Overveielser og anbefalinger for flammehemming av høyspenningskabler

1.Bransleskkabels klassifiseringsstandarder

Systemet for bransleskke standarder er delt inn i to hovedkategorier. Den første kategorien følger "Klassifisering av brennbarhet for elektriske og fiberoptiske kabler" GB 31247. Kabler som overholder dette standardsystemet, brukes bredt i tette befolkede områder som høyhastighetsjernbaner og metroer. Denne standarden stiller streng krav til parametre som røyktetthet, varmeutslipp og total røykproduksjon, og kablene bruker typisk lavrøyk, halogenfrie materialer.

Den andre kategorien er "Generelle regler for bransleskke eller ildbestandige elektriske tråder, kabler eller fiberoptiske kabler" GB/T 19666. Før innføringen av GB 31247, ble denne standarden bredt anvendt på alle typer anlegg i Kina. GB/T 19666-systemet spesifiserer også verdier for parametre som røyktetthet, og under anskaffelser, spesifiseres ofte ekstra prefikser, som WD (lav-røyk, halogenfri). De tilsvarende teststandardene for kablers bransleskke-klassifikasjoner vises i tabellen nedenfor:

Klassifiseringsstandard for punkt 1: Standarden "Generelle regler for bransleskke eller ildbestandige elektriske tråder, kabler eller fiberoptiske kabler" GB/T 19666 bruker de kjente ZA, ZB, ZC-klassifikasjonene kjent til strømleverandører. Imidlertid har den refererte testmetoden, "Test på vertikal flammespredning for bundlete tråder eller kabler under ildbetingelser – Del 3: Testmetoder for bundlete tråder eller kabler" GB 18380.3-2001, blitt trukket tilbake. Denne teststandarden var basert på IEC 60332-3-25:2000, "Tester på elektriske og fiberoptiske kabler under ildbetingelser – Del 3-25: Test for vertikal flammespredning av vertikalt monterte bundlete kabler – Kategori D."

Klassifiseringsstandard for punkt 2: Standarden "Bransleskke og ildbestandige kabler – Del 1: Bransleskke kabler" GA 306.1-2007, klassifiserer kabler etter de oppdaterte testmetodene GB 18380.31~36-2008, som erstattet GB 18380.3-2001. Hovedforskjellen er inkluderingen av ekstra kriterier som røykgiftighet (GB 20285), lysgjennomslapphet og korrosjonsbestandighet, som videre deler A, B og C-klassene inn i fem distinkte grader.

Klassifiseringsstandard for punkt 3: "Klassifisering av brennbarhet for elektriske og fiberoptiske kabler" GB 31247 er den nyeste standarden. Den tilsvarende testmetoden er "Flammespredning, varmeutslipp og røykproduksjonsegenskaper for kabler eller fiberoptiske kabler under ildbetingelser" GB 31248, som refererer til EN 50399:2011, "Felles testmetoder for kabler under ildbetingelser – Målingsprosedyrer for varmeutslipp og røykproduksjon for test av vertikal flammespredning av bundlete tråder og kabler – Utstyr, prosedyre og generelle resultater." Den viktigste forskjellen er at den evaluerer flammespredning, totalt varmeutslipp, topp varmeutslippshastighet og total røykproduksjon. Kriteriene mellom disse to klassifiseringsystemene er betydelig forskjellige. GB 31247-systemet (B1-klasse) legger vekt på lav-halogen og lav-røyk egenskaper, noe som betyr at klassifiseringene ikke er direkte ekvivalente. Selv B-klasse i ZA/ZB/ZC-systemet oppfyller ikke kravene til B1-klasse.

2. Grunner til at B1-klasse ikke er tilgjengelig for høyspenningskabler

2.1 Mangel på lav-røyk, korrosjonsbestandige materialer

For å oppnå lav-røyk-ytelse kreves det typisk bruk av asfaltmal. Asfaltmal oppfyller imidlertid ikke korrosjonsbestandighetskrav, og bruken er også forbudt av europeiske standarder. Derfor kan lav-røyk-ytelseskriteriet ikke oppfylles. Høyspenningskraftkabler bruker en metallisk aluminiumsmantel med en asfaltantikorrosjonsstruktur, som produserer mye røyk under forbrenning. I utlandet brukes typisk asfaltmal eller hot-melt lim, men denne strukturen har hverken blitt produsert av noen innenlandske produsenter eller brukt i noen ingeniørprosjekter. Dermed begrenser materialefeltet for ytre mantel på høyspenningskraftkabler evnen til å oppnå den lav-røyk-ytelsen som kreves for B1-klasse.

2.2 Reduksjon av isolasjonsmotstand i lav-halogenkabler

En signifikant forskjell mellom høy- og mediumspenningskraftkabler ligger i valg av ytre mantelmateriale. På grunn av høy strømkapasitet, høy overvoltage og enskapsdesignet for høyspenningskabler, må ytre mantelen ha fremragende isolasjonsegenskaper for driftssikkerhet. Derfor er ytre mantelen for høyspenningskabler spesifisert som "isolasjonsgrenses", mens mediumspenningskabler bruker "mantelgrad"-materiale.

Imidlertid inneholder lav-røyk, halogenfrie mantelmiksinger store mengder inorganiske flammevekkere, som resulterer i relativt dårlig isolasjonsmotstand for mantelen. Nåværende mantelmateriale isolasjonsytelse følger rekkefølgen: PE ≥ Flammevekker-PE ≥ PVC ≥ Lav-røyk, halogenfri serie. På grunn av dette har nåværende høyspenningskablestandarder som GB/T 11017 og GB/T 18890 ikke inkludert lav-røyk, halogenfrie mantelmiksinger i deres standarder. I motsetning til dette, for mediumspenningskabler, der kravene til mantelisolasjonsegenskaper er mindre strenge, har lav-røyk, halogenfrie mantelmiksinger allerede blitt inkludert i standardsystemet.

Strømnetselskaper har organisert flere kabelindustrikonferanser, hovedsakelig på grunn av dårlig ytelse av to nøkkelinndikatorer: absorbanserate for ytre mantel under saturert vannabsorbans og isolasjonsmotstand under saturert vannabsorbans.

Brandforebyggingssituasjonen i høyspenningskabeltunnel er alvorlig. For øyeblikket kjøpes høyspenningskabler hovedsakelig i flammevekkermodeller. Som navnet antyder, er flammevekkermaterialer konvensjonelle mantelmaterialer med tilsette formler som flammevekkere, som gir materialene flammevekker-egenskaper. Flammevekker-egenskapene for vanlige mantler vises i tabell 3.

Som et eksempel på PE-mantel, er flammevekker-PE standard PE-mantelmateriale med tilsette flammevekkere. Flammevekkere er delt inn i inorganiske og organiske typer. For øyeblikket bruker de fleste produkter på markedet hovedsakelig inorganiske flammevekkere, med vanlige typer som magnesiumoksid og aluminiumoksid. Disse materialene absorberer lett fuktighet og undergår hydrasjonsreaksjoner under normale forhold. Derfor settes mantelmateriale vanligvis i produksjon umiddelbart etter innkjøp; ellers kan fuktighet lette absorbere, som fører til defekter som tomrom under ekstrudering. Bare når flammevekkerpartiklene er mikronisert, gjennomgått overflateendring og fått forbedret materialekompatibilitet, kan flammevekkermantelmiksinger oppnå god prosessbarhet.

Vannettige kabler refererer vanligvis til kabler med en komplett, tett metallmantel. Hvis plastmantel brukes som vannett lag, kan fukt penetrere kablen gjennom plastet. Fuktinntrenging er en relativt langsom prosess. Under faktisk kabledrift kan manteloverflaten oppnå opptil 60°C, noe som forsterker fuktinntrenging. Derfor oppfyller isolasjonsmotstanden for de fleste nye mantler kravene. Men etter en periode med drift, synker mantelisolasjonsmotstanden for mange linjer dramatisk, og dette problemet blir vanligvis oppdaget innen noen måneder til omtrent et år. Når mantelisolasjonsmotstanden synker til et visst nivå, stabiliserer og senkes nedgangen tendensmessig.

2.4 Dårlig sprækresistens hos lav-halogenkabler

I tabell 5 refererer ST2 til PVC, ST7 til PE, og ST8 til halogenfritt, lav-røyk-material. Fra perspektivet av mantelmekanikk, er trekkestyrken og utrekning ved brudd av halogenfritt, lav-røyk-material markant dårligere. Installasjonen av halogenfritt, lav-røyk-kabler har streng krav, spesielt i utendørsområder i nordlige regioner, fordi disse mantlene er enkle å sprække seg ved lav temperatur og kan selv utvikle sprækking under drift. Flere lignende kvalitetshendelser har allerede oppstått med medium- og lavspenningskabler i Kina. Noen konstruksjonsprosjekter bruker halogenfritt, lav-røyk-kabler under vinter, delvis fordi arbeidet utføres innendørs hvor temperaturen er høyere.

Halogenfritt, lav-røyk-kabler brukes hovedsakelig innendørs i bygg og tette befolkede områder som stasjoner, metroer og offentlige bygg. Strømkompartimentet i en utilitets_tunnel hører ikke til et tett befolkede område.

3 Konklusjon

Basert på ovennevnte analyse, presterer halogenfritt, lav-røyk-material dårligere enn de nåværende isolasjonsgrenses flammevekker-mantelmaterialene og er mer utsatt for problemer. Av denne grunn har nåværende høyspenningskablestandarder som GB/T 11017 og GB/T 18890 ikke inkludert halogenfritt, lav-røyk-mantelmateriale i deres standarder.

"Klassifisering av brennbarhet for elektriske og fiberoptiske kabler" GB 31247 styrker kontroll over brandsikkerhet. Dette er passende for tette befolkede områder som metroer og høyhastighetsjernbane-stasjoner, der det finnes mange brennbare materialer, av sikkerhetsmessige hensyn for liv og eiendom. De fleste kablene brukt i disse områdene er medium- eller lavspennings, der elektriske ytelseskrav ikke er like strenge som for høyspenningskabler.

Det er spesielt viktig å merke seg at B-klasse i "Generelle regler for bransleskke eller ildbestandige elektriske tråder, kabler, eller fiberoptiske kabler" GB/T 19666 er ikke ekvivalent med B1-klasse i "Klassifisering av brennbarhet for elektriske og fiberoptiske kabler" GB 31247. De to standardene har fullstendig ulike brandytelseskriterier og foreslåtte anvendelsesområder. De bør ikke brukes byttingsvis. Det anbefales å bruke høyspenningskabler som oppfyller GB/T 19666 B-klasse, og ikke anbefales å bruke høyspenningskabler som oppfyller GB 31247 B1 eller B2-klasse. Selv om begge er merket "B", tilhører de ulike standardsystemer, noe som resulterer i fullstendig ulike ytelsesresultater. Bruk av høyspenningskabler som oppfyller GB 31247 B1 eller B2-klasse ville legge enorm press på bygging og drift & vedlikehold avdelinger.

Gitt de strenge brandsikkerhetskravene i strømtunnel, etter å ha oppgradert flammevekkerklassifiseringen til B-klasse:

• For ledninger eller direkte gravde installasjoner der flammevekker ikke er nødvendig, kan PE-ytre mantler (uten flammevekker-tilsetninger, som gir stabil isolasjonsmotstand) velges.

• For høyspenningskabler installert i tunneler, anbefales PVC-ytre mantler (fordelen er at formuler kan forbedre vannestandskapasiteten, og isolasjonsmotstanden er mer stabil sammenlignet med B-klasse flammevekker-PE-kabler).

Videre anbefales det å ivareta hurtig felles forskning på mantelmateriale og -strukturer for å løse konflikten mellom isolasjonsmotstand og flammevekker fundamental.