Разглеждания и препорки за избор на противопожарни добавки за високонапрегови кабели
1. Класификационни стандарти за пламнозащитни кабели
Системата от стандарти за пламнозащита е разделена на две основни категории. Първата категория следва "Класификация на гореще поведение за електрически и оптически влакна" GB 31247. Кабелите, които се придържат към тази система от стандарти, са широко използвани в гъсто населени области като високоскоростни железни пътища и метрополитен. Този стандарт налага строги изисквания за параметри като плътност на дима, освобождаване на топлина и общо количество произведени дим, и кабелите обикновено използват материали с ниска плътност на дим и без халогени.
Втората категория е "Основни правила за пламнозащитни или огнестойки електрически жици, кабели или оптически кабели" GB/T 19666. Преди въвеждането на GB 31247, този стандарт беше широко прилаган в различни видове съоръжения в Китай. Системата GB/T 19666 също посочва стойности за параметри като плътност на дима, и при търгове често се уточняват допълнителни префикси, като WD (с ниска плътност на дим и без халогени). Соответстващите тестови стандарти за класификацията на пламнозащитата на кабели са показани в таблицата по-долу:
Стандарт за класификация за елемент 1: Стандартът "Основни правила за пламнозащитни или огнестойки електрически жици, кабели или оптически кабели" GB/T 19666 използва известната на институти за проектиране на енергийни системи класификация ZA, ZB, ZC. Обаче, референтният метод за изпитване, "Изпитване на вертикалното разпространение на пламък за групирани жици или кабели при пожарни условия – част 3: Методи за изпитване на групирани жици или кабели" GB 18380.3-2001, е бил оттеглен. Този стандарт за изпитване беше основан на IEC 60332-3-25:2000, "Изпитвания на електрически и оптически влакна при пожарни условия – част 3-25: Изпитване за вертикално разпространение на пламък на вертикално монтирани групирани кабели – Категория D."
Стандарт за класификация за елемент 2: Стандартът "Пламнозащитни и огнестойки кабели – част 1: Пламнозащитни кабели" GA 306.1-2007, класифицира кабелите според актуализираните методи за изпитване GB 18380.31~36-2008, които заменили GB 18380.3-2001. Основната му характеристика е включването на допълнителни критерии като токсичност на дима (GB 20285), пропускливост на светлина и корозионна устойчивост, като допълнително разделя класовете A, B и C на пет различни градации.
Стандарт за класификация за елемент 3: "Класификация на гореще поведение за електрически и оптически влакна" GB 31247 е най-новият стандарт. Соответстващият метод за изпитване е "Разпространение на пламък, освобождаване на топлина и производство на дим от кабели или оптически влакна при пожарни условия" GB 31248, който се основава на EN 50399:2011, "Общи методи за изпитване на кабели при пожарни условия – Процедури за измерване на освобождаване на топлина и производство на дим при изпитване на вертикалното разпространение на пламък на групирани жици и кабели – Апаратура, процедура и общи резултати." Основната разлика е, че той оценява разпространение на пламък, общо освобождаване на топлина, максимална скорост на освобождаване на топлина и общо количество произведени дим. Критериите между тези две системи за класификация са значително различни. Системата GB 31247 (клас B1) подчертава нискохалогенните и нискодимни характеристики, което означава, че класовете не са директно еквивалентни. Даже клас "B" в системата ZA/ZB/ZC не удовлетворява изискванията на клас B1.
2. Причини, поради които клас B1 не е наличен за високонапрегнати кабели
2.1 Липса на материали с ниска плътност на дим и корозионна устойчивост
Достижаването на ниска плътност на дим обикновено изисква използването на битумна боя. Обаче, битумната боя не удовлетворява изискванията за корозионна устойчивост и нейното използване е забранено от европейските стандарти. Следователно, критерият за ниска плътност на дим не може да бъде изпълнен. Високонапрегнатите електрически кабели използват метална алюминиева обвивка с битумна антикорозионна структура, която генерира значително количество дим при горене. В чужбина обикновено се използва битумна боя или термо-плавяща се химикалия, но тази структура не е била произвеждана от никакъв домакински производител, нито е била използвана в някой инженерен проект. Следователно, областта на материалите за външната обвивка на високонапрегнатите електрически кабели ограничава възможността за постигане на необходимата ниска плътност на дим за клас B1.
2.2 Намалена изолационна съпротивителност при нискохалогенни кабели
Значителна разлика между високонапрегнатите и средненапрегнатите електрически кабели се състои в избора на материал за външна обвивка. Заради високата капацитетна способност, високата надвишена напруга и едноядерния дизайн на високонапрегнатите кабели, външната обвивка трябва да има отлични изолационни свойства за оперативна безопасност. Следователно, външната обвивка на високонапрегнатите кабели е специфицирана като "изолационна", докато средненапрегнатите кабели използват материал "обвивка".
Обаче, обвивките с ниска плътност на дим и без халогени съдържат големи количества неорганични противопламъчни добавки, които водят до относително слаба изолационна съпротивителност на обвивката. Текущата изолационна способност на материалите за обвивка следва реда: PE ≥ Противопламъчен PE ≥ PVC ≥ Ниска плътност на дим и без халогени серия. Затова текущите стандарти за високонапрегнати кабели, като GB/T 11017 и GB/T 18890, не са включили обвивки с ниска плътност на дим и без халогени в своите стандартизиращи системи. От друга страна, за средненапрегнатите кабели, където изискванията за изолационна способност на обвивката са по-малко строги, обвивките с ниска плътност на дим и без халогени вече са включени в стандартизиращата система.
Енергийните компании са организирали множество конференции на кабелната индустрия, главно поради лошия резултат на два ключови показателя: абсорбцията на вода на външната обвивка при насыщено поглъщане на вода и изолационната съпротивителност при насыщено поглъщане на вода.
Пожарната ситуация в тунелите за високонапрегнати електрически кабели е сериозна. В момента, високонапрегнатите кабели се закупуват предимно в модела с противопламъчни свойства. Както подсказва името, противопламъчните материали са конвенционални обвивки с добавени формули, като противопламъчни добавки, които дават на материалите противопламъчни свойства. Противопламъчните свойства на обикновените обвивки са показани в таблица 3.
Нека вземем за пример PE обвивка, противопламъчният PE е стандартен PE материал за обвивка с добавени противопламъчни добавки. Противопламъчните добавки се делят на неорганични и органични типове. В момента, повечето продукти на пазара използват главно неорганични противопламъчни добавки, с общи типове, включително оксид на магнезия и оксид на алуминий. Тези материали лесно абсорбират влага и подлагат се на реакции на хидратация при нормални условия. Следователно, материалите за обвивка обикновено се използват веднага след закупуването им; в противен случай, лесно могат да абсорбират влага, водейки до дефекти като празни пространства при екструзия. Само след микронизация на частиците на противопламъчните добавки, модификация на повърхността и подобряване на съвместимостта на материалите, противопламъчните обвивки могат да постигнат добра технологична обработка.
Водонепроницаемите кабели обикновено се отнасят до кабели с пълна, герметизирана метална обвивка. Ако се използва пластмасова обвивка като водонепроницаем слой, влагата може да проникне в кабела през пластмасата. Проникването на влага е относително бавен процес. По време на действителната експлоатация на кабела, температурата на повърхността на обвивката може да достигне до 60°C, което ускорява проникването на влага. Следователно, за ново въведените обвивки, изолационната съпротивителност обикновено отговаря на изискванията. Но след известно време на експлоатация, изолационната съпротивителност на много линии рязко намалява, и този проблем обикновено се открива в рамките на няколко месеца до около година. Когато изолационната съпротивителност на обвивката намалее до определен ниво, темпото на намаляване обикновено се стабилизира и забавя.
2.4 Слаба устойчивост към тръска на нискохалогенни кабели
В таблица 5, ST2 се отнася до PVC, ST7 до PE, а ST8 до материал без халогени и с ниска плътност на дим. От гледна точка на механичните свойства на обвивката, разтеглителната съпротивителност и удължението при разтегляне на материала без халогени и с ниска плътност на дим са значително по-слаби. Инсталацията на кабели без халогени и с ниска плътност на дим има строги изисквания, особено в открити области на север, тъй като тези обвивки са склонни към тръска при ниски температури и дори може да се развие тръска по време на експлоатация. Много подобни инциденти с качеството са се случили със средненапрегнати и нисконапрегнати кабели в Китай. Някои строителни проекти използват кабели без халогени и с ниска плътност на дим по време на зимата, частично защото работата се провежда вътрешно, където температурите са по-високи.
Кабелите без халогени и с ниска плътност на дим се използват предимно вътрешно в сгради и гъсто населени области като станции, метрополитен и обществени сгради. Енергийната секция на уличен тунел не принадлежи към гъсто населена зона.
3. Заключение
На основата на горния анализ, материалите без халогени и с ниска плътност на дим показват по-слабо представяне от текущите изолационни противопламъчни обвивки и са по-склонни към проблеми. Затова, текущите стандарти за високонапрегнати кабели, като GB/T 11017 и GB/T 18890, не са включили материали за обвивка без халогени и с ниска плътност на дим в своите стандартизиращи системи.
"Класификация на гореще поведение за електрически и оптически влакна" GB 31247 засилва контрола върху поведението при пожар. Това е подходящо за гъсто населени области като метрополитен и високоскоростни железни пътища, където има много горими материали, заради безопасността на живота и имуществото. Повечето кабели, използвани в тези области, са средненапрегнати или нисконапрегнати, за които изискванията за електрическо представяне не са толкова строги, както за високонапрегнатите кабели.
Трябва специално да се отбележи, че клас B в "Основни правила за пламнозащитни или огнестойки електрически жици, кабели или оптически кабели" GB/T 19666 не е еквивалентен на клас B1 в "Класификация на гореще поведение за електрически и оптически влакна" GB 31247. Двете стандартизиращи системи имат напълно различни критерии за пожарна устойчивост и предназначени области на приложение. Те не трябва да се използват взаимно заменяемо. Съветва се да се използват високонапрегнати кабели, отговарящи на клас B на GB/T 19666, и не се препоръчва да се използват високонапрегнати кабели, отговарящи на клас B1 или B2 на GB 31247. Въпреки че и двете са маркирани като "B", те принадлежат към различни стандартизиращи системи, което води до напълно различни резултати от представяне. Използването на високонапрегнати кабели, отговарящи на клас B1 или B2 на GB 31247, би поставило огромно натиск върху строителството и отделите за експлоатация и поддръжка.
Учитывайки строгите изисквания за пожарна защита в енергийните тунели, след актуализацията на класификациите за противопламъчност до клас B:
За тръби или директно зариване, където противопламъчността не е необходима, могат да се изберат външни обвивки от PE (без противопламъчни добавки, които предоставят стабилна изолационна съпротивителност).
За високонапрегнати кабели, инсталирани в тунели, се препоръчва използването на външни обвивки от PVC (недостатъкът е, че при горене се фресят отровни газове; преимуществото е, че формулата може да подобри водонепроницаемостта, а изолационната съпротивителност е по-стабилна в сравнение с клас B противопламъчен PE кабел).
Освен това, се препоръчва незабавно да се инициира съвместно изследване на материали и структури за обвивки, за да се реши фундаментално конфликтът между изолационната съпротивителност и противопламъчността.
