Considerações e Recomendações para a Seleção de Retardantes de Chama em Cabos de Alta Tensão
1.Padrões de Classificação de Cabos Retardantes à Chama
O sistema de padrões retardantes à chama é dividido em duas categorias principais. A primeira categoria segue a "Classificação do Comportamento ao Fogo para Cabos Elétricos e de Fibra Óptica" GB 31247. Os cabos que atendem a este sistema de padrões são amplamente utilizados em áreas densamente povoadas, como ferrovias de alta velocidade e metrôs. Este padrão impõe requisitos rigorosos sobre parâmetros como densidade de fumaça, liberação de calor e produção total de fumaça, e os cabos geralmente usam materiais de baixa fumaça e sem halogênio.
A segunda categoria é a "Regras Gerais para Cabos Elétricos, Cabos ou Cabos de Fibra Óptica Retardantes à Chama ou Resistentes ao Fogo" GB/T 19666. Antes da introdução do GB 31247, este padrão era amplamente aplicado em todos os tipos de instalações na China. O sistema GB/T 19666 também especifica valores para parâmetros como densidade de fumaça, e durante as licitações, prefixos adicionais são frequentemente especificados, como WD (baixa fumaça, sem halogênio). Os padrões de teste correspondentes para classificações retardantes à chama de cabos são mostrados na tabela abaixo:
Padrão de Classificação para o Item 1: O padrão "Regras Gerais para Cabos Elétricos, Cabos ou Cabos de Fibra Óptica Retardantes à Chama ou Resistentes ao Fogo" GB/T 19666 usa as classificações familiares ZA, ZB, ZC conhecidas pelos institutos de design de energia. No entanto, seu método de teste referenciado, "Teste de propagação vertical de chamas para fios ou cabos agrupados sob condições de incêndio – Parte 3: Métodos de teste para fios ou cabos agrupados" GB 18380.3-2001, foi retirado. Este padrão de teste baseava-se no IEC 60332-3-25:2000, "Testes em cabos elétricos e de fibra óptica sob condições de incêndio – Parte 3-25: Teste de propagação vertical de chamas de cabos agrupados montados verticalmente – Categoria D."
Padrão de Classificação para o Item 2: O padrão "Cabos Retardantes à Chama e Resistentes ao Fogo – Parte 1: Cabos Retardantes à Chama" GA 306.1-2007, classifica os cabos de acordo com os métodos de teste atualizados GB 18380.31~36-2008, que substituíram o GB 18380.3-2001. Sua principal distinção é a inclusão de critérios adicionais, como toxicidade da fumaça (GB 20285), transmissão de luz e resistência à corrosão, subdividindo as classes A, B e C em cinco graus distintos.
Padrão de Classificação para o Item 3: A "Classificação do Comportamento ao Fogo para Cabos Elétricos e de Fibra Óptica" GB 31247 é o padrão mais recente. Seu método de teste correspondente é "Características de propagação de chamas, liberação de calor e produção de fumaça de cabos ou cabos de fibra óptica sob condições de incêndio" GB 31248, que se refere ao EN 50399:2011, "Métodos de teste comuns para cabos sob condições de incêndio – Procedimentos de medição de liberação de calor e produção de fumaça para o teste de propagação vertical de chamas de fios e cabos agrupados – Equipamento, procedimento e resultados gerais." A diferença-chave é que ele avalia a propagação de chamas, a liberação total de calor, a taxa máxima de liberação de calor e a produção total de fumaça. Os critérios entre esses dois sistemas de classificação diferem significativamente. O sistema GB 31247 (classe B1) enfatiza características de baixo halogênio e baixa fumaça, o que significa que as classificações não são diretamente equivalentes. Mesmo a classe "B" dentro do sistema ZA/ZB/ZC não atende aos requisitos da classe B1.
2. Razões Pelas Quais a Classe B1 Não Está Disponível para Cabos de Alta Tensão
2.1 Falta de Materiais de Baixa Fumaça e Resistência à Corrosão
Para atingir o desempenho de baixa fumaça, geralmente é necessário o uso de tinta betuminosa. No entanto, a tinta betuminosa não atende aos requisitos de resistência à corrosão e seu uso também é proibido por padrões europeus. Portanto, o critério de desempenho de baixa fumaça não pode ser atendido. Cabos de alta tensão usam uma cobertura metálica de alumínio com uma estrutura anticorrosiva betuminosa, que gera fumaça significativa durante a combustão. Embora no exterior, a tinta betuminosa ou adesivo termofusível seja geralmente usada, esta estrutura não foi fabricada por nenhum fabricante doméstico nem usada em qualquer projeto de engenharia. Consequentemente, o campo de materiais para coberturas externas de cabos de alta tensão restringe a capacidade de atender ao desempenho de baixa fumaça exigido pela classe B1.
2.2 Redução da Resistência de Isolamento em Cabos de Baixo Halogênio
Uma diferença significativa entre cabos de alta e média tensão está na escolha do material da cobertura externa. Devido à alta capacidade de corrente, alta sobretensão e design de núcleo único dos cabos de alta tensão, a cobertura externa deve ter excelentes propriedades de isolamento para segurança operacional. Portanto, a cobertura externa dos cabos de alta tensão é especificada como "de nível de isolamento", enquanto os cabos de média tensão usam material "de nível de cobertura".
No entanto, compostos de cobertura de baixa fumaça e sem halogênio contêm grandes quantidades de retardantes de chama inorgânicos, o que resulta em resistência de isolamento relativamente pobre para a cobertura. O desempenho de isolamento atual do material da cobertura segue a ordem: PE ≥ PE retardante à chama ≥ PVC ≥ série de baixa fumaça e sem halogênio. Por isso, os padrões atuais de cabos de alta tensão, como GB/T 11017 e GB/T 18890, não incorporaram compostos de cobertura de baixa fumaça e sem halogênio em seus sistemas de padrões. Em contraste, para cabos de média tensão, onde os requisitos de desempenho de isolamento da cobertura são menos rigorosos, compostos de cobertura de baixa fumaça e sem halogênio já foram incluídos no sistema de padrões.
As empresas de rede elétrica organizaram várias conferências de indústria de cabos, principalmente devido ao fraco desempenho de dois indicadores-chave: a taxa de absorção de água das coberturas externas sob condições de absorção saturada de água e a resistividade de isolamento sob condições de absorção saturada de água.
A situação de prevenção de incêndios em túneis de cabos de alta tensão é grave. Atualmente, os cabos de alta tensão são principalmente adquiridos em modelos retardantes à chama. Como o nome sugere, os materiais retardantes à chama são materiais de cobertura convencionais com formulações adicionadas, como retardantes de chama, dotando os materiais de propriedades retardantes à chama. O desempenho retardante à chama de coberturas comuns é mostrado na Tabela 3.
Tomando como exemplo uma cobertura de PE, o PE retardante à chama é um material de cobertura de PE padrão com retardantes de chama adicionados. Os retardantes de chama são divididos em inorgânicos e orgânicos. Atualmente, a maioria dos produtos no mercado usa principalmente retardantes de chama inorgânicos, com tipos comuns incluindo óxido de magnésio e óxido de alumínio. Esses materiais absorvem facilmente a umidade e sofrem reações de hidratação em condições normais. Portanto, os materiais de cobertura são geralmente colocados em produção imediatamente após a aquisição; caso contrário, a absorção de umidade pode ocorrer facilmente, levando a defeitos como vazios durante a extrusão. Somente depois que as partículas de retardante de chama são micronizadas, passam por modificação de superfície e têm sua compatibilidade de material melhorada, os compostos de cobertura retardantes à chama podem alcançar boa processabilidade.
Os cabos impermeáveis geralmente referem-se a cabos com uma cobertura metálica completa e selada. Se uma cobertura plástica for usada como a camada impermeável, a umidade pode penetrar no cabo através do plástico. A penetração de umidade é um processo relativamente lento. Durante a operação real do cabo, a temperatura da superfície da cobertura pode chegar a 60°C, acelerando a penetração de umidade. Portanto, para as coberturas de cabos recém-comissionados, a resistência de isolamento geralmente atende aos requisitos. No entanto, após um período de operação, a resistência de isolamento da cobertura de muitas linhas cai drasticamente, e esse problema é geralmente descoberto em alguns meses a cerca de um ano. Uma vez que a resistência de isolamento da cobertura diminui a um certo nível, a taxa de declínio tende a estabilizar e diminuir.
2.4 Má Resistência a Riscos em Cabos de Baixo Halogênio
Na Tabela 5, ST2 refere-se a PVC, ST7 a PE e ST8 a material de baixa fumaça e sem halogênio. Do ponto de vista das propriedades mecânicas da cobertura, a resistência à tração e a elongação na ruptura dos materiais de baixa fumaça e sem halogênio são significativamente inferiores. A instalação de cabos de baixa fumaça e sem halogênio tem requisitos rigorosos, especialmente em áreas externas nas regiões nortistas, pois essas coberturas são propensas a rachaduras em baixas temperaturas e podem até mesmo desenvolver rachaduras durante a operação. Muitos incidentes de qualidade semelhantes já ocorreram com cabos de média e baixa tensão na China. Alguns projetos de construção usam cabos de baixa fumaça e sem halogênio durante o inverno, em parte porque o trabalho é realizado em ambientes internos onde as temperaturas são mais altas.
Os cabos de baixa fumaça e sem halogênio são principalmente usados em edifícios internos e áreas densamente povoadas, como estações, metrôs e edifícios públicos. O compartimento de energia de um túnel de utilidades não pertence a uma área densamente povoada.
3 Conclusão
Com base na análise acima, os materiais de baixa fumaça e sem halogênio apresentam desempenho inferior aos atuais materiais de cobertura retardantes à chama de nível de isolamento e são mais propensos a problemas. Por essa razão, os atuais padrões de cabos de alta tensão, como GB/T 11017 e GB/T 18890, não incorporaram materiais de cobertura de baixa fumaça e sem halogênio em seus sistemas de padrões.
A "Classificação do Comportamento ao Fogo para Cabos Elétricos e de Fibra Óptica" GB 31247 reforça o controle do comportamento ao fogo. Isso é apropriado para áreas densamente povoadas, como estações de metrô e ferrovias de alta velocidade, onde há muitos materiais combustíveis, devido a considerações de segurança para vidas e propriedade. A maioria dos cabos usados nessas áreas é de média ou baixa tensão, para as quais os requisitos de desempenho elétrico não são tão rigorosos quanto para cabos de alta tensão.
É particularmente importante notar que a classificação B na "Regras Gerais para Cabos Elétricos, Cabos ou Cabos de Fibra Óptica Retardantes à Chama ou Resistentes ao Fogo" GB/T 19666 não é equivalente à classificação B1 na "Classificação do Comportamento ao Fogo para Cabos Elétricos e de Fibra Óptica" GB 31247. Os dois padrões têm critérios de desempenho ao fogo completamente diferentes e áreas de aplicação pretendidas. Eles não devem ser usados de forma intercambiável. Recomenda-se o uso de cabos de alta tensão que atendam à classificação B do GB/T 19666, e não se recomenda o uso de cabos de alta tensão que atendam às classificações B1 ou B2 do GB 31247. Embora ambos sejam rotulados como "B", eles pertencem a sistemas de padrões diferentes, resultando em resultados de desempenho completamente diferentes. O uso de cabos de alta tensão que atendam às classificações B1 ou B2 do GB 31247 colocaria uma pressão enorme sobre os departamentos de construção e manutenção.
Dada a exigência rigorosa de proteção contra incêndios em túneis de energia, após a atualização da classificação retardante à chama para a classe B:
Para tubulações ou instalações diretas onde a retardação à chama não é necessária, podem ser selecionadas coberturas externas de PE (sem aditivos retardantes à chama, fornecendo resistência de isolamento estável).
Para cabos de alta tensão instalados em túneis, recomenda-se coberturas externas de PVC (a desvantagem é a liberação de gases tóxicos durante a combustão; a vantagem é que a formulação pode melhorar a resistência à água, e a resistência de isolamento é mais estável em comparação com cabos de PE retardantes à chama da classe B).
Além disso, recomenda-se iniciar prontamente pesquisas conjuntas sobre materiais e estruturas de cobertura para resolver fundamentalmente o conflito entre resistência de isolamento e retardação à chama.
