Överväganden och rekommendationer för brandskyddande val av högspänningskabler

1.Brandningsmotståndskablar klassificeringsstandarder

Systemet för brandningsmotståndsklassificering delas in i två huvudkategorier. Den första kategorin följer "Klassificering av brännbeteende för elektriska och optiska fiberkablar" GB 31247. Kablar som uppfyller denna standard används vidare i tätbefolkade områden som höghastighetståg och tunnelbanor. Denna standard ställer stränga krav på parametrar som rökdensitet, värmeutsläpp och total rökproduktion, och kablar använder vanligtvis lågrökiga, halogenfria material.

Den andra kategorin är "Allmänna regler för brandningsmotståndande eller brandskyddande elektriska trådar, kablar eller optiska kablar" GB/T 19666. Innan introduktionen av GB 31247 tillämpades denna standard vid alla typer av anläggningar i Kina. GB/T 19666-systemet specificerar också värden för parametrar som rökdensitet, och under anbudsförfaranden specificeras ofta ytterligare prefix, såsom WD (lågrökig, halogenfri). De motsvarande teststandarderna för brandningsmotståndsrating av kablar visas i tabellen nedan:

Klassificeringsstandard för punkt 1: Standarden "Allmänna regler för brandningsmotståndande eller brandskyddande elektriska trådar, kablar eller optiska kablar" GB/T 19666 använder de bekanta ZA, ZB, ZC-klassificeringarna som är kända av energidesigninstitut. Men dess refererade testmetod, "Provning av vertikal brandutbredning för buntade trådar eller kablar under brandförhållanden – Del 3: Testmetoder för buntade trådar eller kablar" GB 18380.3-2001, har dragits tillbaka. Denna teststandard baserades på IEC 60332-3-25:2000, "Provningsmetoder för elektriska och optiska fiberkablar under brandförhållanden – Del 3-25: Provning av vertikal brandutbredning av vertikalt monterade buntade kablar – Kategori D."

Klassificeringsstandard för punkt 2: Standarden "Brandningsmotståndande och brandskyddande kablar – Del 1: Brandningsmotståndande kablar" GA 306.1-2007, klassificerar kablar enligt de uppdaterade testmetoderna GB 18380.31~36-2008, vilka ersatte GB 18380.3-2001. Dess huvudsakliga skillnad är att den inkluderar ytterligare kriterier som röktoxicitet (GB 20285), ljusgenomskinlighet och korrosionsbeständighet, vilket ytterligare delar upp klasserna A, B och C i fem distinkta grader.

Klassificeringsstandard för punkt 3: "Klassificering av brännbeteende för elektriska och optiska fiberkablar" GB 31247 är den senaste standarden. Den motsvarande testmetoden är "Brandutbredning, värmeutsläpp och rökproduktionsegenskaper för kablar eller optiska fiberkablar under brandförhållanden" GB 31248, vilken refererar till EN 50399:2011, "Gemensamma provningsmetoder för kablar under brandförhållanden – Mätprocedurer för värmeutsläpp och rökproduktion för provning av vertikal brandutbredning av buntade trådar och kablar – Utrustning, procedur och allmänna resultat." Den viktigaste skillnaden är att den utvärderar brandutbredning, total värmeutsläpp, toppvärmeutsläpp och total rökproduktion. Kriterierna mellan dessa två klassificeringssystem skiljer sig markant. GB 31247-systemet (klass B1) betonar låghalogena och lågrökiga egenskaper, vilket innebär att klassificeringarna inte är direkt ekvivalenta. Även klass B inom ZA/ZB/ZC-systemet uppfyller inte kraven för klass B1.

2. Anledningar till att klass B1 inte är tillgänglig för högspänningkablar

2.1 Brist på lågrökiga, korrosionsbeständiga material

För att uppnå lågrökigt beteende krävs vanligtvis användning av bitumenfärg. Bitumenfärg uppfyller dock inte kraven på korrosionsbeständighet, och dess användning är också förbjuden enligt europeiska standarder. Därför kan det lågrökiga prestandakriteriet inte uppfyllas. Högspänningsekablar använder en metallisk aluminiumomhölje med bitumenbaserad korrosionsskyddande struktur, vilket genererar betydande mängd rök under förbränning. Utomlands används vanligtvis bitumenfärg eller varmlim, men denna struktur har inte tillverkats av någon inhemska tillverkare eller använts i något ingenjörsvärv. Därför begränsar materialområdet för högspänningsekablers yttre omhölje möjligheten att uppnå den lågrökiga prestanda som krävs för klass B1.

2.2 Förminskning av isolationsmotstånd i låghalogenkablar

En betydande skillnad mellan hög- och medelspänningsekablar ligger i valet av yttre omhöljesmaterial. På grund av hög strömkapacitet, hög överspänning och enskilt kärnkonstruktion av högspänningsekablar måste yttre omhöljet ha utmärkta isolerande egenskaper för driftsäkerhet. Därför specificeras yttre omhöljet för högspänningsekablar som "isolationsgrad", medan medelspänningsekablar använder "omhöljesgrad" material.

Lågrökiga, halogenfria omhöljesmaterial innehåller emellertid stora mängder oorganiska brandmotståndshämmanden, vilket resulterar i relativt dålig isolationsmotstånd för omhöljet. Nuvarande omhöljesmaterial isoleringsprestanda följer ordningen: PE ≥ Brandmotståndande PE ≥ PVC ≥ Lågrökig, halogenfri serie. På grund av detta har nuvarande högspänningsekabelstandarder som GB/T 11017 och GB/T 18890 inte inkluderat lågrökiga, halogenfria omhöljesmaterial i sina standardsystem. I kontrast, för medelspänningsekablar, där kraven på omhöljesisolering är mindre strikta, har lågrökiga, halogenfria omhöljesmaterial redan inkluderats i standardsystemet.

Energinettsföretag har arrangerat flera kabelindustrikonferenser, huvudsakligen på grund av den dåliga prestandan av två viktiga indikatorer: vattenabsorptionstakt för yttre omhölje under mättad vattenabsorption och isolationsresistivitet under mättad vattenabsorption.

Brandförebyggandetsituation i högspänningsekabeltunnlar är allvarlig. För närvarande köps högspänningsekabler huvudsakligen i brandmotståndande modeller. Som namnet antyder, består brandmotståndande material av konventionella omhöljesmaterial med tillagda formuleringar som brandmotståndshämmanden, vilket ger materialen brandmotståndsegenskaper. Brandmotståndseffekten av vanliga omhöljen visas i tabell 3.

Som ett exempel på PE-omhölje, är brandmotståndande PE standard PE-omhöljesmaterial med tillagda brandmotståndshämmanden. Brandmotståndshämmanden delas in i oorganiska och organiska typer. För närvarande använder de flesta produkter på marknaden huvudsakligen oorganiska brandmotståndshämmanden, med vanliga typer inklusive magnesiumoxid och aluminiumoxid. Dessa material absorberar lätt fukt och genomgår hydrationsreaktioner under normala förhållanden. Därför sätts omhöljesmaterial vanligtvis i produktion omedelbart efter inköp, annars kan fuktabsorption lätt inträffa, vilket leder till defekter som tomrum under extrusion. Endast när brandmotståndspartiklar mikroniseras, genomgår ytasmodifikation och har sin materialkompatibilitet förbättrad, kan brandmotståndande omhöljesmaterial uppnå god processbarhet.

Vattentäta kablar refererar vanligtvis till kablar med fullständig, tät metallomhölje. Om plastomhölje används som vattentät lager, kan fukt penetrera kablen genom plasten. Fuktinträde är en relativt långsam process. Under faktisk kabeldrift kan yttre omhöljes temperatur nå upp till 60°C, vilket accelererar fuktinträdet. Därför uppfyller yttre omhöljes isolationsmotstånd generellt sett kraven för nyligen kommissionerade kablar. Men efter en period av drift sjunker yttre omhöljes isolationsmotstånd drastiskt för många linjer, och detta problem upptäcks vanligtvis inom några månader till omkring ett år. När yttre omhöljes isolationsmotstånd sjunker till viss nivå tenderar minskningshastigheten att stabilisera och sakta ner.

2.4 Dålig sprickmotstånd hos låghalogenkablar

I tabell 5 hänvisar ST2 till PVC, ST7 till PE, och ST8 till halogenfritt, lågrökigt material. Ur synvinkel av omhöljes mekaniska egenskaper är dragmotstånd och utsträckning vid brott för halogenfritt, lågrökigt material signifikant sämre. Installationen av halogenfria, lågrökiga kablar har stränga krav, särskilt i norra regioners utomhusområden, eftersom dessa omhöljen är benägna att spricka vid låga temperaturer och kan till och med spricka under drift. Många liknande kvalitetsincidenter har redan ägt rum med medel- och lågspänningsekabler i Kina. Vissa byggnadsprojekt använder halogenfria, lågrökiga kablar under vintern, delvis eftersom arbetet utförs inomhus där temperaturen är högre.

Halogenfria, lågrökiga kablar används huvudsakligen inomhus i byggnader och tätbefolkade områden som stationer, tunnelbanor och offentliga byggnader. Elavdelningen i en utilitettunnel tillhör inte ett tätbefolkat område.

3 Slutsats

Baserat på ovanstående analys, presterar halogenfria, lågrökiga material sämre än de nuvarande isolationsgradsbrandmotståndande omhöljesmaterialen och är mer benägna att ge upphov till problem. Av denna anledning har nuvarande högspänningsekabelstandarder som GB/T 11017 och GB/T 18890 inte inkluderat halogenfria, lågrökiga omhöljesmaterial i sina standardsystem.

"Klassificering av brännbeteende för elektriska och optiska fiberkablar" GB 31247 förstärker kontrollen av brannbeteende. Detta är lämpligt för tätbefolkade områden som tunnelbanor och höghastighetstågsstationer, där det finns många brännbara material, på grund av säkerhetsöverväganden för liv och egendom. De flesta kablar som används i dessa områden är medel- eller lågspänning, för vilka kraven på elektrisk prestanda inte är lika strikta som för högspänningsekabler.

Det är särskilt viktigt att notera att klass B i "Allmänna regler för brandningsmotståndande eller brandskyddande elektriska trådar, kablar eller optiska kablar" GB/T 19666 inte är ekvivalent med klass B1 i "Klassificering av brännbeteende för elektriska och optiska fiberkablar" GB 31247. De två standarderna har helt olika brandprestandakriterier och avsedda tillämpningsområden. De bör inte användas växelvis. Det rekommenderas att använda högspänningsekabler som uppfyller GB/T 19666 klass B, och det rekommenderas inte att använda högspänningsekabler som uppfyller GB 31247 B1 eller B2-rating. Trots att båda är märkta som "B", tillhör de olika standardsystem, vilket resulterar i helt olika prestandautgångar. Att använda högspänningsekabler som uppfyller GB 31247 B1 eller B2-rating skulle sätta enormt tryck på byggnads- och drifts- och underhållsdepartementen.

Med tanke på de stränga brandskyddsreglerna i el-tunnlar, efter att ha uppgraderat brandmotståndsratingen till klass B:

• För ledningar eller direkta begravningar där brandmotstånd inte krävs, kan PE-yttre omhölje (utan brandmotståndstillägg, som ger stabil isolationsmotstånd) väljas.

• För högspänningsekabler installerade i tunnlar rekommenderas PVC-yttre omhölje (nackdelen är frisläppande av giftiga gaser under förbränning; fördelen är att formuleringen kan förbättra vattentäthet, och isolationsmotståndet är mer stabilt jämfört med klass B brandmotståndande PE-kabler).

Vidare rekommenderas att snabbt initiera gemensam forskning om omhöljesmaterial och strukturer för att fundamentalt lösa konflikten mellan isolationsmotstånd och brandmotstånd.