)今小尺寸實(shí)驗(yàn)中使用較廣泛的燃燒性能測(cè)試方法，其數(shù)值模擬工作非常值得開(kāi)展。本文對(duì)PVC電纜的錐形量熱計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)值模擬，就點(diǎn)燃時(shí)間、熱釋放速率、

6、CO及CO2等參數(shù)跟實(shí)際實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比分析，模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合很好，誤差在可接受范圍。目前火災(zāi)計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬研究當(dāng)中開(kāi)展最為廣泛的為較大規(guī)模的火災(zāi)場(chǎng)景模擬，電纜垂直成束燃燒試驗(yàn)(IEC60662-3)模擬電纜在垂直空間中的燃燒行為，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與真實(shí)火災(zāi)相關(guān)性較好，對(duì)電纜燃燒性能進(jìn)行測(cè)試有著十分重要的意義。本文采用數(shù)值模擬的方法對(duì)PVC電纜在IEC60332-3成束電纜垂直燃燒試驗(yàn)臺(tái)中進(jìn)行燃燒及火焰?zhèn)鞑ミM(jìn)行計(jì)算，對(duì)電纜內(nèi)燃燒過(guò)程、火焰輻射