Mieszanki LSZH do kabli elektroenergetycznych: bezpieczeństwo przeciwpożarowe i wydajność

Kiedy w tunelu, centrum danych lub wieżowcu wybucha pożar kabla, materiał otaczający przewody decyduje o tym, czy mieszkańcy mogą bezpiecznie ewakuować, czy też zostają pokonani przez toksyczny, nieprzejrzysty dym. Mieszanki LSZH do kabli elektroenergetycznych istnieje, aby rozwiązać dokładnie to ryzyko — dostarczając bezhalogenową izolację i osłonę, które tłumią rozprzestrzenianie się płomieni, minimalizują gęstość dymu i eliminują emisję żrącego gazowego chlorowodoru, który sprawia, że konwencjonalne pożary kabli z PVC są tak śmiertelne.

0,5% Maksymalna zawartość halogenu zgodnie z normą IEC 60754-1

60% Zmniejszenie gęstości optycznej dymu w porównaniu ze spalaniem kabli PVC

90°C Ciągła temperatura pracy dla standardowych gatunków LSZH

250°C Tolerancja zwarciowa dla preparatów LSZH na bazie XLPE

Do czego służą związki LSZH w izolacji kabli zasilających?

Mieszanki LSZH do kabli elektroenergetycznych — Bezhalogenowe o niskiej zawartości dymu, zwane także LS0H lub LSOH — to termoplastyczne lub usieciowane polimery stosowane jako główna warstwa izolacyjna na przewodnikach oraz jako zewnętrzna powłoka chroniąca zespół kabla. Ich charakterystyczną cechą jest całkowity brak chloru, bromu, fluoru i innych halogenów, które podczas spalania wytwarzają toksyczne kwaśne gazy.

W zastosowaniach w kablach zasilających materiały LSZH spełniają trzy jednoczesne role inżynieryjne: izolację elektryczną w celu utrzymania integralności dielektrycznej pomiędzy przewodnikiem a ziemią, ochronę mechaniczną przed ścieraniem i naprężeniami instalacyjnymi oraz pasywne bezpieczeństwo pożarowe poprzez zmniejszanie palności i tłumienie dymu. Żaden konwencjonalny tworzywo termoplastyczne – w tym PVC, XLPE czy EPR – nie spełnia wszystkich trzech ról w zakresie bezpieczeństwa pożarowego osiąganego przez firmę LSZH.

Definicja techniczna

Mieszanka kablowa LSZH to bezhalogenowa matryca polimerowa — zwykle oparta na poliolefinie, etylenowo-octanie winylu (EVA) lub usieciowanym polietylenie (XLPE) zmieszanym z nieorganicznymi środkami zmniejszającymi palność, takimi jak trójhydrat glinu (ATH) lub wodorotlenek magnezu — opracowana tak, aby spełniać normy IEC 60332, IEC 60754 i IEC 61034 dotyczące odpowiednio rozprzestrzeniania się płomienia, emisji kwaśnych gazów i gęstości dymu.

Dlaczego związki LSZH są wymagane dla bezpieczeństwa pożarowego w systemach kablowych

Związki LSZH są wymagane przepisami bezpieczeństwa przeciwpożarowego w środowiskach zamkniętych, o dużym natężeniu ruchu i infrastrukturze krytycznej, ponieważ konwencjonalne halogenowane materiały na kable wytwarzają produkty uboczne spalania, które są bardziej śmiercionośne niż sam ogień. Kiedy kabel PCV się pali, uwalnia się chlorowodór (HCl) w stężeniach bezpośrednio niebezpiecznych dla życia i zdrowia (IDLH) wynoszących 50 części na milion — próg osiągany w ciągu kilku minut w przypadku pożaru w zamkniętej przestrzeni.

Systemy kolejowe i metra

EN 45545-2 wymaga stosowania kabla LSZH w podziemnej infrastrukturze kolejowej w Unii Europejskiej. Tunel pod kanałem La Manche i londyńskie metro zakończyły pełne programy konwersji LSZH po pożarze King's Cross w 1987 r., w którym zginęło 31 osób.
Centra danych i serwerownie

Normy NFPA 75 i TIA-942 określają kabel rozprężny LSZH do stosowania w pomieszczeniach z podłogą podniesioną i kablami napowietrznymi, gdzie recyrkulacja przepływu powietrza przyspieszyłaby dystrybucję toksycznych gazów w całym obiekcie.
Instalacje morskie i offshore

IEC 60092-350 wymaga osłony LSZH dla pokładowych kabli zasilających i sterujących. Zamknięta geometria statku uniemożliwia ewakuację gazów halogenowych podczas pożaru, co sprawia, że zgodność z LSZH jest wymogiem przetrwania załogi.
Elektrownie jądrowe

Norma IEC 60780 określa kwalifikowany kabel LSZH do obwodów o krytycznym znaczeniu dla bezpieczeństwa w obiektach jądrowych, w których żrący gaz HCl powstający podczas spalania kabli z PCW mógłby naruszyć integralność oprzyrządowania sterującego reaktorem podczas pożaru.
Wysokie budynki

Zarówno IBC 2021, jak i BS 9999 odnoszą się do wymagań dotyczących kabli o niskiej toksyczności dla pionowych pionów kablowych i stref dróg ewakuacyjnych w budynkach o długości przekraczającej 18 metrów, gdzie przepływ powietrza z efektem komina przyspiesza migrację gazów spalinowych w górę przez zajmowane piętra.

Związki LSZH a związki PVC do kabli elektroenergetycznych

Różnica w wydajności pomiędzy Mieszanki LSZH do kabli elektroenergetycznych i związki PVC można określić ilościowo w oparciu o każdy parametr istotny dla pożaru. PVC zachowuje zalety pod względem kosztów i elastyczności w otwartych, dobrze wentylowanych środowiskach przemysłowych; LSZH jest obowiązkowym wyborem wszędzie tam, gdzie priorytetem projektowym jest bezpieczeństwo ludzi lub ciągłość sprzętu podczas pożaru.

Własność	Związek LSZH	Związek PCV	Norma testowa
Zawartość halogenu	Mniej niż 0,5%	28 - 35% (chlor)	IEC 60754-1
Gęstość optyczna dymu	Mniej niż 60% (minimalna przepuszczalność światła powyżej 60%)	Poniżej 20% przepuszczalności światła	IEC 61034-2
Emisja kwaśnych gazów (HCl)	Mniej niż 0,5% HCl equivalent	18 - 22% wagowych HCl	IEC 60754-2
Maksymalna ciągła temperatura pracy	90°C (105°C dla gatunków wysokotemperaturowych)	Standardowa temperatura 70°C / klasa HR 90°C	IEC 60811-1
Rozprzestrzenianie się płomienia (pionowo)	Samogasnące – spełnia wymagania IEC 60332-1	Pasuje z dodatkami uniepalniającymi	IEC 60332-1
Wydajność zginania na zimno	Przechodzi w temperaturze od -15°C do -40°C w zależności od gatunku	Spełnia normę -15°C	IEC 60811-504

Związki LSZH w systemach kabli elektroenergetycznych wysokiego napięcia

Mieszanki LSZH do kabli elektroenergetycznych są w pełni zaprojektowane do stosowania w systemach kablowych średniego (MV) i wysokiego napięcia (HV) pracujących w zakresie od 6 kV do 500 kV, gdy są sformułowane jako usieciowane związki osłonowe LSZH (XLPE-LSZH). Proces sieciowania — osiągany poprzez sieciowanie nadtlenkiem lub silanem — znacznie podnosi właściwości termiczne, mechaniczne i dielektryczne podstawowego polimeru LSZH poza to, co osiągają standardowe gatunki tworzyw termoplastycznych.

Niskie napięcie

Do 1 kV

Standardowa termoplastyczna izolacja i poszycie LSZH. Stosowane w okablowaniu budynków, kablach korytkowych i obwodach oprzyrządowania. Najszersza gama gatunków mieszanek LSZH i opcji przetwarzania.

Średnie napięcie

1 kV - 36 kV

Izolacja wewnętrzna XLPE-LSZH z półprzewodzącymi warstwami ekranującymi. Stosowany w instalacjach podziemnych, liniach zasilających zakłady przemysłowe i kablach zasilających trakcję kolejową zgodnie z IEC 60502-2.

Wysokie napięcie

36 kV - 500 kV

Usieciowany płaszcz zewnętrzny LSZH na izolacji XLPE. Stosowany w połączeniach wzajemnych sieci przesyłowych, kablach eksportowych morskiej energii wiatrowej i podmorskich łączach elektroenergetycznych wymagających zarówno integralności dielektrycznej WN, jak i odporności ogniowej LSZH w warstwie osłony.

Trwałość i odporność cieplna związków LSZH w instalacjach kablowych

Długoterminowa trwałość mechaniczna i termiczna Mieszanki LSZH do kabli elektroenergetycznych w przeszłości był wymieniany jako ograniczenie w porównaniu z PVC w wymagających środowiskach instalacyjnych. Usieciowane formuły LSZH opracowane od 2010 roku zasadniczo wypełniły tę lukę, osiągając 30-letni projektowany okres użytkowania zgodnie z protokołami starzenia termicznego IEC 60216, które są zgodne z nowoczesnymi standardami projektowania kabli transmisyjnych.

Kluczowe parametry trwałości dla inżynierów określających specyfikacje obejmują wydłużenie przy wytrzymałości na zerwanie powyżej 50% po 7-dniowym starzeniu termicznym w temperaturze 135°C (IEC 60811-401), utrzymanie wytrzymałości na rozciąganie powyżej 70% po ekspozycji na warunki atmosferyczne UV przez 1000 godzin oraz odporność na olej w przypadku kabli instalowanych w środowiskach przemysłowych zawierających płyn hydrauliczny lub olej transformatorowy. Umożliwia wybór gatunku w oparciu o te parametry Mieszanki LSZH do kabli elektroenergetycznych można dokładnie dopasować do surowości środowiska dowolnego zastosowania instalacyjnego.

Często zadawane pytania

Jakie normy regulują związki LSZH do kabli elektroenergetycznych?

Główne międzynarodowe standardy regulujące Mieszanki LSZH do kabli elektroenergetycznych są normy IEC 60754-1 i IEC 60754-2 dotyczące zawartości halogenów i korozyjności gazów kwaśnych, IEC 61034-2 dotyczące pomiaru gęstości dymu, IEC 60332-1 i IEC 60332-3 dotyczące propagacji płomienia w przypadku pojedynczego kabla i wiązki przewodów oraz serie IEC 60811 dotyczące właściwości mechanicznych i związków termicznych. Normy regionalne, w tym EN 50525 w Europie i UL 44 w Ameryce Północnej, odwołują się do tych ram IEC z dodatkowymi wymaganiami specyficznymi dla danej jurysdykcji.

Czy związki LSZH są droższe niż PVC do zastosowań kablowych?

Koszty surowców do mieszanek LSZH są zazwyczaj o 30 do 60% wyższe niż w przeliczeniu na kilogram związku PVC o równoważnej jakości, głównie dlatego, że nieorganiczne środki zmniejszające palność, takie jak trihydrat glinu (ATH) i wodorotlenek magnezu, wymagają wysokiego poziomu obciążenia – często od 50 do 65% wagowo – aby osiągnąć wymagane właściwości ogniowe. Jednakże obliczenia całkowitego kosztu instalacji zgodnych systemów kablowych w regulowanych środowiskach muszą uwzględniać koszty niezgodności z przepisami, narażenie na odpowiedzialność ubezpieczeniową i wymianę systemu po pożarze, co konsekwentnie sprzyja ekonomice cyklu życia specyfikacji kabla LSZH.

Czy związki LSZH można przetwarzać na standardowym sprzęcie do wytłaczania PVC?

Mieszanki LSZH do kabli elektroenergetycznych można przetwarzać na konwencjonalnych wytłaczarkach jednoślimakowych z modyfikacjami stopnia sprężania ślimaka, profilu temperatury cylindra i konstrukcji matrycy. Związki LSZH są bardziej lepkie niż PVC w równoważnych temperaturach przetwarzania i wymagają precyzyjnej kontroli temperatury, aby uniknąć przedwczesnej aktywacji środka sieciującego w gatunkach XLPE-LSZH. Większość producentów kabli przetwarzających LSZH po raz pierwszy zleca dostawcy materiału audyt procesu specyficznego dla związku przed zwiększeniem produkcji.

Jaka jest różnica między oznaczeniami LSZH i LSOH lub LS0H?

LSZH (Low Smoke Zero Halogen), LSOH, LS0H i OHLS (Zero Halogen Low Smoke) to oznaczenia branżowe odnoszące się do tej samej kategorii wydajności materiału — bezhalogenowych związków polimerowych o niskiej emisji dymu podczas spalania. Różnice w skrótach odzwierciedlają różne konwencje regionalne i branżowe, a nie jakąkolwiek różnicę w specyfikacji materiału lub zgodności z normami testowymi. W dokumentacji IEC termin bezhalogenowy środek zmniejszający palność (HFFR) jest preferowanym oznaczeniem technicznym tej samej kategorii związków.