典型電纜燃燒性能研究.pdf

1、當今社會飛速發(fā)展，電纜在各個行業(yè)應用越來越廣泛。但是，電纜的應用給社會帶來了極大的利益的同時也造成了很多的火災安全隱患，一旦發(fā)生火災，其不單加大火勢而且火勢容易沿著電纜的敷設方向快速蔓延，此外，由于電纜材料多為聚合物，燃燒過后產(chǎn)生大量的煙氣，其中大部分還為對人體有害的有毒氣體和腐蝕性氣體，不僅對火場中人員造成極大的威脅，還會妨礙消防人員的救援工作。
　　 目前電纜行業(yè)當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)展對于電纜的阻燃性能要求的不斷提高，交聯(lián)聚烯烴、添加無機阻燃劑電纜材料應用越來越廣泛，本文針對這幾種常用的電纜材料從微觀層面出發(fā)，結(jié)合宏觀實驗，對其火災特性及其影響進行了全面的探討。
　　 本文首先從微觀的角度對這幾種常用電纜可燃的護套材料進行了實驗研究，利用熱重-差熱(TG-DSC)分析設備對幾種典型電纜護套材料的熱解及反應動力學進行了研究，分析了電纜護套結(jié)構(gòu)和成分在受熱過程中的變化，升

3、溫速率以及空氣、氮氣氣氛對于電纜護套材料熱分解過程的影響，并結(jié)合質(zhì)譜分析儀對燃燒各階段尾氣進行分析，研究每個階段發(fā)生的反應。并通過熱解動力學理論推導出了無機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條件下材料的火災特性，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(CONE)對成品電纜的點燃時間、熱釋放速率、CO及CO2生成速率等火災特性參數(shù)進行了研

4、究，著重考察了電纜的結(jié)構(gòu)及外加熱輻射強度對這些火災特性參數(shù)的影響，此外還利用微型燃燒儀(MCC)對電纜材料的點燃溫度、熱釋放速率等特性進行了研究，并聯(lián)合錐形量熱計實驗結(jié)果進行了對比分析，研究其測試結(jié)果相關性。建立了多層材料帶線芯的簡化電纜點燃模型，對電纜點燃性能的影響因素進行了分析，同時采用積分方法對電纜表面的溫度進行了推導，反映了各有關參量對解的影響，最終建立了二維電纜點燃模型，討論了電纜點燃時間的影響因素，并結(jié)合試驗數(shù)據(jù)證明所建模型

5、可以根據(jù)MCC所測點燃溫度預測CONE所得點燃時間。
　　 隨著流體計算方法的進步以及電子計算機運行速度的飛速發(fā)展，CFD(ComputationalFluidDynamics)軟件越來越多的應用于火災分析研究當中，在電纜燃燒特性方面開展計算機數(shù)值模擬研究工作十分有必要。錐形量熱計作為當今小尺寸實驗中使用較廣泛的燃燒性能測試方法，其數(shù)值模擬工作非常值得開展。本文對PVC電纜的錐形量熱計實驗進行了數(shù)值模擬，就點燃時間、熱釋放速率、

6、CO及CO2等參數(shù)跟實際實驗進行對比分析，模擬結(jié)果與實驗結(jié)果吻合很好，誤差在可接受范圍。目前火災計算機數(shù)值模擬研究當中開展最為廣泛的為較大規(guī)模的火災場景模擬，電纜垂直成束燃燒試驗(IEC60662-3)模擬電纜在垂直空間中的燃燒行為，實驗結(jié)果與真實火災相關性較好，對電纜燃燒性能進行測試有著十分重要的意義。本文采用數(shù)值模擬的方法對PVC電纜在IEC60332-3成束電纜垂直燃燒試驗臺中進行燃燒及火焰?zhèn)鞑ミM行計算，對電纜內(nèi)燃燒過程、火焰輻射