Tiêu chuẩn ASTM F1959 là gì?

ASTM F1959/F1959M là tiêu chuẩn thử nghiệm quốc tế dùng để xác định khả năng chống hồ quang điện (arc flash) của vật liệu dệt may sử dụng trong quần áo bảo hộ chống điện giật hồ quang.
Tiêu chuẩn này do tổ chức ASTM International (American Society for Testing and Materials International - tổ chức quốc tế chuyên xây dựng và phát hành các tiêu chuẩn kỹ thuật được sử dụng trên toàn thế giới trong rất nhiều lĩnh vực công nghiệp) phát hành và được sử dụng rộng rãi trong các ngành:

• Điện lực – truyền tải & phân phối
• Công nghiệp nặng
• Dầu khí

• Nhà máy điện
• Bảo trì – sửa chữa hệ thống điện

 1. Mục đích của ASTM F1959

Tiêu chuẩn này giúp xác định: Mức năng lượng hồ quang tối đa mà vật liệu có thể chịu được mà không gây bỏng cấp độ 2 cho người sử dụng. Kết quả cuối cùng của bài test được gọi là Arc Rating, gồm hai giá trị quan trọng:

ATPV – Arc Thermal Performance Value: là mức năng lượng tác động (incident energy) tính bằng calo trên mỗi centimet vuông (cal/cm²) mà một vật liệu (vải hoặc hệ thống vải) có thể chịu được trước khi có 50% khả năng gây bỏng cấp độ 2 cho người mặc..

EBT – Energy Break-Open Threshold: là mức năng lượng tác động (cal/cm²) mà tại đó vật liệu bắt đầu bị vỡ ra (break-open) hoặc bị rách/thủng đủ để lớp da hoặc lớp bảo hộ bên trong có thể bị phơi nhiễm — trước khi đạt đến ngưỡng gây bỏng cấp độ hai.

Arc Rating = giá trị thấp hơn giữa ATPV và EBT.

 2. Phương pháp thử nghiệm ASTM F1959

Quy trình test dựa trên các bước chính:

(1) Chuẩn bị mẫu vải

• Cắt thành nhiều tấm kích thước tiêu chuẩn.
• Một phần mẫu đôi khi được giặt trước 25 lần (theo tiêu chuẩn ASTM F2757) để mô phỏng quá trình sử dụng thực tế.

Tiêu chuẩn ASTM F2757 hướng dẫn cách giặt và bảo dưỡng quần áo FR (Flame Resistant) để đảm bảo rằng:

• Khả năng chống cháy không bị giảm sau khi giặt
• Quần áo FR giữ đúng hiệu quả bảo vệ khi bước vào bài test chính như ASTM F1959
• Kết quả thử nghiệm hồ quang điện phản ánh đúng tình trạng sử dụng thực tế

Tiêu chuẩn F2757 rất quan trọng đối với các loại quần áo:

• Quần áo chống hồ quang điện (Arc Flash PPE)
• Quần áo chống cháy (FR clothing)
• Quần áo ngành dầu khí, điện lực
• Vật liệu FR như: Aramid, Nomex, Kevlar, Modacrylic, Cotton FR,…

• Nhà sản xuất thường ghi: “Tested according to ASTM F1959 after 25 wash cycles per ASTM F2757" nghĩa là: hiệu suất FR đã được chứng thực sau khi mô phỏng giặt 25 lần.

(2) Bắn hồ quang điện ở nhiều mức năng lượng khác nhau

• Nguồn hồ quang được tạo bằng dòng điện 3 pha, cường độ 8 kA, hoặc theo cấu hình phù hợp.
• Người ta bắn hồ quang với nhiều mức năng lượng tăng dần để khảo sát phản ứng của vật liệu.

(3) Gắn cảm biến nhiệt (calorimeters) phía sau mẫu

Cảm biến sẽ đo:

• Nhiệt lượng xuyên qua vải
• Tốc độ tăng nhiệt
• Dự đoán mức bỏng dựa trên công thức Stoll Curve

(4) Phân tích dữ liệu bằng mô hình thống kê

Sử dụng Probit analysis (một phương pháp thống kê dùng để phân tích các dữ liệu có kết quả dạng nhị phân, chỉ có 2 trạng thái: đúng/sai, đạt/không đạt, bị bỏng/không bị bỏng, rách/không rách) để xác định năng lượng hồ quang gây 50% xác suất bỏng cấp độ 2.
Đó chính là:

• ATPV – nếu vải không rách
• EBT – nếu vải rách trước khi gây bỏng

 3. Ý nghĩa của Arc Rating (ATPV/EBT)

Ví dụ:
Vải ATPV = 12, EBT = 9 → Arc Rating = 9 cal/cm²
Vải ATPV = 8, EBT = 12 → Arc Rating = 8 cal/cm²
Arc Rating càng cao → khả năng chống hồ quang điện càng tốt.

 4. Điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn

• Khoảng cách từ nguồn hồ quang đến mẫu: ~30 cm
• Cường độ dòng điện: 8 kA
• Thời gian hồ quang: 0.5 giây
• Dòng điện 3 pha
• Nhiệt độ môi trường: ~20 – 25°C
• Độ ẩm: 50%

Đây là môi trường chuẩn, không hoàn toàn giống thực tế ngoài hiện trường nhưng tạo ra phép thử có thể so sánh giữa các loại vải.

 5. ASTM F1959 liên quan đến những tiêu chuẩn nào?

Các tiêu chuẩn sử dụng kết quả từ ASTM F1959 để phân loại cấp độ bảo vệ:

NFPA 70E – Phân loại quần áo chống hồ quang PPE theo cấp (PPE Category 1–4): Đây là tiêu chuẩn an toàn điện do Hiệp hội Phòng cháy Quốc gia Hoa Kỳ (National Fire Protection Association – NFPA) ban hành. Tiêu chuẩn này đưa ra:

• Quy định về an toàn khi làm việc với thiết bị điện
• Cách đánh giá rủi ro hồ quang điện (Arc Flash) và phóng điện hồ quang (Arc Blast)
• Cách chọn trang bị bảo hộ cá nhân (PPE) phù hợp
• Quy tắc khóa/treo cảnh báo (LOTO)
• Khoảng cách an toàn khi làm việc gần điện

IEC 61482-1-1 (phương pháp thử tương tự toàn cầu): Đây là tiêu chuẩn thử nghiệm hồ quang điện theo phương pháp hở (Open Arc Test) do Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế – IEC ban hành. Tiêu chuẩn này được dùng để xác định mức năng lượng hồ quang mà vật liệu hoặc quần áo bảo hộ có thể chịu được trước khi gây:

• Bỏng cấp độ 2
• Hoặc phá vỡ (rách lớp vải)

IEC 61482-1-1 tương đương rất gần với ASTM F1959 của Hoa Kỳ.
EN ISO 11612 – Bảo vệ chống nhiệt và lửa: Đây là tiêu chuẩn quốc tế quy định yêu cầu đối với quần áo bảo hộ chống nhiệt và lửa. Tiêu chuẩn này được dùng phổ biến trong các ngành có nguy cơ tiếp xúc với nhiệt, ngọn lửa, kim loại nóng chảy,… và là một tiêu chuẩn quan trọng để đánh giá mức độ bảo vệ của trang phục chống cháy. Tiêu chuẩn này đảm bảo rằng trang phục bảo hộ có khả năng:

• Chống cháy lan
• Chống nhiệt bức xạ, nhiệt đối lưu, nhiệt tiếp xúc
• Chống bắn kim loại nóng chảy
• Giảm nguy cơ bỏng khi làm việc trong môi trường nhiệt độ cao
• Trang phục đạt EN ISO 11612 không phải là quần áo chữa cháy, mà dành cho người lao động làm việc trong môi trường có nguy cơ tiếp xúc với nhiệt lượng cao trong môi trường công nghiệp.

 6. Các loại quần áo thường được test ASTM F1959

Một số ví dụ (theo thị trường quốc tế):

• Quần áo chống cháy chậm (Flame resistant shirts, (Flame resistant jackets)
• Áo liền quần chống hồ quang (Arc Flash Suit)
• Áo khoác FR, quần FR
• Vải aramid (Nomex, Kevlar)
• Vải inherent FR (chống cháy tự nhiên)
• Vải treated FR (xử lý chống cháy, như cotton FR)

 Kết luận

ASTM F1959/F1959M là tiêu chuẩn giúp xác định Arc Rating (ATPV hoặc EBT) của vật liệu vải bằng cách chiếu hồ quang điện vào mẫu và đo khả năng bảo vệ khỏi bỏng cấp độ 2.