اعتبارات وتوصيات لاختيار مواد مقاومة للهب في الكابلات ذات الجهد العالي

1. معايير تصنيف الكابلات المانعة للاشتعال

نظام المعايير المانعة للاشتعال ينقسم إلى فئتين رئيسيتين. الفئة الأولى تتبع "تصنيف سلوك الاحتراق للأسلاك الكهربائية والألياف الضوئية" GB 31247. تستخدم الأسلاك التي تتوافق مع هذا النظام القياسي بشكل واسع في المناطق ذات الكثافة السكانية العالية مثل القطارات ذات السرعة العالية والمترو. يفرض هذا المعيار شروطًا صارمة على معلمات مثل كثافة الدخان، وإطلاق الحرارة، وإجمالي إنتاج الدخان، وتستخدم الأسلاك عادة مواد منخفضة الدخان وخالية من الهالوجين.

الفئة الثانية هي "القواعد العامة للأسلاك والكابلات الكهربائية أو الألياف الضوئية المانعة للاشتعال أو المقاومة للحريق" GB/T 19666. قبل ظهور GB 31247، كان يتم تطبيق هذا المعيار بشكل واسع في جميع أنواع المرافق في الصين. يحدد نظام GB/T 19666 أيضًا قيمًا لمعلمات مثل كثافة الدخان، وفي المناقصات، غالبًا ما يتم تحديد البادئات الإضافية مثل WD (منخفض الدخان وخالي من الهالوجين). يتم عرض معايير الاختبار الخاصة بتصنيفات مقاومة الاشتعال للأسلاك في الجدول أدناه:

معيار التصنيف للعنصر 1: يستخدم المعيار "القواعد العامة للأسلاك والكابلات الكهربائية أو الألياف الضوئية المانعة للاشتعال أو المقاومة للحريق" GB/T 19666 التصنيفات المعروفة ZA، ZB، ZC للمؤسسات التصميم الكهربائي. ومع ذلك، تم سحب طريقة الاختبار المرجعية "اختبار انتشار اللهب العمودي للأوتاد أو الأسلاك المتكتلة تحت ظروف الحريق - الجزء 3: طرق الاختبار للأوتاد أو الأسلاك المتكتلة" GB 18380.3-2001. كانت هذه المعايير تستند إلى IEC 60332-3-25:2000، "اختبارات الأسلاك والألياف الضوئية تحت ظروف الحريق - الجزء 3-25: اختبار انتشار اللهب العمودي للأوتاد المتكتلة المثبتة عمودياً - الفئة D."

معيار التصنيف للعنصر 2: يستخدم المعيار "الأسلاك المانعة للاشتعال والمقاومة للحريق - الجزء 1: الأسلاك المانعة للاشتعال" GA 306.1-2007، تصنيفات الأسلاك بناءً على طرق الاختبار المحدثة GB 18380.31~36-2008، والتي استبدلت GB 18380.3-2001. الفرق الرئيسي هو إدراج معايير إضافية مثل سمية الدخان (GB 20285)، وشفافية الضوء، وممانعة التآكل، مما يؤدي إلى تقسيم الفئات A، B، C إلى خمسة درجات مختلفة.

معيار التصنيف للعنصر 3: يعتبر "تصنيف سلوك الاحتراق للأسلاك الكهربائية والألياف الضوئية" GB 31247 أحدث معيار. طريقة الاختبار المقابلة هي "انتشار اللهب، وإطلاق الحرارة، وإنتاج الدخان للأسلاك أو الألياف الضوئية تحت ظروف الحريق" GB 31248، والتي تستند إلى EN 50399:2011، "طرق الاختبار الشائعة للأسلاك تحت ظروف الحريق - إجراءات قياس إطلاق الحرارة وإنتاج الدخان لاختبار انتشار اللهب العمودي للأوتاد المتكتلة - الجهاز، الإجراءات، والنتائج العامة." الفرق الرئيسي هو أنه يقيم انتشار اللهب، وإجمالي إطلاق الحرارة، ومعدل إطلاق الحرارة القصوى، وإجمالي إنتاج الدخان. تختلف المعايير بين هذين نظامي التصنيف بشكل كبير. يركز نظام GB 31247 (الفئة B1) على الخصائص المنخفضة الهالوجين ومنخفضة الدخان، مما يعني أن التصنيفات ليست مكافئة مباشرة. حتى الفئة "B" ضمن نظام ZA/ZB/ZC لا تفي بمتطلبات الفئة B1.

2. أسباب عدم توفر الفئة B1 للأسلاك ذات الجهد العالي

2.1 نقص المواد المنخفضة الدخان وممانعة للتآكل

تحقيق الأداء المنخفض للدخان يتطلب عادة استخدام الطلاء البيتيومي. ومع ذلك، لا يفي الطلاء البيتيومي بمتطلبات ممانعة التآكل، ويتم حظر استخدامه أيضًا بموجب المعايير الأوروبية. لذلك، لا يمكن تحقيق معيار الأداء المنخفض للدخان. تستخدم أسلاك الطاقة ذات الجهد العالي غلافًا من الألومنيوم المعدني مع بنية مانعة للتآكل بيتيومية، مما ينتج عنها دخان كبير أثناء الاحتراق. بينما يتم استخدام الطلاء البيتيومي أو الغراء الذائب حراريًا عادة في الخارج، لم يتم تصنيع هذه البنية من قبل أي منتج محلي ولا يتم استخدامها في أي مشروع هندسي. بالتالي، يحد مجال المواد الخارجي لغلاف الأسلاك ذات الجهد العالي من قدرة تحقيق الأداء المنخفض للدخان المطلوب للفئة B1.

2.2 انخفاض مقاومة العزل في الأسلاك المنخفضة الهالوجين

الفرق الرئيسي بين أسلاك الطاقة ذات الجهد العالي والمتوسط يكمن في اختيار المادة الخارجية للغلاف. بسبب قدرة التيار العالية، والجهد الزائد العالي، والتصميم الأحادي النواة للأسلاك ذات الجهد العالي، يجب أن يكون الغلاف الخارجي له خصائص عزل ممتازة لأمان التشغيل. لذلك، يتم تحديد الغلاف الخارجي للأسلاك ذات الجهد العالي كـ "درجة العزل"، بينما تستخدم الأسلاك ذات الجهد المتوسط مادة "درجة الغلاف".

ومع ذلك، تحتوي المواد العازلة المنخفضة الهالوجين على كميات كبيرة من المواد المانعة للاشتعال غير العضوية، مما يؤدي إلى مقاومة عزل ضعيفة نسبيًا للغلاف. يتبع أداء العزل الحالي للمواد الغلاف الترتيب التالي: PE ≥ PE المانع للاشتعال ≥ PVC ≥ السلسلة المنخفضة الهالوجين ومنخفضة الدخان. لهذا السبب، لم يتم دمج المواد العازلة المنخفضة الهالوجين ومنخفضة الدخان في أنظمة المعايير الحالية للأسلاك ذات الجهد العالي مثل GB/T 11017 و GB/T 18890. على الجانب الآخر، بالنسبة للأسلاك ذات الجهد المتوسط، حيث تكون متطلبات أداء العزل للغلاف أقل صرامة، تم تضمين المواد العازلة المنخفضة الهالوجين ومنخفضة الدخان في نظام المعايير.

قامت شركات شبكة الطاقة بتنظيم العديد من المؤتمرات الصناعية للأسلاك، بشكل أساسي بسبب الأداء السيء لمؤشرين رئيسيين: معدل امتصاص الماء للغلاف الخارجي تحت ظروف الامتصاص المشبع ومقاومة العزل تحت ظروف الامتصاص المشبع.

تواجه الأنفاق الخاصة بالأسلاك ذات الجهد العالي مشكلات خطيرة في الوقاية من الحرائق. حاليا، يتم شراء الأسلاك ذات الجهد العالي بشكل رئيسي في نماذج مانعة للاشتعال. كما يشير الاسم، هي مواد غلاف تقليدية مع إضافة تركيبات مثل المواد المانعة للاشتعال، مما يمنح المواد خصائص مانعة للاشتعال. يتم عرض أداء المانعة للاشتعال للغلاف التقليدي في الجدول 3.

على سبيل المثال، يعتبر PE المانع للاشتعال هو المادة الأساسية PE مع إضافة المواد المانعة للاشتعال. تنقسم المواد المانعة للاشتعال إلى نوعين: عضوي وغير عضوي. حاليا، معظم المنتجات الموجودة في السوق تستخدم المواد المانعة للاشتعال غير العضوية، وأشهر الأنواع تشمل أكسيد المغنيسيوم وأكسيد الألومنيوم. هذه المواد تميل إلى امتصاص الرطوبة وتتفاعل مع الماء في الظروف العادية. لذلك، يتم وضع المواد الغلافية في الإنتاج فور شرائها؛ وإلا، قد يحدث امتصاص الرطوبة بسهولة، مما يؤدي إلى عيوب مثل الفراغات أثناء التشكيل بالضغط. فقط بعد أن يتم تقليل حجم جزيئات المواد المانعة للاشتعال، وتعديل سطحها، وتحسين توافقها مع المواد، يمكن أن تحقق المواد الغلافية المانعة للاشتعال قابلية عملية جيدة.

عادة ما تشير الأسلاك المانعة للتسرب إلى الأسلاك ذات الغلاف المعدني الكامل والمغلق. إذا تم استخدام غلاف بلاستيكي كطبقة مانعة للتسرب، يمكن للرطوبة اختراق الأسلاك عبر البلاستيك. عملية تسرب الرطوبة بطيئة نسبيًا. خلال تشغيل الأسلاك الفعلي، يمكن أن يصل درجة حرارة سطح الغلاف إلى 60 درجة مئوية، مما يسرع من تسرب الرطوبة. لذلك، عادة ما تلبي مقاومة العزل للغلاف الجديد المتوقع المتطلبات. ومع ذلك، بعد فترة من التشغيل، تنخفض مقاومة العزل للغلاف في العديد من الخطوط بشكل حاد، وهذا الأمر عادة ما يتم اكتشافه خلال عدة أشهر إلى حوالي عام واحد. بمجرد أن تنخفض مقاومة العزل للغلاف إلى مستوى معين، فإن معدل الانخفاض يصبح مستقرًا ويتباطأ.

2.4 ضعف مقاومة التشققات في الأسلاك المنخفضة الهالوجين

في الجدول 5، ST2 يشير إلى PVC، ST7 إلى PE، وST8 إلى المادة الخالية من الهالوجين ومنخفضة الدخان. من منظور خصائص الغلاف الميكانيكية، فإن مقاومة الشد والتمدد عند الكسر للمواد الخالية من الهالوجين ومنخفضة الدخان أقل بكثير. تتطلب تركيب الأسلاك الخالية من الهالوجين ومنخفضة الدخان شروطًا صارمة، خاصة في المناطق الخارجية في الشمال، لأن هذه الأغلفة عرضة للتشققات عند درجات الحرارة المنخفضة وقد تتشقق حتى أثناء التشغيل. حدثت العديد من الحوادث المشابهة للجودة مع الأسلاك ذات الجهد المتوسط والمنخفض في الصين. بعض المشاريع الهندسية تستخدم الأسلاك الخالية من الهالوجين ومنخفضة الدخان خلال فصل الشتاء، جزئيًا لأن العمل يتم داخل المباني حيث تكون درجات الحرارة أعلى.

تستخدم الأسلاك الخالية من الهالوجين ومنخفضة الدخان بشكل رئيسي داخل المباني والمناطق ذات الكثافة السكانية العالية مثل المحطات والمترو والمباني العامة. قسم الطاقة في الأنفاق ليس منطقة ذات كثافة سكانية عالية.

3 الاستنتاج

بناءً على التحليل أعلاه، تظهر المواد الخالية من الهالوجين ومنخفضة الدخان أداءً أسوأ من المواد العازلة المانعة للاشتعال الحالية وعرضة أكثر للمشاكل. لهذا السبب، لم يتم دمج المواد العازلة الخالية من الهالوجين ومنخفضة الدخان في أنظمة المعايير الحالية للأسلاك ذات الجهد العالي مثل GB/T 11017 و GB/T 18890.

يعزز "تصنيف سلوك الاحتراق للأسلاك الكهربائية والألياف الضوئية" GB 31247 السيطرة على سلوك الحريق. هذا مناسب للمناطق ذات الكثافة السكانية العالية مثل محطات القطارات ذات السرعة العالية والمترو، حيث يوجد الكثير من المواد القابلة للاشتعال، وذلك لأسباب تتعلق بأمان الحياة والممتلكات. معظم الأسلاك المستخدمة في هذه المناطق هي ذات جهد متوسط أو منخفض، حيث لا تكون متطلبات الأداء الكهربائي صارمة مثل الأسلاك ذات الجهد العالي.

من المهم بشكل خاص ملاحظة أن التصنيف B في "القواعد العامة للأسلاك والكابلات الكهربائية أو الألياف الضوئية المانعة للاشتعال أو المقاومة للحريق" GB/T 19666 ليس مكافئًا للتصنيف B1 في "تصنيف سلوك الاحتراق للأسلاك الكهربائية والألياف الضوئية" GB 31247. لديهما معايير أداء حريق مختلفة تمامًا ومناطق تطبيق مخصصة. يجب عدم استخدامهما بالتبادل. يُوصى باستخدام الأسلاك ذات الجهد العالي التي تتوافق مع تصنيف B في GB/T 19666، وعدم استخدام الأسلاك ذات الجهد العالي التي تتوافق مع تصنيف B1 أو B2 في GB 31247. رغم أن كلاهما يحمل التصنيف "B"، إلا أنهما ينتميان إلى أنظمة معايير مختلفة، مما يؤدي إلى نتائج أداء مختلفة تمامًا. استخدام الأسلاك ذات الجهد العالي التي تتوافق مع تصنيف B1 أو B2 في GB 31247 سيضع ضغوطًا هائلة على أقسام البناء والتشغيل والصيانة.

نظرًا لمتطلبات الوقاية من الحريق الصارمة في الأنفاق الكهربائية، بعد ترقي تصنيف المانعة للاشتعال إلى الفئة B:

• بالنسبة للأنابيب أو التركيبات المباشرة التي لا تتطلب المانعة للاشتعال، يمكن اختيار أغلفة خارجية من PE (بدون إضافات مانعة للاشتعال، مما يوفر مقاومة عزل مستقرة).

• بالنسبة للأسلاك ذات الجهد العالي المثبتة في الأنفاق، يُوصى بأغلفة خارجية من PVC (العيوب هي إطلاق الغازات السامة أثناء الاحتراق؛ المزايا هي أن التركيب يمكن أن يعزز مقاومة الماء، ومقاومة العزل أكثر استقرارًا مقارنة بأسلاك PE المانعة للاشتعال من الفئة B).

بالإضافة إلى ذلك، يُوصى ببدء البحث المشترك حول مواد وأبنية الغلاف لحل التعارض الأساسي بين مقاومة العزل والمانعة للاشتعال.