GB/Z 5169.33-2014 电工电子产品着火危险试验 第33部分:着火危险评定导则 起燃性 总则

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  • 生的反 预混合燃烧。在燃烧器中的燃烧是可控的,但如果有大量的可燃气体与空气混合物被引燃,就会发 体爆炸。 在多数火灾中,起燃导致火焰向未混合的可燃气体和空气接触的区域扩散。

    混合气体可以用以下两种基本方式点燃: a)自燃一一混合气体的温度升高; b)引燃一一局部热源的介人,例如,火焰或电火花。 有些火灾是由材料气化起燃引起,但可燃气体也可以由液体蒸发(见4.2)或固体热解而产生(见4

    燃料的浓度太低或太高,火焰都不会在燃料与空气的混合气体中蔓延。浓度的极限值就是可燃性 下限(LFL)和可燃性上限(UFL)。限值的引入是因为火焰需要一个最低温度来维持。太多的空气或燃 料都不能维持足够高的温度。可燃性限值一般以燃料在混合气体中的体积分数来表示。

    类似接线盒和电力变压器这样的电气设备出现故障会导致击穿放电(电弧)项目管理、论文,从而使绝缘材料热解 产生高温易燃气体,这些气体迅速膨胀并与空气接触而引起爆炸(见5.3.3.4)。

    除一些不稳定的或活性的物质以外,液体 不会起燃。起燃的通常是可燃蒸气。可燃蒸气是由 其化学成分

    通常用温度来界定液体的起燃性。有三个不同的温度,分别是自起燃温度(见3.1)、燃点(见3.5)和 闪点(见3.13)。自燃是指在没有局部热源情况下的起燃。闪点和瞬间起燃有关。燃点和起燃后的持续 燃烧有关。 一些不同的试验方法被用于测定这些特性温度。测得的温度取决于所用试验仪器的特性。因此当 引用这些温度参数时应确定所用的试验方法,

    4.2.3.1闪点的测定

    4.2.3.2锥形量热仪测定方法

    羊暴露在均匀的热通量辐射场中进行测试。起燃的相关特性可界定为在规定的热通量下的起燃时 成支持起燃的最小人射热通量,

    除(如下)一些特例外,固体通常不起燃。起燃的通常是可燃蒸气。可燃蒸气由固体热解产生,该 程取决于固体的温度及其化学成分。

    特例情况如下: 金属(见4.3.3); 某些其他的非金属元素,如碳(见4.3.4)、硫和磷; 某些活性物质(见4.3.5); 尘云(见 4.3.6)。

    4.3.2影响起燃的参数

    就固体而言,材料可燃性挥发物的产生与该材料的温度密切相关。它可能受热输人类型的影响,例 如:辐射热通量、对流热通量、传导热通量、施加的火焰、热丝或这些热源的组合。 起燃的难易程度还取决于可燃性挥发物的化学性质,这又与固体的化学性质有关。 材料的温升速率与固体的许多特性有关,如: a)厚度; b)热导率(e); c)密度(p); d)比热容(c); e)吸收率(热辐射的情况下)。 厚的试样其表面以下的材料可以传热,因此会降低外表面的温升速率从而提高耐起燃性。薄的试 样不会产生这样的情况,因而耐起燃性较低。 然而,这类一般性规律不适用于大多数的热塑性塑料。这类材料遇热融化后即远离热源(例如,火 焰或热丝),通常不会起燃。这会造成一个耐起燃性高的假象。因此,在测试热塑性材料的起燃性时要 特别考虑这一点。用标准着火试验测定热塑性材料会出现的问题,在ISO10840中有论述。 众所周知,、P、c的乘积是热惯量。如果材料的热惯量值很大,如固体金属,那么表面温升速率就 相对较低,因此达到起燃温度需要的时间就相对较长。如果材料的热惯量值较小,如一些泡沫塑料或低 密度的易燃材料,表面温升速率就会相对较高,因此达到起燃温度需要的时间就相对较短, 试样起燃后,如果火焰向热解前沿前方传递足够的热通量(通常为热辐射),使试样持续热解并以充 分的速率起燃,就会发生火焰蔓延, 传递到热解前沿前方的热通量的大小取决于试样的热释放速率和是否存在连续施加的热通量,而 耐起燃性则与试样最低起燃温度和表面温升速率成函数关系。

    金属在空气中燃烧时其产物是金属氧化物。许多金属在其表面都有一层氧化膜,这是在金属低温 氧化时形成的。这种金属氧化膜不能燃烧,因为其已是金属的氧化产物,块状金属在能够燃烧之前,其 表面的氧化层应用某些方法去除。 根据金属的燃烧特性,可以把金属分为以下兰种: a)在熔点或熔点以下起燃的金属(如铁和镁)。这些金属的熔点都在650℃以上,一般不会生成 氧化保护层; b)熔化以后起燃的金属(如铝、铅、锡和锌)。这些金属的熔点都在660℃以下,一般都会生成氧 化保护层; c)不起燃的低活性金属(如汞、银、金和铂)。 起燃的难易程度也受金属表面积/体积比值的影响。薄的金属薄膜和极细的金属粉末比块状金属 更易起燃。这是因为氧化过程释放的热量与燃烧的表面积成正比,而最初通过热传导从表面流失的热 量与金属的体积成正比。

    4.3.4碳(石墨)和焦炭

    以石墨形式存在的纯碳在高于800 200℃的温度范围内,发生 的是无焰的表面燃烧(灼热燃烧)。1200℃以上发生有焰燃烧,同时伴有CO产生并能看到火焰。

    焦炭是不纯的碳,挥发物含量和其多孔性是用来观测起燃温度范围的两个重要变量。正如观测石 的有焰和无焰燃烧一样。许多含碳的材料在燃烧时其表面会形成一层焦炭,在着火初期,这些焦炭在 一定程度上可以保护下层的材料。由此可以得出以极限氧指数表示的耐起燃性和一系列有机聚合物的 成炭率之间的相互关系可

    是以固体氧化剂形式与固体燃料混合在一起的。这些材料经常用来做易燃或易爆物品。以下是一些 刻子: “蓝色导火纸”(纤维素和硝酸钾); 黑火药(碳、硫磺和硝酸钾); 香烟(烟草和硝酸钾); TNT(三硝基甲苯)。

    尘云是固体气溶胶,悬浮在空气或者其他气体中的固体小颗粒,它们的起燃特性更像预 不像固体。

    5选择试验方法的考虑因素

    选择试验方法时应考虑一些重要的因素,包括涉及一种或多种火情、可能的引燃源、试样种类、试验 程序和试验仪器的类型。

    所选择的试验方法应与涉及的火情相关,应考虑以下重要因素: 试样的几何形状,包括厚度,以及棱边、角或者接头的存在; b) 各向异性; c) 表面方向; 空气流速和流向; e) 起燃源的性质和位置; f) 外部热通量的大小和位置; g) 可燃材料是液体还是固体

    实验室试验所用的引燃源应与火情有关。就电工电子设备的着火危险而言,有两种引燃源:

    b)‘源自电工电子设备和系统外部的火焰或过热。 在以上两种情况下,电工电子设备都可能发生电弧起燃,5.3.3中有进一步讨论

    )见IEC/TS62441

    5.3.3材料的电弧起燃

    5.3.3.1气体的电弧起燃

    可燃性气体的电弧起燃需要一个最小的能量。该特性被应用在“本安”电缆上。这种电缆的电压和 电感将由电路或继电器短路引起的火花的能量限制在能引发起燃的能量值以下。类似的原理用于规定 油箱中所使用的电缆的电压和电流。 想要引燃可燃性气体或带有悬浮微粒的气体混合物时,通常使用高压电源启动火花塞或用于燃气 炉(或油炉)的点火装置。

    5.3.3.2液体的电弧起燃

    通常,液体要经过挥发才能发生电弧起燃 俞很容易使液体产生高温以至蒸发并起燃。因此通过设计来排除这种情况的可能性非常可取

    5.3.3.3固体的电弧起燃

    5.3.3.4电力变压器中的电弧火灾

    一些如接线盒和电力变压器这类的电气设备,其发生故障会导致击穿放电(即电弧),可以使绝缘材 料热解而产生高温可燃性气体。这些气体迅速膨胀并与空气接触,最终会引起爆炸。 含有绝缘油的电力变压器易出现这样的问题。近期在许多大功率实验室进行的试验表明,如果大 于100MVA的电力变压器的内部因故障引起短路,是不安全的。这种故障会引起一些油的热解并产 生含有饱和碳氢化合物的混合气体。热解反应会引起变压器内部高温高压下气体的大量累积,常常会 寻致变压器结构的变形,随后发生爆炸。 附录A中包含了国外一些地下水力发电站和城市变电站因电弧引发的真实火灾事例。

    试样可以是制成品、产品的部件、模拟产品(制成品有代表性的一部分)、有关规范中规定的材料(固 体或液体)或材料的复合物。 应限定试样形状、尺寸和排列的变化

    6试验结果的使用和说明

    起燃的发生和起燃之后是否持续燃烧取决于上述的很多因素。最重要的是起燃性试验中变量的选 择应能反映所考虑的火情的特性。 以下的参数可用于消防安全工程: a) 自起燃温度; b) 燃点; 闪点; d) 起燃温度; e) 可燃性上限和下限; 热惯量。 测量规定条件下起燃的难易程度是评估电工电子产品火灾中预计危险的一个重要因素。评估依据 的原理是耐起燃性越好水利标准规范范本,预计的危险就越小。因此,材料总是被期望有高的耐起燃性。

    附录A (资料性附录) 地下水力发电站和城市变电站因电弧引发的火灾事例

    类似变压器这样的油绝缘组件的电气故障,可能会引起地下水力发电站和城市变电站发生气体爆 炸事故。 组件内部的电弧会引起油的部分热解,且气态热解产物会从内部逸出而与空气混合。 由于混合物的化学组成,会产生爆炸并有压力冲击波,如果没有被合适的防爆屏蔽物限制,爆炸会 在发电站或变电站内部蔓延

    A.2一般性的例子(非详尽的列表)

    A.2.1地下水力发电站

    挪威,Tonstad,1973年,瓷制电缆端子外部火花放电,伴有闪光。活性气体和油雾的爆炸致使3人 死亡,1人重伤。 挪威,Bardufoss,1975年,控制电缆接头的某一单元短路。爆炸致使发电站损毁严重。 意大利,Roncovalgrande,1988年,绝缘体的接地放电。活性气体和油雾的爆炸致使设备和建筑物 员毁。 挪威,Skjomen,1998年粮油标准,控制系统中材料和系统的缺陷。爆炸和油火球致使变电站全部损毁。 挪威,Aroy,2001年,操作失误以及线圈或线圈绝缘材料的缺陷。没有发生爆炸和火灾,

    A.2.2城市变电站(非详尽的列表)

    加拿大,多伦多,1999年,多伦多电力公司,温莎站。 澳大利亚,悉尼,1999年,查茨伍德变电站。 澳大利亚,悉尼,2000年,帕丁顿变电站。 美国,芝加哥,2000年,芝加哥市区。 美国,匹兹堡,2000年,匹兹堡市区。 澳大利亚,布里斯班,2001年,田尼杰变电站

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