Razmišljanja in priporočila za izbiro plamenoodpornih kabelov visoke napetosti

1. Standardi za razvrščanje požarnoodpornih kabelov

Sistem standardov za požarnoodporne kabelske je razdeljen na dve glavni kategoriji. Prva kategorija se navezuje na "Razvrščanje požarne vedenosti električnih in optičnih vlaknenih kabelov" GB 31247. Kabeli, ki so skladni s tem standardom, so široko uporabljeni v območjih z visoko gostoto prebivalstva, kot so hitre železnice in podzemnice. Ta standard postavlja stroge zahteve glede parametrov, kot so gostota dima, toplotna oddaja in skupno proizvodnja dima, kabeli pa običajno uporabljajo materiali z nizko dimsko opornostjo in brez halogena.

Druga kategorija je "Splošna pravila za požarnoodporne ali požarootporne električne druti, kable ali optične kable" GB/T 19666. Pred uvedbo GB 31247 je ta standard široko uporabljan v vseh vrstah objektov v Čini. Sistem GB/T 19666 tudi določa vrednosti parametrov, kot je gostota dima, in med javnimi nabavami se pogosto dodajajo predponi, kot je WD (nizka dimsko opornost, brez halogena). Ustrezen testni standardi za stopnje požarnoodpornosti kablov so prikazani v spodnji tabeli:

Standard za razvrščanje za predmet 1: Standard "Splošna pravila za požarnoodporne ali požarootporne električne druti, kable ali optične kable" GB/T 19666 uporablja znane razvrščenja ZA, ZB, ZC, ki jih poznajo instituti za energetsko načrtovanje. Vendar je njegov referenčni testni postopek, "Testiranje vertikalne širjenje plamena za gruščicne drute ali kable v požarnih pogoji – Del 3: Testni postopki za gruščicne drute ali kable" GB 18380.3-2001, bil odstranjen. Ta testni standard je temeljil na IEC 60332-3-25:2000, "Testiranje električnih in optičnih vlaknenih kablov v požarnih pogojih – Del 3-25: Testiranje vertikalne širjenje plamena za vertikalno nameščene gruščicne kable – Kategorija D."

Standard za razvrščanje za predmet 2: Standard "Požarnoodporne in požarootporne kable – Del 1: Požarnoodporne kable" GA 306.1-2007, razvršča kable glede na posodobljene testne metode GB 18380.31~36-2008, ki so nadomestile GB 18380.3-2001. Njegova glavna razlika je vključitev dodatnih meril, kot so toksičnost dima (GB 20285), prosojnost svetlobe in odpornost na korozijo, kar nadalje podrejca A, B in C razvršča v pet ločenih stopenj.

Standard za razvrščanje za predmet 3: "Razvrščanje požarne vedenosti električnih in optičnih vlaknenih kablov" GB 31247 je najnovejši standard. Ustrezen testni postopek je "Širjenje plamena, oddaja toplote in proizvodnja dima kablov ali optičnih vlaknenih kablov v požarnih pogojih" GB 31248, ki se sklicuje na EN 50399:2011, "Skupni testni postopki za kable v požarnih pogojih – Merilni postopki oddaje toplote in proizvodnje dima za testiranje vertikalne širjenje plamena gruščicnih drutov in kablov – Oprema, postopek in splošni rezultati." Ključna razlika je v tem, da ocenjuje širjenje plamena, skupno oddajo toplote, vrhunsko stopnjo oddaje toplote in skupno proizvodnjo dima. Merila med tema dvema sistemi razvrščanja se bistveno razlikujeta. Sistem GB 31247 (razred B1) poudarja nize halogene in nizo dimsko opornost, kar pomeni, da razredi niso neposredno enakovredni. Tudi razred "B" v sistemu ZA/ZB/ZC ne izpolnjuje zahtev razreda B1.

2. Razlogi, zakaj razred B1 ni na voljo za visokonapetostne kable

2.1 Nedostatek materialov z nizko dimsko opornostjo in odpornostjo na korozijo

Za dosego nizke dimske opornosti se običajno uporablja asfaltasta barva. Vendar asfaltasta barva ne izpolnjuje zahtev odpornosti na korozijo, njena uporaba pa je tudi prepovedana evropskimi standardi. Zato kriterij nizke dimske opornosti ne more biti izpolnjen. Visokonapetostni elektroenergijski kabeli uporabljajo kovinski aluminijasti omantel, ki ima strukturo za zaščito pred korozijo z asfaltom, ki generira veliko dima med zgorevanjem. Medtem ko se v tujini običajno uporabljata asfaltasta barva ali tekoča lepila, ta struktura ni bila proizvedena nobenim domačem proizvajalcem niti uporabljena v nobenem inženirskem projektu. Sledenje je, da polje materialov za zunanjega omantla visokonapetostnih elektroenergijskih kablov omejuje možnost dosega nizke dimske opornosti, zahtevane za razred B1.

2.2 Zmanjšanje izolacijskega upora pri kabelih z nizkimi halogeni

Značilen razlik med visokonapetostnimi in srednjeronapetostnimi elektroenergijskimi kabeli je izbira materiala za zunanjega omantla. Zaradi visoke kapacitete toka, visokih pretokov in enojnega jedra visokonapetostnih kablov mora zunanjega omantla imeti odlične izolacijske lastnosti za varnost delovanja. Zato je zunanjega omantla visokonapetostnih kablov določen kot "izolacijske stopnje," medtem ko srednjeronapetostni kabeli uporabljajo material "omantelske stopnje."

Vendar pa vsebujejo požarnoodporne omantle brez halogenov velike količine neorganiznih protipožarnih sredstev, kar vodi do relativno slabe izolacijske odpornosti omantla. Trenutna izolacijska zmogljivost omantla sledi vrstnemu redu: PE ≥ Požarnoodporni PE ≥ PVC ≥ Serija brez halogenov z nizko dimsko opornostjo. Zato trenutni standardi za visokonapetostne kable, kot sta GB/T 11017 in GB/T 18890, še niso vključili omantlov brez halogenov z nizko dimsko opornostjo v svoje standardne sisteme. Na drugi strani, za srednjeronapetostne kable, kjer so zahteve za izolacijsko zmogljivost omantla manj stroge, so omantli brez halogenov z nizko dimsko opornostjo že vključeni v standardni sistem.

Energetske mreže so organizirale več konferenc industrije kablov, predvsem zaradi slabe zmogljivosti dveh ključnih kazalcev: stopnje absorpcije vode zunanjega omantla pri nasiteno absorbiranju vode in izolacijskega upora pri nasiteno absorbiranju vode.

Požarna situacija v tunelih za visokonapetostne elektroenergijske kable je resna. Trenutno se glavno kupujejo modeli požarnoodpornih kablov. Kot ime nakazuje, so požarnoodporne materiale običajne omantle s dodanimi formulacijami, kot so protipožarni sredstva, ki materialom podeljujejo požarnoodporne lastnosti. Požarnoodporne zmogljivosti običajnih omantlov so prikazane v Tabeli 3.

Kot primer vzamimo omantel iz PE, požarnoodporni PE je standardni omantel iz PE s dodanimi protipožarnimi sredstvi. Protipožarna sredstva so razdeljena na neorganske in organske. Trenutno večina izdelkov na trgu predvsem uporablja neorganska protipožarna sredstva, običajni tipi pa vključujejo oksid magnezija in oksid hromu. Ti materiali lahkodo lakujo vlagu in pod normalnimi pogoji potekajo hidratacijske reakcije. Zato se omantelni materiali običajno takoj producirajo po nakupu, sicer lahko pride do lakanja vlage, kar vodi do napak, kot so praznine med ekstrudiranjem. Le po mikronizaciji častic protipožarnih sredstev, površinskim spremembam in izboljšanju združljivosti materialov, lahko požarnoodporne omantle dosežejo dobre procesne lastnosti.

Vodootporni kabeli običajno nanašajo kable z popolnoma zaprto, zapečeno kovinsko omantlo. Če se za vodootporno sloje uporabi plastikov omantel, lahko voda penetrira v kabel skozi plastiko. Penetracija vode je relativno počasen proces. Med dejanskim delovanjem kabela lahko temperatura površine omantla doseže do 60°C, kar pospešuje penetracijo vode. Zato za novoproizvedene omantle kablov običajno izpolnjujejo zahteve za izolacijski upor. Vendar po obdobju delovanja izpade izolacijski upor mnogih linij dramatično, ta problem pa je običajno odkrit med nekaj mesecev do približno leta. Ko izolacijski upor omantla pada do določene ravni, se stopnja padca običajno ustali in usposobi.

2.4 Slaba odpornost na mehe pri kabelih z nizkimi halogeni

V Tabeli 5 ST2 kaže na PVC, ST7 na PE in ST8 na material brez halogenov z nizko dimsko opornostjo. S perspektive mehanskih lastnosti omantla je trčnost in prodolženje pri raztezanju do preloma materialov brez halogenov z nizko dimsko opornostjo bistveno slabše. Namestitev kablov brez halogenov z nizko dimsko opornostjo ima stroge zahteve, posebej v zunanjih območjih severnih regij, ker so ti omantli pri nizkih temperaturah podvrženi meham in celo med delovanjem. Številni podobni incidenti so se že zgodili s srednjeronapetostnimi in nizkonapetostnimi kabeli v Čini. Nekateri gradbeni projekti uporabljajo kable brez halogenov z nizko dimsko opornostjo v zimskem obdobju, delno zato, ker se delo izvaja notranjostih, kjer so temperature višje.

Kabeli brez halogenov z nizko dimsko opornostjo se predvsem uporabljajo notranjostih stavb in območjih z visoko gostoto prebivalstva, kot so postaje, podzemnice in javne zgradbe. Energetska kompartilja v utilitarnem tunelu ne spada v območje z visoko gostoto prebivalstva.

3 Zaključek

Na osnovi zgornje analize imajo materiali brez halogenov z nizko dimsko opornostjo slabšo zmogljivost kot trenutni požarnoodporni omantli izolacijske stopnje in so bolj podvrženi problemom. Zato trenutni standardi za visokonapetostne kable, kot sta GB/T 11017 in GB/T 18890, še niso vključili omantlov brez halogenov z nizko dimsko opornostjo v svoje standardne sisteme.

"Razvrščanje požarne vedenosti električnih in optičnih vlaknenih kablov" GB 31247 okrepiva nadzor nad požarno vedenostjo. To je primerno za območja z visoko gostoto prebivalstva, kot so podzemnice in hitre železnice, kjer je veliko goreljivih materialov, zaradi varnostnih razlogov za življenje in lastnino. Večina kablov, uporabljenih v teh območjih, je srednjeronapetostnih ali nizkonapetostnih, za katere zahteve glede elektroenergijske zmogljivosti niso tako stroge kot za visokonapetostne kable.

Posebej je pomembno opozoriti, da razred B v "Splošnih pravilih za požarnoodporne ali požarootporne električne drute, kable ali optične kable" GB/T 19666 ni enakovreden razredu B1 v "Razvrščanju požarne vedenosti električnih in optičnih vlaknenih kablov" GB 31247. Obema standardoma imata popolnoma različna merila požarne zmogljivosti in namenjena uporabna območja. Ne bi smeli biti uporabljeni zamenjavo. Priporoča se uporaba visokonapetostnih kablov, ki izpolnjujejo zahteve razreda B standarda GB/T 19666, in ne priporoča se uporaba visokonapetostnih kablov, ki izpolnjujejo zahteve razreda B1 ali B2 standarda GB 31247. Čeprav oba nosita oznako "B," spadata pod različne standardne sisteme, kar vodi do popolnoma različnih rezultatov zmogljivosti. Uporaba visokonapetostnih kablov, ki izpolnjujejo zahteve razreda B1 ali B2 standarda GB 31247, bi postavila ogromno pritisk na gradbeni in operativni in vzdrževalni odseke.

Zaradi strokih zahtev za požarno zaščito v tunelih za elektroenergijske kable, po nadgradnji požarnoodporne stopnje na razred B:

• Za cevne ali neposredno zakopavanje, kjer ni potrebna požarnoodpornost, lahko izberemo omantle iz PE (brez dodatkov protipožarnih sredstev, ki zagotavljajo stabilen izolacijski upor).

• Za visokonapetostne kable, nameščene v tunelih, se priporoča omantli iz PVC (nedostatek je izpuščanje toksičnih plinov med zgorevanjem; prednost je, da se formulacija lahko izboljša odpornost na vlogo, izolacijski upor pa je bolj stabilen v primerjavi z požarnoodpornimi kabeli iz PE razreda B).

Dodatno se priporoča, da se takoj začne s skupnim raziskovanjem materialov in struktur omantlov, da se osnovno reši konflikt med izolacijskim uporom in požarnoodpornostjo.