Tüzekálló anyagok kiválasztásának szempontjai és ajánlásai magfeszültségű kábelek esetén
1. Tűzgátló kábelek osztályozási szabványai
A tűzgátló szabványrendszer két fő kategóriára oszlik. Az első kategória a "Villamos és optikai vezetékek égési viselkedésének osztályozása" GB 31247 szerinti szabványokat követi. Ezen szabványoknak megfelelő kábelek széles körben használódnak sűrűn lakott területeken, mint például gyorsvasút- és metrórendszerek. Ez a szabvány szigorúan meghatározza a dohányfogadás, hőkibocsátás és teljes dohánytermelés paramétereit, és a kábelek általában alacsony dohány- és halogénmentes anyagokat használnak.
A második kategória a "Tűzgátló vagy tűzellenálló villamos drótok, kábelek vagy optikai kábelek általános szabályai" GB/T 19666. A GB 31247 bevezetése előtt ez a szabvány széles körben volt alkalmazva Kínában mindenféle létesítményen. A GB/T 19666 rendszer is meghatározza a dohányfogadás paramétereinek értékeit, és a licitek során gyakran további előtagokat adnak meg, mint például a WD (alacsony dohány- és halogénmentes). A kábel tűzgátló besorolásaihoz tartozó tesztelési szabványok az alábbi táblázatban láthatók:
Az 1. elem osztályozási szabványa: A "Tűzgátló vagy tűzellenálló villamos drótok, kábelek vagy optikai kábelek általános szabályai" GB/T 19666 a ZA, ZB, ZC osztályokkal ismertek a villamos tervező intézetekben. Azonban annak hivatkozott tesztelési módszere, a "Függőleges tűzterjedés vizsgálata több drót vagy kábel csoportja esetén - 3. rész: Teszmódszerek több drót vagy kábel csoportja esetén" GB 18380.3-2001, elavult lett. Ez a tesztelési szabvány az IEC 60332-3-25:2000, "Villamos és optikai vezetékek tűzviselkedése - 3-25. rész: Függőleges tűzterjedés vizsgálata függőlegesen elhelyezett több kábel csoportja esetén - D kategória" alapján alakult ki.
A 2. elem osztályozási szabványa: A "Tűzgátló és tűzellenálló kábelek - 1. rész: Tűzgátló kábelek" GA 306.1-2007, a frissített tesztelési módszerek, GB 18380.31~36-2008, alapján osztályozza a kábeleket, amelyek felváltották a GB 18380.3-2001-et. Fő jellemvonása, hogy további kritériumokat, mint például a dohány mérgező hatását (GB 20285), fényátengedését és ruggalmegálló képességét tartalmaz, ami további öt osztályba bontja az A, B és C osztályokat.
A 3. elem osztályozási szabványa: A "Villamos és optikai vezetékek égési viselkedésének osztályozása" GB 31247 a legfrissebb szabvány. A hozzá tartozó tesztelési módszer a "Kábelek vagy optikai vezetékek tűzterjedési, hőkibocsátási és dohánytermelési jellemzői tűz esetén" GB 31248, amely az EN 50399:2011, "Gyakori teszmódszerek kábelek tűzviselkedésére - Mérési eljárások hőkibocsátásra és dohánytermelésre függőlegesen elhelyezett több drót és kábel csoportja esetén - Berendezés, eljárás és általános eredmények" alapján alakult ki. A kulcskülönbség, hogy ebben a szabványban a tűzterjedést, a teljes hőkibocsátást, a csúcshőkibocsátási sebességet és a teljes dohánytermelést értékeli. A két osztályozási rendszer kritériumai jelentősen eltérőek. A GB 31247 rendszer (B1 osztály) hangsúlyozza az alacsony-halogén és alacsony-dohány jellemzőket, így a besorolások nem közvetlenül egyenértékűek. Még a ZA/ZB/ZC rendszer "B" osztálya sem felel meg a B1 osztály követelményeinek.
2. Oka, miért nem áll rendelkezésre B1 osztályú magasfeszültségű kábel
2.1 Alacsony-dohány, ruggalmegálló anyagok hiánya
Az alacsony-dohány teljesítmény elérése általában aszfaltfesték használatát igényli. Azonban az aszfaltfesték nem felel meg a ruggalmegálló követelményeknek, és európai szabványok szerint tiltott. Így az alacsony-dohány teljesítményi kritériumot nem lehet teljesíteni. A magasfeszültségű villamos kábelek aszfalt alapú ruggásvédő réteggel ellátott alumínium burkolattal rendelkeznek, amely nagy mennyiségű dohányt termelégés közben. Abroad-ban általában aszfaltfestéket vagy forrasztóragacsot használnak, de ez a szerkezet még nem gyártódott otthoni gyártóknál, sem használták bármilyen mérnöki projekten. Így a magasfeszültségű villamos kábel külső burkolójának anyagmezejének korlátozottsága akadályozza, hogy elérje a B1 osztályhoz szükséges alacsony-dohány teljesítményt.
2.2 Az izolációs ellenállás csökkenése alacsony-halogén kábelek esetén
A magas- és középfeszültségű villamos kábelek közötti jelentős különbség a külső burkoló anyag választása. A magasfeszültségű kábelek nagy áramkapacitása, nagy túlfeszültsége és egykernyezeti szerkezete miatt a külső burkolónak kiváló izolációs tulajdonságokkal kell rendelkeznie a biztonságos működés érdekében. Így a magasfeszültségű kábelek külső burkolója "izolációs minőségű", míg a középfeszültségű kábelek "burkoló minőségű" anyagot használnak.
Azonban az alacsony-dohány, halogénmentes burkolóanyagok nagy mennyiségű inorganikus tűzgátló anyagot tartalmaznak, ami relatíve rosszabb izolációs ellenállást eredményez a burkolónál. Jelenlegi burkolóanyag izolációs teljesítménye a következő sorrendben van: PE ≥ Tűzgátló PE ≥ PVC ≥ Alacsony-dohány, halogénmentes sorozat. Ennek következtében jelenlegi magasfeszültségű kábeli szabványok, mint a GB/T 11017 és GB/T 18890, még nem fogadták be az alacsony-dohány, halogénmentes burkolóanyagokat a szabványrendszerükbe. Ugyanakkor a középfeszültségű kábelek esetén, ahol kevésbé szigorúak a burkoló izolációs teljesítményére vonatkozó követelmények, az alacsony-dohány, halogénmentes burkolóanyagok már bekerültek a szabványrendszerbe.
A hálózati cégek számos kábelipari konferenciát szerveztek, főleg azért, mert a két kulcsfontosságú mutató, a burkoló vízfelvételi aránya és a telített vízfelvételi feltételek mellett mért izolációs ellenállás, gyenge teljesítményt mutatott.
A magasfeszültségű villamos kábel alagútjainak tűzvédelmi helyzete súlyos. Jelenleg a magasfeszültségű kábeleket főként tűzgátló modellben vásárolják. Ahogy a neve is utal, a tűzgátló anyagok a hagyományos burkolóanyagokhoz tűzgátló vegyületeket adnak, amelyek a anyagok tűzgátló tulajdonságait adja. A hagyományos burkolók tűzgátló teljesítménye a 3. táblázatban látható.
Például egy PE burkoló esetén a tűzgátló PE a szabványos PE burkolóanyag, amelyhez tűzgátló vegyületet adnak. A tűzgátló vegyületeket inorganikus és organikus típusokra osztják. Jelenleg a piaci termékek többsége főként inorganikus tűzgátló vegyületeket használ, mint például a magnézioxid és az alumínioxid. Ezek az anyagok normál körülmények között könnyen felveszik a vizet és hidratációs reakcióba lépnek. Így a burkolóanyagok általában azonnal kerülnek gyártásba a beszerzés után, különben könnyen vízfelvételre tesznek szert, ami extrúzió során üres helyek formálódását okozhatja. Csak akkor tudnak a tűzgátló burkolóanyagok jó feldolgozhatóságot nyerni, ha a tűzgátló részecskék mikronizáltak, felületük módosítva van, és javított anyagkompatibilitásuk van.
A vízkitartó kábelek általában teljes, zárt, fém burkolattal rendelkeznek. Ha plastik burkoló használódik vízkitartó rétegként, a víz a plastikon keresztül tud betenni a kábelbe. A víz betérése lassú folyamat. A kábel valós működés közben a burkoló felületi hőmérséklete elérheti 60°C-t, ami gyorsítja a víz betérést. Így az újonnan beüzemelt kábel burkolóinak izolációs ellenállása általában megfelel a követelményeknek. Azonban a működés során sok vonal burkoló izolációs ellenállása drasztikusan csökken, és ez általában néhány hónap vagy egy év múlva jelenik meg. Amikor a burkoló izolációs ellenállása bizonyos szintre csökken, a csökkenés sebessége általában stabilizálódik és lassul le.
2.4 Alacsony-halogén kábelek gyenge repedés-ellenállása
A 5. táblázatban ST2 a PVC, ST7 a PE, és ST8 a halogénmentes, alacsony-dohány anyagot jelenti. A burkoló mechanikai tulajdonságai szempontjából a halogénmentes, alacsony-dohány anyagok húzásterhelési és hajlítási kitörései jelentősen gyengébbek. A halogénmentes, alacsony-dohány kábelek telepítésének szigorú követelményei vannak, különösen a délkeleti régiók külső területein, mert ezek a burkolók könnyen repednek alacsony hőmérsékleten, és akár a működés során is repedhetnek. Számos hasonló minőségi incidens már bekövetkezett Kínában köz- és alacsonyfeszültségű kábelek esetén. Néhány építési projekt használ halogénmentes, alacsony-dohány kábeleket télen, részben mert a munka belső területeken, magasabb hőmérsékleten végezhető.
A halogénmentes, alacsony-dohány kábelek főként épületek belső területein, sűrűn lakott területeken, mint például állomások, metrók és nyilvános épületek, használódnak. A villamos alagút energiaszektorja nem tartozik sűrűn lakott területre.
3. Következtetés
A fenti elemzés alapján a halogénmentes, alacsony-dohány anyagok jelenlegi izolációs minőségű tűzgátló burkolóanyagoknál rosszabb teljesítményt mutatnak, és több problémával is járnak. Ezért a jelenlegi magasfeszültségű kábeli szabványok, mint a GB/T 11017 és GB/T 18890, még nem fogadták be a halogénmentes, alacsony-dohány burkolóanyagokat a szabványrendszerükbe.
A "Villamos és optikai vezetékek égési viselkedésének osztályozása" GB 31247 erősíti a tűzviselkedés irányítását. Ez alkalmas sűrűn lakott területekre, mint például metrók és gyorsvasút-állomások, ahol sok égőanyag található, és a biztonság érdekében élet- és vagyonvédelmi szempontok fontosak. Ezekben a területeken használt kábelek többsége köz- vagy alacsonyfeszültségű, amelyek elektromos teljesítményi követelményei nem olyan szigorúak, mint a magasfeszültségű kábelek.
Különösen fontos megjegyezni, hogy a "Tűzgátló vagy tűzellenálló villamos drótok, kábelek vagy optikai kábelek általános szabályai" GB/T 19666 "B" osztálya nem egyenértékű a "Villamos és optikai vezetékek égési viselkedésének osztályozása" GB 31247 "B1" osztályával. A két szabvány teljesen különböző tűzteljesítményi kritériumokat és alkalmazási területeket határoz meg, ezért nem használhatók felcserélve. Ajánlott a GB/T 19666 "B" osztályú magasfeszültségű kábelek használata, és nem ajánlott a GB 31247 B1 vagy B2 osztályú magasfeszültségű kábelek használata. Bár mindkettő "B"-vel van jelölve, különböző szabványrendszerekhez tartoznak, ami teljesen különböző teljesítményt eredményez. A GB 31247 B1 vagy B2 osztályú magasfeszültségű kábelek használata jelentős nyomást gyakorolna az építési és üzemeltetési-maintenance osztályokra.
A szigorú tűzvédelmi követelmények figyelembe vételével, a tűzgátló besorolás B osztályra való emelése után:
A tűzgátló nem szükséges csővezetékeknél vagy közvetlen beültetés esetén PE külső burkolókat (tűzgátló vegyület nélküli, stabil izolációs ellenállású) választhatunk.
Az alagútban telepített magasfeszültségű kábelek esetén ajánlott a PVC külső burkoló (hátránya, hogy égés közben mérgező gázokat bocsát ki; előnye, hogy a formuláció javíthatja a vízkitartását, és az izolációs ellenállása stabilabb, mint a B osztályú tűzgátló PE kábeleké).
Továbbá ajánlott, hogy időben indítsanak közös kutatást a burkolóanyagok és szerkezetek fejlesztésére, hogy alapvetően megoldják az izolációs ellenállás és a tűzgátló közötti konfliktust.
