Pagsasaalang-alang at mga Rekomendasyon para sa Pagpili ng Apoy-Nakakaalis na High-Voltage Cables

1. Pagsusunod-sunod ng mga Pamantayan sa Flame-Retardant na Kable

Ang sistema ng pamantayan para sa flame-retardant ay nahahati sa dalawang pangunahing kategorya. Ang unang kategorya ay sumusunod sa "Pagsusunod-sunod ng Burning Behavior para sa Electric at Optical Fiber Cables" GB 31247. Ang mga kable na sumusunod sa sistemang ito ay malawakang ginagamit sa mga lugar na may mataas na populasyon tulad ng high-speed railways at subways. Ang pamantayan na ito ay naglalapat ng mahigpit na mga kaparaanan sa mga parameter tulad ng density ng usok, paglabas ng init, at kabuuang produksyon ng usok, at ang mga kable ay karaniwang gumagamit ng mga materyales na mababang usok at walang halogen.

Ang ikalawang kategorya ay ang "General Rules for Flame-Retardant or Fire-Resistant Electric Wires, Cables, or Optical Cables" GB/T 19666. Bago ipakilala ang GB 31247, ang pamantayan na ito ay malawakang inilapat sa lahat ng uri ng pasilidad sa Tsina. Ang sistema ng GB/T 19666 ay nagsasaad din ng mga halaga para sa mga parameter tulad ng density ng usok, at sa bidding, madalas na isinasama ang mga dagdag na prefix tulad ng WD (mababang usok, walang halogen). Ang mga katugong pamantayan ng pagsusulit para sa ratings ng flame-retardant ng kable ay ipinapakita sa talahanayang ibaba:

Pagsusunod-sunod ng Pamantayan para sa Item 1: Ang pamantayang "General Rules for Flame-Retardant or Fire-Resistant Electric Wires, Cables, or Optical Cables" GB/T 19666 ay gumagamit ng kilalang ZA, ZB, ZC na pagsusunod-sunod na alam ng mga instituto ng disenyo ng power. Gayunpaman, ang tinatawag na test method, "Test on the vertical flame propagation for bunched wires or cables under fire conditions – Part 3: Test methods for bunched wires or cables" GB 18380.3-2001, ay na-withdraw. Ang pamantayan ng pagsusulit na ito ay batay sa IEC 60332-3-25:2000, "Tests on electric and optical fibre cables under fire conditions – Part 3-25: Test for vertical flame spread of vertically-mounted bunched cables – Category D."

Pagsusunod-sunod ng Pamantayan para sa Item 2: Ang pamantayang "Flame-retardant and Fire-resistant Cables – Part 1: Flame-retardant Cables" GA 306.1-2007, ay nagsusunod-sunod ng mga kable ayon sa bagong mga pamamaraan ng pagsusulit GB 18380.31~36-2008, na nagsalungat ng GB 18380.3-2001. Ang pangunahing pagkakaiba nito ay ang pagdaragdag ng mga kriteryon tulad ng toxicity ng usok (GB 20285), light transmittance, at corrosion resistance, na mas pinagtibay ang A, B, at C classes sa limang hiwalay na grado.

Pagsusunod-sunod ng Pamantayan para sa Item 3: Ang "Classification of Burning Behavior for Electric and Optical Fiber Cables" GB 31247 ay ang pinakabagong pamantayan. Ang katugong pamamaraan ng pagsusulit nito ay "Flame spread, heat release and smoke production characteristics of cables or optical fiber cables in fire conditions" GB 31248, na tumutukoy sa EN 50399:2011, "Common test methods for cables under fire conditions – Measurement procedures of heat release and smoke production for the test of vertical flame spread of bunched wires and cables – Apparatus, procedure and general results." Ang pangunahing pagkakaiba ay ito ay nagtatasa ng flame spread, total heat release, peak heat release rate, at total smoke production. Ang mga kriteryon sa pagitan ng dalawang sistemang ito ay lubhang magkaiba. Ang sistema ng GB 31247 (B1 class) ay nagbibigay-diin sa mababang halogen at mababang usok na mga katangian, kaya ang mga pagsusunod-sunod ay hindi direktang katumbas. Kahit ang "B" class sa loob ng sistema ng ZA/ZB/ZC ay hindi nakakapagtugon sa mga kaparaanan ng B1 class.

2. Mga Dahilan Kung Bakit Hindi Magagamit ang B1 Class para sa High-Voltage Cables

2.1 Kakulangan ng Mga Materyales na Mababang Usok at Corrosion-Resistant

Ang pagkamit ng mababang usok na performance ay karaniwang nangangailangan ng bituminous paint. Gayunpaman, ang bituminous paint ay hindi nakakapagtugon sa mga kaparaanan sa corrosion resistance, at ang paggamit nito ay ipinagbabawal rin ng mga pamantayan ng Europa. Kaya, ang kriteryon ng mababang usok na performance ay hindi makakamit. Ang high-voltage power cables ay gumagamit ng metal na aluminum sheath na may bituminous anti-corrosion structure, na nagpapalabas ng malaking usok habang nasa combustion. Samantalang sa abroad, ang bituminous paint o hot-melt adhesive ang karaniwang ginagamit, ang strukturang ito ay hindi pa nagawa ng anumang lokal na manunulat ni isinama sa anumang engineering project. Bilang resulta, ang field ng materyales para sa outer sheath ng high-voltage power cable ay nagpapahigpit sa kakayahan na makamit ang mababang usok na performance na kinakailangan para sa B1 class.

2.2 Pagbawas ng Insulation Resistance sa Low-Halogen Cables

Ang isang malaking pagkakaiba sa pagitan ng high-voltage at medium-voltage power cables ay nasa pagpili ng materyales ng outer sheath. Dahil sa mataas na current capacity, mataas na overvoltage, at single-core design ng high-voltage cables, ang outer sheath ay dapat magkaroon ng napakagandang insulation properties para sa operational safety. Kaya, ang outer sheath ng high-voltage cables ay itinakdang "insulation-grade," samantalang ang medium-voltage cables ay gumagamit ng "sheath-grade" na materyal.

Gayunpaman, ang low-smoke, halogen-free na sheathing compounds ay naglalaman ng malaking dami ng inorganic flame retardants, na nagreresulta sa relatyibong mahinang insulation resistance para sa sheath. Ang kasalukuyang insulation performance ng sheath material ay sumusunod sa order: PE ≥ Flame-retardant PE ≥ PVC ≥ Low-smoke, halogen-free series. Dahil dito, ang kasalukuyang high-voltage cable standards tulad ng GB/T 11017 at GB/T 18890 ay hindi pa nag-include ng low-smoke, halogen-free na sheathing compounds sa kanilang mga standard system. Sa kabilang banda, para sa medium-voltage cables, kung saan ang mga kaparaanan para sa sheath insulation performance ay hindi ganoon kadami, ang low-smoke, halogen-free na sheathing compounds ay naisama na sa standard system.

Ang mga kompanya ng power grid ay nag-organisa ng maraming cable industry conferences, pangunahin dahil sa mahinang performance ng dalawang pangunahing indikador: ang water absorption rate ng outer sheaths sa ilalim ng saturated water absorption conditions at ang insulation resistivity sa ilalim ng saturated water absorption conditions.

Ang sitwasyon ng fire prevention sa high-voltage power cable tunnels ay mahigpit. Kasalukuyan, ang high-voltage cables ay pangunahing binibili sa flame-retardant models. Bilang ang pangalan, ang mga materyales ng flame-retardant ay mga regular na sheath materials na may idinagdag na formulations tulad ng flame retardants, na nagbibigay ng mga materyales ng flame-retardant properties. Ang flame-retardant performance ng common sheaths ay ipinapakita sa Table 3.

Isinasama ang isang PE sheath bilang halimbawa, ang flame-retardant PE ay standard PE sheathing material na may idinagdag na flame retardants. Ang flame retardants ay nahahati sa inorganic at organic types. Kasalukuyan, ang karamihan sa mga produkto sa merkado ay pangunahing gumagamit ng inorganic flame retardants, na may karaniwang mga uri tulad ng magnesium oxide at aluminum oxide. Ang mga materyales na ito ay madaling sumipsip ng tubig at umuundergo ng hydration reactions sa normal conditions. Kaya, ang sheathing materials ay karaniwang inilalagay agad sa produksyon pagkatapos ng procurement; kundi, ang sipsip ng tubig ay madaling mangyari, na nagreresulta sa mga suliranin tulad ng voids sa panahon ng extrusion. Tanging pagkatapos ang flame retardant particles ay micronized, na umundergo ng surface modification, at na-improve ang compatibility ng materyal, ang flame-retardant sheathing compounds ay makakamit ng magandang processability.

Ang waterproof cables ay karaniwang tumutukoy sa mga kable na may buong, sealed metallic sheath. Kung ang plastic sheath ay ginagamit bilang waterproof layer, ang tubig ay maaaring lumusot sa kable sa pamamagitan ng plastic. Ang pagpasok ng tubig ay isang relatyibong mabagal na proseso. Sa aktwal na operasyon ng kable, ang temperatura ng sheath surface ay maaaring umabot sa 60°C, na nagpapabilis ng pagpasok ng tubig. Kaya, para sa mga bagong commissioned cable sheaths, ang insulation resistance ay pangkalahatan ay sumasapat sa mga kaparaanan. Gayunpaman, pagkatapos ng isang panahon ng operasyon, ang sheath insulation resistance ng maraming lines ay bumababa nang malubha, at ang isyu na ito ay karaniwang natutuklasan sa loob ng ilang buwan hanggang sa isang taon. Kapag ang sheath insulation resistance ay bumaba sa tiyak na lebel, ang bilis ng pagbaba ay tiyak na humihinto at bumabagal.

2.4 Mahinang Crack Resistance ng Low-Halogen Cables

Sa Table 5, ang ST2 tumutukoy sa PVC, ST7 sa PE, at ST8 sa halogen-free, low-smoke material. Mula sa perspektibo ng mechanical properties ng sheath, ang tensile strength at elongation at break ng halogen-free, low-smoke materials ay lubhang mas mahina. Ang pag-install ng halogen-free, low-smoke cables ay may mahigpit na kaparaanan, lalo na sa mga outdoor areas sa northern regions, dahil ang mga sheath na ito ay madaling bumuntot sa mababang temperatura at maaaring bumuntot pa sa panahon ng operasyon. Maraming katulad na mga insidente sa kalidad ay nangyari na sa China sa mga medium- at low-voltage cables. Ang ilang mga proyekto ng konstruksyon ay gumagamit ng halogen-free, low-smoke cables sa panahon ng winter, bahagi ng dahil ang trabaho ay ginagawa sa loob kung saan ang temperatura ay mas mataas.

Ang halogen-free, low-smoke cables ay pangunahing ginagamit sa loob ng mga gusali at mga lugar na may mataas na populasyon tulad ng mga estasyon, subways, at mga public buildings. Ang power compartment ng utility tunnel ay hindi kabilang sa isang lugar na may mataas na populasyon.

3. Conclusion

Batay sa analisis sa itaas, ang halogen-free, low-smoke materials ay mas mahina ang performance kaysa sa kasalukuyang insulation-grade flame-retardant sheathing materials at mas prone sa mga problema. Dahil dito, ang kasalukuyang high-voltage cable standards tulad ng GB/T 11017 at GB/T 18890 ay hindi pa nag-include ng halogen-free, low-smoke sheathing materials sa kanilang mga standard system.

Ang "Classification of Burning Behavior for Electric and Optical Fiber Cables" GB 31247 ay nagpapalakas ng kontrol sa fire behavior. Ito ay angkop para sa mga lugar na may mataas na populasyon tulad ng subways at high-speed rail stations, kung saan maraming combustible materials, dahil sa mga kaparaanan ng seguridad para sa buhay at ari-arian. Ang karamihan sa mga kable na ginagamit sa mga lugar na ito ay medium- o low-voltage, kung saan ang mga electrical performance requirements ay hindi ganoon kadami kaysa sa high-voltage cables.

Partikular na mahalaga na tandaan na ang Class B rating sa "General Rules for Flame-Retardant or Fire-Resistant Electric Wires, Cables, or Optical Cables" GB/T 19666 ay hindi katumbas ng B1 rating sa "Classification of Burning Behavior for Electric and Optical Fiber Cables" GB 31247. Ang dalawang pamantayan ay may ganap na magkaibang fire performance criteria at intended application areas. Hindi sila dapat gamitin interchangeably. Inirerekomenda ang paggamit ng high-voltage cables na sumusunod sa GB/T 19666 Class B, at hindi inirerekomenda ang paggamit ng high-voltage cables na sumusunod sa GB 31247 B1 o B2 ratings. Bagama't parehong may label na "B," sila ay kabilang sa magkaibang standard systems, na nagreresulta sa ganap na magkaibang performance outcomes. Ang paggamit ng high-voltage cables na sumusunod sa GB 31247 B1 o B2 ratings ay maglalagay ng malaking presyon sa construction at operation & maintenance departments.

Dahil sa mahigpit na mga kaparaanan sa fire protection sa power tunnels, pagkatapos ng upgrade ng flame-retardant rating sa Class B:

• Para sa conduits o direct burial installations kung saan hindi kinakailangan ang flame retardancy, maaaring pumili ng PE outer sheaths (without flame retardant additives, providing stable insulation resistance).

• Para sa high-voltage cables na inilalapat sa tunnels, inirerekomenda ang PVC outer sheaths (ang disadvantage ay ang paglabas ng toxic gases sa panahon ng combustion; ang advantage ay ang formulation ay maaaring mapalakas ang water resistance, at ang insulation resistance ay mas stable kumpara sa Class B flame-retardant PE cables).

Karagdagan pa, inirerekomenda ang agarang pagsisimula ng joint research sa sheath materials at structures upang fundamentalyong i-resolve ang kontradiksyon sa pagitan ng insulation resistance at flame retardancy.