Consideracións e recomendacións para a selección de retardantes de chama en cables de alta tensión
1. Normas de clasificación de cables retardantes ao lume
O sistema de normas retardantes ao lume divide-se en dúas categorías principais. A primeira categoría segue a "Clasificación do comportamento ao lume para cables eléctricos e de fibra óptica" GB 31247. Os cables que cumpriron este sistema de normas son amplamente utilizados en áreas densamente povoadas como ferrocarrís de alta velocidade e metros. Esta norma impón requisitos estritos sobre parámetros como a densidade de fumo, a liberación de calor e a produción total de fumo, e os cables xeralmente usan materiais de baixo fumo e libres de halóxenos.
A segunda categoría é a "Regras xerais para cables eléctricos ou de fibra óptica retardantes ao lume ou resistentes ao fogo" GB/T 19666. Antes da introdución de GB 31247, esta norma foi ampliamente aplicada en todo tipo de instalacións en China. O sistema GB/T 19666 tamén especifica valores para parámetros como a densidade de fumo, e durante as licitacións, adoitan especificarse prefixos adicionais, como WD (baixo fumo, libre de halóxenos). As normas de proba correspondentes para as clasificacións de resistencia ao lume dos cables móstranse na táboa a continuación:
Norma de clasificación para o punto 1: A norma "Regras xerais para cables eléctricos ou de fibra óptica retardantes ao lume ou resistentes ao fogo" GB/T 19666 usa as familiares clasificacións ZA, ZB, ZC coñecidas polos institutos de deseño de enerxía. No entanto, o seu método de proba referenciado, "Proba de propagación vertical do lume para agrupamentos de cables ou cables" GB 18380.3-2001, foi retirado. Esta norma de proba baseouse na IEC 60332-3-25:2000, "Ensayos de cables eléctricos e de fibra óptica en condicións de incendio – Parte 3-25: Ensayo de propagación vertical do lume para cables agrupados montados verticalmente – Categoría D."
Norma de clasificación para o punto 2: A norma "Cables retardantes ao lume e resistentes ao fogo – Parte 1: Cables retardantes ao lume" GA 306.1-2007, clasifica os cables segundo os métodos de proba actualizados GB 18380.31~36-2008, que substituíron o GB 18380.3-2001. A súa principal distinción é a inclusión de criterios adicionais como toxicidade do fumo (GB 20285), transmisión de luz e resistencia á corrosión, subdividindo as clases A, B e C en cinco graos distintos.
Norma de clasificación para o punto 3: A "Clasificación do comportamento ao lume para cables eléctricos e de fibra óptica" GB 31247 é a norma máis recente. O seu método de proba correspondente é "Características de propagación do lume, liberación de calor e produción de fumo de cables ou cables de fibra óptica en condicións de incendio" GB 31248, que referencia a EN 50399:2011, "Métodos de proba comúns para cables en condicións de incendio – Procedimientos de medida da liberación de calor e produción de fumo para a proba de propagación vertical do lume de agrupamentos de cables e cables – Aparatos, procedimentos e resultados xerais." A diferenza clave é que avalía a propagación do lume, a liberación total de calor, a taxa máxima de liberación de calor e a produción total de fumo. Os criterios entre estes dous sistemas de clasificación difiren significativamente. O sistema GB 31247 (clase B1) enfatiza as características de baixo halóxeno e baixo fumo, o que significa que as clasificacións non son directamente equivalentes. Incluso a clase "B" dentro do sistema ZA/ZB/ZC non cumpre os requisitos da clase B1.
2. Razóns polas que a clase B1 non está dispoñible para cables de alta tensión
2.1 Falta de materiais de baixo fumo e resistentes á corrosión
Obter un rendemento de baixo fumo xeralmente require o uso de pintura betuminosa. No entanto, a pintura betuminosa non cumpre os requisitos de resistencia á corrosión, e o seu uso tamén está prohibido polas normas europeas. Polo tanto, non se pode cumprir o criterio de rendemento de baixo fumo. Os cables de alta tensión usan un revestimento metálico de aluminio con unha estrutura antiferrugín betuminosa, que xera unha cantidade significativa de fumo durante a combustión. Mentres que no estranxeiro, xeralmente úsanse pintura betuminosa ou adhesivo termofusible, esta estrutura non foi fabricada por ningún fabricante nacional nin usada en ningunha obra de enxeñaría. Como consecuencia, o campo de materiais para os revestimentos externos dos cables de alta tensión restrinxe a capacidade de lograr o rendemento de baixo fumo necesario para a clase B1.
2.2 Redución da resistencia aislante en cables de baixo halóxeno
Unha diferenza significativa entre os cables de alta tensión e os de media tensión está na elección do material do revestimento externo. Debido á alta capacidade de corrente, alta sobretensión e diseña de cable mononucleado dos cables de alta tensión, o revestimento externo debe ter excelentes propiedades aislantes para a seguridade operativa. Polo tanto, o revestimento externo dos cables de alta tensión está especificado como "de grado aislante", mentres que os cables de media tensión usan material "de grado de revestimento".
No entanto, os compósitos de revestimento de baixo fumo e libres de halóxenos contén grandes cantidades de retardantes de flama inorgánicos, que resultan nunha resistencia aislante relativamente pobre para o revestimento. O desempeño aislante actual do material de revestimento segue a orde: PE ≥ PE retardante ao lume ≥ PVC ≥ serie de baixo fumo e libre de halóxenos. Debido a isto, as actuais normas de cables de alta tensión como GB/T 11017 e GB/T 18890 non incorporaron compósitos de revestimento de baixo fumo e libres de halóxenos nos seus sistemas de normas. En contraste, para os cables de media tensión, onde os requisitos de desempeño aislante do revestimento son menos estritos, os compósitos de revestimento de baixo fumo e libres de halóxenos xa foron incluídos no sistema de normas.
As compañías de rede eléctrica organizaron múltiples conferencias da industria de cables, principalmente debido ao mal desempeño de dous indicadores clave: a taxa de absorción de auga dos revestimentos externos en condicións de absorción saturada e a resistencia aislante en condicións de absorción saturada.
A situación de prevención de incendios nas túneles de cables de alta tensión é grave. Actualmente, os cables de alta tensión son adquiridos principalmente en modelos retardantes ao lume. Como o nome indica, os materiais retardantes ao lume son materiais de revestimento convencionais con formulacións adicionadas como retardantes de flama, dotando aos materiais de propiedades retardantes ao lume. O desempeño retardante ao lume dos revestimentos comúns móstrase na Táboa 3.
Tomando como exemplo un revestimento de PE, o PE retardante ao lume é o material de revestimento de PE estándar con retardantes de flama adicionados. Os retardantes de flama divídense en orgánicos e inorgánicos. Actualmente, a maioría dos produtos no mercado usan principalmente retardantes inorgánicos, con tipos comúns como óxido de magnesio e óxido de aluminio. Estes materiais absorben facilmente humidade e sofren reaccións de hidratación en condicións normais. Polo tanto, os materiais de revestimento xeralmente entran en produción inmediatamente após a adquisición; caso contrario, a absorción de humidade pode ocorrer facilmente, levando a defectos como vacíos durante a extrusión. Só despois de que as partículas de retardante de flama son micronizadas, sometidas a modificación de superficie e mellorada a compatibilidade do material, os compósitos de revestimento retardante ao lume poden lograr boa procesabilidade.
Os cables impermeables xeralmente refírense a cables con un revestimento metálico completo e hermético. Se se usa un revestimento de plástico como capa impermeable, a humidade pode penetrar no cable a través do plástico. A entrada de humidade é un proceso relativamente lento. Durante a operación real do cable, a temperatura da superficie do revestimento pode chegar ata 60°C, acelerando a penetración de humidade. Polo tanto, para os revestimentos de cables recém-comisionados, a resistencia aislante xeralmente cumpre os requisitos. No entanto, despois dun período de operación, a resistencia aislante do revestimento de moitas liñas diminúe drasticamente, e este problema xeralmente descubrese dentro de varios meses a aproximadamente un ano. Unha vez que a resistencia aislante do revestimento diminúe a certo nivel, a taxa de diminución tende a estabilizarse e a ralentizarse.
2.4 Baixa resistencia a fisuras en cables de baixo halóxeno
Na Táboa 5, ST2 refírese a PVC, ST7 a PE e ST8 a material de baixo fumo e libre de halóxenos. Desde o punto de vista das propiedades mecánicas do revestimento, a resistencia á tracción e a elongación ao romperse dos materiais de baixo fumo e libres de halóxenos son significativamente inferiores. A instalación de cables de baixo fumo e libres de halóxenos ten requisitos estritos, especialmente en áreas exteriores no norte, porque estes revestimentos son propensos a fisurar a bajas temperaturas e incluso poden desenvolver fisuras durante a operación. Han ocorrido numerosos incidentes de calidade similares con cables de media e baixa tensión en China. Algúns proxectos de construción usan cables de baixo fumo e libres de halóxenos durante o inverno, parcialmente porque o traballo se realiza en interiores onde as temperaturas son máis altas.
Os cables de baixo fumo e libres de halóxenos usanse principalmente en interiores de edificios e en áreas densamente povoadas como estacións, metros e edificios públicos. O compartimento de enerxía dun túnel de utilidades non pertence a unha área densamente poboada.
3 Conclusión
Baseándose na análise anterior, os materiais de baixo fumo e libres de halóxenos teñen un peor desempeño que os actuais materiais de revestimento retardantes ao lume de grado aislante e son máis propensos a problemas. Por iso, as actuais normas de cables de alta tensión como GB/T 11017 e GB/T 18890 non incorporaron materiais de revestimento de baixo fumo e libres de halóxenos nos seus sistemas de normas.
A "Clasificación do comportamento ao lume para cables eléctricos e de fibra óptica" GB 31247 fortalece o control do comportamento ao lume. Isto é apropiado para áreas densamente povoadas como estacións de metro e ferrocarrís de alta velocidade, onde hai moitos materiais combustibles, debido a consideracións de seguridade para a vida e a propiedade. A maioría dos cables usados nestas áreas son de media ou baixa tensión, para as que os requisitos de rendemento eléctrico non son tan estritos como para os cables de alta tensión.
É particularmente importante notar que a clasificación B na "Regras xerais para cables eléctricos ou de fibra óptica retardantes ao lume ou resistentes ao fogo" GB/T 19666 non é equivalente á clasificación B1 na "Clasificación do comportamento ao lume para cables eléctricos e de fibra óptica" GB 31247. As dúas normas teñen criterios de rendemento ao lume completamente diferentes e áreas de aplicación intencionadas. Non deben usarse indistintamente. Recoméndase usar cables de alta tensión que cumplan a clasificación B de GB/T 19666, e non se recomenda usar cables de alta tensión que cumplan as clasificacións B1 ou B2 de GB 31247. Aínda que ambos están etiquetados como "B", pertencen a sistemas de normas diferentes, resultando en resultados de desempeño completamente diferentes. Usar cables de alta tensión que cumplan as clasificacións B1 ou B2 de GB 31247 colocaría unha presión enorme sobre os departamentos de construción e operación e mantemento.
Dado os estritos requisitos de protección contra incendios nos túneis de enerxía, despois de actualizar a clasificación retardante ao lume á clase B:
Para tubos ou instalacións de enterrado directo onde non se require retardancia ao lume, pódense seleccionar revestimentos externos de PE (sen aditivos retardantes ao lume, proporcionando resistencia aislante estable).
Para cables de alta tensión instalados en túneis, recoméndanse revestimentos externos de PVC (a desvantaxe é a emisión de gases tóxicos durante a combustión; a vantaxe é que a formulación pode mellorar a resistencia á auga, e a resistencia aislante é máis estable comparada cos cables de PE retardante ao lume de clase B).
Ademais, recoméndase iniciar prontamente unha investigación xunta sobre materiais e estruturas de revestimento para resolver fundamentalmente o conflicto entre resistencia aislante e retardancia ao lume.
