Pagsusuri at Rekomendasyon para sa Paggamit ng Flame-Retardant sa Mataas na Voltaheng Kable
1. Pagsasaklasipiko ng Pamantayan para sa Cable na Nakapagpapahinto sa Apoy
Ang sistema ng pamantayan para sa pagpapahinto ng apoy ay nahahati sa dalawang pangunahing kategorya. Ang unang kategorya ay sumusunod sa "Pagsasaklasipiko ng Pagkakataon ng Pagbabaso para sa Mga Kable ng Elektrisidad at Fiber Optic" GB 31247. Ang mga kable na sumusunod sa sistemang pamantayan na ito ay malawakang ginagamit sa mga lugar na may mataas na populasyon tulad ng high-speed railways at subways. Ang pamantayan na ito ay naglalayong mahigpit na mga parameter tulad ng density ng usok, paglabas ng init, at kabuuang produksyon ng usok, at ang mga kable karaniwang gumagamit ng materyales na mababang usok at walang halogen.
Ang ikalawang kategorya ay ang "Pangkalahatang mga Patakaran para sa Flame-Retardant o Fire-Resistant Electric Wires, Cables, o Optical Cables" GB/T 19666. Bago ipakilala ang GB 31247, ang pamantayan na ito ay malawakang inilapat sa lahat ng uri ng pasilidad sa Tsina. Ang sistema ng GB/T 19666 ay nagsasaad din ng mga halaga para sa mga parameter tulad ng density ng usok, at sa bidding, madalas na isinasama ang mga dagdag na prefix tulad ng WD (mababang usok, walang halogen). Ang mga kaugnay na pamantayan ng pagsusulit para sa ratings ng flame-retardant ng kable ay ipinapakita sa talahanayan sa ibaba:
Pagsasaklasipiko ng Pamantayan para sa Item 1: Ang pamantayan "Pangkalahatang mga Patakaran para sa Flame-Retardant o Fire-Resistant Electric Wires, Cables, o Optical Cables" GB/T 19666 ay gumagamit ng kilalang ZA, ZB, ZC na mga klasipikasyon na alam ng mga instituto ng disenyo ng kapangyarihan. Gayunpaman, ang kanilang tinutukoy na pamamaraan ng pagsusulit, "Test on the vertical flame propagation for bunched wires or cables under fire conditions – Part 3: Test methods for bunched wires or cables" GB 18380.3-2001, ay na-withdraw. Ang pamantayan ng pagsusulit na ito ay batay sa IEC 60332-3-25:2000, "Tests on electric and optical fibre cables under fire conditions – Part 3-25: Test for vertical flame spread of vertically-mounted bunched cables – Category D."
Pagsasaklasipiko ng Pamantayan para sa Item 2: Ang pamantayan "Flame-retardant and Fire-resistant Cables – Part 1: Flame-retardant Cables" GA 306.1-2007, ay nakaklase ng mga kable batay sa bagong pamamaraan ng pagsusulit GB 18380.31~36-2008, na nagsalungat ng GB 18380.3-2001. Ang pangunahing distinksiyon nito ay ang pagdaragdag ng karagdagang mga kriterya tulad ng toxicidad ng usok (GB 20285), transparensya ng liwanag, at resistensya sa corrosion, na lalo pa nang hinihiwalay ang A, B, at C classes sa limang iba't ibang grade.
Pagsasaklasipiko ng Pamantayan para sa Item 3: Ang "Pagsasaklasipiko ng Pagkakataon ng Pagbabaso para sa Mga Kable ng Elektrisidad at Fiber Optic" GB 31247 ay ang pinakabagong pamantayan. Ang nagsasalubong na pamamaraan ng pagsusulit nito ay "Flame spread, heat release and smoke production characteristics of cables or optical fiber cables in fire conditions" GB 31248, na tumutukoy sa EN 50399:2011, "Common test methods for cables under fire conditions – Measurement procedures of heat release and smoke production for the test of vertical flame spread of bunched wires and cables – Apparatus, procedure and general results." Ang pangunahing pagkakaiba ay ang pagtatasa nito ng pagkalat ng apoy, kabuuang paglabas ng init, peak heat release rate, at kabuuang produksyon ng usok. Ang mga kriteryo sa pagitan ng dalawang sistemang ito ay lubhang magkaiba. Ang sistema ng GB 31247 (B1 class) ay nagbibigay-diin sa mababang halogen at mababang usok na katangian, kaya ang mga klasipikasyon ay hindi direktang katumbas. Kahit ang "B" class sa loob ng ZA/ZB/ZC system ay hindi nasasaklaw sa mga pangangailangan ng B1 class.
2. Mga Dahilan Kung Bakit Hindi Magagamit ang B1 Class para sa Mga High-Voltage Cables
2.1 Kakulangan ng Mga Materyal na Mababang Usok at Resistant sa Corrosion
Ang pagkamit ng mababang performance ng usok ay karaniwang nangangailangan ng bituminous paint. Gayunpaman, ang bituminous paint ay hindi sumasapat sa mga requirement ng corrosion resistance, at ang paggamit nito ay ipinagbabawal din ng mga pamantayan ng Europa. Kaya, ang criterion ng mababang usok ay hindi masasatisfy. Ang mga high-voltage power cables ay gumagamit ng metal na aluminum sheath na may bituminous anti-corrosion structure, na nagpapalabas ng malaking usok sa panahon ng pagbabaso. Habang sa abroad, ang bituminous paint o hot-melt adhesive ay karaniwang ginagamit, ang struktura na ito ay hindi pa nilikha ng anumang lokal na manunulat at hindi rin ginagamit sa anumang proyekto ng engineering. Bilang resulta, ang field ng materyal para sa outer sheaths ng high-voltage power cable ay nagpapahintulot sa kakulangan ng kakayahan na makamit ang mababang performance ng usok na kinakailangan para sa B1 class.
2.2 Pagbaba ng Insulation Resistance sa Mga Low-Halogen Cables
Ang isang malaking pagkakaiba sa pagitan ng high-voltage at medium-voltage power cables ay ang pagpili ng materyal ng outer sheath. Dahil sa mataas na current capacity, mataas na overvoltage, at single-core design ng high-voltage cables, ang outer sheath ay kailangang may mahusay na insulation properties para sa operational safety. Kaya, ang outer sheath ng high-voltage cables ay tinitukoy bilang "insulation-grade," habang ang medium-voltage cables ay gumagamit ng "sheath-grade" materyal.
Gayunpaman, ang low-smoke, halogen-free sheathing compounds ay naglalaman ng malaking halaga ng inorganic flame retardants, na nagresulta sa mas mahirap na insulation resistance para sa sheath. Ang kasalukuyang pagganap ng sheath material insulation ay sumusunod sa order: PE ≥ Flame-retardant PE ≥ PVC ≥ Low-smoke, halogen-free series. Dahil dito, ang kasalukuyang mga pamantayan ng high-voltage cable tulad ng GB/T 11017 at GB/T 18890 ay hindi pa nagsama ng low-smoke, halogen-free sheathing compounds sa kanilang sistema ng pamantayan. Sa kabilang banda, para sa medium-voltage cables, kung saan ang mga requirement para sa sheath insulation performance ay mas mababa, ang low-smoke, halogen-free sheathing compounds ay nagsama na sa sistema ng pamantayan.
Ang mga kompanya ng power grid ay nag-organisa ng maraming cable industry conferences, pangunahin dahil sa mahirap na performance ng dalawang pangunahing indicator: ang water absorption rate ng outer sheaths sa ilalim ng saturated water absorption condition at ang insulation resistivity sa ilalim ng saturated water absorption condition.
Ang sitwasyon ng fire prevention sa high-voltage power cable tunnels ay mahigpit. Kasalukuyan, ang mga high-voltage cables ay pangunahing binibili sa mga modelo ng flame-retardant. Bilang ipinahihiwatig ng pangalan, ang flame-retardant materials ay regular na sheath materials na may idinagdag na formulation tulad ng flame retardants, na nagbibigay ng materyales ng flame-retardant properties. Ang flame-retardant performance ng common sheaths ay ipinapakita sa Table 3.
Sa halimbawa ng PE sheath, ang flame-retardant PE ay standard PE sheathing material na may idinagdag na flame retardants. Ang flame retardants ay nahahati sa inorganic at organic types. Kasalukuyan, ang karamihan sa mga produkto sa merkado ay pangunahing gumagamit ng inorganic flame retardants, na may karaniwang uri ng magnesium oxide at aluminum oxide. Ang mga materyales na ito ay madaling sumipsip ng tubig at sumailalim sa hydration reactions sa normal na kondisyon. Kaya, ang sheathing materials ay karaniwang inilalagay sa produksyon agad pagkatapos ng procurement; kung hindi, ang sipsip ng tubig ay maaaring mangyari, na nagdudulot ng mga defect tulad ng voids sa panahon ng extrusion. Tanging pagkatapos ng flame retardant particles ay micronized, sumailalim sa surface modification, at pinataas ang compatibility ng materyal, ang flame-retardant sheathing compounds ay makakamit ng mahusay na processability.
Ang waterproof cables ay karaniwang tumutukoy sa mga kable na may buong, sealed metallic sheath. Kung ang plastic sheath ay ginagamit bilang waterproof layer, ang tubig ay maaaring lumusob sa kable sa pamamagitan ng plastic. Ang pagpasok ng tubig ay isang mabagal na proseso. Sa aktwal na operasyon ng kable, ang temperatura ng sheath surface maaaring umabot hanggang 60°C, na nagpapabilis ng pagpasok ng tubig. Kaya, para sa bagong commissioned cable sheaths, ang insulation resistance karaniwang sumasapat sa mga requirement. Ngunit, pagkatapos ng isang panahon ng operasyon, ang sheath insulation resistance ng maraming lines ay bumababa nang malaki, at ang isyu na ito ay karaniwang natutuklasan sa loob ng ilang buwan hanggang sa isang taon. Kapag ang sheath insulation resistance ay bumaba sa tiyak na lebel, ang bilis ng pagbaba ay tiyak na matitinuan at mabagal.
2.4 Mahinang Crack Resistance ng Low-Halogen Cables
Sa Table 5, ang ST2 tumutukoy sa PVC, ang ST7 sa PE, at ang ST8 sa halogen-free, low-smoke material. Mula sa perspektibo ng mechanical properties ng sheath, ang tensile strength at elongation at break ng halogen-free, low-smoke materials ay lubhang mahina. Ang pag-install ng halogen-free, low-smoke cables ay may mahigpit na requirements, lalo na sa mga outdoor areas sa hilagang bahagi, dahil ang mga sheath na ito ay madaling bumawi sa mababang temperatura at maaaring bumawi pa sa panahon ng operasyon. Maraming katulad na insidente ng kalidad na nangyari na sa mga medium- at low-voltage cables sa Tsina. Ang ilang mga proyekto ng konstruksyon ay gumagamit ng halogen-free, low-smoke cables sa panahon ng winter, bahagi ng dahil ang trabaho ay ginagawa sa indoor kung saan ang temperatura ay mas mataas.
Ang halogen-free, low-smoke cables ay pangunahing ginagamit sa indoor sa mga gusali at mga lugar na may mataas na populasyon tulad ng mga estasyon, subways, at mga pampublikong gusali. Ang power compartment ng utility tunnel ay hindi kabilang sa mga lugar na may mataas na populasyon.
3 Conclusion
Batay sa analisis na ito, ang halogen-free, low-smoke materials ay mas mahina sa pagganap kaysa sa kasalukuyang insulation-grade flame-retardant sheathing materials at mas prone sa mga problema. Dahil dito, ang kasalukuyang high-voltage cable standards tulad ng GB/T 11017 at GB/T 18890 ay hindi pa nagsama ng halogen-free, low-smoke sheathing materials sa kanilang sistema ng pamantayan.
Ang "Classification of Burning Behavior for Electric and Optical Fiber Cables" GB 31247 ay nagpapahigpit sa kontrol ng pagbabaso. Ito ay angkop para sa mga lugar na may mataas na populasyon tulad ng subways at high-speed rail stations, kung saan maraming combustible materials, dahil sa seguridad ng buhay at ari-arian. Ang karamihan sa mga kable na ginagamit sa mga lugar na ito ay medium- o low-voltage, kung saan ang mga electrical performance requirements ay hindi gaanong mahigpit kumpara sa high-voltage cables.
Partikular na mahalaga na tandaan na ang Class B rating sa "General Rules for Flame-Retardant or Fire-Resistant Electric Wires, Cables, or Optical Cables" GB/T 19666 ay hindi katumbas ng B1 rating sa "Classification of Burning Behavior for Electric and Optical Fiber Cables" GB 31247. Ang dalawang pamantayan ay may ganap na iba't ibang fire performance criteria at intended application areas. Hindi sila dapat gamitin interchangeably. Inirerekomenda ang paggamit ng high-voltage cables na sumusunod sa GB/T 19666 Class B, at hindi inirerekomenda ang paggamit ng high-voltage cables na sumusunod sa GB 31247 B1 o B2 ratings. Bagama't parehong labeled "B," sila ay nangangailangan ng iba't ibang sistema ng pamantayan, na nagreresulta sa ganap na iba't ibang performance outcomes. Ang paggamit ng high-voltage cables na sumusunod sa GB 31247 B1 o B2 ratings ay magdudulot ng napakalaking presyon sa construction at operation & maintenance departments.
Dahil sa mahigpit na fire protection requirements sa power tunnels, pagkatapos ng upgrade ng flame-retardant rating sa Class B:
Para sa conduits o direct burial installations kung saan hindi kinakailangan ng flame retardancy, maaaring pumili ng PE outer sheaths (na walang flame retardant additives, na nagbibigay ng stable insulation resistance).
Para sa high-voltage cables na iinstall sa tunnels, inirerekomenda ang PVC outer sheaths (ang disadvantage ay ang paglabas ng toxic gases sa panahon ng combustion; ang advantage ay ang formulasyon na maaaring palakasin ang water resistance, at ang insulation resistance ay mas stable kumpara sa Class B flame-retardant PE cables).
Kaya, inirerekomenda ang pag-initiate ng joint research sa sheath materials at structures upang mapagtanto ang konflikto sa pagitan ng insulation resistance at flame retardancy.
