고압 케이블의 난연제 선택에 대한 고려사항 및 권장사항

1. 난연 케이블 분류 기준

난연 표준 시스템은 두 가지 주요 범주로 나뉩니다. 첫 번째 범주는 "전기 및 광섬유 케이블의 연소 행위 분류" GB 31247를 따릅니다. 이 표준 시스템에 부합하는 케이블은 고속철도와 지하철과 같은 인구 밀집 지역에서 널리 사용됩니다. 이 표준은 연기 밀도, 열 방출, 총 연기 생성량 등의 매개변수에 엄격한 요구사항을 설정하며, 케이블은 일반적으로 저연기 무할로겐 소재를 사용합니다.

두 번째 범주는 "난연 또는 불연 전기선, 케이블 또는 광케이블 일반 규칙" GB/T 19666입니다. GB 31247가 도입되기 전까지 이 표준은 중국의 모든 종류의 시설에서 널리 적용되었습니다. GB/T 19666 시스템도 연기 밀도와 같은 매개변수의 값들을 지정하며, 입찰 시 WD(저연기 무할로겐)와 같은 추가 접두어가 종종 지정됩니다. 케이블의 난연 등급에 대한 대응 테스트 표준은 아래 표에 나열되어 있습니다:

항목 1의 분류 기준: "난연 또는 불연 전기선, 케이블 또는 광케이블 일반 규칙" GB/T 19666 표준은 전력 설계 연구소에서 익숙한 ZA, ZB, ZC 분류를 사용합니다. 그러나 그 참고 테스트 방법인 "화재 조건 하에서 단체 배선 또는 케이블의 수직 화염 확산 시험 - 파트 3: 단체 배선 또는 케이블에 대한 시험 방법" GB 18380.3-2001은 폐지되었습니다. 이 테스트 표준은 IEC 60332-3-25:2000, "화재 조건 하에서의 전기 및 광섬유 케이블 시험 - 파트 3-25: 수직 설치된 단체 케이블의 수직 화염 확산 시험 - D 등급"을 기반으로 합니다.

항목 2의 분류 기준: "난연 및 불연 케이블 - 파트 1: 난연 케이블" GA 306.1-2007 표준은 GB 18380.31~36-2008라는 업데이트된 테스트 방법을 사용하여 GB 18380.3-2001을 대체합니다. 주요 차이점은 연기 독성(GB 20285), 투광율, 부식 저항 등 추가 기준을 포함하여 A, B, C 클래스를 다섯 가지 세부 등급으로 나누는 것입니다.

항목 3의 분류 기준: "전기 및 광섬유 케이블의 연소 행위 분류" GB 31247는 가장 최근의 표준입니다. 해당 테스트 방법은 "화재 조건 하에서 케이블 또는 광케이블의 화염 확산, 열 방출 및 연기 생성 특성" GB 31248이며, EN 50399:2011, "화재 조건 하에서의 케이블 공통 시험 방법 - 단체 배선 및 케이블의 수직 화염 확산 시험을 위한 열 방출 및 연기 생성 측정 절차 - 장비, 절차 및 일반 결과"를 참조합니다. 주요 차이점은 화염 확산, 총 열 방출, 최대 열 방출 속도, 총 연기 생성량을 평가한다는 것입니다. 이 두 분류 시스템 사이의 기준은 크게 다릅니다. GB 31247 시스템(B1 등급)은 저할로겐 및 저연기 특성을 강조하므로, 이러한 분류는 직접적으로 동등하지 않습니다. 심지어 ZA/ZB/ZC 시스템 내의 "B" 등급도 B1 등급의 요구사항을 충족하지 못합니다.

2. 고압 케이블에서 B1 등급이 사용되지 않는 이유

2.1 저연기, 부식 저항성 소재 부족

저연기 성능을 달성하기 위해서는 일반적으로 아스팔트 페인트를 사용해야 합니다. 그러나 아스팔트 페인트는 부식 저항 요구사항을 충족하지 못하며, 유럽 표준에서도 금지되고 있습니다. 따라서 저연기 성능 기준을 충족할 수 없습니다. 고압 전력 케이블은 아스팔트 방식의 부식 방지 구조를 가진 금속 알루미늄 피복을 사용하는데, 이는 연소 시 많은 양의 연기를 발생시킵니다. 해외에서는 아스팔트 페인트나 핫멜트 접착제를 일반적으로 사용하지만, 이러한 구조는 국내 제조업체에서 제작하거나 어떤 공사 프로젝트에서도 사용되지 않았습니다. 따라서 고압 전력 케이블 외피 소재 분야는 B1 등급에 필요한 저연기 성능을 달성하는 데 제약을 받습니다.

2.2 저할로겐 케이블의 절연 저항 감소

고압과 중압 전력 케이블 간의 주요 차이는 외피 소재 선택에 있습니다. 고압 케이블은 고전류 용량, 고과전압, 단일 코어 설계 때문에 외피가 운영 안전을 위해 우수한 절연 특성을 가져야 합니다. 따라서 고압 케이블의 외피는 "절연 등급"으로 지정되며, 중압 케이블은 "피복 등급" 소재를 사용합니다.

그러나 저연기 무할로겐 피복 소재는 무기 난연제를 많이 함유하고 있어, 피복의 절연 저항이 상대적으로 좋지 않습니다. 현재 피복 소재의 절연 성능 순서는 PE ≥ 난연 PE ≥ PVC ≥ 저연기 무할로겐 시리즈입니다. 이로 인해 현재의 고압 케이블 표준인 GB/T 11017 및 GB/T 18890에는 저연기 무할로겐 피복 소재가 표준 시스템에 포함되어 있지 않습니다. 반면, 중압 케이블은 피복 절연 성능 요구사항이 덜 엄격하므로, 저연기 무할로겐 피복 소재가 이미 표준 시스템에 포함되어 있습니다.

전력 회사는 포화 수분 흡수 상태에서 외피의 수분 흡수율과 포화 수분 흡수 상태에서의 절연 저항률이라는 두 가지 주요 지표의 불량 성능으로 인해 여러 케이블 산업 회의를 개최했습니다.

고압 전력 케이블 터널의 화재 예방 상황은 심각합니다. 현재 고압 케이블은 주로 난연 모델로 구매됩니다. 말 그대로, 난연 소재는 난연제와 같은 첨가제를 추가하여 일반적인 피복 소재에 난연 특성을 부여한 것입니다. 일반적인 피복의 난연 성능은 표 3에 나열되어 있습니다.

PE 피복을 예로 들어, 난연 PE는 난연제를 추가한 표준 PE 피복 소재입니다. 난연제는 무기물과 유기물로 나뉩니다. 현재 시장의 대부분 제품은 주로 무기 난연제를 사용하며, 일반적인 유형으로는 산화마그네슘과 산화알루미늄이 있습니다. 이러한 재료는 일반적으로 수분을 쉽게 흡수하고 수화 반응을 일으킵니다. 따라서 피복 소재는 보통 구매 후 즉시 생산에 투입되며, 그렇지 않으면 수분 흡수가 쉽게 발생하여 압출 과정에서 공극과 같은 결함이 생길 수 있습니다. 난연제 입자를 미세화하고 표면 수정을 거쳐 소재 호환성을 향상시키면 난연 피복 소재가 좋은 가공성을 얻을 수 있습니다.

방수 케이블은 일반적으로 완전하고 밀폐된 금속 피복을 가진 케이블을 의미합니다. 플라스틱 피복을 방수층으로 사용하면, 플라스틱을 통해 습기가 케이블로 침투할 수 있습니다. 습기 침투는 비교적 느린 과정입니다. 실제 케이블 운용 중 피복 표면 온도는 60°C까지 도달할 수 있으며, 이는 습기 침투를 가속화합니다. 따라서 새로 설치된 케이블 피복의 경우 절연 저항은 일반적으로 요구사항을 충족하지만, 몇 개월에서 약 1년 정도 운용 후 많은 선로의 피복 절연 저항이 급격히 감소하며, 이 문제는 보통 이러한 기간 동안 발견됩니다. 일단 피복 절연 저항이 특정 수준으로 감소하면, 감소 속도는 안정화되고 느려집니다.

2.4 저할로겐 케이블의 열악한 균열 저항

표 5에서 ST2는 PVC, ST7은 PE, ST8은 무할로겐 저연기 소재를 나타냅니다. 피복의 기계적 특성에서 보면, 무할로겐 저연기 소재의 인장강도와 인장시 파괴 변형률은 현저히 떨어집니다. 무할로겐 저연기 케이블의 설치는 특히 북부 지역의 실외에서 엄격한 요구사항을 갖는데, 이러한 피복은 저온에서 균열이 잘 발생하며, 심지어 운용 중에도 균열이 발생할 수 있습니다. 중국에서는 중압 및 저압 케이블에서 이미 많은 유사한 품질 사고가 발생했습니다. 일부 건설 프로젝트는 겨울에 실내에서 작업을 수행하면서 무할로겐 저연기 케이블을 사용하기도 합니다.

무할로겐 저연기 케이블은 주로 건물 내부, 역, 지하철, 공공 건물과 같은 인구 밀집 지역에서 사용됩니다. 유틸리티 터널의 전력 구역은 인구 밀집 지역에 속하지 않습니다.

3. 결론

위의 분석에 따르면, 무할로겐 저연기 소재는 현재의 절연 등급 난연 피복 소재보다 성능이 떨어지고 문제가 더 많이 발생하기 쉽습니다. 이를 위해 현재의 고압 케이블 표준인 GB/T 11017 및 GB/T 18890에는 무할로겐 저연기 피복 소재가 표준 시스템에 포함되어 있지 않습니다.

"전기 및 광섬유 케이블의 연소 행위 분류" GB 31247는 화재 행위 통제를 강화합니다. 이는 지하철과 고속철도 역과 같은 인구 밀집 지역에서 적합하며, 이러한 지역에는 많은 연소 가능한 물질이 있어 생명과 재산의 안전을 고려해야 합니다. 이러한 지역에서 사용되는 대부분의 케이블은 중압 또는 저압 케이블로, 고압 케이블과 달리 전기 성능 요구사항이 그리 엄격하지 않습니다.

특히 "난연 또는 불연 전기선, 케이블 또는 광케이블 일반 규칙" GB/T 19666의 B 등급은 "전기 및 광섬유 케이블의 연소 행위 분류" GB 31247의 B1 등급과 동등하지 않습니다. 두 표준은 완전히 다른 화재 성능 기준과 적용 영역을 가지고 있으며, 서로 교환해서 사용해서는 안 됩니다. GB/T 19666 B 등급을 충족하는 고압 케이블을 사용하는 것이 권장되며, GB 31247 B1 또는 B2 등급을 충족하는 고압 케이블을 사용하는 것은 권장되지 않습니다. 비록 모두 "B"라고 표기되지만, 두 표준 시스템은 완전히 다른 성능 결과를 가져오므로, GB 31247 B1 또는 B2 등급을 충족하는 고압 케이블을 사용하면 건설 및 운영 유지보수 부서에 막대한 압박을 가하게 됩니다.

전력 터널의 엄격한 화재 예방 요구사항을 고려하여, 난연 등급을 B 등급으로 업그레이드한 후:

• 난연성이 필요 없는 관로 또는 직접 매설 설치의 경우, PE 외피(난연 첨가제 없음, 안정적인 절연 저항 제공)를 선택할 수 있습니다.

• 터널에 설치되는 고압 케이블의 경우, PVC 외피를 추천합니다(불리한 점은 연소 시 유독가스 방출; 유익한 점은 조성물이 수분 저항을 향상시키며, B 등급 난연 PE 케이블보다 절연 저항이 더 안정적임).

또한, 절연 저항과 난연성 간의 갈등을 근본적으로 해결하기 위해 피복 소재와 구조에 대한 공동 연구를 신속히 시작하는 것이 권장됩니다.