Huoeste vastustavien valintojen huomioonoton ja suositukset korkeajännitekaapeleissa

1. Palonvastustavien kaapelen luokitusstandardit

Palonvastustavan standardijärjestelmän on kaksi pääkategoriaa. Ensimmäinen kategoria noudattaa "Sähkö- ja optisessa kaapelissa esiintyvän palamisen käyttäytymisen luokittelu" GB 31247 -standardia. Tämän standardin mukaiset kaapelit ovat yleisiä tiheästi asutuissa alueissa, kuten nopeusraidoilla ja metroissa. Tämä standardi asettaa tiukat vaatimukset parametreille, kuten savutiheydelle, lämpövuodolle ja kokonaissavantuotannolle, ja kaapeleissa käytetään yleensä vähäsavuisia, halogeenittomia materiaaleja.

Toinen kategoria on "Palonvastustavien tai palovastustavien sähkökaapelin, optikaapelin yleiset säännöt" GB/T 19666. Ennen GB 31247:n käyttöönottoa tämä standardi oli laajasti sovellettavana eri tyyppisissä rakennuksissa Kiinassa. GB/T 19666-järjestelmässä myös määritellään arvot parametreille, kuten savutiheydelle, ja tarjouspyynnöissä määritellään usein lisämerkit, kuten WD (vähäsavuinen, halogeeniton). Kaapelen palonvastustavuuden testausstandardit näkyvät alla olevassa taulukossa:

Luokitusstandardi kohtaan 1: Standardi "Palonvastustavien tai palovastustavien sähkökaapelin, optikaapelin yleiset säännöt" GB/T 19666 käyttää tuttuja ZA, ZB, ZC-luokituksia, jotka ovat tunnistettavissa sähkösuunnittelulaitoksissa. Kuitenkin sen viitattu testausmenetelmä, "Palo-olosuhteissa bündeloidun kaapelin pystysuuntaisen tulen leviämisen testaus – Osa 3: Bündeloidun kaapelin testausmenetelmät" GB 18380.3-2001, on poistettu käytöstä. Tämä testausstandardi perustui IEC 60332-3-25:2000 -standardiin, "Sähkö- ja optisessa kaapelissa esiintyvän palamisen käyttäytymisen testaus – Osa 3-25: Pystysuuntaisen bündeloidun kaapelin tulen leviämisen testaus – Luokka D."

Luokitusstandardi kohtaan 2: Standardi "Palonvastustavat ja palovastustavat kaapelit – Osa 1: Palonvastustavat kaapelit" GA 306.1-2007 luokittelee kaapeleita päivitettyjen testausmenetelmien GB 18380.31~36-2008 mukaan, joka korvasi GB 18380.3-2001. Sen pääasiallinen ero on lisäkriteerien sisällyttäminen, kuten savun myrkkyisyys (GB 20285), valonsiirto, ja korroosion vastustuskyky, mikä edelleen jakaa A, B ja C-luokat viiteen erilliseen luokkaan.

Luokitusstandardi kohtaan 3: "Sähkö- ja optisessa kaapelissa esiintyvän palamisen käyttäytymisen luokittelu" GB 31247 on uusin standardi. Siihen liittyvä testausmenetelmä on "Kaapelien tai optiskaapelin tulen leviämisen, lämpövuodon ja savuntuotannon ominaisuudet palo-olosuhteissa" GB 31248, joka viittaa EN 50399:2011 -standardiin, "Yhteiset testausmenetelmät kaapeleille palo-olosuhteissa – Mittausmenetelmät bündeloidun kaapelin pystysuuntaisen tulen leviämisen, lämpövuodon ja savuntuotannon testauksessa – Laite, menetelmä ja yleiset tulokset." Tärkeä ero on, että se arvioi tulen leviämisen, kokonaislämpövuodon, huipputulon lämpövuodon ja kokonaissavuntuotannon. Nämä kaksi luokitusjärjestelmää eroavat merkittävästi. GB 31247-järjestelmä (B1-luokka) painottaa vähähalogeenisia ja vähäsavuisia ominaisuuksia, mikä tarkoittaa, että luokituksia ei ole suoraan vertailukelpoisia. Jopa ZA/ZB/ZC-järjestelmän "B"-luokka ei täytä B1-luokan vaatimuksia.

2. Syynä siihen, miksi B1-luokka ei ole saatavilla korkean jännitteen kaapeleille

2.1 Vähäsavuisen, korroosionkestävän materiaalin puute

Vähäsavuisen suorituskyvyn saavuttaminen vaatii yleensä bitumiä pintamaalia. Bitumiä pintamaalia ei kuitenkaan vastaa korroosionkestävyyden vaatimuksiin, ja sen käyttö on myös kielletty Euroopan standardeissa. Siksi vähäsavuisen suorituskyvyn vaatimus ei voida täyttää. Korkean jännitteen sähkökaapeleissa käytetään metallista alumiiniharmaa bitumipohjaista rakkautta, joka tuottaa paljon savua palamisen aikana. Ulkomaille bitumiä pintamaalia tai nestemäistä kiilteliimeä yleensä käytetään, mutta tällainen rakenne ei ole valmistettu kotimaisten valmistajien toimesta eikä sitä ole käytetty missään insinöörimatkassa. Tämän vuoksi korkean jännitteen sähkökaapelien ulkoisen kuoren materiaalivalinta rajoittaa mahdollisuutta saavuttaa B1-luokan vaatima vähäsavuinen suorituskyky.

2.2 Isoluussuhteen lasku vähähalogeenisissa kaapeleissa

Korkean ja keskijännitteen sähkökaapelin välillä on merkittävä ero ulkoisen kuoren materiaalin valinnassa. Korkean virtakapasiteetin, korkean ylivirtauksen ja korkean jännitteen kaapelin yksiytimisen suunnittelun vuoksi ulkoisen kuoren on oltava erinomainen isoluussuhteessa turvallisuussyistä. Siksi korkean jännitteen kaapelien ulkoisen kuoren on oltava "isoluusluokkaa", kun taas keskijännitteen kaapeleissa käytetään "kuoriluokkaa" materiaalia.

Kuitenkin vähäsavuiset, halogeenittomat kuorimateriaalit sisältävät suuren määrän inorganisia palovastustavia aineita, mikä johtaa suhteellisen heikokseen isoluussuhteeseen kuorelle. Nykyinen kuorimateriaalin isoluussuoritus on seuraavassa järjestyksessä: PE ≥ Palovastustava PE ≥ PVC ≥ Vähäsavuinen, halogeeniton sarja. Siksi nykyiset korkean jännitteen kaapelistandardit, kuten GB/T 11017 ja GB/T 18890, eivät ole ottaneet vähäsavuisia, halogeenittomia kuorimateriaaleja käyttöön standardijärjestelmässään. Toisaalta, keskijännitteen kaapeleissa, joissa vaatimukset kuoren isoluussuorituskyvylle ovat vähemmän tiukat, vähäsavuiset, halogeenittomat kuorimateriaalit on jo otettu käyttöön standardijärjestelmässä.

Sähköverkkoyritykset ovat järjestäneet useita kaapelialan konferensseja, pääasiassa siksi, että kaksi tärkeää mittaria, ulkoisen kuoren imurataso saturaation ollessa ja isoluussuhteiden imurataso saturaation ollessa, ovat huonot.

Korkean jännitteen sähkökaapelien tunnelitila on vakava. Nykyisin korkean jännitteen kaapeleja ostetaan pääasiassa palovastustavina mallina. Nimeltään palovastustavat materiaalit ovat tavallisia kuorimateriaaleja, joihin on lisätty palovastustavia aineita, jotka antavat materiaaleille palovastustavat ominaisuudet. Yleisten kuorten palovastustava suorituskyky näkyy taulukossa 3.

Otetaan esimerkiksi PE-kuori, palovastustava PE on standardi PE-kuorimateriaali, johon on lisätty palovastustavia aineita. Palovastustavia aineita on jaettu inorgaanisiin ja orgaanisiin tyyppeihin. Nykyisin markkinoilla olevat tuotteet käyttävät pääasiassa inorgaanisia palovastustavia aineita, joista yleisiä ovat magneesioksidipohjaiset ja alumiinioksidipohjaiset materiaalit. Nämä materiaalit imevät helposti kosteutta ja reagoivat hydrataation kanssa normaaleissa olosuhteissa. Siksi kuorimateriaaleja tuotetaan yleensä välittömästi ostamisen jälkeen; muuten ne voivat imeä kosteutta, mikä johtaa epäpuhtauksiin, kuten tyhjiöihin puristuksen aikana. Vasta kun palovastustavat partikkelit on mikronisoitu, pinnallistettu ja paranneltu materiaalirenkaan yhteensopivuus, palovastustavat kuorimateriaalit voivat saavuttaa hyvän tuotantokyvyn.

Vedenpitävät kaapelit viittaavat yleensä täydelliseen, tiiviisti suljetun metallisen kuoren varustamiin kaapeliin. Jos plastikuorta käytetään vedenpitävänä kerroksena, kosteus voi kulkea kaapeliin muovin kautta. Kosteuden pääsy on suhteellisen hitaampi prosessi. Todellisessa kaapelitoiminnassa kuoren pinnan lämpötila voi nousta jopa 60°C:een, mikä nopeuttaa kosteuden pääsyä. Siksi uusissa komissionoituissa kaapelikuorissa isoluussuhteet yleensä täyttävät vaatimukset. Kuitenkin pitkä ajanjakso toiminnan jälkeen monet linjojen kuoren isoluussuhteet laskevat jyrkästi, ja tämä ongelma ilmenee yleensä muutamassa kuukaudessa tai noin vuoden kuluessa. Kun kuoren isoluussuhteet laskevat tiettyyn tasoon, laskunopeus hidastuu ja stabiloituu.

2.4 Huono rakoitusvastus vähähalogeenisissa kaapeleissa

Taulukossa 5 ST2 viittaa PVC:hen, ST7 PE:hen ja ST8 halogeenittomaan, vähäsavuiseen materiaaliin. Kuoren mekaanisista ominaisuuksista nähdään, että halogeenittoman, vähäsavuisen materiaalin vetovoima ja katkaisupituus ovat huomattavasti heikompia. Halogeenittomien, vähäsavuisten kaaplien asentamisella on tiukat vaatimukset, erityisesti pohjoisissa alueilla ulkona, koska nämä kuoret ovat alttiita rakoitukselle alhaisissa lämpötiloissa ja ne voivat jopa rakoittua toiminnan aikana. Monia samankaltaisia laadullisia tapahtumia on jo tapahtunut Kiinassa keski- ja alijännitteen kaapeleissa. Joissakin rakennushankkeissa käytetään halogeenittomia, vähäsavuisia kaapeleita talvella, osittain siksi, että työ tehdään sisätiloissa, joissa lämpötila on korkeampi.

Halogeenittomat, vähäsavuiset kaapelit käytetään pääasiassa sisätiloissa rakennuksissa ja tiheästi asutuissa alueissa, kuten asemilla, metrolinjoilla ja julkihyödykkeissä. Energiatunnelin sähkökompartmentti ei kuulu tiheästi asutulle alueelle.

3. Johtopäätös

Edellä mainitun analyysin perusteella halogeenittomat, vähäsavuiset materiaalit suorittelevat huonommin kuin nykyiset isoluusluokan palovastustavat kuorimateriaalit ja ovat alttiimpia ongelmiin. Siksi nykyiset korkean jännitteen kaapelistandardit, kuten GB/T 11017 ja GB/T 18890, eivät ole ottaneet halogeenittomia, vähäsavuisia kuorimateriaaleja käyttöön standardijärjestelmässään.

"Sähkö- ja optisessa kaapelissa esiintyvän palamisen käyttäytymisen luokittelu" GB 31247 vahvistaa palamisen käyttäytymisen hallintaa. Tämä on sopiva tiheästi asutuille alueille, kuten metroille ja nopeusraidoille, joissa on paljon syttyvää materiaalia, elämän ja omaisuuden turvallisuuden vuoksi. Nämä alueet käyttävät yleensä keski- tai alijännitteen kaapeleita, joiden sähkölliset vaatimukset eivät ole yhtä tiukat kuin korkean jännitteen kaapeleissa.

On erityisen tärkeää huomioida, että "Palonvastustavien tai palovastustavien sähkökaapelin, optikaapelin yleiset säännöt" GB/T 19666:n B-luokka ei vastaa "Sähkö- ja optisessa kaapelissa esiintyvän palamisen käyttäytymisen luokittelu" GB 31247:n B1-luokkaa. Nämä kaksi standardia ovat täysin erilaisia palosuorituskyvyn vaatimusten ja soveltamisalueiden suhteen. Niitä ei pidä käyttää vaihtoehtoisesti. Suositellaan korkean jännitteen kaapeleiden käyttöä, jotka täyttävät GB/T 19666:n B-luokan, eikä suositella korkean jännitteen kaapeleiden käyttöä, jotka täyttävät GB 31247:n B1- tai B2-luokan. Vaikka molemmat on merkitty "B":llä, ne kuuluvat eri standardijärjestelmiin, mikä johtaa täysin erilaisiin suorituskykytuloksiin. Korkean jännitteen kaapeleiden käyttö, jotka täyttävät GB 31247:n B1- tai B2-luokan, aiheuttaisi valtavia paineita rakennus- ja ylläpidon osastoille.

Ottaen huomioon tiukat palosuojausvaatimukset energiatunnelissa, palovastustavuuden luokituksen päivityksen jälkeen B-luokkaan:

• Johtojen tai suorassa maaperässä asennetuissa paikoissa, joissa palovastustavuus ei ole tarpeen, voidaan valita PE-kuoret (ilman palovastustavia lisäaineita, jotka tarjoavat vakaita isoluussuhteita).

• Tunnelissa asennettaville korkean jännitteen kaapeleille suositellaan PVC-kuoria (hylky on, että palamisen aikana vapautuu myrkyllisiä kaasuja; etuna on, että resepti parantaa vedenpitävyyttä, ja isoluussuhteet ovat vakaimmat verrattuna B-luokan palovastustaviin PE-kaapeliin).

Lisäksi suositellaan, että aloitetaan välittömästi yhteishankkeita kuorimateriaalien ja -rakenteiden tutkimiseksi, jotta ratkaistaan perustavanlaatuinen ristiriita isoluussuhteen ja palovastustavuuden välillä.