Xem xét và Đề xuất cho Việc Chọn Chất Chống Cháy cho Dây Điện Cao Áp

1. Tiêu chuẩn phân loại cáp chống cháy

Hệ thống tiêu chuẩn chống cháy được chia thành hai danh mục chính. Danh mục đầu tiên tuân theo "Phân loại Hành vi Cháy của Dây điện và Dây quang" GB 31247. Các dây cáp tuân theo hệ thống tiêu chuẩn này được sử dụng rộng rãi trong các khu vực đông dân cư như đường sắt tốc độ cao và tàu điện ngầm. Tiêu chuẩn này đặt ra yêu cầu nghiêm ngặt về các tham số như mật độ khói, lượng nhiệt phát ra và tổng sản lượng khói, và các dây cáp thường sử dụng vật liệu không chứa halogen và ít khói.

Danh mục thứ hai là "Quy tắc chung cho Dây điện, Dây cáp hoặc Dây quang Chống cháy hoặc Chống cháy" GB/T 19666. Trước khi GB 31247 được giới thiệu, tiêu chuẩn này được áp dụng rộng rãi trên tất cả các loại cơ sở ở Trung Quốc. Hệ thống GB/T 19666 cũng quy định giá trị cho các tham số như mật độ khói, và trong quá trình đấu thầu, thường chỉ định thêm các tiền tố như WD (ít khói, không chứa halogen). Các tiêu chuẩn kiểm tra tương ứng cho xếp hạng chống cháy của dây cáp được thể hiện trong bảng dưới đây:

Tiêu chuẩn Phân loại Mục 1: Tiêu chuẩn "Quy tắc chung cho Dây điện, Dây cáp hoặc Dây quang Chống cháy hoặc Chống cháy" GB/T 19666 sử dụng các phân loại ZA, ZB, ZC quen thuộc với các viện thiết kế điện. Tuy nhiên, phương pháp thử nghiệm được tham chiếu, "Thử nghiệm lan truyền ngọn lửa dọc theo dây hoặc dây cáp treo dọc dưới điều kiện cháy - Phần 3: Phương pháp thử nghiệm cho dây hoặc dây cáp treo dọc" GB 18380.3-2001, đã bị rút lại. Tiêu chuẩn thử nghiệm này dựa trên IEC 60332-3-25:2000, "Thử nghiệm dây điện và dây quang dưới điều kiện cháy - Phần 3-25: Thử nghiệm lan truyền ngọn lửa dọc theo dây cáp treo dọc - Danh mục D."

Tiêu chuẩn Phân loại Mục 2: Tiêu chuẩn "Dây cáp Chống cháy và Chống cháy - Phần 1: Dây cáp Chống cháy" GA 306.1-2007, phân loại dây cáp theo các phương pháp thử nghiệm cập nhật GB 18380.31~36-2008, đã thay thế GB 18380.3-2001. Điểm khác biệt chính là việc bao gồm các tiêu chí bổ sung như độc tính khói (GB 20285), khả năng truyền sáng và khả năng chống ăn mòn, phân chia các lớp A, B và C thành năm cấp độ riêng biệt.

Tiêu chuẩn Phân loại Mục 3: "Phân loại Hành vi Cháy của Dây điện và Dây quang" GB 31247 là tiêu chuẩn mới nhất. Phương pháp thử nghiệm tương ứng là "Đặc tính lan truyền ngọn lửa, phát nhiệt và sản xuất khói của dây cáp hoặc dây quang dưới điều kiện cháy" GB 31248, tham chiếu EN 50399:2011, "Các phương pháp thử nghiệm chung cho dây cáp dưới điều kiện cháy - Quy trình đo lường phát nhiệt và sản xuất khói cho thử nghiệm lan truyền ngọn lửa dọc theo dây cáp treo dọc - Thiết bị, quy trình và kết quả chung." Sự khác biệt chính là nó đánh giá lan truyền ngọn lửa, tổng lượng nhiệt phát ra, tỷ lệ phát nhiệt đỉnh điểm và tổng sản lượng khói. Các tiêu chí giữa hai hệ thống phân loại này khác nhau đáng kể. Hệ thống GB 31247 (lớp B1) nhấn mạnh đặc tính ít halogen và ít khói, có nghĩa là các phân loại không tương đương trực tiếp. Ngay cả lớp "B" trong hệ thống ZA/ZB/ZC cũng không đáp ứng yêu cầu của lớp B1.

2. Lý do Lớp B1 Không Có sẵn cho Dây cáp Điện Áp Cao

2.1 Thiếu Vật liệu Ít Khói, Chống Ăn Mòn

Để đạt được hiệu suất ít khói, thường cần sử dụng sơn bitum. Tuy nhiên, sơn bitum không đáp ứng yêu cầu chống ăn mòn, và việc sử dụng nó cũng bị cấm bởi các tiêu chuẩn châu Âu. Do đó, tiêu chí hiệu suất ít khói không thể được đáp ứng. Dây cáp điện áp cao sử dụng vỏ bọc nhôm kim loại với cấu trúc chống ăn mòn bằng bitum, tạo ra lượng khói lớn trong quá trình đốt cháy. Trong khi ở nước ngoài, sơn bitum hoặc keo nóng chảy thường được sử dụng, cấu trúc này chưa từng được sản xuất bởi bất kỳ nhà sản xuất nào trong nước và cũng chưa từng được sử dụng trong bất kỳ dự án kỹ thuật nào. Do đó, lĩnh vực vật liệu cho vỏ bọc bên ngoài của dây cáp điện áp cao hạn chế khả năng đạt được hiệu suất ít khói yêu cầu cho lớp B1.

2.2 Giảm Kháng Cách Điện trong Dây cáp Ít Halogen

Sự khác biệt đáng kể giữa dây cáp điện áp cao và trung bình nằm ở lựa chọn vật liệu vỏ bọc bên ngoài. Do công suất dòng điện lớn, điện áp quá mức cao và thiết kế một lõi của dây cáp điện áp cao, vỏ bọc bên ngoài phải có đặc tính cách điện xuất sắc để đảm bảo an toàn vận hành. Do đó, vỏ bọc bên ngoài của dây cáp điện áp cao được chỉ định là "cấp cách điện," trong khi dây cáp trung bình sử dụng vật liệu "cấp vỏ bọc."

Tuy nhiên, hợp chất vỏ bọc ít khói, không chứa halogen chứa lượng lớn chất chống cháy vô cơ, dẫn đến khả năng kháng cách điện tương đối kém cho vỏ bọc. Hiệu suất cách điện của vật liệu vỏ bọc hiện tại theo thứ tự: PE ≥ PE chống cháy ≥ PVC ≥ loạt ít khói, không chứa halogen. Vì lý do này, các tiêu chuẩn dây cáp điện áp cao hiện tại như GB/T 11017 và GB/T 18890 chưa đưa hợp chất vỏ bọc ít khói, không chứa halogen vào hệ thống tiêu chuẩn. Ngược lại, đối với dây cáp trung bình, nơi yêu cầu về hiệu suất cách điện của vỏ bọc ít nghiêm ngặt hơn, hợp chất vỏ bọc ít khói, không chứa halogen đã được đưa vào hệ thống tiêu chuẩn.

Các công ty lưới điện đã tổ chức nhiều hội nghị ngành công nghiệp dây cáp, chủ yếu do hiệu suất kém của hai chỉ số chính: tỷ lệ hấp thụ nước của vỏ bọc bên ngoài trong điều kiện hấp thụ nước bão hòa và điện trở cách điện trong điều kiện hấp thụ nước bão hòa.

Tình hình phòng cháy chữa cháy trong hầm dây cáp điện áp cao rất nghiêm trọng. Hiện nay, dây cáp điện áp cao chủ yếu được mua theo mô hình chống cháy. Như tên gọi, vật liệu chống cháy là vật liệu vỏ bọc thông thường với các công thức bổ sung như chất chống cháy, trang bị cho vật liệu những đặc tính chống cháy. Hiệu suất chống cháy của vỏ bọc thông thường được thể hiện trong Bảng 3.

Lấy ví dụ về vỏ bọc PE, PE chống cháy là vật liệu vỏ bọc PE tiêu chuẩn với chất chống cháy được thêm vào. Chất chống cháy được chia thành hai loại: vô cơ và hữu cơ. Hiện nay, hầu hết các sản phẩm trên thị trường chủ yếu sử dụng chất chống cháy vô cơ, với các loại phổ biến bao gồm oxit magiê và oxit nhôm. Các vật liệu này dễ dàng hấp thụ độ ẩm và phản ứng thủy hóa trong điều kiện bình thường. Do đó, vật liệu vỏ bọc thường được đưa vào sản xuất ngay sau khi mua; nếu không, sẽ dễ xảy ra hiện tượng hấp thụ độ ẩm, dẫn đến các khuyết tật như rỗ trong quá trình ép phun. Chỉ sau khi hạt chất chống cháy được micron hóa, cải thiện bề mặt và tăng cường tính tương thích vật liệu, hợp chất vỏ bọc chống cháy mới đạt được khả năng gia công tốt.

Dây cáp chống thấm nước thường đề cập đến dây cáp có vỏ bọc kim loại hoàn chỉnh, kín. Nếu sử dụng vỏ bọc nhựa làm lớp chống thấm, độ ẩm có thể thâm nhập vào dây cáp qua nhựa. Quá trình thấm nước diễn ra tương đối chậm. Trong quá trình hoạt động thực tế, nhiệt độ bề mặt vỏ bọc có thể đạt tới 60°C, làm tăng tốc độ thấm nước. Do đó, đối với vỏ bọc dây cáp mới đưa vào sử dụng, điện trở cách điện thường đáp ứng yêu cầu. Tuy nhiên, sau một thời gian hoạt động, điện trở cách điện của vỏ bọc nhiều tuyến giảm mạnh, và vấn đề này thường được phát hiện trong vài tháng đến khoảng một năm. Một khi điện trở cách điện của vỏ bọc giảm xuống một mức nhất định, tốc độ giảm dần ổn định và chậm lại.

2.4 Khả năng Chống Nứt Kém của Dây cáp Ít Halogen

Trong Bảng 5, ST2 đề cập đến PVC, ST7 đến PE, và ST8 đến vật liệu ít khói, không chứa halogen. Từ góc độ đặc tính cơ học của vỏ bọc, sức căng kéo và độ giãn dài khi vỡ của vật liệu ít khói, không chứa halogen kém hơn đáng kể. Việc lắp đặt dây cáp ít khói, không chứa halogen có yêu cầu nghiêm ngặt, đặc biệt là ở các khu vực ngoài trời ở miền Bắc, vì các vỏ bọc này dễ bị nứt ở nhiệt độ thấp và thậm chí có thể nứt trong quá trình hoạt động. Đã có nhiều sự cố chất lượng tương tự xảy ra với dây cáp trung và hạ áp ở Trung Quốc. Một số dự án xây dựng sử dụng dây cáp ít khói, không chứa halogen trong mùa đông, phần lớn vì công việc được thực hiện trong nhà, nơi nhiệt độ cao hơn.

Dây cáp ít khói, không chứa halogen chủ yếu được sử dụng trong các tòa nhà, khu vực đông dân cư như ga tàu, tàu điện ngầm và các công trình công cộng. Buồng điện của hầm kỹ thuật không thuộc khu vực đông dân cư.

3 Kết luận

Dựa trên phân tích trên, vật liệu ít khói, không chứa halogen có hiệu suất kém hơn so với vật liệu vỏ bọc chống cháy cấp cách điện hiện tại và dễ gặp vấn đề hơn. Do đó, các tiêu chuẩn dây cáp điện áp cao hiện tại như GB/T 11017 và GB/T 18890 chưa đưa vật liệu vỏ bọc ít khói, không chứa halogen vào hệ thống tiêu chuẩn.

"Phân loại Hành vi Cháy của Dây điện và Dây quang" GB 31247 tăng cường kiểm soát hành vi cháy. Điều này phù hợp với các khu vực đông dân cư như ga tàu điện ngầm và đường sắt tốc độ cao, nơi có nhiều vật liệu dễ cháy, do cân nhắc an toàn cho cuộc sống và tài sản. Hầu hết các dây cáp được sử dụng trong các khu vực này là trung và hạ áp, nơi yêu cầu về hiệu suất điện không nghiêm ngặt như dây cáp điện áp cao.

Đặc biệt cần lưu ý rằng xếp hạng Lớp B trong "Quy tắc chung cho Dây điện, Dây cáp hoặc Dây quang Chống cháy hoặc Chống cháy" GB/T 19666 không tương đương với xếp hạng B1 trong "Phân loại Hành vi Cháy của Dây điện và Dây quang" GB 31247. Hai tiêu chuẩn này có tiêu chí hiệu suất cháy và khu vực ứng dụng hoàn toàn khác nhau. Chúng không nên được sử dụng thay thế cho nhau. Đề nghị sử dụng dây cáp điện áp cao đáp ứng GB/T 19666 Lớp B, và không khuyến nghị sử dụng dây cáp điện áp cao đáp ứng GB 31247 B1 hoặc B2. Mặc dù cả hai đều được gắn nhãn "B," chúng thuộc các hệ thống tiêu chuẩn khác nhau, dẫn đến kết quả hiệu suất hoàn toàn khác nhau. Sử dụng dây cáp điện áp cao đáp ứng GB 31247 B1 hoặc B2 sẽ đặt áp lực lớn lên các bộ phận xây dựng và vận hành & bảo trì.

Với yêu cầu phòng cháy chữa cháy nghiêm ngặt trong hầm kỹ thuật, sau khi nâng cấp xếp hạng chống cháy lên Lớp B:

• Đối với ống dẫn hoặc lắp đặt trực tiếp mà không yêu cầu chống cháy, có thể chọn vỏ bọc PE (không có chất chống cháy, cung cấp điện trở cách điện ổn định).

• Đối với dây cáp điện áp cao được lắp đặt trong hầm, khuyến nghị sử dụng vỏ bọc PVC (nhược điểm là phát ra khí độc khi cháy; ưu điểm là có thể tăng cường khả năng chống thấm nước bằng cách điều chỉnh công thức, và điện trở cách điện ổn định hơn so với dây cáp PE chống cháy Lớp B).

Ngoài ra, đề nghị sớm khởi xướng nghiên cứu chung về vật liệu và cấu trúc vỏ bọc để giải quyết căn bản xung đột giữa điện trở cách điện và chống cháy.