Razmatranja i preporuke za odabir vatrogasne zaštite visokonaponskih kabela

1. Standardi klasifikacije vatroodornih kabela

Sustav standarda za vatroodorne kable dijeli se na dvije glavne kategorije. Prva kategorija slijedi "Klasifikacija ponašanja pri gorenju električnih i optičkih vlaknenih kabela" GB 31247. Kabeli koji su u skladu s ovim sustavom standarda široko se koriste u gusto naseljenim područjima poput visokobrzih željeznica i metra. Ovaj standard postavlja stroge zahtjeve za parametre poput gustoće dima, otpuštanja topline i ukupnog proizvodnje dima, a kabeli obično koriste materijale s niskom emisijom dima i bez halogena.

Druga kategorija je "Opći pravilnik o vatroodornim ili vatronestim električnim žicama, kablama ili optičkim kablama" GB/T 19666. Prije uvođenja GB 31247, ovaj standard široko se primjenjivao na sve vrste objekata u Kini. Sustav GB/T 19666 također specificira vrijednosti za parametre poput gustoće dima, a tijekom natječaja često se dodaju dodatni prefiksi, poput WD (niska emisija dima, bez halogena). Odgovarajući testni standardi za stupnjeve vatroodornosti kabela prikazani su u tablici ispod:

Standard klasifikacije stavka 1: Standard "Opći pravilnik o vatroodornim ili vatronestim električnim žicama, kablama ili optičkim kablama" GB/T 19666 koristi poznate klasifikacije ZA, ZB, ZC poznate institutima za projektiranje struje. Međutim, njegov referentni metod testiranja, "Testiranje vertikalne propagacije plamena za grupe žica ili kabela u uvjetima požara – Dio 3: Metode testiranja za grupe žica ili kabela" GB 18380.3-2001, bio je povučen. Taj testni standard temeljio se na IEC 60332-3-25:2000, "Testovi električnih i optičkih vlaknenih kabela u uvjetima požara – Dio 3-25: Test za vertikalnu širenje plamena vertikalno postavljenih grupa kabela – Kategorija D."

Standard klasifikacije stavka 2: Standard "Vatroodorni i vatronesti kabeli – Dio 1: Vatroodorni kabeli" GA 306.1-2007, klasificira kable prema ažuriranim metodama testiranja GB 18380.31~36-2008, koje su zamijenile GB 18380.3-2001. Njegova glavna razlika je uključivanje dodatnih kriterija poput toksičnosti dima (GB 20285), propusnosti svjetlosti i otpornosti na koroziju, dalje podijeljivši klase A, B i C na pet različitih stupnjeva.

Standard klasifikacije stavka 3: "Klasifikacija ponašanja pri gorenju električnih i optičkih vlaknenih kabela" GB 31247 je najnoviji standard. Njegov odgovarajući metod testiranja je "Karaktteristike širenja plamena, otpuštanja topline i proizvodnje dima kabela ili optičkih vlaknenih kabela u uvjetima požara" GB 31248, koji referencira EN 50399:2011, "Zajedničke metode testiranja kabela u uvjetima požara – Postupci mjerenja otpuštanja topline i proizvodnje dima za testiranje vertikalne širenje plamena grupa žica i kabela – Uređaji, postupci i općeniti rezultati." Ključna razlika je u tome što procjenjuje širenje plamena, ukupno otpuštanje topline, vrhunski brzina otpuštanja topline i ukupna proizvodnja dima. Kriteriji između ova dva sustava klasifikacije značajno se razlikuju. Sustav GB 31247 (klasa B1) naglašava karakteristike s niskim sadržajem halogena i niskom emisijom dima, što znači da klase nisu direktno ekvivalentne. Čak ni klasa "B" unutar sustava ZA/ZB/ZC ne ispunjava zahtjeve klase B1.

2. Razlozi zašto klasa B1 nije dostupna za visokonaponske kable

2.1 Nedostatak materijala s niskom emisijom dima i otpornosti na koroziju

Postizanje niske emisije dima obično zahtijeva korištenje asfaltne boje. Međutim, asfaltne boje ne ispunjavaju zahtjeve za otpornost na koroziju, a njihovo korištenje zabranjuju europski standardi. Stoga se kriterij niske emisije dima ne može ispuniti. Visokonaponski kabeli struje koriste metalni aluminijasti omot sa strukturom od asfaltne zaštite od korozije, koja generira značajnu količinu dima tijekom gorenja. Iako se u inozemstvu obično koriste asfaltne boje ili termoplastični lepljivi, ova struktura nije proizvedena nijednim domaćim proizvođačem niti se koristi u bilo kojem inženjerskom projektu. Stoga ograničenje materijala za vanjski omot visokonaponskih kabela ograničava mogućnost postizanja niske emisije dima potrebne za klasu B1.

2.2 Smanjenje otpora izolacije u kablama s niskim sadržajem halogena

Značajna razlika između visokonaponskih i srednjepresnih kabela struje leži u izboru materijala za vanjski omot. Zbog velike kapacitete struje, visokih preopterećenja i jednosječnog dizajna visokonaponskih kabela, vanjski omot mora imati izvrsne izolacijske osobine radi operativne sigurnosti. Stoga se vanjski omot visokonaponskih kabela specifičira kao "izolacijske klase", dok srednjepresni kabeli koriste materijal "omotne klase".

Međutim, kompozitni materijali za omot s niskom emisijom dima i bez halogena sadrže veliku količinu anorganskih vatrogasaca, što rezultira relativno lošim izolacijskim otporom omota. Trenutna izolacijska performansa materijala za omot slijedi redoslijed: PE ≥ vatrogasan PE ≥ PVC ≥ serija s niskom emisijom dima i bez halogena. Zbog toga, trenutni standardi za visokonaponske kable, poput GB/T 11017 i GB/T 18890, nisu uključili kompozitne materijale za omot s niskom emisijom dima i bez halogena u svoje sustave standarda. S druge strane, za srednjepresne kable, gdje su zahtjevi za izolacijsku performansu omota manji, kompozitni materijali s niskom emisijom dima i bez halogena već su uključeni u sustav standarda.

Elektrani su organizirali mnogo konferencija industrije kabela, uglavnom zbog loše performanse dva ključna pokazatelja: stopa apsorpcije vode vanjskih omota u uvjetima zasićene apsorpcije vode i otpor izolacije u uvjetima zasićene apsorpcije vode.

Situacija s prevencijom požara u tunelima za visokonaponske kable struje je ozbiljna. Trenutno, visokonaponski kabeli uglavnom se kupuju u modelima s vatrogasnom omotom. Kao što naziv kaže, vatrogasni materijali su konvencionalni materijali za omot s dodanim formulama poput vatrogasaca, što materijalima daje vatrogasne osobine. Vatrogasna performansa konvencionalnih omota prikazana je u Tablici 3.

Na primjer, uzimajući omot od PE, vatrogasan PE je standardni omotni materijal PE s dodanim vatrogasacima. Vatrogasaci dijele se na anorganske i organske vrste. Trenutno, većina proizvoda na tržištu uglavnom koristi anorganske vatrogasace, s uobičajenim vrstama uključujući oksid magnezija i oksid aluminija. Ovi materijali lako apsorbiraju vlagu i podliježu reakcijama hidratacije u normalnim uvjetima. Stoga se materijali za omot obično odmah stavlja u proizvodnju nakon nabave; inače, lako se apsorbira vlažnost, što dovodi do nedostataka poput praznine tijekom ekstrudiranja. Tek nakon što se česticice vatrogasaca microniziraju, podliježe površinskoj modifikaciji i poboljšanoj kompatibilnosti materijala, vatrogasni kompozitni materijali mogu dosegnuti dobru procesabilnost.

Vodootporni kabeli obično se odnose na kable s kompletnim, zatvorenim metalnim omotom. Ako se koristi plastika kao vodootporan sloj, voda može proći kroz plastiku. Penjanje vode je relativno spor proces. Tijekom stvarne operacije kabela, temperatura površine omota može doseći do 60°C, što ubrzava penjanje vode. Stoga, za nove omote kabela, otpor izolacije obično zadovoljava zahtjeve. Međutim, nakon nekog vremena rada, otpor izolacije omota mnogih linija drastično pada, i ova problema se obično otkrije u roku od nekoliko mjeseci do oko godinu dana. Kada otpor izolacije omota pasti na određenu razinu, stopa padanja tendencija stabilizirati i usporiti.

2.4 Loša otpornost na pukotine kod kablova s niskim sadržajem halogena

U Tablici 5, ST2 se odnosi na PVC, ST7 na PE, a ST8 na materijal bez halogena i s niskom emisijom dima. Sa stanovišta mehaničkih osobina omota, izdužljivost pri loma i tenzija halogen-slobodnih materijala s niskom emisijom dima značajno su slabi. Instalacija halogen-slobodnih kabela s niskom emisijom dima ima stroge zahtjeve, posebno u otvorenom prostoru sjevernih regija, jer su ti omoti osjetljivi na pukotine pri niskim temperaturama i čak bi mogli razviti pukotine tijekom rada. Mnoge slične incidente kvalitete već su se dogodile s srednjepresnim i niskopresnim kablama u Kini. Neke građevinske projekte koriste halogen-slobodne kable s niskom emisijom dima tijekom zime, djelomično jer se radovi provode unutra, gdje su temperature više.

Halogen-slobodni kabeli s niskom emisijom dima uglavnom se koriste unutar zgrada i gusto naseljenih područja poput stanica, metra i javnih zgrada. Energetski odjel tunela ne pripada gusto naseljenom području.

3 Zaključak

Na temelju gore navedene analize, materijali bez halogena i s niskom emisijom dima imaju lošiju performansu od trenutnih vatrogasnih materijala klase izolacije i više su skloni problemima. Zbog toga, trenutni standardi za visokonaponske kable, poput GB/T 11017 i GB/T 18890, nisu uključili materijale za omot bez halogena i s niskom emisijom dima u svoje sustave standarda.

"Klasifikacija ponašanja pri gorenju električnih i optičkih vlaknenih kabela" GB 31247 jača kontrolu ponašanja pri gorenju. To je prikladno za gusto naseljena područja poput metra i visokobrzih željezničkih stanica, gdje je mnogo gorivih materijala, zbog sigurnosnih razloga za živote i imovinu. Većina kabela koristena u tim područjima su srednjepresni ili niskopresni, za koje su zahtjevi za električnim performansama manji nego za visokonaponske kable.

Posebno važno je napomenuti da klasa B u "Općim pravilnicima o vatroodornim ili vatronestim električnim žicama, kablama ili optičkim kablama" GB/T 19666 nije ekvivalentna klasi B1 u "Klasifikaciji ponašanja pri gorenju električnih i optičkih vlaknenih kabela" GB 31247. Dva standarda imaju potpuno različite kriterije vatrogasne performanse i predviđene područje primjene. Ne bi trebali se koristiti zamenljivo. Preporučuje se upotreba visokonaponskih kabela koji zadovoljavaju klasu B prema GB/T 19666, a ne preporučuje se upotreba visokonaponskih kabela koji zadovoljavaju klasu B1 ili B2 prema GB 31247. Iako su obe oznake "B," one pripadaju različitim sustavima standarda, što rezultira potpuno različitim performansama. Upotreba visokonaponskih kabela koji zadovoljavaju klasu B1 ili B2 prema GB 31247 bi stvorila ogroman pritisak na odjelove građevine i održavanja.

S obzirom na stroge zahtjeve za vatrogasnom zaštitom u tunelima za energiju, nakon nadogradnje vatrogasne klase na klasu B:

• Za cjevove ili direktno zakapanje gdje vatrogasnost nije potrebna, mogu se odabrati vanjski omoti od PE (bez dodanih vatrogasaca, što osigurava stabilan otpor izolacije).

• Za visokonaponske kable instalirane u tunelima, preporučuju se vanjski omoti od PVC (nedostatak je otpuštanje otrovnih plinova tijekom gorenja; prednost je u tome što se formulacija može poboljšati vodootporom, a otpor izolacije je stabilniji u usporedbi s kablama s vatrogasnom omotom klase B od PE).

Dodatak, preporučuje se da se odmah započne zajedničko istraživanje materijala i struktura omota kako bi se fundamentalno riješio sukob između otpora izolacije i vatrogasnosti.