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目前雄安新區(qū)發(fā)布了《雄安新區(qū)地下空間消防安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》,對電纜阻燃等級進(jìn)行了明確要求,但該要求與高壓電力電纜類規(guī)范要求屬于不同規(guī)范體系,不同規(guī)范對高壓電纜阻燃特性要求見表1,電力設(shè)計(jì)單位若按此標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行,將造成嚴(yán)重錯(cuò)誤。因此,需要電力設(shè)計(jì)單位對國家阻燃系列標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行溯源與測試體系研究。
一味追求阻燃性能的提高,會引出一系列其他問題,雄安新區(qū)建設(shè)提高高壓電纜阻燃等級時(shí),應(yīng)對電纜外護(hù)套的其他性能展開研究,科學(xué)合理地選擇高壓電纜外護(hù)套阻燃類型與等級。
1 阻燃電纜分級標(biāo)準(zhǔn)
阻燃系列標(biāo)準(zhǔn)體系分為兩大類,其中一類為執(zhí)行《電纜及光纜燃燒性能分級》GB 31247,該標(biāo)準(zhǔn)體系的電纜廣泛應(yīng)用在高鐵、地鐵等人口密集場所,對于煙密度,熱釋放,產(chǎn)煙總量等指標(biāo)都有嚴(yán)格的規(guī)定,一般使用低煙無鹵材料,另外一類為《阻燃或耐火電線電纜或光纜通則》GB/T 19666,在GB 31247沒有問世之前,該標(biāo)準(zhǔn)廣泛應(yīng)用于國內(nèi)所有場所,GB/T 19666體系對于煙密度等值也有規(guī)定,一般在招標(biāo)時(shí)附加前綴,如WD(低煙無鹵)等。電纜阻燃等級對應(yīng)的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)見下表:
序號1對應(yīng)的分級規(guī)范《阻燃或耐火電線電纜或光纜通則》GB/T 19666,燃燒等級分類是電力設(shè)計(jì)單位熟悉的ZA、ZB、ZC等,它根據(jù)的試驗(yàn)方法規(guī)范《電纜在火焰條件下的燃燒試驗(yàn) 第3部分:成束電線或電纜的燃燒試驗(yàn)方法》GB 18380.3-2001已經(jīng)作廢,這個(gè)試驗(yàn)規(guī)范參照的是《著火條件下電纜和光纖光纜的試驗(yàn).第3-25部分:垂直安裝的成束電線或電纜的垂直火焰蔓延的試驗(yàn).D類》IEC 60332-3-25:2000版。
序號2對應(yīng)的分級規(guī)范《阻燃和耐火電纜 塑料絕緣阻燃及耐火電纜分級及要求 第1部分:阻燃電纜》GA 306.1-2007 ,按照代替GB 18380.3-2001的GB 18380.31~36-2008試驗(yàn)方法進(jìn)行分級,主要區(qū)別是考慮了煙氣毒性(GB 20285)、透光率、耐腐蝕性,把A、B、C又進(jìn)行了5個(gè)等級的區(qū)分。序號3對應(yīng)的分級規(guī)范《電纜及光纜燃燒性能分級》GB 31247是最新的分級標(biāo)準(zhǔn),對應(yīng)的試驗(yàn)方法是《電纜或光纜在受火條件下火焰蔓延,熱釋放和產(chǎn)煙特性》GB 31248,參照的是《著火條件下電纜的通用試驗(yàn),火焰蔓延試驗(yàn)中測量熱釋放量和冒煙量-測試儀器、程序和結(jié)果》EN 50399:2011,主要區(qū)別為,它考慮了火焰蔓延、熱釋放總量、熱釋放速率峰值、產(chǎn)煙總量等判據(jù)。兩種分級體系判據(jù)差異很大,主要差別是B1強(qiáng)調(diào)了低鹵少煙特性,所以并不能一一對應(yīng),即使是ABC分級里面的B級也達(dá)不到B1級的要求。
2 高壓電纜無法選擇B1級的原因
2.1 缺乏低煙防腐材料
如果想達(dá)到低煙性能,就需要涂瀝青漆,但是瀝青漆達(dá)不到防腐要求,同時(shí)歐洲標(biāo)準(zhǔn)也不允許應(yīng)用瀝青,因此低煙性能就達(dá)不到。高壓電力電纜采用金屬鋁護(hù)套,瀝青防腐結(jié)構(gòu),燃燒時(shí)產(chǎn)生大量煙霧,國外一般使用瀝青漆或者熱熔膠,但是這種結(jié)構(gòu),目前國內(nèi)沒有廠家生產(chǎn)過,也沒有工程使用過。因此,在高壓電力電纜外護(hù)套材料領(lǐng)域,限制了達(dá)到B1級別低煙性能的要求。
2.2 低鹵電纜絕緣電阻下降問題
高壓電力電纜與中壓電力電纜有一個(gè)比較大的區(qū)別是在電纜外護(hù)套材料的使用上。因?yàn)楦邏弘娎|載流量較大,過電壓較高,且為單芯電纜,從運(yùn)行與安全考慮,外護(hù)套需要優(yōu)良的絕緣性能,因此,高壓電纜外護(hù)套為絕緣級,而中壓電纜材料為護(hù)套級。但是,低煙無鹵護(hù)套料由于添加了大量的無機(jī)阻燃劑,導(dǎo)致護(hù)套絕緣電阻比較差。目前護(hù)套材料絕緣性能見表3,PE≥阻燃PE≥PVC≥低煙無鹵系列。由于這個(gè)原因,目前GB/T 11017和GB/T 18890等高壓電纜標(biāo)準(zhǔn),都未將低煙無鹵護(hù)套料納入標(biāo)準(zhǔn)體系。而與之對應(yīng)的中壓電纜,由于對護(hù)套絕緣性能要求不如高壓電纜苛刻,則已經(jīng)將低煙無鹵護(hù)套料納入標(biāo)準(zhǔn)體系。
2.3 絕緣電阻與阻燃性能的關(guān)系
電網(wǎng)公司組織過多次電纜行業(yè)會議,原因是飽和吸水狀態(tài)下外護(hù)套吸水率以及飽和吸水狀態(tài)下的絕緣電阻率這兩個(gè)指標(biāo)較差。
高壓電力電纜隧道防火形勢嚴(yán)峻,高壓電纜采購目前以阻燃型號為主,顧名思義,阻燃材料就是常規(guī)護(hù)套材料里面添加了阻燃劑等配方,使得材料具備了阻燃性能,常見護(hù)套的阻燃性能見表4。
以PE護(hù)套為例,阻燃PE就是常規(guī)PE護(hù)套里面添加了阻燃劑。阻燃劑分為無機(jī)和有機(jī)兩種,目前市場上多數(shù)以添加無機(jī)阻燃劑為主,常用的無機(jī)阻燃劑有氧化鎂和氧化鋁等,這兩種材料在常規(guī)狀態(tài)下極易容易吸水發(fā)生水合反應(yīng)。因此,護(hù)套材料采購回來一般會迅速投入生產(chǎn),否則就容易吸水,導(dǎo)致擠出出現(xiàn)氣孔等其他不良現(xiàn)象。在將阻燃劑顆粒微小化,表面改性處理,增加材料相容性后,阻燃護(hù)套料才具備良好的加工性能。
防水電纜通常是具有完整密封金屬護(hù)層的電纜,如果采用塑料護(hù)套作為防水層的話,水分是可以通過塑料侵入電纜的。水分侵入電纜,需要一個(gè)比較長的過程。電纜在實(shí)際運(yùn)行工程中,護(hù)套表面溫度可能高達(dá)60℃,會加速水分的侵入。因此,對于剛投運(yùn)的電纜護(hù)套來說,護(hù)套絕緣電阻一般都能滿足要求,但是在使用了一段時(shí)間之后,就會有大量線路的護(hù)套絕緣電阻直線下降,一般在幾個(gè)月到一年左右就能發(fā)現(xiàn)這一問題。當(dāng)護(hù)套絕緣電阻下降到一定程度后,下降速度會趨于平緩。
2.4 低鹵電纜抗開裂性能差
表5中,ST2是PVC,ST7是PE,ST8是無鹵低煙,從護(hù)套機(jī)械性能看,無鹵低煙的抗張強(qiáng)度與斷裂伸長率都差很多。低煙無鹵系列電纜施工要求嚴(yán)格,尤其在北方室外地區(qū),這是因?yàn)榈蜔煙o鹵護(hù)套低溫下容易開裂,甚至在運(yùn)行過程中也容易出現(xiàn)龜裂現(xiàn)象,國內(nèi)中低壓電纜已經(jīng)出現(xiàn)很多起類似的質(zhì)量事故。部分工程項(xiàng)目冬天使用低煙無鹵電纜,其中有一個(gè)原因是為室內(nèi)施工,溫度高。
低煙無鹵主要用于室內(nèi)建筑,人員密集地方,比如車站、地鐵、公共建筑。管廊電力艙不屬于人員密集區(qū)域。
3 結(jié)論
綜上分析,低煙無鹵系列的材料比目前的絕緣級阻燃護(hù)套材料更差,更加容易出現(xiàn)問題,由于這個(gè)原因,目前GB/T 11017和GB/T 18890等高壓電纜標(biāo)準(zhǔn),都未將低煙無鹵護(hù)套料納入標(biāo)準(zhǔn)體系。《電纜及光纜燃燒性能分級》 GB 31247加強(qiáng)了燃燒過程控制,由于人口密集地區(qū)如地鐵高鐵等場所,可燃物較多,出于對生命和財(cái)產(chǎn)安全考慮,是合適的,因?yàn)檫@些電纜大部分是中低壓電纜,對于部分電性能指標(biāo)不如高壓電纜嚴(yán)格。需要特別關(guān)注的是,《阻燃或耐火電線電纜或光纜通則》GB 19666的B級,不等同于《電纜及光纜燃燒性能分級》 GB 31247的B1級,這兩者對于燃燒的性能是完全不一樣的,兩者應(yīng)用場所也是不一樣的,不可以照搬照抄,建議采用《阻燃或耐火電線電纜或光纜通則》GB 19666 B級的高壓電纜,不建議采用《電纜及光纜燃燒性能分級》 GB 31247 B1或者B2級的高壓電纜,同樣都是B級,但是不一樣的標(biāo)準(zhǔn)體系,結(jié)果是完全不一樣。如果采用《電纜及光纜燃燒性能分級》 GB 31247 B1或者B2級的高壓電纜,施工和運(yùn)維部門將承擔(dān)巨大的壓力。鑒于電力隧道防火要求嚴(yán)格,阻燃等級提高到B級后,對于排管或者直埋無阻燃要求的可選PE外護(hù)套(無阻燃添加劑,絕緣電阻性能穩(wěn)定);隧道中敷設(shè)的高壓電纜建議選擇PVC外護(hù)套(缺點(diǎn)是燃燒時(shí)釋放有毒氣體,優(yōu)點(diǎn)是可以通過配方增強(qiáng)耐水性能,絕緣電阻相對PE的B級阻燃電纜更穩(wěn)定)。同時(shí),建議盡快聯(lián)合開展外護(hù)套的材料與結(jié)構(gòu)研究,從根本上解決絕緣電阻與阻燃性的矛盾。
本文中材料特性數(shù)據(jù)由普瑞斯曼公司鄭大白博士提供,在此表示衷感謝。
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