Rozważania i rekomendacje dotyczące wyboru niepalnych kabeli wysokiego napięcia

1. Klasyfikacja standardów kabli ogniotrwałych

System standardów ogniotrwałości dzieli się na dwie główne kategorie. Pierwsza kategoria opiera się na "Klasyfikacji zachowania podczas pożaru kabli elektrycznych i światłowodowych" GB 31247. Kable zgodne z tym systemem standardów są szeroko stosowane w gęsto zaludnionych obszarach, takich jak szybkie koleje i metra. Ten standard nakłada surowe wymagania dotyczące parametrów, takich jak gęstość dymu, wydzielanie ciepła i całkowite wydzielanie dymu, a kable zazwyczaj używają materiałów niskodymnych i bezhalogenowych.

Druga kategoria to "Ogólne zasady dla przewodów elektrycznych, kabli lub światłowodów ogniotrwałych lub niepalnych" GB/T 19666. Przed wprowadzeniem GB 31247, ten standard był szeroko stosowany we wszystkich rodzajach obiektów w Chinach. System GB/T 19666 również określa wartości parametrów, takich jak gęstość dymu, a podczas przetargów często określone są dodatkowe prefiksy, takie jak WD (niskodymny, bezhalogenowy). Odpowiednie normy testowe dla klasyfikacji ogniotrwałości kabli przedstawione są w poniższej tabeli:

Standard klasyfikacji pozycji 1: Standard "Ogólne zasady dla przewodów elektrycznych, kabli lub światłowodów ogniotrwałych lub niepalnych" GB/T 19666 używa znanych instytutom projektującym klas ZA, ZB, ZC. Jednak jego odwołana metoda testowa, "Test rozprzestrzeniania się płomienia w pionie dla skupisk przewodów lub kabli w warunkach pożarowych – Część 3: Metody testowe dla skupisk przewodów lub kabli" GB 18380.3-2001, została wycofana. Ten standard testowy opierał się na IEC 60332-3-25:2000, "Testy kabli elektrycznych i światłowodowych w warunkach pożarowych – Część 3-25: Test rozprzestrzeniania się płomienia w pionie ustawionych w skupisku kabli – Kategoria D."

Standard klasyfikacji pozycji 2: Standard "Kable ogniotrwałe i niepalne – Część 1: Kable ogniotrwałe" GA 306.1-2007, klasyfikuje kable według zaktualizowanych metod testowych GB 18380.31~36-2008, które zastąpiły GB 18380.3-2001. Główna różnica polega na uwzględnieniu dodatkowych kryteriów, takich jak toksyczność dymu (GB 20285), przejrzystość światła i odporność na korozję, co dalszy podział klas A, B i C na pięć różnych stopni.

Standard klasyfikacji pozycji 3: "Klasyfikacja zachowania podczas pożaru kabli elektrycznych i światłowodowych" GB 31247 to najnowszy standard. Jego odpowiednia metoda testowa to "Rozprzestrzenianie się płomienia, wydzielanie ciepła i produkcja dymu przez kabli lub światłowody w warunkach pożarowych" GB 31248, która odwołuje się do EN 50399:2011, "Wspólne metody testowe dla kabli w warunkach pożarowych – Procedury pomiarowe wydzielania ciepła i produkcji dymu dla testu rozprzestrzeniania się płomienia w pionie ustawionych w skupisku przewodów i kabli – Urządzenie, procedura i ogólne wyniki." Kluczową różnicą jest ocena rozprzestrzeniania się płomienia, całkowitego wydzielania ciepła, maksymalnej szybkości wydzielania ciepła i całkowitej produkcji dymu. Kryteria między tymi dwoma systemami klasyfikacji różnią się znacząco. System GB 31247 (klasa B1) podkreśla niskohalogenowe i niskodymne cechy, co oznacza, że klasyfikacje nie są bezpośrednio równoważne. Nawet klasa "B" w systemie ZA/ZB/ZC nie spełnia wymagań klasy B1.

2. Powody, dla których klasa B1 nie jest dostępna dla kabli wysokiego napięcia

2.1 Brak materiałów niskodymnych i odpornych na korozję

Osiągnięcie niskodymnego działania zwykle wymaga użycia farby bitumicznej. Jednak farba bitumiczna nie spełnia wymagań odporności na korozję, a jej użycie jest również zabronione przez europejskie standardy. Dlatego kryterium niskodymności nie może być spełnione. Kabli wysokiego napięcia używa metalowej osłony z aluminium z konstrukcją antykorozyjną z farbą bitumiczną, która generuje znaczne ilości dymu podczas spalania. Podczas gdy za granicą ogólnie używa się farby bitumicznej lub kleju termoplastycznego, ta konstrukcja nie została wyprodukowana przez żadnego krajowego producenta ani nie została użyta w żadnym projekcie inżynieryjnym. W związku z tym pole materiałowe zewnętrznych osłon kabli wysokiego napięcia ogranicza możliwość osiągnięcia wymaganej niskodymności klasy B1.

2.2 Zmniejszenie rezystancji izolacyjnej w kabli niskohalogenowych

Zasadnicza różnica między kabli wysokiego i średniego napięcia polega na wyborze materiału zewnętrznej osłony. Ze względu na dużą pojemność prądową, wysoką nadmierną wartość napięcia i jednokomorową konstrukcję kabli wysokiego napięcia, zewnętrzna osłona musi mieć doskonałe właściwości izolacyjne dla bezpieczeństwa eksploatacji. Dlatego zewnętrzna osłona kabli wysokiego napięcia jest określana jako "klasa izolacyjna", podczas gdy kabli średniego napięcia używa materiału "klasy osłonowej".

Jednakże, kompozycje osłonowe niskodymne i bezhalogenowe zawierają duże ilości nieorganicznych retardantów ogniotrwałych, co prowadzi do stosunkowo słabej rezystancji izolacyjnej osłony. Obecna wydajność izolacyjna materiałów osłonowych następuje w kolejności: PE ≥ Ogniotrwałe PE ≥ PVC ≥ Seria niskodymna i bezhalogenowa. Dlatego obecne standardy kabli wysokiego napięcia, takie jak GB/T 11017 i GB/T 18890, nie uwzględniają kompozycji osłonowych niskodymnych i bezhalogenowych w swoich systemach standardów. Z drugiej strony, dla kabli średniego napięcia, gdzie wymagania dotyczące wydajności izolacyjnej osłon są mniej rygorystyczne, kompozycje osłonowe niskodymne i bezhalogenowe zostały już uwzględnione w systemie standardów.

Przedsiębiorstwa energetyczne zorganizowały wiele konferencji branżowych, głównie ze względu na słabe wyniki dwóch kluczowych wskaźników: stężenie wody w osłonach zewnętrznych w warunkach nasycenia wodą i rezystancja izolacyjna w warunkach nasycenia wodą.

Sytuacja zapobiegania pożarom w tunelach kabli wysokiego napięcia jest poważna. Obecnie kabli wysokiego napięcia kupuje się głównie w modelach ogniotrwałych. Jak sama nazwa wskazuje, materiały ogniotrwałe to konwencjonalne materiały osłonowe z dodanymi formułami, takimi jak retardanty ogniotrwałe, które nadały materiałom właściwości ogniotrwałe. Właściwości ogniotrwałe typowych osłon przedstawione są w Tabeli 3.

Na przykład, biorąc osłonę PE, ogniotrwałe PE to standardowe materiały osłonowe PE z dodanymi retardantami ogniotrwałymi. Retardanty ogniotrwałe dzielą się na nieorganiczne i organiczne. Obecnie większość produktów na rynku używa głównie nieorganicznych retardantów, z których najczęstsze to tlenek magnezu i tlenek glinu. Te materiały łatwo wchłaniają wilgoć i ulegają reakcjom hydracji w normalnych warunkach. Dlatego materiały osłonowe są zazwyczaj produkowane natychmiast po zakupie, w przeciwnym razie łatwo mogą wchłaniać wilgoć, prowadząc do defektów, takich jak pustki podczas ekstruzji. Tylko po mikronizacji cząsteczek retardantu, modyfikacji powierzchni i zwiększeniu zgodności materiałów, kompozycje osłonowe ogniotrwałe mogą osiągnąć dobrą procesowalność.

Wodoszczelne kabli zwykle odnoszą się do kabli z pełną, szczelną metalową osłoną. Jeśli plastikowa osłona jest używana jako warstwa wodoszczelna, wilgoć może przenikać do kabla przez plastik. Przenikanie wilgoci jest stosunkowo wolnym procesem. W trakcie rzeczywistej eksploatacji kabli temperatura powierzchni osłony może osiągnąć nawet 60°C, co przyspiesza przenikanie wilgoci. Dlatego, dla nowo uruchamianych osłon kabli, rezystancja izolacyjna zazwyczaj spełnia wymagania. Jednak po pewnym czasie eksploatacji, rezystancja izolacyjna osłon wielu linii gwałtownie spada, a ten problem jest zwykle odkrywany w ciągu kilku miesięcy do około roku. Gdy rezystancja izolacyjna osłony spadnie do pewnego poziomu, tempo spadku zazwyczaj stabilizuje się i zwalnia.

2.4 Słaba odporność na pękanie kabli niskohalogenowych

W Tabeli 5, ST2 oznacza PVC, ST7 oznacza PE, a ST8 oznacza materiał bezhalogenowy i niskodymny. Z perspektywy mechanicznych właściwości osłon, wytrzymałość na rozciąganie i rozciąganie do pęknięcia materiałów bezhalogenowych i niskodymnych jest znacznie gorsza. Instalacja kabli bezhalogenowych i niskodymnych ma ścisłe wymagania, szczególnie w terenach otwartych na północy, ponieważ te osłony są podatne na pękanie przy niskich temperaturach i mogą nawet pękać podczas eksploatacji. Wiele podobnych incydentów jakościowych już miało miejsce z kabli średniego i niskiego napięcia w Chinach. Niektóre projekty budowlane używają kabli bezhalogenowych i niskodymnych w zimie, częściowo dlatego, że prace są prowadzone wewnątrz, gdzie temperatury są wyższe.

Kabli bezhalogenowe i niskodymne są głównie używane wewnątrz budynków i gęsto zaludnionych obszarach, takich jak stacje, metra i budynki publiczne. Komora energetyczna tunelu nie należy do gęsto zaludnionego obszaru.

3. Podsumowanie

Na podstawie powyższej analizy, materiały bezhalogenowe i niskodymne mają gorsze właściwości niż obecne materiały osłonowe ogniotrwałe klasy izolacyjnej i są bardziej narażone na problemy. Dlatego obecne standardy kabli wysokiego napięcia, takie jak GB/T 11017 i GB/T 18890, nie uwzględniają materiałów osłonowych bezhalogenowych i niskodymnych w swoich systemach standardów.

"Klasyfikacja zachowania podczas pożaru kabli elektrycznych i światłowodowych" GB 31247 wzmocniła kontrolę zachowania podczas pożaru. Jest to odpowiednie dla gęsto zaludnionych obszarów, takich jak metra i stacje szybkich kolei, gdzie jest wiele materiałów łatwopalnych, ze względu na bezpieczeństwo życia i mienia. Większość kabli używanych w tych obszarach to kabli średniego lub niskiego napięcia, dla których wymagania dotyczące wydajności elektrycznej nie są tak rygorystyczne jak dla kabli wysokiego napięcia.

Warto szczególnie zauważyć, że klasa B w "Ogólnych zasadach dla przewodów elektrycznych, kabli lub światłowodów ogniotrwałych lub niepalnych" GB/T 19666 nie jest równoważna z klasą B1 w "Klasyfikacji zachowania podczas pożaru kabli elektrycznych i światłowodowych" GB 31247. Dwa standardy mają zupełnie różne kryteria wydajności podczas pożaru i przeznaczone są do różnych obszarów zastosowania. Nie powinny być używane wymiennie. Zaleca się użycie kabli wysokiego napięcia spełniających klasę B standardu GB/T 19666, a nie zaleca się użycia kabli wysokiego napięcia spełniających klasy B1 lub B2 standardu GB 31247. Mimo że obie są oznaczone "B", należą one do różnych systemów standardów, co prowadzi do całkowicie różnych wyników wydajności. Użycie kabli wysokiego napięcia spełniających klasy B1 lub B2 standardu GB 31247 nałożyłoby ogromne obciążenie na działy budowlane i eksploatacyjne.

Zważywszy na rygorystyczne wymagania ochrony przeciwpożarowej w tunelach energetycznych, po modernizacji klasyfikacji ogniotrwałości do klasy B:

• Dla rurociągów lub instalacji bezpośredniego zakopania, gdzie ogniotrwałość nie jest wymagana, można wybrać zewnętrzne osłony PE (bez dodatków ogniotrwałych, zapewniające stałą rezystancję izolacyjną).

• Dla kabli wysokiego napięcia instalowanych w tunelach, zaleca się zewnętrzne osłony PVC (wadą jest wydzielanie toksycznych gazów podczas spalania, zaletą jest wzrost odporności na wodę dzięki formułom, a rezystancja izolacyjna jest bardziej stabilna w porównaniu do kabli ogniotrwałych PE klasy B).

Ponadto, zaleca się natychmiastowe rozpoczęcie wspólnych badań nad materiałami i strukturami osłon, aby fundamentalnie rozwiązać konflikt między rezystancją izolacyjną a ogniotrwałością.