Overvejelser og Anbefalinger for Vælgering af Brandhæmmende Materialer til Højspændingskabler

1. Brandstandarde for brandhæmmende kabler

Systemet for brandhæmmende standarder er opdelt i to hovedkategorier. Den første kategori følger "Klassificering af brændopførsel for elektriske og optiske fibrekabler" GB 31247. Kabler, der overholder dette standard system, anvendes bredt i tætbefolkede områder som højhastighedstog og metroer. Dette standard sætter strenge krav til parametre som røgtykthed, varmeudledning og total røgproduktion, og kabler bruger typisk lavrøg, halogenfri materialer.

Den anden kategori er "Generelle regler for brandhæmmende eller brandbestandige elektriske ledninger, kabler eller optiske kabler" GB/T 19666. Før introduktionen af GB 31247, blev denne standard bredt anvendt på alle typer anlæg i Kina. GB/T 19666-systemet specificerer også værdier for parametre som røgtykthed, og under udbud, angives ofte yderligere præfixer, såsom WD (lav-røg, halogenfrit). De tilsvarende teststandarder for kabelbrandhæmmende klassifikationer vises i nedenstående tabel:

Klassifikationsstandard for punkt 1: Standarden "Generelle regler for brandhæmmende eller brandbestandige elektriske ledninger, kabler eller optiske kabler" GB/T 19666 bruger de kendte ZA, ZB, ZC-klassifikationer, kendt af strømforsyningsinstitutter. Dog er den refererede testmetode, "Test på lodret flammespredning for bundlet ledninger eller kabler under brandforhold – Del 3: Testmetoder for bundlet ledninger eller kabler" GB 18380.3-2001, trukket tilbage. Denne teststandard var baseret på IEC 60332-3-25:2000, "Tests på elektriske og optiske fibrekabler under brandforhold – Del 3-25: Test for lodret flammespredning af lodret monterede bundlete kabler – Kategori D."

Klassifikationsstandard for punkt 2: Standarden "Brandhæmmende og brandbestandige kabler – Del 1: Brandhæmmende kabler" GA 306.1-2007, klassificerer kabler ifølge de opdaterede testmetoder GB 18380.31~36-2008, som erstattede GB 18380.3-2001. Dens primære forskel er inklusionen af yderligere kriterier som røggiftighed (GB 20285), lysgenemskuelighed og korrosionsbestandighed, hvilket videreinddeler A, B og C-klasserne i fem distinkte graderinger.

Klassifikationsstandard for punkt 3: "Klassificering af brændopførsel for elektriske og optiske fibrekabler" GB 31247 er den nyeste standard. Dens tilsvarende testmetode er "Flammespredning, varmeudledning og røgproduktionskarakteristika for kabler eller optiske fibrekabler under brandforhold" GB 31248, som refererer til EN 50399:2011, "Almindelige testmetoder for kabler under brandforhold – Målingsprocedurer for varmeudledning og røgproduktion for test af lodret flammespredning af bundlet ledninger og kabler – Udstyr, procedure og generelle resultater." Den vigtigste forskel er, at den evaluerer flammespredning, total varmeudledning, peak-varmeudledningshastighed og total røgproduktion. Kriterierne mellem disse to klassifikationssystemer adskiller sig betydeligt. GB 31247-systemet (B1-klasse) lægger vægt på lav-halogener og lav-røg egenskaber, hvilket betyder, at klassifikationerne ikke er direkte ækvivalente. Selv B-klasse inden for ZA/ZB/ZC-systemet opfylder ikke kravene for B1-klasse.

2. Grunde til, at B1-klasse ikke er tilgængelig for højspændingskabler

2.1 Mangel på lav-røg, korrosionsbestandige materialer

For at opnå lav-røg egenskaber kræves typisk brug af bitumenfarve. Imidlertid opfylder bitumenfarve ikke korrosionsbestandighedskrav, og dens brug er også forbudt af europæiske standarder. Derfor kan lav-røg egenskabskriteriet ikke opfyldes. Højspændingskraftkabler bruger en metalaluminiumsbevaring med en bitumenanti-korrosionsstruktur, som genererer betydelig røg under forbrænding. Udlandet anvender typisk bitumenfarve eller hotmelt-lim, denne struktur er hverken produceret af nogen domestiske producenter eller anvendt i nogen ingeniørprojekter. Derfor begrænser materialet feltet for højspændingskraftkabel ydre bevaringer muligheden for at opnå den lav-røg egenskab, der kræves for B1-klasse.

2.2 Nedsat isolationsmodstand i lav-halogen kabler

En signifikant forskel mellem højspændings- og mediumspændingskraftkabler ligger i valget af ydre bevaringsmateriale. På grund af høj strømkapacitet, høj overspænding og den enekjernedes design af højspændingskabler, skal ydre bevaringen have fremragende isolationsegenskaber for driftssikkerhed. Derfor er ydre bevaringen af højspændingskabler specificeret som "isolationsklasse," mens mediumspændingskabler bruger "bevaringsklasse" materiale.

Imidlertid indeholder lav-røg, halogenfri bevaringskompositer store mængder inorganiske brandhæmmere, hvilket resulterer i relativt dårlig isolationsmodstand for bevaringen. Nuværende bevaringsmateriale isolationsydeevne følger rækkefølgen: PE ≥ Brandhæmmende PE ≥ PVC ≥ Lav-røg, halogenfri serie. På grund af dette har nuværende højspændingskabelstandarder som GB/T 11017 og GB/T 18890 ikke inkluderet lav-røg, halogenfri bevaringskompositer i deres standardsystem. I modsætning hermed, for mediumspændingskabler, hvor kravene til bevaringsisolationsydeevne er mindre strenge, er lav-røg, halogenfri bevaringskompositer allerede inkluderet i standardsystemet.

El-netvirkselskaber har organiseret flere kableindustrikonferencer, primært pga. den dårlige ydeevne af to nøgleindikatorer: absorptionsgraden af ydre bevaringer under mættet vandabsorption og isolationsresistiviteten under mættet vandabsorption.

Brandforebyggelsen i højspændingskraftkabeltunneler er alvorlig. Nuværende højspændingskabler købes hovedsageligt i brandhæmmende modeller. Som navnet antyder, er brandhæmmende materialer konventionelle bevaringsmaterialer med tilføjede formler som brandhæmmere, der giver materialerne brandhæmmende egenskaber. Brandhæmmende ydeevnen af almindelige bevaringer vises i Tabel 3.

Tag et PE-bevaring som eksempel, brandhæmmende PE er standard PE-bevaringsmateriale med tilføjede brandhæmmere. Brandhæmmere er opdelt i inorganiske og organiske typer. Nuværende produkter på markedet bruger primært inorganiske brandhæmmere, med almindelige typer inklusive magnesiumoxid og aluminiumoxid. Disse materialer absorberer nemt fugt og udsættes for hydrationsreaktioner under normale forhold. Derfor sættes bevaringsmaterialer typisk i produktion umiddelbart efter indkøb; ellers kan fugtabsorption nemt forekomme, hvilket fører til defekter som tomrum under ekstrudering. Kun når brandhæmmende partikler er mikroniseret, gennemgår overfladebehandlingen og har deres materialekompatibilitet forbedret, kan brandhæmmende bevaringskompositer opnå god processbarhed.

Vandtætte kabler refererer typisk til kabler med en komplet, tæt metalbevaring. Hvis en plastbevaring bruges som vandtæt lag, kan fugt penetrere kablen gennem plasten. Vandindtrængen er en relativt langsom proces. Under faktisk kabeldrift kan bevaringsoverfladen temperaturen nå op til 60°C, hvilket accelererer vandindtrængen. Derfor opfylder de nye kabelbevaringers isolationsmodstand generelt kravene. Men efter en periode med drift falder mange linjer's bevaringsisolationsmodstand drastisk, og dette problem opdages typisk inden for flere måneder til omkring et år. Når bevaringsisolationsmodstanden faldt til en bestemt niveau, stabiliserer hastigheden af faldet og bliver langsommere.

2.4 Dårlig sprækbestandighed i lav-halogen kabler

I Tabel 5 refererer ST2 til PVC, ST7 til PE, og ST8 til halogenfri, lav-røg materiale. Fra perspektivet af bevaringsmekaniske egenskaber, er trækstyrken og udvidelse ved brud for halogenfri, lav-røg materialer betydeligt dårligere. Installationen af halogenfri, lav-røg kabler har strenge krav, især i nordlige regioners udendørsområder, da disse bevaringer er tilbøjelige til at sprække ved lave temperaturer og kan endda udvikle sprækker under drift. Mange lignende kvalitetshændelser har allerede fundet sted med medium- og lavspændingskabler i Kina. Nogle konstruktioner bruger halogenfri, lav-røg kabler i vinter, delvis fordi arbejdet udføres indendørs, hvor temperaturen er højere.

Halogenfri, lav-røg kabler anvendes primært indendørs i bygninger og tætbefolkede områder som stationer, metroer og offentlige bygninger. Strømforsyningseksemplet af en utilitetstunnel hører ikke til i et tætbefolket område.

3 Konklusion

Baseret på ovenstående analyse, yder halogenfri, lav-røg materialer en dårligere ydeevne end de nuværende isolationsklasse brandhæmmende bevaringsmaterialer og er mere tilbøjelige til problemer. Af denne grund har nuværende højspændingskabelstandarder som GB/T 11017 og GB/T 18890 ikke inkluderet halogenfri, lav-røg bevaringsmaterialer i deres standardsystemer.

"Klassificering af brændopførsel for elektriske og optiske fibrekabler" GB 31247 styrker kontrollen af brandopførsel. Dette er passende for tætbefolkede områder som metroer og højhastighedstogstationer, hvor der er mange brændbare materialer, på grund af sikkerhedsconsiderationer for liv og ejendom. De fleste kabler, der anvendes i disse områder, er medium- eller lavspændingskabler, for hvilke kravene til elektrisk ydeevne ikke er så strenge som for højspændingskabler.

Det er specielt vigtigt at bemærke, at B-klasse i "Generelle regler for brandhæmmende eller brandbestandige elektriske ledninger, kabler eller optiske kabler" GB/T 19666 er ikke ækvivalent med B1-klasse i "Klassificering af brændopførsel for elektriske og optiske fibrekabler" GB 31247. De to standarder har fuldstændig forskellige brandydeevne kriterier og anvendelsesområder. De bør ikke bruges gensidigt. Det anbefales at bruge højspændingskabler, der opfylder GB/T 19666 B-klasse, og det anbefales ikke at bruge højspændingskabler, der opfylder GB 31247 B1 eller B2 klassee. Selvom begge er mærket "B," tilhører de forskellige standardsystemer, hvilket resulterer i fuldstændig forskellige ydeevne resultater. Brug af højspændingskabler, der opfylder GB 31247 B1 eller B2 klassee, ville sætte enorm pres på konstruktions- og drift & vedligeholdelsesafdelinger.

Givet de strenge brandsikkerhedskrav i el-tunneler, efter at have opgraderet brandhæmmende klassee til B-klasse:

• For rør eller direkte begravning, hvor brandhæmmende egenskaber ikke er nødvendige, kan PE ydre bevaringer (uden brandhæmmende tilsætningsstoffer, der giver stabil isolationsmodstand) vælges.

• For højspændingskabler installeret i tunneler, anbefales PVC ydre bevaringer (den ulempe er frigivelsen af giftige gasser under forbrænding; fordelene er, at formulering kan forbedre vandbestandighed, og isolationsmodstanden er mere stabil sammenlignet med B-klasse brandhæmmende PE kabler).

Ydermere, anbefales det hurtigt at påbegynde fælles forskning på bevaringsmaterialer og strukturer for at løse konflikten mellem isolationsmodstand og brandhæmmende egenskaber fundamentalt.