Considérations et recommandations pour le choix des retardateurs de flamme des câbles haute tension
1. Normes de Classification des Câbles Rétardateurs de Flamme
Le système de normes retardateurs de flamme est divisé en deux catégories principales. La première catégorie suit la "Classification du Comportement au Feu des Câbles Électriques et Fibres Optiques" GB 31247. Les câbles conformes à ce système de normes sont largement utilisés dans des zones densément peuplées comme les lignes à grande vitesse et le métro. Cette norme impose des exigences strictes sur des paramètres tels que la densité de fumée, la libération de chaleur et la production totale de fumée, et les câbles utilisent généralement des matériaux à faible fumée et sans halogène.
La seconde catégorie est la "Règles Générales pour les Fils, Câbles Électriques ou Fibres Optiques Rétardateurs de Flamme ou Résistants au Feu" GB/T 19666. Avant l'introduction de la GB 31247, cette norme était largement appliquée dans tous types d'installations en Chine. Le système GB/T 19666 spécifie également des valeurs pour des paramètres tels que la densité de fumée, et lors des appels d'offres, des préfixes supplémentaires sont souvent spécifiés, tels que WD (à faible fumée, sans halogène). Les normes de test correspondantes pour les classements de résistance au feu des câbles sont présentées dans le tableau ci-dessous :
Norme de Classification pour l'Item 1 : La norme "Règles Générales pour les Fils, Câbles Électriques ou Fibres Optiques Rétardateurs de Flamme ou Résistants au Feu" GB/T 19666 utilise les classifications ZA, ZB, ZC familières aux instituts de conception de puissance. Cependant, sa méthode de test référencée, "Essai de propagation verticale de la flamme pour les fils ou câbles en faisceau sous conditions de feu – Partie 3 : Méthodes d'essai pour les fils ou câbles en faisceau" GB 18380.3-2001, a été retirée. Cette norme de test était basée sur l'IEC 60332-3-25:2000, "Essais sur les câbles électriques et fibres optiques sous conditions de feu – Partie 3-25 : Essai de propagation verticale de la flamme pour les câbles en faisceau montés verticalement – Catégorie D."
Norme de Classification pour l'Item 2 : La norme "Câbles Rétardateurs de Flamme et Résistants au Feu – Partie 1 : Câbles Rétardateurs de Flamme" GA 306.1-2007, classe les câbles selon les méthodes de test mises à jour GB 18380.31~36-2008, qui ont remplacé la GB 18380.3-2001. Sa principale distinction est l'inclusion de critères supplémentaires tels que la toxicité de la fumée (GB 20285), la transmission de la lumière et la résistance à la corrosion, subdivisant davantage les classes A, B et C en cinq grades distincts.
Norme de Classification pour l'Item 3 : La "Classification du Comportement au Feu des Câbles Électriques et Fibres Optiques" GB 31247 est la norme la plus récente. Sa méthode de test correspondante est "Caractéristiques de propagation de la flamme, de libération de chaleur et de production de fumée des câbles ou fibres optiques sous conditions de feu" GB 31248, qui fait référence à l'EN 50399:2011, "Méthodes d'essai communes pour les câbles sous conditions de feu – Procédures de mesure de la libération de chaleur et de la production de fumée pour l'essai de propagation verticale de la flamme de fils et câbles en faisceau – Appareil, procédure et résultats généraux." La principale différence est qu'elle évalue la propagation de la flamme, la libération totale de chaleur, le taux de libération de chaleur maximale et la production totale de fumée. Les critères entre ces deux systèmes de classification diffèrent considérablement. Le système GB 31247 (classe B1) met l'accent sur les caractéristiques à faible halogène et à faible fumée, signifiant que les classifications ne sont pas directement équivalentes. Même la classe "B" dans le système ZA/ZB/ZC ne répond pas aux exigences de la classe B1.
2. Raisons Pour Lesquelles la Classe B1 n'est Pas Disponible pour les Câbles Haute Tension
2.1 Manque de Matériaux à Faible Fumée et Résistants à la Corrosion
L'obtention d'une performance à faible fumée nécessite généralement l'utilisation de peinture bitumineuse. Cependant, la peinture bitumineuse ne répond pas aux exigences de résistance à la corrosion, et son utilisation est également interdite par les normes européennes. Par conséquent, le critère de performance à faible fumée ne peut pas être atteint. Les câbles de puissance haute tension utilisent une gaine en aluminium métallique avec une structure anti-corrosion bitumineuse, qui génère une fumée importante lors de la combustion. À l'étranger, on utilise généralement de la peinture bitumineuse ou un adhésif thermofusible, mais cette structure n'a été ni fabriquée par aucun fabricant national ni utilisée dans aucun projet d'ingénierie. Par conséquent, le domaine des matériaux pour les gaines extérieures des câbles haute tension restreint la capacité à atteindre la performance à faible fumée requise pour la classe B1.
2.2 Réduction de la Résistance Isolante des Câbles à Faible Halogène
Une différence significative entre les câbles de puissance haute et moyenne tension réside dans le choix du matériau de la gaine extérieure. En raison de la forte capacité de courant, de la surtension élevée et de la conception mononoyau des câbles haute tension, la gaine extérieure doit avoir d'excellentes propriétés isolantes pour la sécurité opérationnelle. Par conséquent, la gaine extérieure des câbles haute tension est spécifiée comme étant "de grade isolant", tandis que les câbles moyenne tension utilisent un matériau "de grade de gaine".
Cependant, les composés de gaine à faible fumée et sans halogène contiennent de grandes quantités de retardateurs de flamme inorganiques, ce qui entraîne une résistance isolante relativement faible pour la gaine. La performance isolante actuelle des matériaux de gaine suit l'ordre : PE ≥ PE retardateur de flamme ≥ PVC ≥ série sans halogène à faible fumée. En raison de cela, les normes actuelles de câbles haute tension telles que la GB/T 11017 et la GB/T 18890 n'ont pas intégré les composés de gaine sans halogène à faible fumée dans leurs systèmes de normes. En revanche, pour les câbles moyenne tension, où les exigences de performance isolante de la gaine sont moins strictes, les composés de gaine sans halogène à faible fumée ont déjà été inclus dans le système de normes.
Les entreprises de réseau électrique ont organisé de nombreuses conférences de l'industrie des câbles, principalement en raison de la mauvaise performance de deux indicateurs clés : le taux d'absorption d'eau des gaines extérieures sous conditions d'absorption d'eau saturée et la résistivité isolante sous conditions d'absorption d'eau saturée.
La situation de prévention incendie dans les tunnels de câbles haute tension est grave. Actuellement, les câbles haute tension sont principalement achetés en modèles retardateurs de flamme. Comme leur nom l'indique, les matériaux retardateurs de flamme sont des matériaux de gaine conventionnels auxquels des formulations telles que des retardateurs de flamme ont été ajoutées, dotant les matériaux de propriétés retardatrices de flamme. La performance retardatrice de flamme des gaines courantes est présentée dans le Tableau 3.
En prenant un exemple de gaine en PE, le PE retardateur de flamme est un matériau de gaine en PE standard auquel des retardateurs de flamme ont été ajoutés. Les retardateurs de flamme sont divisés en types inorganiques et organiques. Actuellement, la plupart des produits sur le marché utilisent principalement des retardateurs de flamme inorganiques, avec des types courants comprenant l'oxyde de magnésium et l'oxyde d'aluminium. Ces matériaux absorbent facilement l'humidité et subissent des réactions d'hydratation dans des conditions normales. Par conséquent, les matériaux de gaine sont généralement mis en production immédiatement après l'achat ; sinon, l'absorption d'humidité peut facilement se produire, conduisant à des défauts tels que des vides lors de l'extrusion. Seulement après que les particules de retardateur de flamme aient été micronisées, modifiées en surface et que la compatibilité des matériaux ait été améliorée, les composés de gaine retardateurs de flamme peuvent atteindre une bonne aptitude au traitement.
Les câbles étanches à l'eau se réfèrent généralement aux câbles avec une gaine métallique complète et scellée. Si une gaine en plastique est utilisée comme couche étanche, l'eau peut pénétrer dans le câble à travers le plastique. L'infiltration d'eau est un processus relativement lent. Pendant l'exploitation réelle du câble, la température de surface de la gaine peut atteindre jusqu'à 60°C, accélérant l'infiltration d'eau. Par conséquent, pour les gaines de câbles nouvellement mises en service, la résistance isolante répond généralement aux exigences. Cependant, après une période d'exploitation, la résistance isolante de la gaine de nombreuses lignes diminue fortement, et ce problème est généralement découvert dans les quelques mois à un an. Une fois que la résistance isolante de la gaine diminue à un certain niveau, le taux de diminution tend à se stabiliser et à ralentir.
2.4 Faible Résistance à la Craquelure des Câbles à Faible Halogène
Dans le Tableau 5, ST2 fait référence au PVC, ST7 au PE et ST8 au matériau sans halogène à faible fumée. Du point de vue des propriétés mécaniques de la gaine, la résistance à la traction et l'allongement à la rupture des matériaux sans halogène à faible fumée sont nettement inférieurs. L'installation des câbles sans halogène à faible fumée présente des exigences strictes, en particulier dans les régions nordiques en extérieur, car ces gaines sont sujettes à la fissuration à basse température et peuvent même se fissurer pendant l'exploitation. De nombreux incidents de qualité similaires se sont déjà produits avec des câbles moyenne et basse tension en Chine. Certains projets de construction utilisent des câbles sans halogène à faible fumée pendant l'hiver, en partie parce que le travail est effectué à l'intérieur où les températures sont plus élevées.
Les câbles sans halogène à faible fumée sont principalement utilisés à l'intérieur des bâtiments et dans des zones densément peuplées telles que les gares, le métro et les bâtiments publics. Le compartiment de puissance d'un tunnel de services ne relève pas d'une zone densément peuplée.
3 Conclusion
Sur la base de l'analyse ci-dessus, les matériaux sans halogène à faible fumée se comportent moins bien que les matériaux de gaine retardateurs de flamme de grade isolant actuels et sont plus susceptibles de poser des problèmes. Pour cette raison, les normes actuelles de câbles haute tension telles que la GB/T 11017 et la GB/T 18890 n'ont pas intégré les matériaux de gaine sans halogène à faible fumée dans leurs systèmes de normes.
La "Classification du Comportement au Feu des Câbles Électriques et Fibres Optiques" GB 31247 renforce le contrôle du comportement au feu. Ceci est approprié pour des zones densément peuplées comme les gares de métro et les lignes à grande vitesse, où il y a beaucoup de matériaux combustibles, en raison des considérations de sécurité pour la vie et les biens. La plupart des câbles utilisés dans ces zones sont moyenne ou basse tension, pour lesquels les exigences de performance électrique ne sont pas aussi strictes que pour les câbles haute tension.
Il est particulièrement important de noter que la classe B dans les "Règles Générales pour les Fils, Câbles Électriques ou Fibres Optiques Rétardateurs de Flamme ou Résistants au Feu" GB/T 19666 n'est pas équivalente à la classe B1 dans la "Classification du Comportement au Feu des Câbles Électriques et Fibres Optiques" GB 31247. Les deux normes ont des critères de performance au feu complètement différents et des domaines d'application prévus. Elles ne doivent pas être utilisées de manière interchangeable. Il est recommandé d'utiliser des câbles haute tension répondant à la classe B de la GB/T 19666, et non recommandé d'utiliser des câbles haute tension répondant à la classe B1 ou B2 de la GB 31247. Bien que les deux soient étiquetés "B", ils appartiennent à des systèmes de normes différents, entraînant des résultats de performance complètement différents. L'utilisation de câbles haute tension répondant à la classe B1 ou B2 de la GB 31247 mettrait une pression énorme sur les départements de construction et de maintenance.
Étant donné les exigences strictes de protection incendie dans les tunnels de puissance, après la mise à niveau de la classe de retardation de flamme à la classe B :
Pour les conduits ou les installations enterrées directes où la retardation de flamme n'est pas requise, des gaines extérieures en PE (sans additifs retardateurs de flamme, offrant une résistance isolante stable) peuvent être sélectionnées.
Pour les câbles haute tension installés dans les tunnels, des gaines extérieures en PVC sont recommandées (l'inconvénient est la libération de gaz toxiques lors de la combustion ; l'avantage est que la formulation peut améliorer la résistance à l'eau, et la résistance isolante est plus stable comparée aux câbles en PE retardateur de flamme de classe B).
De plus, il est recommandé de lancer rapidement des recherches conjointes sur les matériaux et structures de gaine pour résoudre fondamentalement le conflit entre la résistance isolante et la retardation de flamme.
