Розгляди та рекомендації щодо вибору вогнезахисних матеріалів для кабелів високого напруги

1.Стандарти класифікації вогнезахисних кабелів

Система стандартів вогнезахисності поділяється на дві основні категорії. Перша категорія відповідає стандарту "Класифікація пожежної поведінки електричних та оптоволоконних кабелів" GB 31247. Кабелі, що відповідають цій системі стандартів, широко використовуються в густонаселених районах, таких як високоскоростні залізниці та метрополітен. Цей стандарт встановлює строгі вимоги до параметрів, таких як густина диму, тепловиділення та загальна продукція диму, і кабелі зазвичай використовують матеріали з низькою продукцією диму та безгалогенні.

Друга категорія - це "Загальні правила для вогнезахисних або вогнетривких електричних дротів, кабелів або оптоволоконних кабелів" GB/T 19666. До введення GB 31247 цей стандарт широко застосовувався у всіх типах об'єктів в Китаї. Система GB/T 19666 також вказує значення для параметрів, таких як густина диму, і під час тендерів часто вказуються додаткові префікси, такі як WD (низька продукція диму, безгалогенні). Відповідні стандарти випробувань для рейтингів вогнезахисності кабелів показані в таблиці нижче:

Стандарт класифікації пункту 1: Стандарт "Загальні правила для вогнезахисних або вогнетривких електричних дротів, кабелів або оптоволоконних кабелів" GB/T 19666 використовує відомі інститутам проектування електроенергетики класифікації ZA, ZB, ZC. Однак його метод випробувань, "Випробування на вертикальному поширенні вогню для пучків дротів або кабелів при пожежних умовах – частина 3: Методи випробувань для пучків дротів або кабелів" GB 18380.3-2001, був скасований. Цей стандарт випробувань базувався на IEC 60332-3-25:2000, "Випробування електричних та оптоволоконних кабелів при пожежних умовах – частина 3-25: Випробування на вертикальному поширенні вогню вертикально розташованих пучків кабелів – категорія D."

Стандарт класифікації пункту 2: Стандарт "Вогнезахисні та вогнетривкі кабелі – частина 1: Вогнезахисні кабелі" GA 306.1-2007, класифікує кабелі згідно з оновленими методами випробувань GB 18380.31~36-2008, які замінили GB 18380.3-2001. Його основна відмінність полягає у включення додаткових критеріїв, таких як токсичність диму (GB 20285), проникність світла та корозійну стійкість, що дозволяє поділити класи A, B та C на п'ять окремих градацій.

Стандарт класифікації пункту 3: "Класифікація пожежної поведінки електричних та оптоволоконних кабелів" GB 31247 є найновішим стандартом. Відповідний метод випробувань - "Характеристики поширення вогню, тепловиділення та продукції диму кабелів або оптоволоконних кабелів при пожежних умовах" GB 31248, який посилається на EN 50399:2011, "Загальні методи випробувань кабелів при пожежних умовах – процедури вимірювання тепловиділення та продукції диму для випробувань на вертикальному поширенні вогню пучків дротів та кабелів – пристрій, процедура та загальні результати." Основна відмінність полягає в тому, що він оцінює поширення вогню, загальне тепловиділення, максимальну швидкість тепловиділення та загальну продукцію диму. Критерії між цими двома системами класифікації значно відрізняються. Система GB 31247 (клас B1) підкреслює низькогалогенні та низькодимні характеристики, що означає, що класифікації не є прямо еквівалентними. Навіть клас "B" в системі ZA/ZB/ZC не відповідає вимогам класу B1.

2. Причини, чому клас B1 недоступний для високовольтних кабелів

2.1 Відсутність матеріалів з низькою продукцією диму та корозійною стійкістю

Досягнення низької продукції диму зазвичай вимагає використання бітумного лаку. Однак, бітумний лак не відповідає вимогам корозійної стійкості, і його використання також заборонено європейськими стандартами. Тому критерій низької продукції диму не може бути виконаний. Високовольтні кабелі використовують металеву алюмінієву оболонку з бітумною антикорозійною структурою, яка генерує значну кількість диму при спалюванні. За кордоном зазвичай використовуються бітумний лак або термоплавкий склеювач, але ця структура не виробляється жодним внутрішнім виробником і не використовується в жодному інженерному проекті. Таким чином, область матеріалів для зовнішніх оболонок високовольтних кабелів обмежує можливість досягнення низької продукції диму, необхідної для класу B1.

2.2 Зменшення ізоляційного опору в низькогалогенніх кабелях

Значна відмінність між високовольтними та середньовольтними кабелями полягає в виборі матеріалу зовнішньої оболонки. Через високу пропускну здатність струму, високі перехідні напруги та однокорпусну конструкцію високовольтних кабелів, зовнішня оболонка повинна мати відмінні ізоляційні властивості для безпеки експлуатації. Тому зовнішня оболонка високовольтних кабелів визначена як "ізоляційна", тоді як середньовольтні кабелі використовують матеріал "оболонковий" класу.

Однак, низькодимні, безгалогенні оболонкові композити містять велику кількість неорганічних вогнезахисних речовин, що призводить до відносно слабкого ізоляційного опору оболонки. Поточна ізоляційна продуктивність оболонкового матеріалу відповідає порядку: PE ≥ Вогнезахисний PE ≥ PVC ≥ Серія низькодимних, безгалогенних. З цієї причини, поточні стандарти високовольтних кабелів, такі як GB/T 11017 та GB/T 18890, не включають низькодимні, безгалогенні оболонкові композити в свої системи стандартів. Навпаки, для середньовольтних кабелів, де вимоги до ізоляційної продуктивності оболонки менш суворі, низькодимні, безгалогенні оболонкові композити уже включені в систему стандартів.

Енергетичні компанії організували кілька конференцій кабельної промисловості, переважно через погану продуктивність двох ключових показників: ступінь водопоглинання зовнішніх оболонок при насиченому водопоглинанні та ізоляційний опір при насиченому водопоглинанні.

Пожежна ситуація в тунелях високовольтних кабелів є серйозною. На даний момент високовольтні кабелі в основному закуповуються в вогнезахисних моделях. Як видно з назви, вогнезахисні матеріали - це звичайні оболонкові матеріали з доданими формулями, такими як вогнезахисні речовини, що надають матеріалам вогнезахисні властивості. Вогнезахисна продуктивність звичайних оболонок показана в таблиці 3.

Наприклад, для оболонки PE, вогнезахисний PE - це стандартний оболонковий матеріал PE з доданими вогнезахисними речовинами. Вогнезахисні речовини поділяються на неорганічні та органічні. На даний момент більшість продуктів на ринку переважно використовує неорганічні вогнезахисні речовини, зі звичайними типами, такими як оксид магнію та оксид алюмінію. Ці матеріали легко поглинають вологу та піддаються реакції гідратації в нормальних умовах. Тому оболонкові матеріали зазвичай вводяться в виробництво негайно після придбання; інакше, поглинання вологи може легко відбутися, що призведе до дефектів, таких як пори, під час екструдування. Лише після того, як частинки вогнезахисних речовин будуть мікронізовані, піддані поверхневій модифікації та покращені їхні властивості сумісності, вогнезахисні оболонкові композити можуть досягти хорошої технологічності.

Гідроізоляційні кабелі зазвичай вказують на кабелі з повною, герметичною металевою оболонкою. Якщо використовується пластиковий оболонка як гідроізоляційний шар, волога може проникнути в кабель через пластик. Проникнення вологи - це відносно повільний процес. Під час фактичної експлуатації кабелів, температура поверхні оболонки може досягнути 60°C, що прискорює проникнення вологи. Тому, для новостверджених оболонок кабелів, ізоляційний опір зазвичай відповідає вимогам. Однак, після певного періоду експлуатації, ізоляційний опір оболонки багатьох ліній сильно знижується, і ця проблема зазвичай виявляється протягом декількох місяців до приблизно одного року. Коли ізоляційний опір оболонки знижується до певного рівня, швидкість зниження зазвичай стабілізується та сповільнюється.

2.4 Слабка стійкість до тріщин у низькогалогенніх кабелях

У таблиці 5, ST2 вказує на PVC, ST7 на PE, а ST8 на безгалогенний, низькодимний матеріал. З точки зору механічних властивостей оболонки, міцність на розтяг та відносне розтягнення до руйнування безгалогенних, низькодимних матеріалів значно гірші. Встановлення безгалогенних, низькодимних кабелів має строгі вимоги, особливо в зовнішніх областях північних регіонів, оскільки ці оболонки схильні до тріщин на низьких температурах і можуть розтріскуватися навіть під час експлуатації. Багато подібних якісних інцидентів вже відбулося з середньовольтними та низьковольтними кабелями в Китаї. Деякі будівельні проекти використовують безгалогенні, низькодимні кабелі під час зимового періоду, частково через те, що роботи проводяться в приміщеннях, де температура вища.

Безгалогенні, низькодимні кабелі переважно використовуються в приміщеннях, густонаселених районах, таких як станції, метро та громадські будівлі. Енергетичний комір утилітарного тунелю не належить до густонаселеної ділянки.

3 Висновок

На основі вище зазначеного аналізу, безгалогенні, низькодимні матеріали мають гіршу продуктивність, ніж поточні ізоляційні вогнезахисні оболонкові матеріали, і більше схильні до проблем. З цієї причини, поточні стандарти високовольтних кабелів, такі як GB/T 11017 та GB/T 18890, не включають безгалогенні, низькодимні оболонкові матеріали в свої системи стандартів.

"Класифікація пожежної поведінки електричних та оптоволоконних кабелів" GB 31247 посилює контроль над пожежною поведінкою. Це відповідає густонаселеним районам, таким як метро та високоскоростні залізничні станції, де є багато горючих матеріалів, з огляду на безпеку життя та власності. Більшість кабелів, використовуваних в цих районах, є середньовольтними або низьковольтними, для яких вимоги до електричної продуктивності не так суворі, як для високовольтних кабелів.

Особливо важливо звернути увагу на те, що клас B в "Загальні правила для вогнезахисних або вогнетривких електричних дротів, кабелів або оптоволоконних кабелів" GB/T 19666 не еквівалентний класу B1 в "Класифікація пожежної поведінки електричних та оптоволоконних кабелів" GB 31247. Два стандарти мають абсолютно різні критерії пожежної продуктивності та призначені для різних областей застосування. Вони не повинні бути використані взаємозамінно. Рекомендується використовувати високовольтні кабелі, що відповідають класу B стандарту GB/T 19666, і не рекомендується використовувати високовольтні кабелі, що відповідають класам B1 або B2 стандарту GB 31247. Хоча обидва позначені "B", вони належать до різних систем стандартів, що призводить до абсолютно різних результатів продуктивності. Використання високовольтних кабелів, що відповідають класам B1 або B2 стандарту GB 31247, поставить великий тиск на відділи будівництва та експлуатації та обслуговування.

З урахуванням суворих вимог до пожежної безпеки в тунелях, після підвищення рейтингу вогнезахисності до класу B:

• Для каналізаційних труб або безпосереднього занурення, де вогнезахисність не потрібна, можна обрати зовнішні оболонки PE (без додаткових вогнезахисних речовин, що забезпечує стабільний ізоляційний опір).

• Для високовольтних кабелів, встановлених в тунелях, рекомендується використовувати зовнішні оболонки PVC (недоліком є вивільнення токсичних газів при спалюванні; перевагою є те, що формула може підвищити водостійкість, і ізоляційний опір більш стабільний порівняно з вогнезахисними PE кабелями класу B).

Крім того, рекомендується негайно започаткувати спільне дослідження матеріалів та конструкцій оболонок, щоб фундаментально вирішити конфлікт між ізоляційним опором та вогнезахисністю.