IEC TS 60695-11-40:2002
(Main)Fire hazard testing - Part 11-40: Test flames - Confirmatory tests - Guidance
Fire hazard testing - Part 11-40: Test flames - Confirmatory tests - Guidance
IEC TS 60695-11-40:2002 Presents a general characterization of small-scale test flames and associated confirmatory tests based on copper block calorimetry, and defines theoretical modelling for the associated dynamics. Guidance is presented for the selection of critical parameters in confirmatory test designs. A theory is presented to define additional performance parameters for confirmatory tests, enabling a precise implicit mathematical characterization of confirmatory test heating curves.
Essais relatifs aux risques du feu - Partie 11-40: Flammes d'essai - Essais de confirmation - Guide
IEC TS 60695-11-40:2002 Présente les caractéristiques générales des flammes d'essai à petite échelle et des essais de confirmation associés fondés sur la calorimétrie du bloc de cuivre, et définit la modélisation théorique pour la dynamique associée. Un guide est présenté pour la sélection des paramètres critiques dans des conceptions d'essai de confirmation. Une théorie est présentée pour définir des paramètres de performance additionnels pour des essais de confirmation, permettant une caractérisation mathématique implicite précise des courbes d'échauffement des essais de confirmation.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
SPÉCIFICATION CEI
TECHNIQUE IEC
TS 60695-11-40
TECHNICAL
Première édition
SPECIFICATION
First edition
2002-02
PUBLICATION FONDAMENTALE DE SÉCURITÉ
BASIC SAFETY PUBLICATION
Essais relatifs aux risques du feu –
Partie 11-40:
Flammes d'essai –
Essais de confirmation – Guide
Fire hazard testing –
Part 11-40:
Test flames –
Confirmatory tests – Guidance
Numéro de référence
Reference number
CEI/IEC/TS 60695-11-40:2002
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Depuis le 1er janvier 1997, les publications de la CEI As from 1 January 1997 all IEC publications are
sont numérotées à partir de 60000. Ainsi, la CEI 34-1 issued with a designation in the 60000 series. For
devient la CEI 60034-1. example, IEC 34-1 is now referred to as IEC 60034-1.
Editions consolidées Consolidated editions
Les versions consolidées de certaines publications de la The IEC is now publishing consolidated versions of its
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exemple, les numéros d’édition 1.0, 1.1 et 1.2 indiquent and 1.2 refer, respectively, to the base publication,
respectivement la publication de base, la publication de the base publication incorporating amendment 1 and
base incorporant l’amendement 1, et la publication de the base publication incorporating amendments 1
base incorporant les amendements 1 et 2. and 2.
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constamment revu par la CEI afin qu'il reflète l'état under constant review by the IEC, thus ensuring that
actuel de la technique. Des renseignements relatifs à the content reflects current technology. Information
cette publication, y compris sa validité, sont dispo- relating to this publication, including its validity, is
nibles dans le Catalogue des publications de la CEI available in the IEC Catalogue of publications
(voir ci-dessous) en plus des nouvelles éditions, (see below) in addition to new editions, amendments
amendements et corrigenda. Des informations sur les and corrigenda. Information on the subjects under
sujets à l’étude et l’avancement des travaux entrepris consideration and work in progress undertaken by the
par le comité d’études qui a élaboré cette publication, technical committee which has prepared this
ainsi que la liste des publications parues, sont publication, as well as the list of publications issued,
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• Catalogue des publications de la CEI • Catalogue of IEC publications
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comprenant des recherches textuelles, par comité technical committees and date of publication. On-
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SPÉCIFICATION CEI
TECHNIQUE IEC
TS 60695-11-40
TECHNICAL
Première édition
SPECIFICATION
First edition
2002-02
PUBLICATION FONDAMENTALE DE SÉCURITÉ
BASIC SAFETY PUBLICATION
Essais relatifs aux risques du feu –
Partie 11-40:
Flammes d'essai –
Essais de confirmation – Guide
Fire hazard testing –
Part 11-40:
Test flames –
Confirmatory tests – Guidance
IEC 2002 Droits de reproduction réservés Copyright - all rights reserved
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– 2 – TS 60695-11-40 CEI:2002
SOMMAIRE
AVANT-PROPOS.4
INTRODUCTION.8
1 Domaine d'application .10
2 Références normatives.10
3 Définitions .10
4 Flammes d'essai, types de brûleur et dynamiques .12
4.1 Dynamique générale .12
4.2 Brûleurs et flammes de diffusion .12
4.3 Flammes à prémélange et brûleurs à mélange préalable .12
4.4 Gaz combustibles.14
5 Matériel d'essai de confirmation .14
5.1 Généralités.14
5.2 Procédure et disposition du matériel.14
5.3 Thermocouple .14
5.4 Nature du bloc de cuivre.14
5.5 Masse du bloc de cuivre.16
5.6 Géométrie du bloc de cuivre.16
5.7 Positionnement du bloc de cuivre .16
6 Procédure d'essai de confirmation.16
6.1 Plages de températures d'essai.16
6.2 Gammes de temps d'essai.16
7 Dynamique de calorimétrie du bloc de cuivre et théorie .16
8 Calorimétrie et théorie – Résumé et recommandations .22
9 Conclusion .22
Bibliographie.34
Figure 1 – Position du bloc de cuivre .24
Figure 2 – Résultats utilisant des données issues du tableau 2.26
Figure 3 – Ajustement parabolique des données à 800 °C .28
Figure 4 – Ajustement parabolique des données à 900 °C .30
Figure 5 – Ajustement parabolique des données à 1 000 °C .32
TS 60695-11-40 IEC:2002 – 3 –
CONTENTS
FOREWORD.5
INTRODUCTION.9
1 Scope.11
2 Normative references .11
3 Definitions .11
4 Test flames, burner types and dynamics.13
4.1 General dynamics .13
4.2 Diffusion flames and burners .13
4.3 Pre-mixed flames and burners.13
4.4 Fuel gases .15
5 Confirmatory test hardware .15
5.1 General .15
5.2 Procedure and hardware arrangement.15
5.3 Thermocouple .15
5.4 Copper block material .15
5.5 Copper block mass.17
5.6 Copper block geometry.17
5.7 Copper block positioning .17
6 Confirmatory test procedure .17
6.1 Test temperature ranges .17
6.2 Test time ranges .17
7 Copper block calorimetry dynamics and theory.17
8 Calorimetry and theory – Summary and recommendations.23
9 Conclusion .23
Bibliography.35
Figure 1 – Positioning of the copper block .25
Figure 2 – Results using data from table 2 .27
Figure 3 – Parabolic fit of data to 800 °C .29
Figure 4 – Parabolic fit of data to 900 °C .31
Figure 5 – Parabolic fit of data to 1 000 °C.33
– 4 – TS 60695-11-40 CEI:2002
COMMISSION ÉLECTROTECHNIQUE INTERNATIONALE
____________
ESSAIS RELATIFS AUX RISQUES DU FEU –
Partie 11-40: Flammes d'essai –
Essais de confirmation – Guide
AVANT-PROPOS
1) La CEI (Commission Electrotechnique Internationale) est une organisation mondiale de normalisation
composée de l'ensemble des comités électrotechniques nationaux (Comités nationaux de la CEI). La CEI a
pour objet de favoriser la coopération internationale pour toutes les questions de normalisation dans les
domaines de l'électricité et de l'électronique. A cet effet, la CEI, entre autres activités, publie des Normes
internationales. Leur élaboration est confiée à des comités d'études, aux travaux desquels tout Comité national
intéressé par le sujet traité peut participer. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec la CEI, participent également aux travaux. La CEI collabore étroitement
avec l'Organisation Internationale de Normalisation (ISO), selon des conditions fixées par accord entre les
deux organisations.
2) Les décisions ou accords officiels de la CEI concernant les questions techniques représentent, dans la mesure
du possible, un accord international sur les sujets étudiés, étant donné que les Comités nationaux intéressés
sont représentés dans chaque comité d’études.
3) Les documents produits se présentent sous la forme de recommandations internationales. Ils sont publiés
comme normes, spécifications techniques, rapports techniques ou guides et agréés comme tels par les
Comités nationaux.
4) Dans le but d'encourager l'unification internationale, les Comités nationaux de la CEI s'engagent à appliquer de
façon transparente, dans toute la mesure possible, les Normes internationales de la CEI dans leurs normes
nationales et régionales. Toute divergence entre la norme de la CEI et la norme nationale ou régionale
correspondante doit être indiquée en termes clairs dans cette dernière.
5) La CEI n’a fixé aucune procédure concernant le marquage comme indication d’approbation et sa responsabilité
n’est pas engagée quand un matériel est déclaré conforme à l’une de ses normes.
6) L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments de la présente spécification technique peuvent faire
l’objet de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. La CEI ne saurait être tenue pour
responsable de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et de ne pas avoir signalé leur existence.
La tâche principale des comités d’études de la CEI est l’élaboration des Normes
internationales. Exceptionnellement, un comité d’études peut proposer la publication d’une
spécification technique
• lorsqu’en dépit de maints efforts, l’accord requis ne peut être réalisé en faveur de la
publication d’une Norme internationale, ou
• lorsque le sujet en question est encore en cours de développement technique ou quand,
pour une raison quelconque, la possibilité d’un accord pour la publication d’une Norme
internationale peut être envisagée pour l’avenir mais pas dans l’immédiat.
Les spécifications techniques font l’objet d’un nouvel examen trois ans au plus tard après leur
publication afin de décider éventuellement de leur transformation en Normes internationales.
Cette première édition de la CEI 60695-11-40, qui est une spécification technique, a été
établie par le comité d'études 89 de la CEI: Essais relatifs aux risques du feu.
Elle a le statut d'une publication fondamentale de sécurité conformément au Guide 104 de la CEI.
TS 60695-11-40 IEC:2002 – 5 –
INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION
____________
FIRE HAZARD TESTING –
Part 11-40: Test flames –
Confirmatory tests – Guidance
FOREWORD
1) The IEC (International Electrotechnical Commission) is a worldwide organization for standardization comprising
all national electrotechnical committees (IEC National Committees). The object of the IEC is to promote
international co-operation on all questions concerning standardization in the electrical and electronic fields. To
this end and in addition to other activities, the IEC publishes International Standards. Their preparation is
entrusted to technical committees; any IEC National Committee interested in the subject dealt with may
participate in this preparatory work. International, governmental and non-governmental organizations liaising
with the IEC also participate in this preparation. The IEC collaborates closely with the International
Organization for Standardization (ISO) in accordance with conditions determined by agreement between the
two organizations.
2) The formal decisions or agreements of the IEC on technical matters express, as nearly as possible, an
international consensus of opinion on the relevant subjects since each technical committee has representation
from all interested National Committees.
3) The documents produced have the form of recommendations for international use and are published in the form
of standards, technical specifications, technical reports or guides and they are accepted by the National
Committees in that sense.
4) In order to promote international unification, IEC National Committees undertake to apply IEC International
Standards transparently to the maximum extent possible in their national and regional standards. Any
divergence between the IEC Standard and the corresponding national or regional standard shall be clearly
indicated in the latter.
5) The IEC provides no marking procedure to indicate its approval and cannot be rendered responsible for any
equipment declared to be in conformity with one of its standards.
6) Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this technical specification may be the subject
of patent rights. The IEC shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
The main task of IEC technical committees is to prepare International Standards. In
exceptional circumstances, a technical committee may propose the publication of a technical
specification when
• the required support cannot be obtained for the publication of an International Standard,
despite repeated efforts, or
• The subject is still under technical development or where, for any other reason, there is
the future but no immediate possibility of an agreement on an International Standard.
Technical specifications are subject to review within three years of publication to decide
whether they can be transformed into International Standards.
This first edition of IEC 60695-11-40, which is a technical specification, has been prepared by
IEC technical committee 89: Fire hazard testing.
It has the status of a basic safety publication in accordance with IEC Guide 104.
– 6 – TS 60695-11-40 CEI:2002
Le texte de cette spécification technique est issu des documents suivants:
Projet d’enquête Rapport de vote
89/468/DTS 89/494/RVC
Le rapport de vote indiqué dans le tableau ci-dessus donne toute information sur le vote ayant
abouti à l'approbation de cette spécification technique.
Cette publication a été rédigée selon les Directives ISO/CEI, Partie 3.
Le comité a décidé que le contenu de cette publication ne sera pas modifié avant 2006.
A cette date, la publication sera
• reconduite;
• supprimée;
• remplacée par une édition révisée, ou
• amendée.
TS 60695-11-40 IEC:2002 – 7 –
The text of this technical specification is based on the following documents:
Enquiry draft Report on voting
89/468/DTS 89/494/RVC
Full information on the voting for the approval of this technical specification can be found in
the report on voting indicated in the above table.
This publication has been drafted in accordance with the ISO/IEC Directives, Part 3.
The committee has decided that the contents of this publication will remain unchanged until
2006. At this date, the publication will be
• reconfirmed;
• withdrawn;
• replaced by a revised edition, or
• amended.
– 8 – TS 60695-11-40 CEI:2002
INTRODUCTION
Les flammes normalisées à petite échelle (voir la note) sont spécifiées pour divers essais,
lorsque des paramètres de conception et d'utilisation suffisants de matériels sont spécifiés
dans un souci d'assurer des flammes conformes. Des conceptions et des dimensions de
matériels, des spécifications de matériaux et des spécifications de combustibles et d'air
constituent les paramètres types nécessaires. L'expérience a prouvé que la qualité des
flammes résultantes et de ce fait, les résultats d'essais associés sont influencés de manière
significative par des variations subtiles de l'équipement et de la technique d'essai. Des
vérifications simples sur les qualités de la flamme, telles que la couleur de la flamme et ses
dimensions ou les caractéristiques de fusion du fil d'argent sont souvent spécifiées en
conjonction avec le matériel, le combustible, l'air ou d'autres réglages normaux.
Le besoin de confirmations plus précises et quantitatives des qualités de la flamme a été
reconnu, en conduisant à l'introduction d'essais de confirmation fondés sur la technique de
calorimétrie du bloc de cuivre. Cette spécification technique est destinée à servir de guide
pour la conception des essais de confirmation de la flamme d'essai utilisant les mesures
calorimétriques du bloc de cuivre.
Tableau 1 – Flammes d'essai existantes avec essais de confirmation
Puissance Type de Référence Hauteur Hauteur Masse Position Durée
a
de flamme flamme CEI 60695- totale du cône du bloc du bloc de d'application
nominale approxi- approxi- de cuivre cuivre au- prescrite
mative mative dessus du
de 100 °°°°C à
brûleur
700 °°C
°°
Wmmmmgmms
1 000 PP-P 2-4/1 (11-2) 175 55 10 95 45
500 M-P 11-3 125 40 10 55 54
50 M-P 11-4 20 – 1,76 10 44
Aiguille B-D 2-2 (11-5 ) 12 – 0,58 6 23,5
a
PP propane; M méthane; B butane; P pré-mélange; D diffusion
NOTE Puissance et hauteur de la flamme généralement inférieures, respectivement, à 2 000 W et à 200 mm.
NOTE Les lecteurs sont encouragés à envoyer des données d'essais au secrétaire du CE 89 afin d'étayer les
recherches effectuées par l'auteur et en prévision de feedbacks valables pour la prochaine révision. Les
coordonnées du secrétaire peuvent être trouvées sur le website de la CEI http://www.iec.ch
TS 60695-11-40 IEC:2002 – 9 –
INTRODUCTION
Small-scale, standard flames (see note) are specified for various tests, where sufficient
hardware design and use parameters are specified in an effort to ensure consistent flames.
Hardware designs and dimensions, material specifications and fuel and air specifications are
typical necessary parameters. Experience has shown that the quality of the resulting flames
and, therefore, the associated test results, are influenced significantly by subtle variations in
the equipment and test technique. Some simple checks on flame qualities, such as flame
colour and dimensions, or the melting characteristics of silver wire, are often specified in
conjunction with hardware, fuel, air or other normal adjustments.
The need for more precise and quantitative confirmation of flame qualities has been
recognized, leading to the introduction of confirmatory tests based on the copper block
calorimetry technique. This technical specification is intended to provide guidance for the
design of test flame confirmatory tests using copper block calorimetry measurements.
Table 1 – Existing test flames with confirmatory tests
Nominal Approximate Copper Copper block Time spec.
Flame Reference Approximate
flame a overall block position above 100 °°°°C to
type IEC 60695- cone height
power height mass burner 700 °°C
°°
Wmmmmgmms
1 000 PP-P 2-4/1 (11-2) 175 55 10 95 45
500 M-P 11-3 125 40 10 55 54
50 M-P 11-4 20 – 1,76 10 44
Needle B-D 2-2 (11-5) 12 – 0,58 6 23,5
a
PP propane; M methane; B butane; P pre-mixed; D diffusion
NOTE Flame power and height generally less than 2 000 W and 200 mm, respectively.
NOTE Readers are encouraged to send test data to the TC 89 Secretary for further study by the author and as
valuable feedback for the next revision. The coordinates of the secretary can be found on the IEC website
http://www.iec.ch
– 10 – TS 60695-11-40 CEI:2002
ESSAIS RELATIFS AUX RISQUES DU FEU –
Partie 11-40: Flammes d'essai –
Essais de confirmation – Guide
1 Domaine d'application
La présente partie de la CEI 60695 présente les caractéristiques générales des flammes
d'essai à petite échelle et des essais de confirmation associés fondés sur la calorimétrie du
bloc de cuivre, et définit la modélisation théorique pour la dynamique associée. Un guide est
présenté pour la sélection des paramètres critiques dans des conceptions d'essai de
confirmation. Une théorie est présentée pour définir des paramètres de performance
additionnels pour des essais de confirmation, permettant une caractérisation mathématique
implicite précise des courbes d'échauffement des essais de confirmation.
L’une des responsabilités d’un comité d’études consiste, le cas échéant, à utiliser les publi-
cations fondamentales de sécurité dans le cadre de l’élaboration de ses publications.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent
document. Pour les références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références
non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les éventuels
amendements).
Guide CEI 104:1997, Élaboration des publications de sécurité et utilisation des publications
fondamentales de sécurité et publications groupées de sécurité
ISO/CEI 13943:2000, Sécurité au feu – Vocabulaire
3 Définitions
Pour les besoins de la présente partie de la CEI 60695 les définitions issues de
l'ISO/CEI 13943, ainsi que les définitions suivantes s'appliquent.
3.1
enthalpie du bloc de cuivre
énergie théorique totale thermique disponible, attribuable uniquement à la température du
bloc d'essai en cuivre, à la masse et à la capacité thermique du cuivre
3.2
essai de vérification
procédure calorimétrique qui, en tant qu'indicateur de diagnostic, est destinée à révéler
un comportement ou des conditions anormal(es) dans une flamme d'essai, un brûleur ou un
matériel associé
3.3
stabilisateur de la flamme
ensemble normalement installé en haut d'un brûleur Bunsen ou Tirrill de laboratoire normalisé
destiné à réduire l'effet déstabilisant du mélange turbulent des gaz de la flamme avec l'air
ambiant, en fournissant une couche intermédiaire de gaz possédant une vitesse intermédiaire
entre l'air ambiant calme et les gaz de flamme plus rapides
TS 60695-11-40 IEC:2002 – 11 –
FIRE HAZARD TESTING –
Part 11-40: Test flames –
Confirmatory tests – Guidance
1 Scope
This part of IEC 60695 presents a general characterization of small-scale test flames and
associated confirmatory tests based on copper block calorimetry, and defines theoretical
modelling for the associated dynamics. Guidance is presented for the selection of critical
parameters in confirmatory test designs. A theory is presented to define additional
performance parameters for confirmatory tests, enabling a precise implicit mathematical
characterization of confirmatory test heating curves.
One of the responsibilities of a technical committee is, wherever applicable, to make use of
basic safety publications in the preparation of its publications.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document.
For dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition
of the referenced document (including any amendments) applies.
IEC Guide 104:1997, The preparation of safety publications and the use of basic safety
publications and group safety publications
ISO/IEC 13943:2000, Fire safety – Vocabulary
3 Definitions
For the purpose of this part of IEC 60695, definitions taken from ISO/IEC 13943, together with
the following definitions, apply.
3.1
copper block heat content
theoretical total available thermal energy attributable only to the copper test block
temperature, copper heat capacity and mass
3.2
confirmatory test
calorimetric procedure intended as a diagnostic indicator to reveal anomalous behaviour or
conditions in a test flame, burner or associated hardware
3.3
flame stabilizer
assembly normally fitted to the top of a standard laboratory Bunsen or Tirrill burner intended
to mitigate the destabilizing effect of the turbulent mixing of flame gases with the ambient air,
by providing an intervening layer of gas having an intermediate velocity between the ambient
still air and the faster flame gases
– 12 – TS 60695-11-40 CEI:2002
4 Flammes d'essai, types de brûleur et dynamiques
4.1 Dynamique générale
Les flammes sont constituées de mélanges gazeux à réaction chimique exothermique
d'oxydant (généralement un mélange d'oxygène ou d'air) et de réducteur ou combustible
(généralement un gaz combustible ou de la vapeur). Pour les flammes d'essai normalisées,
un matériel adapté avec des fournitures de matériaux combustibles délivre un flux continu de
réactifs gazeux pour maintenir la flamme normalisée désirée.
4.2 Brûleurs et flammes de diffusion
Les flammes de diffusion sont produites par un simple flux de gaz combustibles qui arrivent à
combustion au point de mélange avec l'air à l'orifice de sortie du matériel. Les avantages des
flammes de diffusion résident dans la simplicité du matériel (souvent un simple tube), et une
meilleure simulation des flammes réelles susceptibles d'être rencontrées dans l'équipement.
L'inconvénient est qu'elles sont moins stables d'un point de vue géométrique.
4.3 Flammes à prémélange et brûleurs à mélange préalable
Les flammes à prémélange sont produites en mélangeant une partie de l'air de combustion
avec le gaz de combustion avant le point de combustion à l'extrémité du tube de brûleur. La
partie restante de l'air de combustion est fournie de manière similaire aux flammes de
diffusion. La flamme résultante a un cône intérieur/inférieur qui est généralement d'une
couleur bleu clair constitué du mélange de gaz prémélangés et d'air avec le gaz combustible
excédentaire, et un cône extérieur/supérieur qui est généralement d'un bleu très légèrement
plus sombre lorsque l'air supplémentaire restant nécessaire se diffuse dans la partie
supérieure de la flamme. Le cône intérieur/inférieur est à une température beaucoup plus
faible et est réductrice, tandis que la partie extérieure/supérieure de la flamme est beaucoup
plus chaude et est oxydante.
Des ensembles stabilisateurs de flamme sont parfois ajoutés autour de l'orifice de sortie pour
accroître la stabilité de la flamme et empêcher celle-ci de quitter la partie supérieure du
brûleur, en fournissant une couche de gaz prémélangés d'une vitesse réduite en interface
entre le flux central principal et l'air calme, ce phénoméne modérant la variation de vitesse
entre le flux principal et l'air calme. Des gaz entrent dans la flamme stabilisée par des
passages calibrés dans l'extrémité supérieure du tube de brûleur. Les flammes à prémélange
présentent l'avantage d'une efficacité supérieure et d'une température de flamme supérieure,
et permettent la régulation de l'air de combustion ainsi que du gaz combustible, mais
nécessitent un matériel beaucoup plus complexe que celui utilisé pour produire des flammes
à diffusion. L'air de combustion dans des brûleurs à prémélange peut être soit directement
contrôlé soit introduit à travers un ensemble obturateur réglable faisant effet Venturi.
4.3.1 Brûleurs à prémélange: air et gaz mesurés
Ces conceptions prévoient le contrôle du gaz combustible et de l'air mesurés. Les deux
peuvent être introduits par des orifices spécifiés avec des débits et de contre-pressions
spécifiés. Habituellement, une rampe supplémentaire est utilisée pour l'air mesuré et l'orifice
de gaz combustible restrictif est encore nécessaire pour produire un débit élevé du débit
gazeux pour un mélange approprié. Le fait d'avoir à la fois l'air et le gaz combustible mesurés
permet un bien meilleur contrôle des flammes résultantes normalisées.
4.3.2 Brûleurs de type Venturi à prémélange d'air
Dans ces conceptions traditionnelles, par exemple les brûleurs de type Bunsen et Tirrill, l'air est
aspiré par un obturateur réglable utilisant l'effet Venturi d'un gaz combustible à grande vitesse à
partir d'un orifice restrictif. L'orifice peut être soit fixe soit réglable au moyen d'une aiguille
conique. Les réglages de débit de gaz, de contre-pressions et de l'obturateur d'air sont
particulièrement critiques. Ces brûleurs, en l'absence de distributeur d'air ont moins de parties
et sont généralement plus simples et moins encombrants que les conceptions à air mesurées.
TS 60695-11-40 IEC:2002 – 13 –
4 Test flames, burner types and dynamics
4.1 General dynamics
Flames consist of chemically exothermic reacting gaseous mixtures of oxidizer (typically
oxygen or air mixture) and reducer or fuel (typically fuel gas or vapour). For standardized test
flames, suitable hardware with supplies of combustible materials deliver a continuous flow of
the needed gaseous reactants to maintain the desired standardized flame.
4.2 Diffusion flames and burners
Diffusion flames are produced by a simple flow of fuel gases that combust at the point of
mixing with air at the exit orifice of the hardware. The advantages of diffusion flames are the
simplicity of the hardware (often a simple tube), and the better simulation of actual flames
likely to be encountered in equipment. The disadvantage is that they are geometrically less
stable.
4.3 Pre-mixed flames and burners
Pre-mixed flames are produced by mixing a part of the combustion air with the fuel gas prior
to the combustion point at the end of the burner tube. The remaining part of the combustion
air is provided in a similar way as with diffusion flames. The resulting flame has an inner/lower
cone that is typically a lighter blue colour consisting of the pre-mixed gas and air mixture with
excess fuel gas, and an outer/upper cone that is typically a very faint darker blue colour
where the remaining needed additional air diffuses into this upper portion of the flame. The
inner/lower cone is at a much lower temperature and is chemically reducing, while the
outer/upper part of the flame is much hotter and more oxidizing.
Flame stabilizer assemblies are sometimes added around the exit orifice to enhance flame
stability and prevent the flame from leaving the top of the burner by providing a layer of pre-
mixed gases with a reduced velocity interfaced between the main high velocity central flow
and the surrounding still air, thus moderating the velocity gradient between the main central
flow and the still air. Gases enter the stabilized flame through metering holes in the upper end
of the burner tube. Pre-mixed flames have the advantage of higher efficiency and higher flame
temperature, and allow the metering of combustion air as well as fuel gas, but require much
more complex hardware than used to produce diffusion flames. The combustion air in pre-
mixed burners can be either directly metered or provided through an adjustable open shutter
assembly using the Venturi effect.
4.3.1 Metered air pre-mixed burners
These designs provide for the control of metered air and fuel gas. Both can be introduced
through specified orifices with specified flow rates and back pressures. Normally, an extra
manifold assembly is used for the metered air and the restrictive fuel gas orifice is still
necessary to produce a high gas stream flow rate for proper mixing. Having both metered air
as well as fuel gas will provide much better control of the resulting standardized flames.
4.3.2 Venturi air pre-mixed burners
In these traditional designs, e.g. Bunsen and Tirrill type burners, air is drawn through an
adjustable shutter using the Venturi effect of a high-speed fuel gas stream from a restrictive
orifice. The orifice may be either fixed or adjustable using a tapered needle. Gas flow rate,
back pressure and air shutter adjustments are especially critical. These burners, lacking the
air manifold, have fewer parts and are generally simpler and less bulky in design than the
metered air designs.
– 14 – TS 60695-11-40 CEI:2002
Leur fonctionnement est plus simple et dans le cas d'orifices réglables, ils permettent
l'utilisation du même matériel pour produire une gamme de tailles de flammes, bien que les
flammes soient moins conformes et qu'elles ne soient pas aussi adaptées aux besoins des
essais.
4.4 Gaz combustibles
Un composé chimique unique tel que le méthane, le propane ou le butane, d'une pureté au
moins égale à 98 % pour le méthane et le propane, ou au moins de 95 % pour le butane est
fréquemment spécifié, bien que des mélanges aux performances équivalentes puissent
également être adaptés. Il convient de spécifier la pureté technique la plus élevée possible.
5 Matériel d'essai de confirmation
5.1 Généralités
Les essais de calorimétrie du bloc de cuivre utilisent une configuration normalisée d'une
masse placée dans la flamme d'essai et les caractéristiques de temps/d'échauffement sont
enregistrées comme indication du taux de chaleur délivré au cliché cuivre d'essai. Le taux
horaire mesuré de l'accroissement de température est directement proportionnel au taux
d'accroissement de l'enthalpie nette du bloc de cuivre et inversement proportionnel à la
capacité thermique du bloc de cuivre. Le taux horaire de modification de l'enthalpie nette du
bloc de cuivre est le résultat des effets convectifs, conducteurs et radiatifs.
5.2 Procédure et disposition du matériel
Les flammes doivent être réglées et essayées de façon optimale dans un environnement
exempt de courant d'air. Le bloc de cuivre est placé dans la flamme et le temps nécessaire
pour que la température du bloc de cuivre augmente au-delà d'une plage spécifiée est noté.
5.3 Thermocouple
Le thermocouple doit être adapté en vue du fonctionnement jusqu'à la température maximale
attendue. Il doit être suffisamment réduit de manière à ne pas influencer la capacité
thermique du bloc de cuivre et il doit être suffisamment rugueux afin que l'on puisse y
suspendre le bloc de cuivre. De même, le thermocouple doit être en mesure de résister aux
températures extrêmement élevées rencontrées juste au-dessus du bloc de cuivre dans la
zone supérieure de la flamme au cours de l'essai. Il convient que le raccordement du
thermocouple soit à une place centrale et à une profondeur spécifiées à l'intérieur du bloc de
cuivre par insertion dans un trou foré. Du fait de difficultés probables liées aux autres
méthodes de fixation, il est recommandé que le fil soit fixé au bloc de cuivre en écrouissant le
matériau du bloc de cuivre autour du thermocouple, tout en prenant soin d'éviter une
détérioration.
5.4 Nature du bloc de cuivre
La nature du bloc de cuivre (cuivre contenant de l'oxygène plaqué par voie électrolytique) est
identifié comme Cu-ETP UNS C11000. Le cuivre de catégorie électrique s'est révélé
posséder les caractéristiques essentielles suivantes:
a) un point de fusion bien supérieur aux températures d'essai maximales prévues;
b) une diffusivité thermique élevée;
c) une substance chimique bien définie, un métal élémentaire de qualité aisément disponible;
et
d) apte à l'usinage.
TS 60695-11-40 IEC:2002 – 15 –
They are easier to operate and, in the case of adjustable orifices, allow the same hardware to
be used to produce a range of flame sizes, although the flames are less consistent and not as
suitable for test purposes.
4.4 Fuel gases
A single chemical compound such as methane, propane or butane, of a purity not less than
98 % for methane and propane, or at least 95 % for butane is frequently specified, although
equivalently performing mixtures may also be suitable. Technical laboratory grade of as high
a purity as possible should be specified.
5 Confirmatory test hardware
5.1 General
Copper block calorimetry tests use a standard configuration of a mass placed in the test
flame, and the time/heating characteristics are recorded as an indication of the rate of heat
delivered to the test copper block. The measured time rate of temperature increase is directly
proportional to the rate of increase of the copper block net heat content and inversely
proportional to the copper block heat capacity. The time rate of change of the copper block
net heat content is the result of convective, conductive and radiative effects.
5.2 Procedure and hardware arrangement
Flames shall be optimally adjusted and tested in a draught free environment. The copper
block is positioned in the flame and the time required for the copper block temperature to
increase over a specified range is noted.
5.3 Thermocouple
The thermocouple shall be suitable for operation up to the maximum anticipated temperature.
It shall be small enough so as not to influence the heat capacity of the copper block and it
shall be rugged enough so that the copper block can be suspended from it. Also, the
thermocouple shall be able to withstand the extra high temperatures encountered just above
the copper block in the top area of the flame during the test. The thermocouple junction
should be at a specified central position and depth within the copper block by inserting it in a
drilled hole. Because of likely problems associated with other methods of attachment, it is
recommended that the wire be secured to the copper block by peening the copper block
material around the thermocouple, taking care to prevent damage.
5.4 Copper block material
The copper block material (electroplated tough pitch copper) is identified as Cu-ETP
UNS C11000. This electrical grade copper has been found to possess the following essential
characteristics:
a) a melting point well above the maximum anticipated test temperatures;
b) a high thermal diffusivity;
c) a well defined chemical substance, a quality grade readily available elemental metal; and
d) suitability for machining.
– 16 – TS 60695-11-40 CEI:2002
5.5 Masse du bloc de cuivre
La masse du bloc de cuivre aura, bien entendu, une influence directe sur la gamme des
temps d'essai à travers la capacité thermique du matériau et il convient de la choisir comme
le paramètre principal pour déterminer les gammes adaptées.
5.6 Géométrie du bloc de cuivre
Il convient que la géométrie du bloc de cuivre soit aussi simple que possible, aisément définie
et apte pour une production pratique. Il convient que la taille et la forme du bloc de cuivre
soient conçues pour provoquer une perturbation minimale de la flamme et qu'il soit enveloppé
complètement dans les zones critiques de la flamme.
5.7 Positionnement du bloc de cuivre
Il est recommandé de suspendre le bloc de cuivre par le fil du thermocouple et de le placer au
commencement de l'essai au centre et à l'intérieur de l'enveloppe de la flamme à une
distance définie au-dessus du matériel du brûleur, et complètement enveloppé à l'intérieur de
la partie critique de la flamme. Pour les flammes à prémélange de section circulaire, la
position optimale est habituellement juste au-dessus du cône intérieur et totalement à
l'intérieur du cône extérieur. Les flammes liné
...
SPÉCIFICATION CEI
TECHNIQUE IEC
TS 60695-11-40
TECHNICAL
Première édition
SPECIFICATION
First edition
2002-02
PUBLICATION FONDAMENTALE DE SÉCURITÉ
BASIC SAFETY PUBLICATION
Essais relatifs aux risques du feu –
Partie 11-40:
Flammes d'essai –
Essais de confirmation – Guide
Fire hazard testing –
Part 11-40:
Test flames –
Confirmatory tests – Guidance
Numéro de référence
Reference number
CEI/IEC/TS 60695-11-40:2002
Numérotation des publications Publication numbering
Depuis le 1er janvier 1997, les publications de la CEI As from 1 January 1997 all IEC publications are
sont numérotées à partir de 60000. Ainsi, la CEI 34-1 issued with a designation in the 60000 series. For
devient la CEI 60034-1. example, IEC 34-1 is now referred to as IEC 60034-1.
Editions consolidées Consolidated editions
Les versions consolidées de certaines publications de la The IEC is now publishing consolidated versions of its
CEI incorporant les amendements sont disponibles. Par publications. For example, edition numbers 1.0, 1.1
exemple, les numéros d’édition 1.0, 1.1 et 1.2 indiquent and 1.2 refer, respectively, to the base publication,
respectivement la publication de base, la publication de the base publication incorporating amendment 1 and
base incorporant l’amendement 1, et la publication de the base publication incorporating amendments 1
base incorporant les amendements 1 et 2. and 2.
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sur les publications de la CEI
Le contenu technique des publications de la CEI est The technical content of IEC publications is kept
constamment revu par la CEI afin qu'il reflète l'état under constant review by the IEC, thus ensuring that
actuel de la technique. Des renseignements relatifs à the content reflects current technology. Information
cette publication, y compris sa validité, sont dispo- relating to this publication, including its validity, is
nibles dans le Catalogue des publications de la CEI available in the IEC Catalogue of publications
(voir ci-dessous) en plus des nouvelles éditions, (see below) in addition to new editions, amendments
amendements et corrigenda. Des informations sur les and corrigenda. Information on the subjects under
sujets à l’étude et l’avancement des travaux entrepris consideration and work in progress undertaken by the
par le comité d’études qui a élaboré cette publication, technical committee which has prepared this
ainsi que la liste des publications parues, sont publication, as well as the list of publications issued,
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Tél: +41 22 919 02 11
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Fax: +41 22 919 03 00
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TECHNICAL
Première édition
SPECIFICATION
First edition
2002-02
PUBLICATION FONDAMENTALE DE SÉCURITÉ
BASIC SAFETY PUBLICATION
Essais relatifs aux risques du feu –
Partie 11-40:
Flammes d'essai –
Essais de confirmation – Guide
Fire hazard testing –
Part 11-40:
Test flames –
Confirmatory tests – Guidance
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– 2 – TS 60695-11-40 CEI:2002
SOMMAIRE
AVANT-PROPOS.4
INTRODUCTION.8
1 Domaine d'application .10
2 Références normatives.10
3 Définitions .10
4 Flammes d'essai, types de brûleur et dynamiques .12
4.1 Dynamique générale .12
4.2 Brûleurs et flammes de diffusion .12
4.3 Flammes à prémélange et brûleurs à mélange préalable .12
4.4 Gaz combustibles.14
5 Matériel d'essai de confirmation .14
5.1 Généralités.14
5.2 Procédure et disposition du matériel.14
5.3 Thermocouple .14
5.4 Nature du bloc de cuivre.14
5.5 Masse du bloc de cuivre.16
5.6 Géométrie du bloc de cuivre.16
5.7 Positionnement du bloc de cuivre .16
6 Procédure d'essai de confirmation.16
6.1 Plages de températures d'essai.16
6.2 Gammes de temps d'essai.16
7 Dynamique de calorimétrie du bloc de cuivre et théorie .16
8 Calorimétrie et théorie – Résumé et recommandations .22
9 Conclusion .22
Bibliographie.34
Figure 1 – Position du bloc de cuivre .24
Figure 2 – Résultats utilisant des données issues du tableau 2.26
Figure 3 – Ajustement parabolique des données à 800 °C .28
Figure 4 – Ajustement parabolique des données à 900 °C .30
Figure 5 – Ajustement parabolique des données à 1 000 °C .32
TS 60695-11-40 IEC:2002 – 3 –
CONTENTS
FOREWORD.5
INTRODUCTION.9
1 Scope.11
2 Normative references .11
3 Definitions .11
4 Test flames, burner types and dynamics.13
4.1 General dynamics .13
4.2 Diffusion flames and burners .13
4.3 Pre-mixed flames and burners.13
4.4 Fuel gases .15
5 Confirmatory test hardware .15
5.1 General .15
5.2 Procedure and hardware arrangement.15
5.3 Thermocouple .15
5.4 Copper block material .15
5.5 Copper block mass.17
5.6 Copper block geometry.17
5.7 Copper block positioning .17
6 Confirmatory test procedure .17
6.1 Test temperature ranges .17
6.2 Test time ranges .17
7 Copper block calorimetry dynamics and theory.17
8 Calorimetry and theory – Summary and recommendations.23
9 Conclusion .23
Bibliography.35
Figure 1 – Positioning of the copper block .25
Figure 2 – Results using data from table 2 .27
Figure 3 – Parabolic fit of data to 800 °C .29
Figure 4 – Parabolic fit of data to 900 °C .31
Figure 5 – Parabolic fit of data to 1 000 °C.33
– 4 – TS 60695-11-40 CEI:2002
COMMISSION ÉLECTROTECHNIQUE INTERNATIONALE
____________
ESSAIS RELATIFS AUX RISQUES DU FEU –
Partie 11-40: Flammes d'essai –
Essais de confirmation – Guide
AVANT-PROPOS
1) La CEI (Commission Electrotechnique Internationale) est une organisation mondiale de normalisation
composée de l'ensemble des comités électrotechniques nationaux (Comités nationaux de la CEI). La CEI a
pour objet de favoriser la coopération internationale pour toutes les questions de normalisation dans les
domaines de l'électricité et de l'électronique. A cet effet, la CEI, entre autres activités, publie des Normes
internationales. Leur élaboration est confiée à des comités d'études, aux travaux desquels tout Comité national
intéressé par le sujet traité peut participer. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec la CEI, participent également aux travaux. La CEI collabore étroitement
avec l'Organisation Internationale de Normalisation (ISO), selon des conditions fixées par accord entre les
deux organisations.
2) Les décisions ou accords officiels de la CEI concernant les questions techniques représentent, dans la mesure
du possible, un accord international sur les sujets étudiés, étant donné que les Comités nationaux intéressés
sont représentés dans chaque comité d’études.
3) Les documents produits se présentent sous la forme de recommandations internationales. Ils sont publiés
comme normes, spécifications techniques, rapports techniques ou guides et agréés comme tels par les
Comités nationaux.
4) Dans le but d'encourager l'unification internationale, les Comités nationaux de la CEI s'engagent à appliquer de
façon transparente, dans toute la mesure possible, les Normes internationales de la CEI dans leurs normes
nationales et régionales. Toute divergence entre la norme de la CEI et la norme nationale ou régionale
correspondante doit être indiquée en termes clairs dans cette dernière.
5) La CEI n’a fixé aucune procédure concernant le marquage comme indication d’approbation et sa responsabilité
n’est pas engagée quand un matériel est déclaré conforme à l’une de ses normes.
6) L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments de la présente spécification technique peuvent faire
l’objet de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. La CEI ne saurait être tenue pour
responsable de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et de ne pas avoir signalé leur existence.
La tâche principale des comités d’études de la CEI est l’élaboration des Normes
internationales. Exceptionnellement, un comité d’études peut proposer la publication d’une
spécification technique
• lorsqu’en dépit de maints efforts, l’accord requis ne peut être réalisé en faveur de la
publication d’une Norme internationale, ou
• lorsque le sujet en question est encore en cours de développement technique ou quand,
pour une raison quelconque, la possibilité d’un accord pour la publication d’une Norme
internationale peut être envisagée pour l’avenir mais pas dans l’immédiat.
Les spécifications techniques font l’objet d’un nouvel examen trois ans au plus tard après leur
publication afin de décider éventuellement de leur transformation en Normes internationales.
Cette première édition de la CEI 60695-11-40, qui est une spécification technique, a été
établie par le comité d'études 89 de la CEI: Essais relatifs aux risques du feu.
Elle a le statut d'une publication fondamentale de sécurité conformément au Guide 104 de la CEI.
TS 60695-11-40 IEC:2002 – 5 –
INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION
____________
FIRE HAZARD TESTING –
Part 11-40: Test flames –
Confirmatory tests – Guidance
FOREWORD
1) The IEC (International Electrotechnical Commission) is a worldwide organization for standardization comprising
all national electrotechnical committees (IEC National Committees). The object of the IEC is to promote
international co-operation on all questions concerning standardization in the electrical and electronic fields. To
this end and in addition to other activities, the IEC publishes International Standards. Their preparation is
entrusted to technical committees; any IEC National Committee interested in the subject dealt with may
participate in this preparatory work. International, governmental and non-governmental organizations liaising
with the IEC also participate in this preparation. The IEC collaborates closely with the International
Organization for Standardization (ISO) in accordance with conditions determined by agreement between the
two organizations.
2) The formal decisions or agreements of the IEC on technical matters express, as nearly as possible, an
international consensus of opinion on the relevant subjects since each technical committee has representation
from all interested National Committees.
3) The documents produced have the form of recommendations for international use and are published in the form
of standards, technical specifications, technical reports or guides and they are accepted by the National
Committees in that sense.
4) In order to promote international unification, IEC National Committees undertake to apply IEC International
Standards transparently to the maximum extent possible in their national and regional standards. Any
divergence between the IEC Standard and the corresponding national or regional standard shall be clearly
indicated in the latter.
5) The IEC provides no marking procedure to indicate its approval and cannot be rendered responsible for any
equipment declared to be in conformity with one of its standards.
6) Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this technical specification may be the subject
of patent rights. The IEC shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
The main task of IEC technical committees is to prepare International Standards. In
exceptional circumstances, a technical committee may propose the publication of a technical
specification when
• the required support cannot be obtained for the publication of an International Standard,
despite repeated efforts, or
• The subject is still under technical development or where, for any other reason, there is
the future but no immediate possibility of an agreement on an International Standard.
Technical specifications are subject to review within three years of publication to decide
whether they can be transformed into International Standards.
This first edition of IEC 60695-11-40, which is a technical specification, has been prepared by
IEC technical committee 89: Fire hazard testing.
It has the status of a basic safety publication in accordance with IEC Guide 104.
– 6 – TS 60695-11-40 CEI:2002
Le texte de cette spécification technique est issu des documents suivants:
Projet d’enquête Rapport de vote
89/468/DTS 89/494/RVC
Le rapport de vote indiqué dans le tableau ci-dessus donne toute information sur le vote ayant
abouti à l'approbation de cette spécification technique.
Cette publication a été rédigée selon les Directives ISO/CEI, Partie 3.
Le comité a décidé que le contenu de cette publication ne sera pas modifié avant 2006.
A cette date, la publication sera
• reconduite;
• supprimée;
• remplacée par une édition révisée, ou
• amendée.
TS 60695-11-40 IEC:2002 – 7 –
The text of this technical specification is based on the following documents:
Enquiry draft Report on voting
89/468/DTS 89/494/RVC
Full information on the voting for the approval of this technical specification can be found in
the report on voting indicated in the above table.
This publication has been drafted in accordance with the ISO/IEC Directives, Part 3.
The committee has decided that the contents of this publication will remain unchanged until
2006. At this date, the publication will be
• reconfirmed;
• withdrawn;
• replaced by a revised edition, or
• amended.
– 8 – TS 60695-11-40 CEI:2002
INTRODUCTION
Les flammes normalisées à petite échelle (voir la note) sont spécifiées pour divers essais,
lorsque des paramètres de conception et d'utilisation suffisants de matériels sont spécifiés
dans un souci d'assurer des flammes conformes. Des conceptions et des dimensions de
matériels, des spécifications de matériaux et des spécifications de combustibles et d'air
constituent les paramètres types nécessaires. L'expérience a prouvé que la qualité des
flammes résultantes et de ce fait, les résultats d'essais associés sont influencés de manière
significative par des variations subtiles de l'équipement et de la technique d'essai. Des
vérifications simples sur les qualités de la flamme, telles que la couleur de la flamme et ses
dimensions ou les caractéristiques de fusion du fil d'argent sont souvent spécifiées en
conjonction avec le matériel, le combustible, l'air ou d'autres réglages normaux.
Le besoin de confirmations plus précises et quantitatives des qualités de la flamme a été
reconnu, en conduisant à l'introduction d'essais de confirmation fondés sur la technique de
calorimétrie du bloc de cuivre. Cette spécification technique est destinée à servir de guide
pour la conception des essais de confirmation de la flamme d'essai utilisant les mesures
calorimétriques du bloc de cuivre.
Tableau 1 – Flammes d'essai existantes avec essais de confirmation
Puissance Type de Référence Hauteur Hauteur Masse Position Durée
a
de flamme flamme CEI 60695- totale du cône du bloc du bloc de d'application
nominale approxi- approxi- de cuivre cuivre au- prescrite
mative mative dessus du
de 100 °°°°C à
brûleur
700 °°C
°°
Wmmmmgmms
1 000 PP-P 2-4/1 (11-2) 175 55 10 95 45
500 M-P 11-3 125 40 10 55 54
50 M-P 11-4 20 – 1,76 10 44
Aiguille B-D 2-2 (11-5 ) 12 – 0,58 6 23,5
a
PP propane; M méthane; B butane; P pré-mélange; D diffusion
NOTE Puissance et hauteur de la flamme généralement inférieures, respectivement, à 2 000 W et à 200 mm.
NOTE Les lecteurs sont encouragés à envoyer des données d'essais au secrétaire du CE 89 afin d'étayer les
recherches effectuées par l'auteur et en prévision de feedbacks valables pour la prochaine révision. Les
coordonnées du secrétaire peuvent être trouvées sur le website de la CEI http://www.iec.ch
TS 60695-11-40 IEC:2002 – 9 –
INTRODUCTION
Small-scale, standard flames (see note) are specified for various tests, where sufficient
hardware design and use parameters are specified in an effort to ensure consistent flames.
Hardware designs and dimensions, material specifications and fuel and air specifications are
typical necessary parameters. Experience has shown that the quality of the resulting flames
and, therefore, the associated test results, are influenced significantly by subtle variations in
the equipment and test technique. Some simple checks on flame qualities, such as flame
colour and dimensions, or the melting characteristics of silver wire, are often specified in
conjunction with hardware, fuel, air or other normal adjustments.
The need for more precise and quantitative confirmation of flame qualities has been
recognized, leading to the introduction of confirmatory tests based on the copper block
calorimetry technique. This technical specification is intended to provide guidance for the
design of test flame confirmatory tests using copper block calorimetry measurements.
Table 1 – Existing test flames with confirmatory tests
Nominal Approximate Copper Copper block Time spec.
Flame Reference Approximate
flame a overall block position above 100 °°°°C to
type IEC 60695- cone height
power height mass burner 700 °°C
°°
Wmmmmgmms
1 000 PP-P 2-4/1 (11-2) 175 55 10 95 45
500 M-P 11-3 125 40 10 55 54
50 M-P 11-4 20 – 1,76 10 44
Needle B-D 2-2 (11-5) 12 – 0,58 6 23,5
a
PP propane; M methane; B butane; P pre-mixed; D diffusion
NOTE Flame power and height generally less than 2 000 W and 200 mm, respectively.
NOTE Readers are encouraged to send test data to the TC 89 Secretary for further study by the author and as
valuable feedback for the next revision. The coordinates of the secretary can be found on the IEC website
http://www.iec.ch
– 10 – TS 60695-11-40 CEI:2002
ESSAIS RELATIFS AUX RISQUES DU FEU –
Partie 11-40: Flammes d'essai –
Essais de confirmation – Guide
1 Domaine d'application
La présente partie de la CEI 60695 présente les caractéristiques générales des flammes
d'essai à petite échelle et des essais de confirmation associés fondés sur la calorimétrie du
bloc de cuivre, et définit la modélisation théorique pour la dynamique associée. Un guide est
présenté pour la sélection des paramètres critiques dans des conceptions d'essai de
confirmation. Une théorie est présentée pour définir des paramètres de performance
additionnels pour des essais de confirmation, permettant une caractérisation mathématique
implicite précise des courbes d'échauffement des essais de confirmation.
L’une des responsabilités d’un comité d’études consiste, le cas échéant, à utiliser les publi-
cations fondamentales de sécurité dans le cadre de l’élaboration de ses publications.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent
document. Pour les références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références
non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les éventuels
amendements).
Guide CEI 104:1997, Élaboration des publications de sécurité et utilisation des publications
fondamentales de sécurité et publications groupées de sécurité
ISO/CEI 13943:2000, Sécurité au feu – Vocabulaire
3 Définitions
Pour les besoins de la présente partie de la CEI 60695 les définitions issues de
l'ISO/CEI 13943, ainsi que les définitions suivantes s'appliquent.
3.1
enthalpie du bloc de cuivre
énergie théorique totale thermique disponible, attribuable uniquement à la température du
bloc d'essai en cuivre, à la masse et à la capacité thermique du cuivre
3.2
essai de vérification
procédure calorimétrique qui, en tant qu'indicateur de diagnostic, est destinée à révéler
un comportement ou des conditions anormal(es) dans une flamme d'essai, un brûleur ou un
matériel associé
3.3
stabilisateur de la flamme
ensemble normalement installé en haut d'un brûleur Bunsen ou Tirrill de laboratoire normalisé
destiné à réduire l'effet déstabilisant du mélange turbulent des gaz de la flamme avec l'air
ambiant, en fournissant une couche intermédiaire de gaz possédant une vitesse intermédiaire
entre l'air ambiant calme et les gaz de flamme plus rapides
TS 60695-11-40 IEC:2002 – 11 –
FIRE HAZARD TESTING –
Part 11-40: Test flames –
Confirmatory tests – Guidance
1 Scope
This part of IEC 60695 presents a general characterization of small-scale test flames and
associated confirmatory tests based on copper block calorimetry, and defines theoretical
modelling for the associated dynamics. Guidance is presented for the selection of critical
parameters in confirmatory test designs. A theory is presented to define additional
performance parameters for confirmatory tests, enabling a precise implicit mathematical
characterization of confirmatory test heating curves.
One of the responsibilities of a technical committee is, wherever applicable, to make use of
basic safety publications in the preparation of its publications.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document.
For dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition
of the referenced document (including any amendments) applies.
IEC Guide 104:1997, The preparation of safety publications and the use of basic safety
publications and group safety publications
ISO/IEC 13943:2000, Fire safety – Vocabulary
3 Definitions
For the purpose of this part of IEC 60695, definitions taken from ISO/IEC 13943, together with
the following definitions, apply.
3.1
copper block heat content
theoretical total available thermal energy attributable only to the copper test block
temperature, copper heat capacity and mass
3.2
confirmatory test
calorimetric procedure intended as a diagnostic indicator to reveal anomalous behaviour or
conditions in a test flame, burner or associated hardware
3.3
flame stabilizer
assembly normally fitted to the top of a standard laboratory Bunsen or Tirrill burner intended
to mitigate the destabilizing effect of the turbulent mixing of flame gases with the ambient air,
by providing an intervening layer of gas having an intermediate velocity between the ambient
still air and the faster flame gases
– 12 – TS 60695-11-40 CEI:2002
4 Flammes d'essai, types de brûleur et dynamiques
4.1 Dynamique générale
Les flammes sont constituées de mélanges gazeux à réaction chimique exothermique
d'oxydant (généralement un mélange d'oxygène ou d'air) et de réducteur ou combustible
(généralement un gaz combustible ou de la vapeur). Pour les flammes d'essai normalisées,
un matériel adapté avec des fournitures de matériaux combustibles délivre un flux continu de
réactifs gazeux pour maintenir la flamme normalisée désirée.
4.2 Brûleurs et flammes de diffusion
Les flammes de diffusion sont produites par un simple flux de gaz combustibles qui arrivent à
combustion au point de mélange avec l'air à l'orifice de sortie du matériel. Les avantages des
flammes de diffusion résident dans la simplicité du matériel (souvent un simple tube), et une
meilleure simulation des flammes réelles susceptibles d'être rencontrées dans l'équipement.
L'inconvénient est qu'elles sont moins stables d'un point de vue géométrique.
4.3 Flammes à prémélange et brûleurs à mélange préalable
Les flammes à prémélange sont produites en mélangeant une partie de l'air de combustion
avec le gaz de combustion avant le point de combustion à l'extrémité du tube de brûleur. La
partie restante de l'air de combustion est fournie de manière similaire aux flammes de
diffusion. La flamme résultante a un cône intérieur/inférieur qui est généralement d'une
couleur bleu clair constitué du mélange de gaz prémélangés et d'air avec le gaz combustible
excédentaire, et un cône extérieur/supérieur qui est généralement d'un bleu très légèrement
plus sombre lorsque l'air supplémentaire restant nécessaire se diffuse dans la partie
supérieure de la flamme. Le cône intérieur/inférieur est à une température beaucoup plus
faible et est réductrice, tandis que la partie extérieure/supérieure de la flamme est beaucoup
plus chaude et est oxydante.
Des ensembles stabilisateurs de flamme sont parfois ajoutés autour de l'orifice de sortie pour
accroître la stabilité de la flamme et empêcher celle-ci de quitter la partie supérieure du
brûleur, en fournissant une couche de gaz prémélangés d'une vitesse réduite en interface
entre le flux central principal et l'air calme, ce phénoméne modérant la variation de vitesse
entre le flux principal et l'air calme. Des gaz entrent dans la flamme stabilisée par des
passages calibrés dans l'extrémité supérieure du tube de brûleur. Les flammes à prémélange
présentent l'avantage d'une efficacité supérieure et d'une température de flamme supérieure,
et permettent la régulation de l'air de combustion ainsi que du gaz combustible, mais
nécessitent un matériel beaucoup plus complexe que celui utilisé pour produire des flammes
à diffusion. L'air de combustion dans des brûleurs à prémélange peut être soit directement
contrôlé soit introduit à travers un ensemble obturateur réglable faisant effet Venturi.
4.3.1 Brûleurs à prémélange: air et gaz mesurés
Ces conceptions prévoient le contrôle du gaz combustible et de l'air mesurés. Les deux
peuvent être introduits par des orifices spécifiés avec des débits et de contre-pressions
spécifiés. Habituellement, une rampe supplémentaire est utilisée pour l'air mesuré et l'orifice
de gaz combustible restrictif est encore nécessaire pour produire un débit élevé du débit
gazeux pour un mélange approprié. Le fait d'avoir à la fois l'air et le gaz combustible mesurés
permet un bien meilleur contrôle des flammes résultantes normalisées.
4.3.2 Brûleurs de type Venturi à prémélange d'air
Dans ces conceptions traditionnelles, par exemple les brûleurs de type Bunsen et Tirrill, l'air est
aspiré par un obturateur réglable utilisant l'effet Venturi d'un gaz combustible à grande vitesse à
partir d'un orifice restrictif. L'orifice peut être soit fixe soit réglable au moyen d'une aiguille
conique. Les réglages de débit de gaz, de contre-pressions et de l'obturateur d'air sont
particulièrement critiques. Ces brûleurs, en l'absence de distributeur d'air ont moins de parties
et sont généralement plus simples et moins encombrants que les conceptions à air mesurées.
TS 60695-11-40 IEC:2002 – 13 –
4 Test flames, burner types and dynamics
4.1 General dynamics
Flames consist of chemically exothermic reacting gaseous mixtures of oxidizer (typically
oxygen or air mixture) and reducer or fuel (typically fuel gas or vapour). For standardized test
flames, suitable hardware with supplies of combustible materials deliver a continuous flow of
the needed gaseous reactants to maintain the desired standardized flame.
4.2 Diffusion flames and burners
Diffusion flames are produced by a simple flow of fuel gases that combust at the point of
mixing with air at the exit orifice of the hardware. The advantages of diffusion flames are the
simplicity of the hardware (often a simple tube), and the better simulation of actual flames
likely to be encountered in equipment. The disadvantage is that they are geometrically less
stable.
4.3 Pre-mixed flames and burners
Pre-mixed flames are produced by mixing a part of the combustion air with the fuel gas prior
to the combustion point at the end of the burner tube. The remaining part of the combustion
air is provided in a similar way as with diffusion flames. The resulting flame has an inner/lower
cone that is typically a lighter blue colour consisting of the pre-mixed gas and air mixture with
excess fuel gas, and an outer/upper cone that is typically a very faint darker blue colour
where the remaining needed additional air diffuses into this upper portion of the flame. The
inner/lower cone is at a much lower temperature and is chemically reducing, while the
outer/upper part of the flame is much hotter and more oxidizing.
Flame stabilizer assemblies are sometimes added around the exit orifice to enhance flame
stability and prevent the flame from leaving the top of the burner by providing a layer of pre-
mixed gases with a reduced velocity interfaced between the main high velocity central flow
and the surrounding still air, thus moderating the velocity gradient between the main central
flow and the still air. Gases enter the stabilized flame through metering holes in the upper end
of the burner tube. Pre-mixed flames have the advantage of higher efficiency and higher flame
temperature, and allow the metering of combustion air as well as fuel gas, but require much
more complex hardware than used to produce diffusion flames. The combustion air in pre-
mixed burners can be either directly metered or provided through an adjustable open shutter
assembly using the Venturi effect.
4.3.1 Metered air pre-mixed burners
These designs provide for the control of metered air and fuel gas. Both can be introduced
through specified orifices with specified flow rates and back pressures. Normally, an extra
manifold assembly is used for the metered air and the restrictive fuel gas orifice is still
necessary to produce a high gas stream flow rate for proper mixing. Having both metered air
as well as fuel gas will provide much better control of the resulting standardized flames.
4.3.2 Venturi air pre-mixed burners
In these traditional designs, e.g. Bunsen and Tirrill type burners, air is drawn through an
adjustable shutter using the Venturi effect of a high-speed fuel gas stream from a restrictive
orifice. The orifice may be either fixed or adjustable using a tapered needle. Gas flow rate,
back pressure and air shutter adjustments are especially critical. These burners, lacking the
air manifold, have fewer parts and are generally simpler and less bulky in design than the
metered air designs.
– 14 – TS 60695-11-40 CEI:2002
Leur fonctionnement est plus simple et dans le cas d'orifices réglables, ils permettent
l'utilisation du même matériel pour produire une gamme de tailles de flammes, bien que les
flammes soient moins conformes et qu'elles ne soient pas aussi adaptées aux besoins des
essais.
4.4 Gaz combustibles
Un composé chimique unique tel que le méthane, le propane ou le butane, d'une pureté au
moins égale à 98 % pour le méthane et le propane, ou au moins de 95 % pour le butane est
fréquemment spécifié, bien que des mélanges aux performances équivalentes puissent
également être adaptés. Il convient de spécifier la pureté technique la plus élevée possible.
5 Matériel d'essai de confirmation
5.1 Généralités
Les essais de calorimétrie du bloc de cuivre utilisent une configuration normalisée d'une
masse placée dans la flamme d'essai et les caractéristiques de temps/d'échauffement sont
enregistrées comme indication du taux de chaleur délivré au cliché cuivre d'essai. Le taux
horaire mesuré de l'accroissement de température est directement proportionnel au taux
d'accroissement de l'enthalpie nette du bloc de cuivre et inversement proportionnel à la
capacité thermique du bloc de cuivre. Le taux horaire de modification de l'enthalpie nette du
bloc de cuivre est le résultat des effets convectifs, conducteurs et radiatifs.
5.2 Procédure et disposition du matériel
Les flammes doivent être réglées et essayées de façon optimale dans un environnement
exempt de courant d'air. Le bloc de cuivre est placé dans la flamme et le temps nécessaire
pour que la température du bloc de cuivre augmente au-delà d'une plage spécifiée est noté.
5.3 Thermocouple
Le thermocouple doit être adapté en vue du fonctionnement jusqu'à la température maximale
attendue. Il doit être suffisamment réduit de manière à ne pas influencer la capacité
thermique du bloc de cuivre et il doit être suffisamment rugueux afin que l'on puisse y
suspendre le bloc de cuivre. De même, le thermocouple doit être en mesure de résister aux
températures extrêmement élevées rencontrées juste au-dessus du bloc de cuivre dans la
zone supérieure de la flamme au cours de l'essai. Il convient que le raccordement du
thermocouple soit à une place centrale et à une profondeur spécifiées à l'intérieur du bloc de
cuivre par insertion dans un trou foré. Du fait de difficultés probables liées aux autres
méthodes de fixation, il est recommandé que le fil soit fixé au bloc de cuivre en écrouissant le
matériau du bloc de cuivre autour du thermocouple, tout en prenant soin d'éviter une
détérioration.
5.4 Nature du bloc de cuivre
La nature du bloc de cuivre (cuivre contenant de l'oxygène plaqué par voie électrolytique) est
identifié comme Cu-ETP UNS C11000. Le cuivre de catégorie électrique s'est révélé
posséder les caractéristiques essentielles suivantes:
a) un point de fusion bien supérieur aux températures d'essai maximales prévues;
b) une diffusivité thermique élevée;
c) une substance chimique bien définie, un métal élémentaire de qualité aisément disponible;
et
d) apte à l'usinage.
TS 60695-11-40 IEC:2002 – 15 –
They are easier to operate and, in the case of adjustable orifices, allow the same hardware to
be used to produce a range of flame sizes, although the flames are less consistent and not as
suitable for test purposes.
4.4 Fuel gases
A single chemical compound such as methane, propane or butane, of a purity not less than
98 % for methane and propane, or at least 95 % for butane is frequently specified, although
equivalently performing mixtures may also be suitable. Technical laboratory grade of as high
a purity as possible should be specified.
5 Confirmatory test hardware
5.1 General
Copper block calorimetry tests use a standard configuration of a mass placed in the test
flame, and the time/heating characteristics are recorded as an indication of the rate of heat
delivered to the test copper block. The measured time rate of temperature increase is directly
proportional to the rate of increase of the copper block net heat content and inversely
proportional to the copper block heat capacity. The time rate of change of the copper block
net heat content is the result of convective, conductive and radiative effects.
5.2 Procedure and hardware arrangement
Flames shall be optimally adjusted and tested in a draught free environment. The copper
block is positioned in the flame and the time required for the copper block temperature to
increase over a specified range is noted.
5.3 Thermocouple
The thermocouple shall be suitable for operation up to the maximum anticipated temperature.
It shall be small enough so as not to influence the heat capacity of the copper block and it
shall be rugged enough so that the copper block can be suspended from it. Also, the
thermocouple shall be able to withstand the extra high temperatures encountered just above
the copper block in the top area of the flame during the test. The thermocouple junction
should be at a specified central position and depth within the copper block by inserting it in a
drilled hole. Because of likely problems associated with other methods of attachment, it is
recommended that the wire be secured to the copper block by peening the copper block
material around the thermocouple, taking care to prevent damage.
5.4 Copper block material
The copper block material (electroplated tough pitch copper) is identified as Cu-ETP
UNS C11000. This electrical grade copper has been found to possess the following essential
characteristics:
a) a melting point well above the maximum anticipated test temperatures;
b) a high thermal diffusivity;
c) a well defined chemical substance, a quality grade readily available elemental metal; and
d) suitability for machining.
– 16 – TS 60695-11-40 CEI:2002
5.5 Masse du bloc de cuivre
La masse du bloc de cuivre aura, bien entendu, une influence directe sur la gamme des
temps d'essai à travers la capacité thermique du matériau et il convient de la choisir comme
le paramètre principal pour déterminer les gammes adaptées.
5.6 Géométrie du bloc de cuivre
Il convient que la géométrie du bloc de cuivre soit aussi simple que possible, aisément définie
et apte pour une production pratique. Il convient que la taille et la forme du bloc de cuivre
soient conçues pour provoquer une perturbation minimale de la flamme et qu'il soit enveloppé
complètement dans les zones critiques de la flamme.
5.7 Positionnement du bloc de cuivre
Il est recommandé de sus
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.
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