Consideracions i recomanacions per a la selecció de retardants de flama en cables d'alta tensió
1. Normes de classificació dels cables retardants al foc
El sistema de normes retardants al foc es divideix en dues categories principals. La primera categoria segueix la "Classificació del comportament al foc per a cables elèctrics i fibra òptica" GB 31247. Els cables que compleixen aquest sistema de normes s'utilitzen àmpliament en zones densament poblades com ara les línies d'alta velocitat i els metro. Aquesta norma implica exigències estrictes en paràmetres com la densitat de fum, la emissió de calor i la producció total de fum, i els cables solen utilitzar materials de baix fum i sense halogens.
La segona categoria és la "Normes generals per a cables elèctrics, fibra òptica o cables retardants al foc o resistent al foc" GB/T 19666. Abans de l'introducció de la GB 31247, aquesta norma s'aplicava ampliament a tot tipus d'instal·lacions a la Xina. El sistema GB/T 19666 també especifica valors per a paràmetres com la densitat de fum, i en les licitacions, sovint es fan especificacions addicionals, com WD (baix fum, sense halogens). Les normes de prova corresponents per a les classificacions retardants al foc dels cables es mostren a la taula a continuació:
Norma de classificació per al punt 1: La norma "Normes generals per a cables elèctrics, fibra òptica o cables retardants al foc o resistent al foc" GB/T 19666 utilitza les conegudes classificacions ZA, ZB, ZC conegudes pels instituts de disseny elèctric. No obstant això, el seu mètode de prova referenciat, "Prova de propagació vertical del foc per a cables o fils en feix – Part 3: Mètodes de prova per a cables o fils en feix" GB 18380.3-2001, ha estat retirat. Aquesta norma de prova es basava en l'IEC 60332-3-25:2000, "Proves en condicions de foc per a cables elèctrics i fibra òptica – Part 3-25: Prova de propagació vertical del foc de cables en feix muntats verticalment – Categoria D."
Norma de classificació per al punt 2: La norma "Cables retardants al foc i resistent al foc – Part 1: Cables retardants al foc" GA 306.1-2007, classifica els cables segons els mètodes de prova actualitzats GB 18380.31~36-2008, que van substituir la GB 18380.3-2001. La seva principal distinció és l'inclusió de criteris addicionals com la toxicitat del fum (GB 20285), la transmissió de llum i la resistència a la corrosió, subdivideixent les classes A, B i C en cinc graus diferents.
Norma de classificació per al punt 3: La "Classificació del comportament al foc per a cables elèctrics i fibra òptica" GB 31247 és la norma més recent. El seu mètode de prova corresponent és "Característiques de propagació del foc, emissió de calor i producció de fum de cables o fibra òptica en condicions de foc" GB 31248, que fa referència a l'EN 50399:2011, "Mètodes de prova comuns per a cables en condicions de foc – Procediments de mesura de l'emissió de calor i producció de fum per a la prova de propagació vertical del foc de cables en feix – Aparell, procediment i resultats generals." La principal diferència és que avaluï la propagació del foc, la emissió total de calor, la taxa màxima d'emissió de calor i la producció total de fum. Els criteris entre aquests dos sistemes de classificació difereixen significativament. El sistema GB 31247 (classe B1) enfatitza les característiques de baix contingut d'halogens i baix fum, el que significa que les classificacions no són equivalents directament. Fins i tot la classe "B" dins del sistema ZA/ZB/ZC no compleix els requisits de la classe B1.
2. Raons pel qual la classe B1 no està disponible per als cables d'alta tensió
2.1 Falta de materials de baix fum i resistent a la corrosió
Assolir un rendiment de baix fum normalment requereix l'ús de pintura asfàltica. No obstant això, la pintura asfàltica no compleix els requisits de resistència a la corrosió, i el seu ús també està prohibit per les normes europees. Per tant, no es pot assolir el criteri de baix fum. Els cables d'alta tensió utilitzen una coberta metàl·lica d'alumini amb una estructura anticorrosiva asfàltica, que genera una quantitat significativa de fum durant la combustió. Si bé a l'estanger s'utilitza generalment pintura asfàltica o adhesiu termofusible, aquesta estructura no ha estat fabricada per cap fabricant domèstic ni s'ha utilitzat en cap projecte d'enginyeria. En conseqüència, el camp de materials per a les cobertes externes dels cables d'alta tensió limita la capacitat d'assolir el rendiment de baix fum requerit per la classe B1.
2.2 Reducció de la resistència a l'isolació en cables de baix contingut d'halogens
Una gran diferència entre els cables d'alta tensió i els de mitja tensió resideix en la tria del material de la coberta externa. Degut a la gran capacitat de corrent, l'alta sobretensió i el disseny de cable mononucleu, la coberta externa hauria de tenir excel·lents propietats d'isolació per a la seguretat operativa. Per tant, la coberta externa dels cables d'alta tensió es especifica com "de nivell d'isolació", mentre que els cables de mitja tensió utilitzen material "de nivell de coberta".
No obstant això, els compostos de cobertura de baix fum i sense halogens contenen grans quantitats de retardants de flama inorgànics, el que resulta en una resistència a l'isolació relativament dolenta per a la coberta. El rendiment actual de la cobertura en termes d'isolació segueix l'ordre: PE ≥ PE retardant al foc ≥ PVC ≥ Sèrie de baix fum i sense halogens. Per això, les normes actuals de cables d'alta tensió com la GB/T 11017 i la GB/T 18890 no han incorporat compostos de cobertura de baix fum i sense halogens en els seus sistemes de normes. En canvi, per als cables de mitja tensió, on els requisits de rendiment de l'isolació de la cobertura són menys estrictes, els compostos de cobertura de baix fum i sense halogens ja s'han inclòs en el sistema de normes.
Les companyies de xarxes elèctriques han organitzat diverses conferències de l'indústria dels cables, principalment degut al mal rendiment de dos indicadors clau: la taxa d'absorció d'aigua de les cobertes externes en condicions d'absorció saturada d'aigua i la resistivitat a l'isolació en condicions d'absorció saturada d'aigua.
La situació de prevenció d'incendis en els túnels de cables d'alta tensió és greu. Actualment, els cables d'alta tensió es compren principalment en models retardants al foc. Com indica el nom, els materials retardants al foc són materials de cobertura convencionals amb formulacions afegides com retardants de flama, dotant els materials de propietats retardants al foc. El rendiment retardant al foc de les cobertes convencionals es mostra a la Taula 3.
Prenent com a exemple una cobertura de PE, el PE retardant al foc és material de cobertura de PE estàndard amb retardants de flama afegits. Els retardants de flama es divideixen en orgànics i inorgànics. Actualment, la majoria dels productes al mercat utilitzen principalment retardants de flama inorgànics, amb tipus comuns com l'òxid de magnesi i l'òxid d'alumini. Aquests materials absorbeixen fàcilment humitat i experimenten reaccions d'hidratació en condicions normals. Per tant, els materials de cobertura s'han de posar en producció immediatament després de la compra; en cas contrari, poden absorir humitat, provocant defectes com buits durant l'extrusió. Només quan les partícules de retardant de flama s'han micronitzat, s'han modificat superficialment i s'ha millorat la compatibilitat del material, es poden aconseguir compostos de cobertura retardants al foc amb bones propietats de processament.
Els cables impermeables normalment es refereixen a cables amb una cobertura metàl·lica completa i hermètica. Si s'utilitza una cobertura de plàstic com a capa impermeable, l'aigua pot penetrar al cable a través del plàstic. La penetració d'aigua és un procés relativament lent. Durant l'operació real del cable, la temperatura de la superfície de la cobertura pot arribar a 60°C, accelerant la penetració d'aigua. Per tant, per a les cobertes de cables noves, la resistència a l'isolació generalment compleix els requisits. No obstant això, després d'un període d'operació, la resistència a l'isolació de moltes línies cau dràsticament, i aquest problema sol detectar-se en diversos mesos a uns anys. Un cop la resistència a l'isolació de la cobertura disminueix a un cert nivell, la velocitat de disminució tendeix a estabilitzar-se i a reduir-se.
2.4 Poca resistència a les rajadures en cables de baix contingut d'halogens
En la Taula 5, ST2 es refereix a PVC, ST7 a PE, i ST8 a material de baix fum i sense halogens. Des del punt de vista de les propietats mecàniques de la cobertura, la resistència a la tracció i l'allargament a la ruptura dels materials de baix fum i sense halogens són significativament inferiors. L'instal·lació de cables de baix fum i sense halogens té requisits estrictes, especialment en zones exteriors en regions nordiques, ja que aquestes cobertes són propenses a rajolar a baixes temperatures i fins i tot poden rajolar durant l'operació. Han ocorregut molts incidents similars de qualitat amb cables de mitja i baixa tensió a la Xina. Alguns projectes de construcció utilitzen cables de baix fum i sense halogens durant l'hivern, en part perquè el treball es duu a terme a l'interior on les temperatures són més altes.
Els cables de baix fum i sense halogens s'utilitzen principalment a l'interior d'edificis i zones densament poblades com estacions, metro i edificis públics. El compartiment d'energia d'un conducte d'utilitat no pertany a una zona densament poblada.
3. Conclusió
Basant-nos en l'anàlisi anterior, els materials de baix fum i sense halogens presenten un rendiment pitjor que els materials de cobertura retardants al foc de nivell d'isolació actuals i són més propensos a problemes. Per aquest motiu, les normes actuals de cables d'alta tensió com la GB/T 11017 i la GB/T 18890 no han incorporat materials de cobertura de baix fum i sense halogens en els seus sistemes de normes.
La "Classificació del comportament al foc per a cables elèctrics i fibra òptica" GB 31247 reforça el control del comportament al foc. Això és apropiat per a zones densament poblades com estacions de metro i línies d'alta velocitat, on hi ha molts materials combustibles, degut a consideracions de seguretat per a la vida i la propietat. La majoria dels cables utilitzats en aquestes zones són de mitja o baixa tensió, per als quals els requisits de rendiment elèctric no són tan estrictes com per als cables d'alta tensió.
Cal notar particularment que la classificació B en les "Normes generals per a cables elèctrics, fibra òptica o cables retardants al foc o resistent al foc" GB/T 19666 no és equivalent a la classificació B1 en la "Classificació del comportament al foc per a cables elèctrics i fibra òptica" GB 31247. Les dues normes tenen criteris de rendiment al foc completament diferents i àrees d'aplicació intencionades diferents. No s'haurien de utilitzar indistintament. Es recomana utilitzar cables d'alta tensió que compleixin la classificació B de la GB/T 19666, i no es recomana utilitzar cables d'alta tensió que compleixin les classificacions B1 o B2 de la GB 31247. Tot i que ambdues són etiquetades com "B", pertanyen a sistemes de normes diferents, el que resulta en resultats de rendiment completament diferents. Utilitzar cables d'alta tensió que compleixin les classificacions B1 o B2 de la GB 31247 imposaria una pressió enorme als departaments de construcció i manteniment.
Davant les estrictes exigències de protecció contra incendis en els conductes d'energia, després d'actualitzar la classificació retardant al foc a la classe B:
Per a conduits o instal·lacions enterrades directament on no es requereix retardant al foc, es poden seleccionar cobertes externes de PE (sense additives retardants al foc, proporcionant una resistència a l'isolació estable).
Per a cables d'alta tensió instal·lats en conductes, es recomana utilitzar cobertes externes de PVC (el inconvenient és la emissió de gasos tàxics durant la combustió; l'avantatge és que la formulació pot augmentar la resistència a l'aigua, i la resistència a l'isolació és més estable en comparació amb els cables de PE retardant al foc de classe B).
A més, es recomana iniciar prontament recerques conjuntes sobre materials i estructures de cobertura per resoldre fonamentalment el conflicte entre la resistència a l'isolació i la propietat retardant al foc.
