Razmatranja i preporuke za izbor vatrogasne aditiva visokonaponskih kabela

1. Standardi za klasifikaciju vatrogasne kablove

Sistem standarda za vatrogasnost se deli na dve glavne kategorije. Prva kategorija prati "Klasifikacija goričkog ponašanja za električne i optičke vlakna" GB 31247. Kablovi koji se pridržavaju ovog sistema standarda široko se koriste u gustono naseljenim područjima, poput visokobrzih željeznica i podzemnih železnica. Ovaj standard postavlja stroge zahteve za parametre kao što su gustoća dima, emitovanje toplote i ukupna proizvodnja dima, a kablovi obično koriste materijale sa niskom emisijom dima i bez halogena.

Druga kategorija je "Opšte pravilo za vatrogasne ili otporne na požar električne žice, kablove ili optičke kable" GB/T 19666. Pre uvođenja GB 31247, ovaj standard je široko primenjen u svim vrstama objekata u Kini. Sistem GB/T 19666 takođe specificira vrednosti za parametre poput gustoće dima, a tokom licitacija često se dodaju dodatni prefiksi, kao što je WD (sa niskom emisijom dima i bez halogena). Odgovarajući testni standardi za vatrogasne ocene kabla prikazani su u tabeli ispod:

Standard klasifikacije za stavku 1: Standard "Opšte pravilo za vatrogasne ili otporne na požar električne žice, kablove ili optičke kable" GB/T 19666 koristi poznate klasifikacije ZA, ZB, ZC poznate institutima za projektovanje struje. Međutim, njegov referentni metod testiranja, "Testiranje vertikalne propagacije plamena za grupe žica ili kablove pod uslovima požara – Deo 3: Metode testiranja za grupe žica ili kablove" GB 18380.3-2001, je povučen. Ovaj testni standard temelji se na IEC 60332-3-25:2000, "Testiranje električnih i optičkih vlaknenih kabla pod uslovima požara – Deo 3-25: Testiranje vertikalne širenje plamena za vertikalno postavljene grupe kabla – Kategorija D."

Standard klasifikacije za stavku 2: Standard "Vatrogasni i otporni na požar kablovi – Deo 1: Vatrogasni kablovi" GA 306.1-2007, klasifikuje kablove prema ažuriranim metodama testiranja GB 18380.31~36-2008, koje su zamenile GB 18380.3-2001. Glavna razlika je uključivanje dodatnih kriterijuma, poput toksičnosti dima (GB 20285), prolaznosti svetlosti i otpornosti na koroziyu, dalje podijeljivši klase A, B i C na pet odvojenih kategorija.

Standard klasifikacije za stavku 3: "Klasifikacija goričkog ponašanja za električne i optičke vlakna" GB 31247 je najnoviji standard. Njegov odgovarajući metod testiranja je "Rasprostranjenje plamena, emitovanje toplote i proizvodnja dima kod kabla ili optičkih vlakana pod uslovima požara" GB 31248, koji se poziva na EN 50399:2011, "Zajednički metodi testiranja kabla pod uslovima požara – Procedura merenja emitovanja toplote i proizvodnje dima za testiranje vertikalne širenje plamena za grupe žica i kablova – Uređaj, procedura i opšti rezultati." Ključna razlika je u tome što procenjuje rasprostranjenje plamena, ukupno emitovanje toplote, vrhunsku stopu emitovanja toplote i ukupnu proizvodnju dima. Kriterijumi između ova dva sistema klasifikacije značajno se razlikuju. Sistem GB 31247 (klasa B1) naglašava karakteristike sa niskim sadržajem halogena i niskom emisijom dima, što znači da klase nisu direktno ekvivalentne. Čak ni klasa "B" unutar sistema ZA/ZB/ZC ne zadovoljava zahteve klase B1.

2. Razlozi zašto klasa B1 nije dostupna za visokonaponske kablove

2.1 Nedostatak materijala sa niskom emisijom dima i otpornih na koroziju

Postizanje performansi sa niskom emisijom dima obično zahteva korišćenje asfaltne boje. Međutim, asfaltne boje ne zadovoljavaju zahteve za otpornost na koroziju, a njihovo korišćenje je takođe zabranjeno evropskim standardima. Stoga, kriterijum performanse sa niskom emisijom dima ne može biti ispunjen. Visokonaponski električni kablove koriste metalnu aluminijumu pokrovnu slavu sa asfaltne anti-korozijske strukture, koja generiše značajan dim tijekom sagorijevanja. Dok se u inozemstvu obično koriste asfaltne boje ili termoplastični lepak, ova struktura nije proizvedena od strane nikakvog domaćeg proizvođača niti se koristi u bilo kom inženjerskom projektu. Stoga, polje materijala za vanjsku slavu visokonaponskih kablova ograničava mogućnost postizanja performanse sa niskom emisijom dima potrebne za klasu B1.

2.2 Smanjenje otpornosti na izolaciju kod kablova sa niskim sadržajem halogena

Značajna razlika između visokonaponskih i srednjepreporodnih električnih kablova leži u izboru materijala za vanjsku slavu. Zbog velike propusne sposobnosti struje, visokog prenapona i jednojezdne konstrukcije visokonaponskih kablova, vanjska slava mora imati izvrste izolacijske osobine za operativnu sigurnost. Stoga, vanjska slava visokonaponskih kablova specifičira se kao "razred izolacije," dok srednjepreporodni kablovi koriste materijal "razreda pokrova."

Međutim, smese za pokrov sa niskom emisijom dima i bez halogena sadrže veliku količinu anorganskih vatrogasnih sredstava, što dovodi do relativno loše izolacijske otpornosti pokrova. Trenutna izolacijska performansa materijala pokrova slijedi redoslijed: PE ≥ Vatrogasno PE ≥ PVC ≥ Serija sa niskom emisijom dima i bez halogena. Zbog toga, trenutni standardi za visokonaponske kablove, kao što su GB/T 11017 i GB/T 18890, nisu uključili smese za pokrov sa niskom emisijom dima i bez halogena u svoje sisteme standarda. S druge strane, za srednjepreporodne kablove, gdje su zahtjevi za izolacijsku performansu pokrova manje strogi, smese za pokrov sa niskom emisijom dima i bez halogena već su uključene u sistem standarda.

Elektroenergetske kompanije organizovali su mnoge konferencije industrije kablova, uglavnom zbog loše performanse dva ključna pokazatelja: stopa apsorbiranja vode vanjskih pokrova pod uslovima zasićene apsorbije vode i otpornost na izolaciju pod uslovima zasićene apsorbije vode.

Situacija s prevencijom požara u tunelima visokonaponskih kablova je ozbiljna. Trenutno, visokonaponski kablove uglavnom se kupuju u vatrogasnim modelima. Kao što naziv kaže, vatrogasni materijali su konvencionalni materijali pokrova sa dodanim formulama, poput vatrogasnih sredstava, što materijalima daje vatrogasne osobine. Vatrogasna performansa običnih pokrova prikazana je u Tabeli 3.

Kao primjer, uzimajući PE pokrov, vatrogasno PE je standardni materijal pokrova PE sa dodanim vatrogasnim sredstvima. Vatrogasna sredstva dijele se na anorganska i organska. Trenutno, većina proizvoda na tržištu uglavnom koristi anorganska vatrogasna sredstva, s običnim tipovima uključujući oksid magnezija i oksid aluminija. Ovi materijali lako apsorbiraju vlagu i pod normalnim uslovima podliježu hidratskim reakcijama. Stoga, materijali pokrova obično se odmah stavlja u proizvodnju nakon nabave; inače, lako dolazi do apsorbiranja vlage, što dovodi do nedostataka poput praznine tijekom ekstrudiranja. Tek nakon što se čestice vatrogasnih sredstava microniziraju, podvrgnute su površinskoj modifikaciji i poboljšanoj kompatibilnosti materijala, vatrogasne smese pokrova mogu postići dobru procesabilnost.

Vodootporni kablove obično se odnose na kablove sa kompletnom, zapečaćenom metalnom slavom. Ako se koristi plastika kao vodootporni sloj, voda može prodrijeti u kabel kroz plastiku. Penjanje vode je relativno spor proces. Tijekom stvarne operacije kabla, temperatura površine pokrova može doseći do 60°C, što ubrzava penjanje vode. Stoga, za nove pokrove kablova, izolacijska otpornost obično zadovoljava zahtjeve. Međutim, nakon nekog vremena rada, izolacijska otpornost pokrova mnogih linija drastično pada, i ta se problema obično otkrije u roku od nekoliko mjeseci do oko godinu dana. Kada izolacijska otpornost pokrova pada do određenog nivoa, brzina pada teži stabilizaciji i usporavanju.

2.4 Loša otpornost na pukotine kod kablova sa niskim sadržajem halogena

U Tabeli 5, ST2 se odnosi na PVC, ST7 na PE, a ST8 na materijal bez halogena i sa niskom emisijom dima. Sa stanovišta mehaničkih osobina pokrova, tenzorno čvrstoća i deformacija do pukotina materijala bez halogena i sa niskom emisijom dima su značajno lošije. Instalacija kablova bez halogena i sa niskom emisijom dima ima stroge zahteve, posebno u spoljnim područjima sjevernih regija, jer su ovi pokrovi skloni pukotinama na niskim temperaturama i čak bi mogli razviti pukotine tijekom rada. Brojne slične incidenti kvaliteta već su se dogodili s srednjepreporodnim i niskonaponskim kablovima u Kini. Neke građevinske projekte koriste kablove bez halogena i sa niskom emisijom dima tijekom zime, djelomično zato što se radovi obavljaju unutra, gdje su temperature više.

Kablove bez halogena i sa niskom emisijom dima uglavnom se koriste unutrašnjostima zgrada i gustono naseljenim područjima poput stanica, podzemnih železnica i javnih zgrada. Energetski odsek utilidnog tunela ne pripada gustono naseljenom području.

3 Zaključak

Na osnovu gore navedene analize, materijali bez halogena i sa niskom emisijom dima imaju lošiju performansu od trenutnih vatrogasnih materijala razreda izolacije i više su skloni problemima. Zbog toga, trenutni standardi za visokonaponske kablove, kao što su GB/T 11017 i GB/T 18890, nisu uključili materijale pokrova bez halogena i sa niskom emisijom dima u svoje sisteme standarda.

"Klasifikacija goričkog ponašanja za električne i optičke vlakna" GB 31247 jača kontrolu nad ponašanjem požara. To je prikladno za gustono naseljena područja poput podzemnih železnica i stanica visokobrzih željeznica, gde postoje mnogi gorički materijali, zbog sigurnosnih razloga za život i imovinu. Većina kablova koristena u tim područjima je srednjepreporodna ili niskonaponska, za koje su zahtjevi za elektrotehničkim performansama manje strogi nego za visokonaponske kablove.

Posebno je važno napomenuti da klasa B u "Opštem pravilu za vatrogasne ili otporne na požar električne žice, kablove ili optičke kable" GB/T 19666 nije ekvivalentna klasi B1 u "Klasifikaciji goričkog ponašanja za električne i optičke vlakna" GB 31247. Dva standarda imaju potpuno različite kriterijume vatrogasne performanse i namenjene područje primene. Ne bi trebalo ih koristiti zamenjivo. Preporučuje se korišćenje visokonaponskih kablova koji zadovoljavaju klasu B standarda GB/T 19666, a ne preporučuje se korišćenje visokonaponskih kablova koji zadovoljavaju klase B1 ili B2 standarda GB 31247. Iako su obe označene sa "B," pripadaju različitim sistemima standarda, što dovodi do potpuno različitih rezultata performanse. Korišćenje visokonaponskih kablova koji zadovoljavaju klase B1 ili B2 standarda GB 31247 bi postavilo ogroman pritisak na odseke građevine i održavanja.

S obzirom na stroge zahtjeve za vatrogasnom zaštitom u tunelima, nakon unapređenja vatrogasne ocene na klasu B:

• Za cijevi ili direktno zakopavanje gdje vatrogasnost nije potrebna, mogu se odabrati vanjski pokrovi PE (bez dodatka vatrogasnih sredstava, što pruža stabilnu izolacijsku otpornost).

• Za visokonaponske kablove instalirane u tunelima, preporučuju se vanjski pokrovi PVC (nedostatak je emitovanje toksičnih gasova tijekom sagorijevanja; prednost je poboljšana vodootpornost formulacijom, a izolacijska otpornost je stabilnija u usporedbi s vatrogasnim PE kablovima klase B).

Također se preporučuje da se odmah započne zajedničko istraživanje materijala i struktura pokrova kako bi se fundamentalno rešio sukob između izolacijske otpornosti i vatrogasnosti.