GB T 4797.8-2008 电工电子产品环境条件分类.自然环境条件.火灾暴露.pdf

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1、ICS 19。020A 21 圆园中华人民共和国国家标准GBT 479782008IEC 60721-28：1994电工电子产品环境条件分类自然环境条件 火灾暴露Classification of environmental conditions for electric and electronic products-Environmental conditions appearing in nature-Fire exposure(IEC 60721 28：1994，Classification of environmental conditions-Part 2：Environmenta

2、l conditions appearing in natureFire exposure，IDT)20081230发布 2009-1 101实施丰瞀徽鬻瓣警麟瞥霎发布中国国家标准化管理委员会及111前言1范围2规范性引用文件3概述4轰燃前火灾特性5轰燃后的火焰特性6着火产物(烟雾和气体)的特性参考文献目 次GBT 47978-200BIEC 6072128：19941l13715刖 暑GBT 47978-2008IEC 6072 I-2-8：1994GBT 4797标准包括以下8个部分：温度和湿度海拔与气压水深与水压生物太阳辐射与温度降水和风尘、沙、盐雾一一地震振动和冲击一火灾暴露本部分是G

3、BT 4797的第8部分。本部分等同采用IEC 6072128：1994环境条件分类第2部分：火灾暴露。本部分引用的规范性文件中有一部分目前尚未转化为等同采用的国家标准，在引用这些规范性文件时仍以IECISO的编号列出。为便于使用，本部分做了下列编辑性修改：删除了国际标准的前言；增加了国家标准前言；“IEC 721的本部分”一词改为“GBT 4797的本部分”或“本部分”；对文中较长的图题，进行缩减，将原图题中的说明文字加入相关的正文内容中； 对图6中的“s一18 m”，根据图中的文字描述，更正为“s一16 m2”。本部分由全国电工电子产品环境条件与环境试验标准化技术委员会(SACTC 8)提

4、出并归口。本部分起草单位：广州电器科学研究院、上海工业自动化仪表研究所。本部分主要起草人：颜景莲、王捷、陈心欣。1范围GBT 47978-200BIEC 607212-8：1994电工电子产品环境条件分类自然环境条件火灾暴露6BT 4797的本部分定性和定量描述了在建筑物内火灾发生、发展、蔓延等的环境条件，主要和固定使用的电工产品相关。本部分主要考虑了轰燃前的条件，也考虑了轰燃后的条件。2规范性引用文件下列文件中的条款通过GBT 4797的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注目期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究

5、是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本部分。GBT 14523 2007对火反应试验建筑制品在辐射热源下的着火性试验方法(ISO 5657：1997，IDT)ISO 56582：1996对火反应试验火焰扩散第2部分：火焰在垂直分隔建筑制品上的水平传播ISO 56603：2003对火反应试验热释放速率、烟雾产生率和质量损失率第3部分：测量指南IsOTR 5924：1989着火试验燃烧反应建材产生的烟雾(双燃烧室试验)Is0 9705：1993着火试验饰面制品的全尺寸房间试验ISO 1 9702：2006燃烧废物的毒性试验用FTIR气体分析对燃烧废气中气体和蒸气的

6、分析指南3概述在一个空间内，当易燃物得到足够的能量时，就发生着火，例如燃着的香烟或者电气短路引燃材料或者材料自身产生这种能量(自燃)。燃烧过程的决定因素如下(见图1)：一能量源的特性；一暴露材料的类型和几何特性；热暴露时间。火在起燃后会产生热量，部分用于维持进一步燃烧，部分通过辐射和对流传递给周围其他材料和产品，这些材料和产品受热也可能会燃烧，导致火灾扩散(见图2)。建筑物内的易燃材料通常是以气态引燃的。空间内一旦发生着火，火焰的发展和蔓延取决于(见图1)：燃料或者燃烧物的位置、体积以及放置情况，燃烧材料在空间内的分布、连续性、多孔性以及燃烧特性；空间内的空气动力条件；空间的形状和尺寸；一空间

7、内的热力学特性。如果安装了消防设备，火焰生长过程会受到消防设备的设计和工作能力(如喷水系统)的影响。火灾的发展通常包括热力学、空气动力学及化学过程等复杂的相互反应。通常，辐射、对流和火焰蔓延是主要的物理因素。在火焰生长的阶段，在建筑物的顶部会形成一层热气流。在某些特定条件下，这层热气流可能会引起火势的进一步发展，同时导致全部火灾载荷中的大部分陷入火灾：轰燃产生。GBT 47978-2008IEC 6072128：1994预测轰燃现象可以参考其他标准。其中一种将轰燃定义为：火焰从建筑物内的空旷处开始发生的时刻，这时上层气流中的温度通常在500600；还有一种标准就是指临界状态，即在建筑物内或者空

8、间内地面水平面上产生的辐射为20 kwm2。也有其他标准，它们都跟不同的物理条件相关。根据百个以上的实验结果以及对于能量和质量平衡的研究结果，得出的以下等式，可用于计算在规定的房间或者不大于几个立方米的空间内(墙壁和屋顶不可燃)能够避免产生轰燃现象所允许的最大热量释放速率见式(1)：。一19 300(akA。A瓶) (1)式中：h一最大的热释放速率，单位为瓦(w)；nt房间或者空间结构的有效热传导系数，单位为瓦每平方米每开尔文w(m2K)；A房间或者空间内，包括开放区域的所有内表面积，单位为平方米(In2)；A一开放区域的总面积，单位为平方米(m2)；开孔的高度，单位为米(m)。轰燃标志着火灾

9、增长阶段(轰燃前)向火灾充分发展阶段(轰燃后)的转变。轰燃前的火灾对消防产品的运行和功能具有决定的意义。而这些产品对于保证人员逃生和人员救援有至关重要的作用。探测器、警报器、相关电缆、警示灯等应在该阶段响应。轰燃后的火灾对于火灾负载结构的火灾表现非常重要，火灾通过隔离物或者通风系统从一个房间蔓延到另外一个房间(如图1)，从建筑物的一层蔓延到另一层，从一个建筑物蔓延到另一个建筑物。相对于空间来说很小的火灾，很可能在大范围内，足够破坏在轰燃前阶段不恰当保护的结构单元。整个火灾过程轰燃前和轰燃后，与消防员有重要关系。最后，对轰燃后火灾的认识，是火灾后评估清拆队安全、分析残留状态以及建筑物修复或再使用

10、可能性的首要条件。2一起燃生长蔓延至相邻空间能源材料暴露时间燃料包1燃料包”封闭体所有都燃烧燃料空气动力空问几何形状空间热力学特性消防装置(轰燃) 厂l E着火负载几何形状燃烧速率热力学特性强迫通风自然对流气体热运动能量传递速率(燃烧机理)空气动力内部面积能量传递面的位置消防系统注：一个燃料包就是一个火灾载荷单元，例如窗帘、一组电缆、一件家具或者办公室内的一组家具。图1 影响建筑物内火焰起燃、生长和蔓延的因素GBT 47978-2008IEC 60721-2-8：1994图2房间内发生着火和蔓延4轰燃前火灾特性对轰燃前火灾基本特性的描述如下；暴露材料和产品的燃烧特性与以下参数产生作用：提供的热

11、量；暴露时间；火焰或阴燃出现的时间；地点的几何形状；热力学数据。时间变量：热释放速率(RHR)；火焰蔓延速率；气体温度；烟及其光学特性；燃烧产物的组成，特别是腐蚀性的有毒的气体。主要用于建筑材料和产品的小尺寸的着火反应试验正在制定过程中，见ISO TC 92的相关研究：建筑材料、零部件以及结构的着火试验，以上都是针对轰燃前火灾的特性。通过设置不同的暴露水平，这些试验可以给出材料和产品在不同火灾形势下的定量反应。火灾反应试验的相关标准如下：GBT 14523 2007；一IS0 5658 2：1996；一-IS0 5660 3：2003；一一IS0TR 5924：1989；IS0 19702：2

12、006。关于起燃性、热释放速率和火焰蔓延的相关标准，已在实际中应用。作为对小尺寸试验的补充，ISO 9705：1993用于表面产品的简单全尺寸空间墙角试验。烟，尤其是当中的有毒的燃烧产物，对研究小尺寸试验有重要的意义。图3图6给出了实际暴露水平与三种不同火灾在轰燃前的基本特性之间的关系。图3和图4描述了通风条件良好的空间内火灾的情况。图3给出了燃烧速率随时间的变化，表示为失重率，对于以木作为燃料的小尺寸空间着火，主要有氧气、一氧化碳和二氧化碳。3GBT 47978-2008IEC 6072 128：1994燃烧过程中的各种气体浓度根据Raman谱图方法确定，该方法能够在同一时间内测量着火空间内

13、的所有气体的浓度。图4给出的是一个全尺寸通风的房间内的着火情况，墙壁是由可燃材料做成的，由墙角的燃气炉引燃，用于模拟着火的废纸篓。给出的变量主要有：热释放速率(RHR)、天花板下温度、地板上的热流量以及产生的烟，单位为obscura(模糊度)乘以立方米(1 obscura意为每增加1 dBm的光吸收，可见光距离缩短10 m)。火焰在41 rain之后产生轰燃现象，热释放速率为125 Mw，天花板下的气体温度正好在600以下，地板上的热通量为30 kwm2。图3和图4中的示例代表了通风良好的空间内的轰燃前的着火情况。但是，在不通风或者密闭的空间内的情形更为常见。典型的不通风的着火通常是由阴燃扩大

14、产生的，阴燃也可能发展为火焰而扩展。图5和图6给出了不通风的空间内的着火特性。图5适用于除了天花板与地板处的缝隙以外都封闭的空间的火焰。图5给出了在空间内发生临界事件烟气产生和轰燃发生时的计算时间。烟气产生的定义为：烟层降低至地板以上15 m高度时的时间。假定空间安全评估不合理，救火比较危险和困难。图5给出了规定的洒水装置、烟热探测器开始运作的计算时间。考虑到轰燃时间，图5还给出了不通风空间内着火和在天花板处通风以释放着火过程中产生的热量和烟的空间内的着火情况的对比。图5表明不通风条件缩短了轰燃的时间，轰燃发生的时间会随着火焰发展倍增时间的降低而缩短。为了补充说明图5中表示的不通风的火焰的特性

15、，图6给出了不通风条件下的阴燃的一氧化碳浓度随时间的变化情况：在24m高，地板面积为s的房间内由于椅子阴燃产生的CO浓度随时间的变化，数值取自于房间中间高度。火焰是由距离地板一定高度的椅子引起的，且根据地板面积有所不同。这些数据是在试验和理论模型的基础上外推产生的，并且和在房间高度中点上放置的假定的传感器相关。图中给出了并在曲线上标注了时间t。(表示层界面降低到该点的时间)和时间t+(超过临界剂量的时间)。可以通过以下项目的概率来考虑轰燃前火灾形势：引燃源的存在；产品的存在；产品着火特性；环境因素；人的存在；报警和灭火装置的存在和运行；逃生的可能性。特别重要的是，因为这些产品具有高的热含量(软

16、垫家具、塑料制大件家具、床垫)或者是较大的表面积(墙壁和天花装饰，较大的帘子等)，产品自身能够将房间内一部分火灾转变为轰燃。从实用和长期角度来讲，预测火灾危害的小尺寸着火反应试验结果评估，应基于基本性能试验和数学模型方法。图7给出了一种评价试验材料对于火灾安全的贡献的方法纲要。如果没有小尺寸的数学模型可用，试验结果应与全尺寸试验数据统计直接相关。如果有小尺寸试验的有效数学模型，控制空间火焰发展的重要的材料特性可以量化，该数值可作为全尺寸模型轰燃前火灾数学模型的输入数据。使用这种经过与全尺寸试验支持和验证的数学模型，能够预测在不同环境条件下的空间内着火程度和地点随时问的变化情况。相关的安全措施可

17、从其他部门当前使用的一些对复杂系统的效率、对于扰动的敏感性以及可靠性的评估方法中寻求。GBT 47978-2008IEC 6072128 1 1994着火开始后的时间rain图3燃料为木材的小尺寸空间内的O：、2XCO和c02的体积浓度和可燃材料失重率随时间的变化热释放速率温度 MW1 000+ 3 0800上 2 5200十05热通量(kWm2)(2 3 4 5时间rain烟obscumm3o静蚓水注：试验细节：a)全尺寸房间：长36m，宽24133，高24 m，轻质混凝土结构，门20m08 m；b)燃烧物为刨花板，厚度为10 mm，密度为750 kgm3，该刨花板覆盖了天花板和三面墙，不包

18、括开有门的第四面墙；c)火源为100 kW的丙烷灯，放置于正对门的墙脚。热释放速率，RHR()，天花板底下的气体温度(一)，地板上的热通量(-一一)以及总的烟气产物(一)。图4起燃后各参数随时间的变化5兽(饕堆一瑙鞋GBT 47978-20081EC 60721-2-8：19946鼙搬薤挂天耗板高度m 天花扳高度ma1 b)注：倍增时间为3 rain(图5a)和2 min(图5b)的指数型火焰增长速率。空间的地板面积为500 m2-2 000甜，天花板高度为4 m10 m。图5探测和临界事件的时间随地板面积和天花板高度的变化争一地板面积 时间mm图6 CO浓度随时间的变化蒜魁蠖ouGBT 47

19、978-2008IEC 60721-2-8：1994图7基本性能试验以及数学模型匏结合方法5轰燃后的火焰特性使用以下参数随时问的变化对轰燃后火焰特性进行全面描述：热释放速率(RHR)；一气体温度；_，外部火焰的几何形状和热能数据；炳及其光学特性；一燃烧产物的组成，特别是有毒的和腐蚀性的气体。如第3章所述，轰燃后的火焰决定了有着火负载的结构的着火特性，火焰通过隔离物或者通风系统由一个空间蔓延至另外的空间(如图1)，外部火焰由一个楼层蔓延到另外的楼层，从一栋楼蔓延到另外一栋楼。对于这些特性，前面三个是相关的，气体温度、外部火焰的几何形状和热能数据来源于窗口火焰的窜涌。在国际上，流行的对于有着火负载

20、结构的元件和隔离物的防火设计跟国家使用的标准的耐火试验而进行的分类系统有关。在耐火试验中，样品暴露于火炉旁边达到一定的温升，该温升在规定的限度内根据式(2)随时间变化，即标准的火焰：T。一To一345109(8+1) (2)式中：f时间，单位为分钟(rain)；L时刻的炉温，单位为摄氏度()；L#0时的炉温，单位为摄氏度()。图8给出了To一20时，根据式(2)得出的时间一温度曲线，为了便于比较，图8中还给出了空间内的平均气体温度曲线，曲线是对四种不同着火载荷密度在有窗子的房间内进行的全尺寸试验基础上得到的见式(3)：A以i7je一0157m“2式中：A窗口的面积，单位为平方米(m2)；(3)

21、7GBT 47978-2008IEC 6072 1-2-8：1 994一一窗口的高度，单位为米(m)；A。空间内的所有内部表面积，包括窗口面积，单位为平方米(m2)。曲线表明，在试验的轰燃后的空间内的热暴露可能会跟在标准火焰中的热暴露偏差较大。在最近10年，在有火灾负载结构和元素的防火设计的分析和计算机化处理方法有了很大的进步，因此，更多的国家除了按照标准着火试验结果进行的分类外，还允许对有着火负载的结构件进行分类。从长期来看，发展趋势应建立在详细的关于着火负载的燃烧特性、着火地点的几何、通风以及热力学特性的自然火灾暴露基础上进行计算机分析和设计。同时，基于可靠性的结构火灾工程设计，包括基于实

22、际安全要素及评估、第一可靠性方法(参照参考文献E8等)的实际结构化设计计算的贡献，可以作为迸一步的研究方向。“型赠100 、|。 。180曲竺，r，一一p一一一 r 厌一， 自火二 a载 7 、 自度1 | 一 一_L一、 t 一， ，。 、 一、 一 30 k 女一m 2 竣_kbm 、I 20 km20 10 20 30 40 50 60时间rain注：空间为弹性结构地板、一面墙为轻质混凝土，另三面为普通砖质、天花板为耐火混凝土。图8符合式(2)的标准着火曲线与试验情况下的得到的平均气体温度曲线的对比基于空间自然着火概念的设计，结构件的热暴露可以通过系统的能量和质量平衡来计算。图9给出了一

23、个瑞典土地规划委员会认可的设计实例。1 2001 000soo60040020001 2001 000p毒80060040020000 1 2 3 4 5 6时间h0 l 2 3 4 5 6时间hGBT 47978-2008IEC 60721-28：19940 1 2 3 4 5 6时间h0 l 2 3 4 5 6时间h图9气体温度一时间曲线图9中曲线的变量包括：空间内的封闭面的单位面积上的火灾载荷密度，单位为MJm2空间内的通风特性用开7L因素，用A以A。来表示，单位rrl“2。本图适用于封闭结构件具有规定热性能数据的空间(空间类型A 瑞典土地规划委员会认可的设计模式)。热性能数据有偏差的着

24、火空间可以通过着火载荷密度和开孔因素的假想数值近似的转换为A类型的空间。图9是以一系列的简单化的假设为基础的，一般情况下给出的是比较保守的设计。图10描述了在与实体规模相同的试验条件下，一个三层建筑物内的第一层轰燃以后的火焰条件下，得到的温度、辐射和热流量沿某一表面的垂直分布。暴露条件，引起火灾从一个楼层蔓延至另外一个楼层，表明了试验确定了温度和辐射最大值层面(层面lO tin以外)的垂直分布以及通向该层面10的总热流量。图10中曲线是一个三层建筑的第一层空间内的轰燃后的着火情况，火焰和热气体从窗户中窜涌出来。试验火焰模拟了真实的典型的复合材料装饰的平板轰燃后的火焰。蛳咖啪伽黜。u己|言啪伽枷

25、。p己GBT 4797，B-2008IEC 60721-2-8：1994房顶“8楼宙 _楼窗100 500 1 000 温度1辐射和热沉重(kWm2)图10温度、辐射和热流量的垂直分布空间内的火焰正面的热暴露条件，如图10所示，决定了火灾由个建筑物向另一个建筑物的蔓延情况。轰燃后火灾的另外一个重要因素就是烟雾和有毒气体会影响人们逃生的路径和其他较远的安全区域。许多国家经过近10年的努力，建立了在自然通风或空调建筑物内的计算机模型来描述烟雾流动。图11给出了该方法概要11、6。烟雾通过房间之间的空气流动或者空调系统在建筑物内散布，建筑物可以看作是一系列的空间，空气从气压高的地方流向气压低的地方。

26、每个空间内的气压以及通过每个开孔的气流通过整个建筑的空气流动公式计算。决定性的因素包括开孔以及通风系统的流动阻力，质量驱动力如热空气和外部风的浮力以及开孔和通风系统的流动阻力。根据图ll，一个完整的设计和分析包括三个互相关联的子系统，即：火焰发展模型，描述烟雾和毒气产生的速率；建筑物内的气压和气流模型；人类的行为模型，以及在撤退过程中的生理和心理因素。对于许多的实际应用情况，无需作特别全面的分析。10GBT 47978-2008IEC 6072128：1994图11 建筑物内烟气控制系统设计流程图6着火产物(烟雾和气体)的特性烟雾会破坏关键设备的特性，或者阻止关键设备正常功能的发挥。这些影响主

27、要是化学影响，对电工产品最明显的破坏就是腐蚀，例如烟雾中产生的氯化氢的腐蚀。下面两项是仅限于电工产品相关的两项：11GBT 47978-2008IEC 60721-2-8 11994与烟雾探测设备相关的烟雾特性；火灾产生的氯化氢产生的腐蚀。烟雾是燃烧产生的热气体、小液滴以及固体颗粒的混合物。基于烟雾特性的烟雾探测器的合理设计和试验，烟雾应当能够用探测器感知的特性项目来描述，如粒径尺寸分布、浓度数值、质量浓度以及折射率等1z。在标准试验程序中，认可的灵敏度标准，采用探测器周围光学密度或者光不透过性这样的专业术语来描述。光密度测定与光源有关，大部分光源都有对应的白光的光谱，都有跟人眼敏感度相当的光

28、电池。对于探测器输出和光密度测量之间的关系的描述，后者应当同前面提到的烟雾特性联系起来。作为示例，图12给出了不同的材料133在着火期间的颗粒浓度和消光之间的关系，消光用每米的光密度来表示。由于相关性取决于粒子的折射率，有火焰和无火焰的情况下相关性不同。不同着火情况的要求取决于所允许的烟雾浓度数值，该数值取决于可视度和毒性的评估，以及对于逃生者的状况，空间、照明以及指示等逃生手段持性的评估，见图1l。图13给出了一个典型的规定的可视度或者视距与光密度之问的关系。这是NBS美国国家标准局烟密度实验室在试验方法中确定的(ASTM美国材料与试验协会，标准测试方法)。UL实验室对于烟雾探测器的检验合格

29、限值为：灰色烟雾每米的光学密度大于等于006，黑色烟雾的大于等于01415。材料硬质PVC0一一ABS：L塑化PVCv红橡木；VPS：粒状密度(m卉)a纤维索；硬质聚氨酯；乙烯基聚氨酯花旗松。图12烟气的光密度与粒状密度的相关性13E豫鹾疑窟GBT 47978-2008IEC 6072卜2-8：1994光学密度(1m)注：不同的符号代表不同的光线和标识，A区域代表了黄色烟气中的手持灯。图13可视距离与光学密度在正常情况下，暴露在空气中的金属表面通常会有一层氯化物沉积物，最高可达10 mgm2，这个数量一般情况下是无害的。但是，如果暴露在PVC燃烧产生的烟雾中，表面污染可致氯化物含量升高至几千毫

30、克每平方米，通常会引起严重破坏。电工设备的氯化物污染可以通过清洗剂、溶剂、中和剂、超声振动、清洁空气喷射等手段进行去除。这种方法不是总有效果的，有时只能起到暂时的清洁效果，而不是长期的。在资料18中报告了对PVC包覆的金属电线进行试验的情况，实验规模足以代表真实的火灾情况。试验研究的情况如下：PVC包覆电线(电线长914 m，PVC质量为24 gm，纸的质量为4 gm)的分解，电流超负荷运行45 rain，试验在一个没有空气循环的尺寸为长36 rll、宽24m、高36 m的增压空间(包括24 m以上的增压空间)内进行。图14给出了试验结果，给出了空间内的CO、CO。、CH：、HCl的浓度随时间

31、的变化情况。所有试验的特点是HCI的浓度在越过最高点之后迅速降低，而其他气体浓度则没有相似的特点。在增压空间内测得的HCl气体的最大浓度为310，这个浓度大致为电线氯含量的13，增压空间以下测得最大浓度为210。注：图14中的气体浓度数值基于采用10_6为单位的测量，也就是，体积浓度。转化为质量密度，例如mgm3的值，不实际，因为气体的温度并没固定。GBT 47978-2008IEC 6072 1-2-8：1994时问min增压空间房间。141 008X 06u 0 40 20时间minb、10 20 30 40 50时间rain小图14 PVC包覆电线作为单一燃料的模拟空间以及大尺寸空间内气

32、体的浓度蚰n0同时020参考文献1McCaffrey，BJ，Quintiere，JGture5 and the Likelihood of Flashover Using(1981)GBT 47978-2008IEC 60721-2-8：1994and HarMeroad，MF，Estimating Room TemperaFire Data CorrelationsFire Technology 17：981 192 Ald4n，M，Blomqvist，J，Edner，Hand Lundberg，Raman Spectroscopy in theAnalysis of Fire GasesF

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