Tepelná odolnost a požární odolnost kabelů a vodičů, nehořlavé izolace

Moderní svět si nelze představit bez kabelové a kabelové komunikace, jejíž objem mimochodem neustále roste a roste. Vysoká hustota elektrických kabelů v různých, ne vždy ideálních podmínkách pro izolaci kabelů, zvyšuje riziko požárů. Například každý rok v USA kvůli požárům způsobeným požáry kabelů utrpí státní ekonomika ztráty ve výši asi 6 miliard dolarů. Takže otázka vytvoření spolehlivých ohnivzdorných kabelů a vodičů, které nešíří spalování, je stále naléhavější.

Požární bezpečnost kabelu je tedy určena těmito pěti indikátory:

Nepropagující spalování

Nešířením hoření se rozumí schopnost kabelu samozhášet ihned po zhasnutí plamene. Tento indikátor lze kvantifikovat podél délky kabelu poškozeného ohněm po skončení plamene.

Optická hustota kouře

Maximální měrná optická hustota média v prostoru při hoření experimentálního vzorku kabelu charakterizuje hladinu kouře charakteristickou pro tento typ kabelů při jejich hoření. Tento parametr odráží, jak rychle se šíří kouř v místnosti zasažené požárem, pokud je takový kabel zapnutý. To je důležité pro stanovení podmínek pro uhašení požáru.

Korozní aktivita odplyňovacích produktů

Čím vyšší je korozivnost odplyňovacích produktů, tím větší je poškození ohněm. Při vysoké korozivnosti produktů uvolňujících plyny se ničí elektrická zařízení v místnosti zakryté požárem. Kvantitativně je tento parametr určen uvolňováním: chlorovodíku, bromovodíku, oxidu siřičitého atd. — z množství takových aktivních produktů.

Toxicita plynů

Toxicita plynových emisí zpravidla vede k nehodám a obětem na životech při požárech. Tyto toxické produkty jsou především: amoniak, oxid uhelnatý, kyanovodík, sirovodík, oxid siřičitý atd.

Ohnivzdornost

Ohnivzdorné kabely si zachovávají své vlastnosti pod vlivem otevřeného plamene, tento indikátor se vypočítává v průběhu času - od 15 minut do 3 hodin - během této doby může ohnivzdorný kabel pokračovat v práci.

Izolace kabelů a požární odolnost

Požární bezpečnost kabelu je dána především materiálem jeho izolace a ochranného povlaku a také konstrukcí kabelu. Polymerní materiály používané pro výrobu izolace se vyznačují takovými parametry požární bezpečnosti, jako jsou:

• Hořlavost;

• Index kyslíku;

• Koeficient produkce kouře;

• Korozní aktivita odplyňovacích produktů;

• Toxicita produktů spalování.

Hořlavost

Podle GOST 12.1.044-89 je charakterizována hořlavost materiálů, to znamená jejich schopnost hořet. Materiály se liší: nehořlavé, obtížně hořlavé a hořlavé.

Nehořlavé materiály obecně nemohou hořet na vzduchu. Nehořlavé materiály se mohou za přítomnosti vzduchu vznítit, ale jakmile je zdroj plamene odstraněn, nemohou dále samy hořet.

Hořlavé materiály jsou schopné samovznícení a po odstranění zdroje plamene mohou dále hořet Důležité zde je, že kvantitativní ukazatele hořlavosti často plně nevypovídají o požární bezpečnosti kabelu.

Index kyslíku

Pro přesnější posouzení hořlavosti materiálu při zkoušce slouží "kyslíkový index", který se rovná minimálnímu objemu kyslíku ve směsi dusík-kyslík, při kterém může stabilní hoření daného materiálu trvat místo. Kyslíkový index nižší než 21 indikuje hořlavost materiálu, to znamená, že takový materiál může hořet na vzduchu i po odstranění zdroje vznícení.

Koeficient produkce kouře

Jak bylo uvedeno výše, koeficient kouře odráží optickou hustotu kouře během spalování materiálu ve zkušební komoře nebo uvnitř. Tento parametr je určen fotometrickým záznamem útlumu osvětlení v důsledku průchodu světla prostorem vyplněným kouřem. Americký Národní úřad pro standardy například definuje dva poměry kouře: doutnání a hořící. Maximální optická hustota kouře je určena pro různé materiály:

Korozní aktivita odplyňovacích produktů

Podle obsahu chlorovodíku, bromovodíku, oxidu sírového a fluorovodíku se podle doporučení IEC hodnotí korozivnost odplyňovacích produktů. K tomu se používají známé analytické metody, kdy se vzorek zahřívá ve spalovací komoře na teplotu 800 °C po dobu 20 minut.

Toxicita produktů spalování

Prostřednictvím množství toxických plynů uvolňovaných při spalování, jako jsou: oxid uhelnatý, oxid uhličitý, chlorovodík, fluorovodík, bromovodík, oxid síry, oxid dusíku a kyanovodík, se při testování vyhodnocuje stupeň toxicity zplodin hoření. materiál zahřátý na teplotu 800 °C. Známý fakt: hlavně v kabelovém průmyslu se k izolaci používají PVC izolace, pryž a polyetylen.

Směs PVC je nejméně hořlavý materiál díky své chemické struktuře, ve které nejsou v molekulách dvojné vazby a jsou zde atomy chloru.

V případě požáru se PVC rozkládá a uvolňuje chlorovodík, který brání šíření ohně. Ale při interakci s vodou nebo párou se chlorovodík mění na kyselinu chlorovodíkovou, která je velmi žíravá. Chlorovodík je navíc pro člověka nebezpečný, proto je použití PVC při výrobě izolace pro ohnivzdorné a ohnivzdorné kabely omezené.

Zvýšená požární odolnost a tepelná odolnost

Přidáním inhibitorů do PVC je možné zvýšit jeho požární odolnost. Zavedení fosfátových změkčovadel, retardérů hoření, plniv tedy snižuje hořlavost sloučenin PVC. Současně jsou také sníženy emise plynů v případě požáru, protože inhibitory vážou chlorovodík, který jej vysráží ve formě nehořlavé místnosti.

Polyetylen je hořlavější, a aby se polyetylenová izolace stala nehořlavou, přidávají se do ní retardéry hoření, které přispívají k samozhášivosti polyetylenové izolace na bázi upraveného složení. Nejběžnějším řešením je směs oxidu antimonitého a chlorovaného parafínu, díky čemuž je dosaženo výhody oproti PVC - snížení emisí plynů, snížení toxicity a nebezpečí pro lidi.

Co se týče pryžové izolace, pryž je nejméně hořlavá. polychloroprenový kaučuk, který se stal široce používaným jako materiál pláště kabelu. Nejhořlavější pryží je silikonová pryž, chlorsulfonovaný nebo chlorovaný polyethylen ("hypalon") a další pryži podobné polymery.

Polymery na bázi fluoropolymerů, jako je tetrafluorethylen, jsou vysoce nehořlavé díky svému velmi vysokému indexu kyslíku a nízkému odpařování, ale při teplotách pláště kabelu nad 300 °C se takové materiály stávají toxickými, nebezpečnými pro člověka a také korozivními pro elektrická zařízení.

Impregnované kabely s papírovou izolací a hliníkovým pláštěm byly prvními ohnivzdornými silovými kabely.

Vysokonapěťové kabely značek TsAABnlG a AABnlG ve svazcích nešíří hoření a vydrží 20 minut působení otevřeného plamene na plášti, to znamená, že požární odolnost těchto kabelů byla potvrzena testy.

Jejich ochranný kryt má složitou strukturu: pár pozinkovaných ocelových pásů a sklolaminátový polštář pod nárazníkem. Požární odolnost je navíc zajištěna přítomností plášťů, pancíře a kovových clon, které pomáhají zlepšit kvalitu a požární odolnost kabelů, a to i s plastovou izolací.

Pokud je od kabelu požadována nehořlavost, pak se používá pancéřovaný kabel s PVC izolací z měděných nebo hliníkových vodičů sektorového nebo kulatého tvaru. Na jádra zkroucená spolu s náplní je přidána cívka polyethylentereftalátových nebo polypropylenových pásků, které jsou uspořádány s mezerou.

Po nanesení pásů se vytlačováním zhotoví samozhášecí polyetylenová pásová izolace. Dále se aplikuje pás polovodičového kabelového papíru s mezerou, poté dvojice ocelových pásků o tloušťce 0,3 až 0,5 mm tvořící pancíř. Horní pásy překrývají mezery podkladových pásů. Tělo je vyrobeno z málo hořlavé směsi PVC o tloušťce 2,2-2,4 mm.

Výsledkem je, že plášť kombinovaný s páskami plně splňuje požadavky na zpomalení hoření pro kabely AVBVng a VBVng, když jsou položeny ve svazcích, a to i přes pokrytí z hladkého PVC.

Některá užitečná řešení pro žárovzdorné kabely jsou pásy skleněné slídy přes jádro. Takové ohnivzdorné zábrany spolu s PVC směsí zajišťují dlouhodobou odolnost pláště kabelu vůči působení plamene; používají se v kabelech pro napětí do 6 kV.

Pro protipožární ochranu kabelů jsou nejvhodnější přípravky, které při hoření neuvolňují halogenovodíky, jako je zesítěný polyethylen s retardéry hoření a minerálními plnivy.

Kromě toho se někdy na plášť kabelu nanášejí vodou ředitelné emulzní barvy a inkousty s nehořlavými složkami, a to stříkáním nebo štětcem, aby poskytly kabelu dodatečnou ochranu. Vrstva je nanesena o tloušťce přibližně 1,5 mm, přičemž proudová zatížitelnost kabelu je snížena pouze o 5 %.

Hojně se používají žáruvzdorné kabely s minerální izolací a v ocelových pláštích jako KNMSpZS, KNMSpN, KNMSS, KNMS2S atd. Zde jsou dráty uzavřeny v pláštích ze slitiny nebo nerezové oceli. Izolace mezi jádry a pláštěm je vyrobena z oxidu hořečnatého nebo periklasu.