Изоляция, устойчивая к высоким температурам и огню, для кабелей и проводов

В области кабельной продукции оценка пожарной безопасности кабелей включает в себя анализ пяти ключевых характеристик:

Самозатухание горения

Способность кабеля к самостоятельному тушению огня после окончания воздействия пламени определяет характеристику самозатухания горения. Этот параметр выражается в длине кабеля, подвергшегося воздействию огня, по завершении горения.

Оптическая плотность дымообразования

Максимальная оптическая плотность воздушной среды во время горения экспериментального образца кабеля определяет уровень дымообразования, присущий данному типу кабелей при пожаре. Этот параметр отражает скорость распространения дыма в помещении, пораженном пожаром, при горении данного кабеля. Эта информация важна для определения стратегии тушения пожара.

Коррозионная активность газовых продуктов

Степень повреждения от огня в значительной степени зависит от уровня коррозионной активности газовых продуктов. Высокая коррозионная активность таких газовых продуктов, как хлористый водород, бромистый водород, диоксид серы и другие, может привести к разрушению электрооборудования в зоне пожара. Этот показатель позволяет количественно оценить количество активных газовых продуктов.

Токсичность газовых продуктов

Чрезвычайно важным аспектом при пожарах является токсичность газовых продуктов горения. В большинстве случаев именно токсичные газы, такие как аммиак, угарный газ, цианистый водород, сероводород и диоксид серы, становятся причиной несчастных случаев и жертв.

Огнестойкость кабеля

Огнестойкие кабели способны сохранять свою функциональность при воздействии открытого пламени. Уровень огнестойкости измеряется временем, в течение которого кабель способен продолжать функционировать в условиях пожара, и может варьироваться от 15 минут до 3 часов.

Оценка пожарной безопасности кабелей в значительной мере зависит от материалов изоляции, защитного покрытия и конструкции кабеля. Полимерные материалы, используемые для изготовления изоляции, оцениваются по следующим параметрам:

• Горючесть
• Кислородный индекс
• Коэффициент дымообразования
• Коррозионная активность газовых продуктов
• Токсичность газовых продуктов горения

Нормативы и стандарты, включая ГОСТ 12.1.044-89, определяют горючесть материалов, классифицируя их как негорючие, трудногорючие и горючие. Оценка пожарной безопасности кабелей включает комплексный анализ данных характеристик, обеспечивая высокий уровень безопасности при эксплуатации кабельных систем.

Важный показатель в оценке горючести материалов - Кислородный индекс

Для более точной оценки горючих свойств материалов в процессе испытаний используется параметр, известный как "кислородный индекс". Этот индекс определяется как минимальное количество кислорода в смеси азота и кислорода, при котором возможно устойчивое горение материала. Если кислородный индекс меньше 21, это указывает на горючесть материала - то есть на способность материала продолжать гореть в воздухе после удаления источника огня.

(Таблица: Материал / Кислородный индекс в%)

Кислородный индекс выражается в процентах и зависит от химического строения полимера и его содержании в пластмассе.

Полимеры с кислородным индексом < 27% считаются легкогорючими, причем если кислородный индекс < 20%, то горение протекает быстро, а при КИ = 20-26% – медленно. Полимеры с кислородным индексом > 27% относятся к самозатухающим при выносе их из огня и считаются трудногорючими.

Коэффициент дымообразования - мера оптической плотности дыма

Коэффициент дымообразования - это параметр, который отражает оптическую плотность дыма, образующегося в процессе горения материала. Он измеряется в испытательной камере или помещении с использованием фотометрической регистрации ослабления света, проходящего через дымное пространство. Например, национальное бюро стандартов США определяет два коэффициента дымообразования: для горения с пламенем и для тления. Для различных материалов также определяется максимальная оптическая плотность дыма.

(Таблица: Материал / Тление / Горение пламенем)

Оценка коррозионной активности газовых продуктов

Для оценки коррозионной активности продуктов газового выделения важно учитывать содержание таких веществ, как хлористый водород, бромистый водород, оксид серы и фтористый водород. Рекомендации Международной электротехнической комиссии (МЭК) применяются для оценки этой активности. Процедура включает нагрев образца в специальной камере до 800°C в течение 20 минут.

Токсичность продуктов горения

Оценка степени токсичности продуктов горения включает анализ выделяемых газов, таких как угарный газ, углекислый газ, хлористый водород, фтористый водород, бромистый водород, оксид серы, оксид азота и цианистый водород. Эта оценка проводится при нагревании материала до 800°C. В промышленности широко используются ПВХ-пластикаты, резины и полиэтилен для изоляции.

ПВХ-пластикат - материал с пониженной горючестью

ПВХ-пластикат считается одним из наименее горючих материалов благодаря его химической структуре без двойных связей в молекулах и присутствию атомов хлора. В случае пожара, ПВХ разлагается, выделяя хлористый водород, который тормозит распространение огня. Однако взаимодействие хлористого водорода с водой или паром превращает его в соляную кислоту, коррозийно активную. Применение ПВХ ограничено при производстве изоляции для нераспространяющих горение и огнестойких кабелей.

Повышение огнестойкости и нагревостойкости

Добавление ингибиторов в ПВХ может повысить его огнестойкость. Фосфатные пластификаторы, антипирены и наполнители уменьшают его горючесть и газовыделение при пожаре. Такие ингибиторы связывают хлористый водород, снижая его выделение. Для негорючей полиэтиленовой изоляции добавляют антипирены, обеспечивающие самозатухание на основе модифицированной композиции. Наиболее распространенное решение - смесь триоксида сурьмы и хлорированного парафина.

Выбор материалов для изоляции

В кабельной продукции используются разнообразные материалы для изоляции. Например, резина из полихлоропренового каучука является наименее горючим вариантом и широко используется в оболочках кабелей. Также важен выбор полимеров на базе фторполимеров, однако при высоких температурах они могут стать токсичными и коррозионно опасными для электрооборудования.

Понимание этих параметров и материалов существенно влияет на безопасность и надежность кабельных изделий.

Первыми силовыми кабелями, обладающими свойствами нераспространения горения, были кабели в пропитанной бумажной изоляции с алюминиевой оболочкой.

Высоковольтные кабели, такие как ЦААБнлГ и ААБнлГ, в виде пучков демонстрируют нераспространение горения. Эти кабели успешно выдерживают воздействие открытого пламени на оболочку в течение 20 минут, что подтверждено результатами испытаний.

• Защитная конструкция этих кабелей включает пару оцинкованных стальных лент и подушку из стеклопряжи, расположенные под броней. Дополнительно, применение оболочек, брони и металлических экранов способствует повышению качества и огнестойкости кабелей, даже тех, что имеют пластмассовую изоляцию.
• Для обеспечения нераспространения горения в бронированных кабелях с ПВХ-изоляцией медных или алюминиевых токопроводящих жил применяют разные методы. Жилы, скрученные между собой, обмотываются полиэтилентерефталатными или полипропиленовыми лентами с зазорами, обеспечивая дополнительную защиту.
• После этого следует этап экструзии, где производится поясная изоляция из самозатухающего полиэтилена. Затем наносятся ленты полупроводящей кабельной бумаги, стальные ленты для брони, и оболочка из ПВХ-пластиката с пониженной горючестью. Этот комплексный подход обеспечивает кабелям марок АВБВнг и ВБВнг надежную защиту от распространения огня, даже в случае обычной ПВХ-изоляции.
• Для повышения огнестойкости кабелей на напряжение до 6 кВ используют стеклослюдинитовые ленточные барьеры в сочетании с ПВХ-пластикатом. Это обеспечивает долгосрочную устойчивость оболочки кабеля к огню.
• Композиции, которые не выделяют галогеноводороды во время горения, такие как сшитый полиэтилен с антипиренами и минеральными наполнителями, представляют собой эффективное решение для огнестойких кабелей.
• Для дополнительной защиты кабелей от огня иногда используют краски и мастики на основе негорючих компонентов. Эти покрытия наносятся поверх оболочки кабеля, обеспечивая дополнительный уровень защиты.

Одной из популярных практик стало использование нагревостойких кабелей с минеральной изоляцией и стальными оболочками, таких как КНМСпЗС, КНМСпН, КНМСС и другие. Токопроводящие жилы в таких кабелях окружены оболочками из сплавов или нержавеющей стали, а изоляция между жилами и оболочками выполнена из окиси магния или периклаза.