Рекомендации и соображения по выбору огнестойких материалов для высоковольтных кабелей

1. Стандарты классификации огнестойких кабелей

Система стандартов на огнестойкость разделена на две основные категории. Первая категория следует стандарту "Классификация горючести электрических и оптических кабелей" GB 31247. Кабели, соответствующие этой системе стандартов, широко используются в густонаселенных районах, таких как высокоскоростные железные дороги и метро. Этот стандарт предъявляет строгие требования к параметрам, таким как плотность дыма, тепловыделение и общее количество выделяемого дыма, и кабели обычно используют материалы с низким дымообразованием и без галогенов.

Вторая категория - это "Общие правила для огнестойких или пожаростойких электрических проводов, кабелей или оптоволоконных кабелей" GB/T 19666. До введения GB 31247 этот стандарт широко применялся во всех типах объектов в Китае. Система GB/T 19666 также устанавливает значения для параметров, таких как плотность дыма, и при проведении тендеров часто указываются дополнительные префиксы, такие как WD (с низким дымообразованием и без галогенов). Соответствующие тестовые стандарты для огнестойкости кабелей приведены в таблице ниже:

Стандарт классификации для пункта 1: Стандарт "Общие правила для огнестойких или пожаростойких электрических проводов, кабелей или оптоволоконных кабелей" GB/T 19666 использует знакомые институтам по проектированию энергетических систем классификации ZA, ZB, ZC. Однако его метод испытания, "Испытание на вертикальное распространение пламени для пучков проводов или кабелей в условиях пожара – Часть 3: Методы испытаний для пучков проводов или кабелей" GB 18380.3-2001, был отозван. Этот стандарт испытаний основан на IEC 60332-3-25:2000, "Испытания электрических и оптоволоконных кабелей в условиях пожара – Часть 3-25: Испытание на вертикальное распространение пламени для вертикально установленных пучков кабелей – Категория D."

Стандарт классификации для пункта 2: Стандарт "Огнестойкие и пожаростойкие кабели – Часть 1: Огнестойкие кабели" GA 306.1-2007 классифицирует кабели в соответствии с обновленными методами испытаний GB 18380.31~36-2008, которые заменили GB 18380.3-2001. Его основное отличие заключается во включении дополнительных критериев, таких как токсичность дыма (GB 20285), пропускание света и коррозионная стойкость, что позволяет подразделить классы A, B и C на пять различных степеней.

Стандарт классификации для пункта 3: "Классификация горючести электрических и оптоволоконных кабелей" GB 31247 является самым новым стандартом. Соответствующий метод испытания – "Распространение пламени, тепловыделение и образование дыма кабелей или оптоволоконных кабелей в условиях пожара" GB 31248, который ссылается на EN 50399:2011, "Общие методы испытаний кабелей в условиях пожара – Процедуры измерения тепловыделения и образования дыма для испытания на вертикальное распространение пламени для пучков проводов и кабелей – Устройство, процедура и общие результаты." Основное отличие заключается в том, что он оценивает распространение пламени, общее тепловыделение, максимальную скорость тепловыделения и общее количество выделяемого дыма. Критерии между этими двумя системами классификации значительно различаются. Система GB 31247 (класс B1) акцентирует внимание на низкое содержание галогенов и низкое дымообразование, что означает, что классификации не эквивалентны. Даже класс "B" в системе ZA/ZB/ZC не соответствует требованиям класса B1.

2. Причины, по которым класс B1 недоступен для высоковольтных кабелей

2.1 Отсутствие материалов с низким дымообразованием и коррозионной стойкостью

Для достижения низкого дымообразования обычно требуется использование битумного лака. Однако битумный лак не соответствует требованиям коррозионной стойкости, и его использование также запрещено европейскими стандартами. Поэтому критерий низкого дымообразования не может быть выполнен. Высоковольтные силовые кабели используют металлическую алюминиевую оболочку с антикоррозионной структурой на основе битума, которая при горении выделяет значительное количество дыма. За рубежом обычно используется битумный лак или термореактивный клей, но такая структура не производится ни одним отечественным производителем и не используется ни в одном инженерном проекте. Таким образом, поле материалов для внешних оболочек высоковольтных силовых кабелей ограничивает возможность достижения требуемого низкого дымообразования для класса B1.

2.2 Снижение сопротивления изоляции в кабелях с низким содержанием галогенов

Основное различие между высоковольтными и средневольтными силовыми кабелями заключается в выборе материала внешней оболочки. Из-за высокой пропускной способности, высокого перенапряжения и одноядерной конструкции высоковольтных кабелей, внешняя оболочка должна обладать отличными изоляционными свойствами для обеспечения безопасности эксплуатации. Поэтому внешняя оболочка высоковольтных кабелей определяется как "изоляционная", тогда как средневольтные кабели используют материал "оболочечного" типа.

Однако материалы оболочек с низким дымообразованием и без галогенов содержат большое количество неорганических антипиренов, что приводит к относительно низкому сопротивлению изоляции оболочки. Текущие изоляционные свойства материалов оболочек следуют порядку: PE ≥ Антипиреновый PE ≥ PVC ≥ Серия с низким дымообразованием и без галогенов. По этой причине текущие стандарты высоковольтных кабелей, такие как GB/T 11017 и GB/T 18890, не включают материалы оболочек с низким дымообразованием и без галогенов в свои системы стандартов. В противоположность этому, для средневольтных кабелей, где требования к изоляционным свойствам оболочки менее строгие, материалы оболочек с низким дымообразованием и без галогенов уже включены в систему стандартов.

Энергетические компании организовали множество конференций по кабельной промышленности, главным образом из-за плохих показателей двух ключевых параметров: коэффициента поглощения воды оболочками при насыщенном водопоглощении и объемного сопротивления изоляции при насыщенном водопоглощении.

Ситуация с пожарной безопасностью в туннелях высоковольтных кабелей остается серьезной. В настоящее время высоковольтные кабели в основном закупаются в огнестойком исполнении. Как следует из названия, огнестойкие материалы – это обычные материалы оболочек с добавленными формулами, такими как антипирены, которые наделяют материалы огнестойкими свойствами. Огнестойкие свойства обычных оболочек показаны в таблице 3.

Примером может служить оболочка из полиэтилена (PE). Антипиренный PE – это стандартный материал оболочки из полиэтилена с добавленными антипиренами. Антипирены делятся на неорганические и органические. В настоящее время большинство продуктов на рынке в основном используют неорганические антипирены, наиболее распространенными из которых являются оксид магния и оксид алюминия. Эти материалы легко впитывают влагу и вступают в реакцию гидратации при нормальных условиях. Поэтому материалы оболочек обычно сразу же после закупки направляются в производство, иначе легко происходит впитывание влаги, что приводит к дефектам, таким как пустоты, при экструзии. Только после того, как частицы антипирена будут микронизированы, подвергнуты поверхностной модификации и улучшена совместимость материалов, можно достичь хорошей технологичности композиций для оболочек с антипиренами.

Гидроизоляционные кабели обычно относятся к кабелям с полной, герметичной металлической оболочкой. Если в качестве гидроизоляционного слоя используется пластиковая оболочка, влага может проникнуть в кабель через пластик. Проникновение влаги – это относительно медленный процесс. Во время фактической эксплуатации кабеля температура поверхности оболочки может достигать 60°C, что ускоряет проникновение влаги. Поэтому для новых кабелей с оболочкой сопротивление изоляции обычно соответствует требованиям. Однако после некоторого периода эксплуатации сопротивление изоляции оболочки многих линий резко падает, и эта проблема, как правило, обнаруживается в течение нескольких месяцев до одного года. Когда сопротивление изоляции оболочки снижается до определенного уровня, скорость снижения, как правило, стабилизируется и замедляется.

2.4 Низкая стойкость к растрескиванию кабелей с низким содержанием галогенов

В таблице 5 ST2 относится к ПВХ, ST7 – к PE, а ST8 – к материалам без галогенов с низким дымообразованием. С точки зрения механических свойств оболочек, прочность на растяжение и удлинение при разрыве материалов без галогенов с низким дымообразованием значительно ниже. Установка кабелей без галогенов с низким дымообразованием имеет строгие требования, особенно в открытых помещениях в северных регионах, так как эти оболочки склонны к растрескиванию при низких температурах и могут даже растрескаться во время эксплуатации. Подобные случаи качества уже произошли с средневольтными и низковольтными кабелями в Китае. Некоторые строительные проекты используют кабели без галогенов с низким дымообразованием зимой, частично потому, что работы проводятся в помещениях, где температура выше.

Кабели без галогенов с низким дымообразованием в основном используются внутри зданий, в густонаселенных районах, таких как станции, метро и общественные здания. Энергетический отсек коммунального туннеля не относится к густонаселенной области.

3 Заключение

На основании вышеизложенного анализа, материалы без галогенов с низким дымообразованием имеют худшие характеристики, чем текущие материалы оболочек с огнестойкостью и изоляционными свойствами, и более склонны к проблемам. По этой причине текущие стандарты высоковольтных кабелей, такие как GB/T 11017 и GB/T 18890, не включают материалы оболочек без галогенов с низким дымообразованием в свои системы стандартов.

Стандарт "Классификация горючести электрических и оптоволоконных кабелей" GB 31247 усиливает контроль за поведением при пожаре. Это целесообразно для густонаселенных районов, таких как метро и станции высокоскоростных железных дорог, где много горючих материалов, из-за соображений безопасности жизни и имущества. Большинство кабелей, используемых в этих районах, являются средневольтными или низковольтными, и требования к их электрическим характеристикам не так строги, как для высоковольтных кабелей.

Особенно важно отметить, что класс B в "Общих правилах для огнестойких или пожаростойких электрических проводов, кабелей или оптоволоконных кабелей" GB/T 19666 не эквивалентен классу B1 в "Классификации горючести электрических и оптоволоконных кабелей" GB 31247. Эти два стандарта имеют совершенно разные критерии пожарной безопасности и области применения. Они не должны использоваться взаимозаменяемо. Рекомендуется использовать высоковольтные кабели, соответствующие классу B по GB/T 19666, и не рекомендуется использовать высоковольтные кабели, соответствующие классам B1 или B2 по GB 31247. Хотя оба класса обозначены буквой "B", они принадлежат к разным системам стандартов, что приводит к совершенно разным результатам производительности. Использование высоковольтных кабелей, соответствующих классам B1 или B2 по GB 31247, создаст огромное давление на строительные и эксплуатационные службы.

Учитывая строгие требования к пожарной безопасности в энергетических туннелях, после повышения огнестойкости до класса B:

• Для труб или прямого закапывания, где огнестойкость не требуется, можно выбрать оболочки из PE (без добавок антипиренов, обеспечивающих стабильное сопротивление изоляции).

• Для высоковольтных кабелей, установленных в туннелях, рекомендуются оболочки из ПВХ (недостаток – выделение токсичных газов при горении; преимущество – формула может улучшить водонепроницаемость, и сопротивление изоляции более стабильно по сравнению с огнестойкими кабелями класса B из PE).

Кроме того, рекомендуется немедленно начать совместные исследования материалов и конструкций оболочек, чтобы从根本上解决绝缘电阻和阻燃性之间的冲突。 翻译结果如下：

此外，建议立即启动对护套材料和结构的联合研究，以从根本上解决绝缘电阻和阻燃性之间的冲突。