Considerazioni e raccomandazioni per la selezione dei retardanti di fiamma per cavi ad alta tensione
1.Standard di Classificazione dei Cavi Antifiamma
Il sistema standard antifiamma è diviso in due categorie principali. La prima categoria segue la "Classificazione del Comportamento al Fuoco per Cavi Elettrici e Fibre Ottiche" GB 31247. I cavi conformi a questo sistema standard sono ampiamente utilizzati in aree ad alta densità di popolazione come ferrovie ad alta velocità e metropolitane. Questo standard impone requisiti rigorosi su parametri come densità di fumo, rilascio di calore e produzione totale di fumo, e i cavi tipicamente utilizzano materiali a basso fumo e privi di halogeni.
La seconda categoria è la "Regole Generali per Cavi Elettrici, Cavi o Fibre Ottiche Antifiamma o Resistenti al Fuoco" GB/T 19666. Prima dell'introduzione della GB 31247, questo standard era ampiamente applicato in tutti i tipi di impianti in Cina. Il sistema GB/T 19666 specifica anche valori per parametri come la densità di fumo, e durante le gare d'appalto, spesso vengono specificati prefissi aggiuntivi, come WD (basso fumo, privo di halogeni). Gli standard di prova corrispondenti per le classificazioni antifiamma dei cavi sono mostrati nella tabella sottostante:
Standard di Classificazione per l'Elemento 1: Lo standard "Regole Generali per Cavi Elettrici, Cavi o Fibre Ottiche Antifiamma o Resistenti al Fuoco" GB/T 19666 utilizza le note classificazioni ZA, ZB, ZC conosciute dagli istituti di progettazione elettrica. Tuttavia, il metodo di prova a cui si fa riferimento, "Prova sulla propagazione verticale del fuoco per fasci di fili o cavi - Parte 3: Metodi di prova per fasci di fili o cavi" GB 18380.3-2001, è stato ritirato. Questo standard di prova si basava sull'IEC 60332-3-25:2000, "Prove sui cavi elettrici e fibre ottiche in condizioni di fuoco - Parte 3-25: Prova sulla propagazione verticale del fuoco di cavi montati verticalmente - Categoria D."
Standard di Classificazione per l'Elemento 2: Lo standard "Cavi Antifiamma e Resistenti al Fuoco - Parte 1: Cavi Antifiamma" GA 306.1-2007, classifica i cavi secondo i metodi di prova aggiornati GB 18380.31~36-2008, che hanno sostituito la GB 18380.3-2001. La sua principale distinzione è l'inclusione di criteri aggiuntivi come tossicità del fumo (GB 20285), trasmissione luminosa e resistenza alla corrosione, ulteriormente suddividendo le classi A, B e C in cinque gradi distinti.
Standard di Classificazione per l'Elemento 3: La "Classificazione del Comportamento al Fuoco per Cavi Elettrici e Fibre Ottiche" GB 31247 è lo standard più recente. Il suo metodo di prova corrispondente è "Caratteristiche di propagazione del fuoco, rilascio di calore e produzione di fumo di cavi o fibre ottiche in condizioni di fuoco" GB 31248, che fa riferimento all'EN 50399:2011, "Metodi di prova comuni per cavi in condizioni di fuoco - Procedure di misurazione del rilascio di calore e della produzione di fumo per la prova di propagazione verticale del fuoco di fasci di fili e cavi - Apparato, procedura e risultati generali." La differenza chiave è che valuta la propagazione del fuoco, il rilascio totale di calore, il tasso di rilascio di calore picco e la produzione totale di fumo. I criteri tra questi due sistemi di classificazione differiscono significativamente. Il sistema GB 31247 (classe B1) enfatizza caratteristiche a basso contenuto di halogeni e a basso fumo, il che significa che le classificazioni non sono direttamente equivalenti. Anche la classe "B" nel sistema ZA/ZB/ZC non soddisfa i requisiti della classe B1.
2. Motivi per cui la Classe B1 non è Disponibile per i Cavi ad Alta Tensione
2.1 Mancanza di Materiali a Basso Fumo e Resistente alla Corrosione
Ottenere un basso fumo richiede solitamente l'uso di vernice bituminosa. Tuttavia, la vernice bituminosa non soddisfa i requisiti di resistenza alla corrosione e il suo uso è anche vietato dagli standard europei. Pertanto, il criterio di basso fumo non può essere soddisfatto. I cavi di potenza ad alta tensione utilizzano una guaina metallica di alluminio con una struttura anticorrosiva bituminosa, che genera un fumo significativo durante la combustione. Sebbene all'estero si usino solitamente vernici bituminose o adesivi a fusione, questa struttura non è stata prodotta da alcun produttore nazionale né utilizzata in alcun progetto ingegneristico. Di conseguenza, il campo dei materiali per le guaine esterne dei cavi di potenza ad alta tensione limita la capacità di raggiungere le prestazioni a basso fumo richieste dalla classe B1.
2.2 Riduzione della Resistenza Isolante nei Cavi a Basso Contenuto di Halogeni
Una differenza significativa tra i cavi di potenza ad alta e media tensione sta nella scelta del materiale della guaina esterna. A causa della grande capacità di corrente, dell'elevata sovratensione e della configurazione mononucleo dei cavi ad alta tensione, la guaina esterna deve avere eccellenti proprietà isolanti per la sicurezza operativa. Pertanto, la guaina esterna dei cavi ad alta tensione è specificata come "di grado isolante", mentre i cavi a media tensione utilizzano materiale "di grado guaina".
Tuttavia, i composti di guaina a basso fumo e privi di halogeni contengono grandi quantità di retardanti di fiamma inorganici, che comportano una resistenza isolante relativamente scarsa per la guaina. Le prestazioni isolate attuali dei materiali di guaina seguono l'ordine: PE ≥ PE ignifugo ≥ PVC ≥ serie a basso fumo e priva di halogeni. Per questo motivo, gli standard attuali per i cavi ad alta tensione come GB/T 11017 e GB/T 18890 non hanno incorporato composti di guaina a basso fumo e privi di halogeni nei loro sistemi standard. In contrasto, per i cavi a media tensione, dove i requisiti sulle prestazioni isolate della guaina sono meno rigidi, i composti di guaina a basso fumo e privi di halogeni sono già stati inclusi nel sistema standard.
Le società di reti elettriche hanno organizzato numerose conferenze settoriali, principalmente a causa delle povere prestazioni di due indicatori chiave: il tasso di assorbimento d'acqua delle guaine esterne in condizioni di assorbimento d'acqua saturato e la resistività isolante in condizioni di assorbimento d'acqua saturato.
La situazione di prevenzione degli incendi nelle gallerie dei cavi ad alta tensione è grave. Attualmente, i cavi ad alta tensione sono acquistati principalmente in modelli antifiamma. Come suggerisce il nome, i materiali antifiamma sono materiali di guaina convenzionali con formule aggiunte come retardanti di fiamma, dotando i materiali di proprietà antifiamma. Le prestazioni antifiamma delle guaine comuni sono mostrate nella Tabella 3.
Prendendo come esempio una guaina in PE, il PE ignifugo è il materiale di guaina in PE standard con aggiunta di retardanti di fiamma. I retardanti di fiamma sono divisi in inorganici e organici. Attualmente, la maggior parte dei prodotti sul mercato utilizza principalmente retardanti di fiamma inorganici, con tipi comuni come ossido di magnesio e ossido di alluminio. Questi materiali assorbono facilmente l'umidità e subiscono reazioni di idratazione in condizioni normali. Pertanto, i materiali di guaina sono solitamente messi in produzione immediatamente dopo l'acquisto; altrimenti, l'assorbimento di umidità può verificarsi facilmente, portando a difetti come vuoti durante l'estrazione. Solo dopo che le particelle di retardante di fiamma sono micronizzate, sottoposte a modificazione superficiale e migliorata la compatibilità dei materiali, i composti di guaina ignifughi possono ottenere buone proprietà di lavorazione.
I cavi impermeabili si riferiscono solitamente a cavi con una guaina metallica completa e sigillata. Se viene utilizzata una guaina in plastica come strato impermeabile, l'acqua può penetrare nel cavo attraverso la plastica. L'ingresso di umidità è un processo relativamente lento. Durante l'effettivo funzionamento del cavo, la temperatura superficiale della guaina può raggiungere i 60°C, accelerando la penetrazione dell'acqua. Pertanto, per le guaine dei cavi appena commissionate, la resistenza isolante generalmente soddisfa i requisiti. Tuttavia, dopo un periodo di funzionamento, la resistenza isolante della guaina di molte linee diminuisce drasticamente, e questo problema è solitamente scoperto entro diversi mesi o circa un anno. Una volta che la resistenza isolante della guaina diminuisce a un certo livello, il tasso di diminuzione tende a stabilizzarsi e rallentare.
2.4 Povera Resistenza alle Crepe nei Cavi a Basso Contenuto di Halogeni
Nella Tabella 5, ST2 si riferisce al PVC, ST7 al PE e ST8 al materiale a basso fumo e privo di halogeni. Dal punto di vista delle proprietà meccaniche della guaina, la resistenza alla trazione e l'allungamento alla rottura dei materiali a basso fumo e privi di halogeni sono significativamente inferiori. L'installazione dei cavi a basso fumo e privi di halogeni ha requisiti rigorosi, specialmente nelle aree esterne del nord, poiché queste guaine sono soggette a crepe a basse temperature e possono sviluppare crepe anche durante il funzionamento. Numerosi incidenti simili di qualità sono già avvenuti con cavi a media e bassa tensione in Cina. Alcuni progetti di costruzione utilizzano cavi a basso fumo e privi di halogeni durante l'inverno, in parte perché il lavoro viene svolto all'interno dove le temperature sono più elevate.
I cavi a basso fumo e privi di halogeni sono utilizzati principalmente all'interno di edifici e in aree ad alta densità di popolazione come stazioni, metropolitane e edifici pubblici. Il compartimento di energia di una galleria tecnica non appartiene a un'area ad alta densità di popolazione.
3 Conclusione
In base all'analisi sopra riportata, i materiali a basso fumo e privi di halogeni presentano prestazioni peggiori rispetto ai materiali di guaina ignifughi di grado isolante attuali e sono più soggetti a problemi. Per questo motivo, gli standard attuali per i cavi ad alta tensione come GB/T 11017 e GB/T 18890 non hanno incorporato materiali di guaina a basso fumo e privi di halogeni nei loro sistemi standard.
La "Classificazione del Comportamento al Fuoco per Cavi Elettrici e Fibre Ottiche" GB 31247 rafforza il controllo del comportamento al fuoco. Questo è appropriato per aree ad alta densità di popolazione come stazioni di metropolitana e ferrovie ad alta velocità, dove ci sono molti materiali infiammabili, a causa delle considerazioni di sicurezza per la vita e le proprietà. La maggior parte dei cavi utilizzati in queste aree è a media o bassa tensione, per i quali i requisiti di prestazioni elettriche non sono così rigorosi come per i cavi ad alta tensione.
È particolarmente importante notare che la classificazione B nelle "Regole Generali per Cavi Elettrici, Cavi o Fibre Ottiche Antifiamma o Resistenti al Fuoco" GB/T 19666 non è equivalente alla classificazione B1 nella "Classificazione del Comportamento al Fuoco per Cavi Elettrici e Fibre Ottiche" GB 31247. I due standard hanno criteri di prestazioni al fuoco completamente diversi e aree di applicazione intese. Non dovrebbero essere utilizzati in modo interscambiabile. Si consiglia di utilizzare cavi ad alta tensione conformi alla classe B della GB/T 19666, e non si consiglia l'utilizzo di cavi ad alta tensione conformi alle classificazioni B1 o B2 della GB 31247. Anche se entrambi sono etichettati come "B", appartengono a sistemi standard diversi, con risultati di prestazioni completamente diversi. L'uso di cavi ad alta tensione conformi alle classificazioni B1 o B2 della GB 31247 metterebbe una pressione enorme sui dipartimenti di costruzione e manutenzione.
Dato i rigorosi requisiti di protezione contro gli incendi nelle gallerie elettriche, dopo aver aggiornato la classificazione antifiamma alla classe B:
Per condutture o installazioni a seppellimento diretto dove non è richiesta la resistenza al fuoco, possono essere selezionate guaine esterne in PE (senza additivi antifiamma, fornendo una resistenza isolante stabile).
Per i cavi ad alta tensione installati nelle gallerie, si consigliano guaine esterne in PVC (il vantaggio è che la formulazione può migliorare la resistenza all'acqua, e la resistenza isolante è più stabile rispetto ai cavi in PE antifiamma di classe B, il disavanzo è il rilascio di gas tossici durante la combustione).
Inoltre, si consiglia di avviare tempestivamente ricerche congiunte sui materiali e le strutture delle guaine per risolvere fondamentalmente il conflitto tra resistenza isolante e resistenza al fuoco.
