高圧ケーブルの難燃剤選択に関する考慮事項と推奨事項
1.難燃ケーブルの分類基準
難燃性標準システムは2つの主要なカテゴリーに分けられます。第1のカテゴリーは「電気・光ファイバーケーブルの燃焼挙動分類」GB 31247に従います。この基準システムに準拠するケーブルは、高速鉄道や地下鉄などの人口密集地域で広く使用されています。この基準は煙密度、熱放出、総発煙量などのパラメータに対して厳格な要求を設け、ケーブルは通常、低発煙・無ハロゲン材料を使用します。
第2のカテゴリーは「難燃性または耐火性電線・ケーブル・光ファイバーケーブルの一般規則」GB/T 19666です。GB 31247が導入される前、この基準は中国のあらゆる種類の施設で広く適用されていました。GB/T 19666システムも煙密度などのパラメータの値を規定しており、入札時にはWD（低発煙・無ハロゲン）などの追加プレフィックスがしばしば指定されます。ケーブルの難燃性等級に関する対応する試験基準は以下の表に示されています：
項目1の分類基準：「難燃性または耐火性電線・ケーブル・光ファイバーケーブルの一般規則」GB/T 19666は、電力設計研究所でよく知られるZA、ZB、ZCの分類を使用します。しかし、その参照する試験方法である「火災条件での束ねた電線またはケーブルの垂直炎伝播試験 - 第3部：束ねた電線またはケーブルの試験方法」GB 18380.3-2001は廃止されました。この試験基準はIEC 60332-3-25:2000「火災条件での電気・光ファイバーケーブルの試験 - 第3-25部：垂直に取り付けられた束ねたケーブルの垂直炎伝播試験 - Dクラス」に基づいていました。
項目2の分類基準：「難燃性および耐火性ケーブル - 第1部：難燃性ケーブル」GA 306.1-2007は、更新された試験方法GB 18380.31~36-2008に基づいてケーブルを分類します。これはGB 18380.3-2001を置き換えています。主な特徴は、煙毒性（GB 20285）、透過率、腐食抵抗性などの追加基準を含め、A、B、Cクラスをさらに5つの等級に細分化することです。
項目3の分類基準：「電気・光ファイバーケーブルの燃焼挙動分類」GB 31247は最新の基準です。対応する試験方法は「火災条件でのケーブルまたは光ファイバーケーブルの炎伝播、熱放出、及び発煙特性」GB 31248で、EN 50399:2011「火災条件でのケーブルの共通試験方法 - 垂直に取り付けられた束ねた電線およびケーブルの垂直炎伝播試験における熱放出と発煙の測定手順 - 設備、手順及び一般的な結果」を参照しています。主な違いは、炎伝播、総熱放出、ピーク熱放出速度、及び総発煙量を評価することです。これらの2つの分類システム間の基準は大きく異なります。GB 31247システム（B1クラス）は低ハロゲン・低発煙特性を強調し、分類は直接的に同等ではありません。ZA/ZB/ZCシステム内の「B」クラスでもB1クラスの要件を満たすことはありません。
2. 高圧ケーブルでB1クラスが利用できない理由
2.1 低発煙・腐食抵抗性材料の不足
低発煙性能を達成するためには通常、瀝青塗料を使用しますが、瀝青塗料は腐食抵抗性の要件を満たさず、また欧州基準でも使用が禁止されています。したがって、低発煙性能の基準を満たすことはできません。高圧電力ケーブルは金属アルミニウムシースと瀝青防食構造を使用しており、燃焼時に大量の煙を生成します。海外では瀝青塗料またはホットメルト接着剤が一般的に使用されますが、この構造は国内のメーカーで製造されておらず、工事プロジェクトでも使用されていません。そのため、高圧電力ケーブルの外側シースの材料分野はB1クラスに必要な低発煙性能を達成する能力を制限しています。
2.2 低ハロゲンケーブルの絶縁抵抗低下
高圧と中圧電力ケーブルの主な違いは、外側シース材料の選択にあります。高電流容量、高い過電圧、単芯設計の高圧ケーブルの場合、外側シースは動作安全性のために優れた絶縁特性を持つ必要があります。そのため、高圧ケーブルの外側シースは「絶縁グレード」として指定され、一方の中圧ケーブルは「シースグレード」材料を使用します。
しかし、低発煙・無ハロゲンシース化合物は大量の無機系難燃剤を含んでおり、シースの絶縁抵抗が比較的低い傾向があります。現在のシース材料の絶縁性能は次の順番になっています：PE ≥ 難燃PE ≥ PVC ≥ 低発煙・無ハロゲンシリーズ。そのため、現在の高圧ケーブル基準GB/T 11017およびGB/T 18890は、低発煙・無ハロゲンシース化合物を標準システムに組み込んでいません。一方、中圧ケーブルでは、シースの絶縁性能に対する要件が緩和されているため、低発煙・無ハロゲンシース化合物はすでに標準システムに含まれています。
電力網企業は複数のケーブル業界会議を開催しました。主な理由は、外側シースの飽和吸水状態での吸水率と飽和吸水状態での絶縁抵抗率という2つの重要な指標の性能が劣っているためです。
高圧電力ケーブルトンネルの防火状況は深刻です。現在、高圧ケーブルは主に難燃モデルで購入されています。名前の通り、難燃材料は通常のシース材料に難燃剤などの配合を加えたものです。一般的なシースの難燃性能は表3に示されています。
PEシースを例に取ると、難燃PEは標準的なPEシース材料に難燃剤を加えたものです。難燃剤は無機系と有機系に分かれます。現在市場で販売されている製品の多くは無機系難燃剤を使用しており、一般的なタイプには酸化マグネシウムや酸化アルミニウムがあります。これらの材料は通常条件下で水分を吸収し、水和反応を起こします。そのため、シース材料は調達後すぐに生産工程に入ることが多いです。そうでないと、水分吸収により押出時に空洞などの欠陥が発生しやすくなります。難燃剤粒子がマイクロ化され、表面改質され、材料の相溶性が向上すると、難燃シース化合物は良好な加工性を達成できます。
防水ケーブルとは通常、完全かつ密封された金属シースを持つケーブルを指します。プラスチックシースを防水層として使用すると、プラスチックを通じて水分がケーブル内に浸透します。水分の浸透は比較的ゆっくりとした過程です。実際のケーブル運転中にシース表面温度が最大60°Cまで上昇すると、水分の浸透が加速します。そのため、新しく運用開始されたケーブルシースの絶縁抵抗は通常、要件を満たしますが、運転期間が経つと多くの線路のシース絶縁抵抗が急激に低下することがあります。この問題は通常、数ヶ月から約1年以内に発見されます。シース絶縁抵抗が一定レベルに低下すると、その低下率は安定し、徐々に遅くなります。
2.4 低ハロゲンケーブルの割れ抵抗性の劣化
表5では、ST2はPVC、ST7はPE、ST8は無ハロゲン・低発煙材料を指します。シースの機械的特性から見ると、無ハロゲン・低発煙材料の引張強度と破断伸長率は大幅に劣ります。無ハロゲン・低発煙ケーブルの設置には厳しい要件があり、特に北部地域の屋外では、これらのシースは低温で割れやすく、運転中に割れる可能性もあります。中国では中圧・低圧ケーブルで同様の品質問題が多数発生しています。一部の建設プロジェクトでは冬期に無ハロゲン・低発煙ケーブルを使用する場合がありますが、これは室内作業であり室温が高いからです。
無ハロゲン・低発煙ケーブルは主に建物内や駅、地下鉄、公共建築物など人口密集地域で使用されます。電力トンネルの電力区画は人口密集地域には該当しません。
3 結論
上記の分析に基づくと、無ハロゲン・低発煙材料は現在の絶縁グレードの難燃シース材料よりも性能が劣り、問題が発生しやすいことがわかります。そのため、現在の高圧ケーブル基準GB/T 11017およびGB/T 18890は、無ハロゲン・低発煙シース材料を標準システムに組み込んでいません。
「電気・光ファイバーケーブルの燃焼挙動分類」GB 31247は火災挙動の制御を強化しています。これは地下鉄や高速鉄道駅などの人口密集地域で適切であり、安全上の考慮から生命財産の保護が必要です。これらの地域で使用されるほとんどのケーブルは中圧または低圧であり、高圧ケーブルほど電気性能の要件が厳しくはありません。
特に注意すべき点は、「難燃性または耐火性電線・ケーブル・光ファイバーケーブルの一般規則」GB/T 19666のBクラスと「電気・光ファイバーケーブルの燃焼挙動分類」GB 31247のB1クラスは等価ではありません。2つの基準は全く異なる火災性能基準と適用範囲を持ち、互換性はありません。GB/T 19666 Bクラスに準拠する高圧ケーブルの使用を推奨し、GB 31247 B1またはB2クラスに準拠する高圧ケーブルの使用は推奨しません。両方とも「B」とラベル付けされていますが、異なる標準システムに属しており、性能結果は全く異なります。GB 31247 B1またはB2クラスに準拠する高圧ケーブルを使用すると、建設部門や運転・保守部門に大きな負担がかかります。
電力トンネルの厳しい防火要件を考慮し、難燃等級をBクラスにアップグレードした後：
難燃性が不要な管路または直接埋設インストールでは、PE外側シース（難燃剤添加なし、安定した絶縁抵抗を提供）を選択できます。
トンネルに設置する高圧ケーブルにはPVC外側シースを推奨します（欠点は燃焼時に有毒ガスを放出することですが、利点は配合により防水性を強化でき、Bクラスの難燃PEケーブルと比べて絶縁抵抗がより安定していることです）。
さらに、シース材料と構造について迅速に共同研究を開始し、絶縁抵抗と難燃性の間の矛盾を根本的に解決することを推奨します。
