Hợp chất LSZH cho cáp điện: An toàn & hiệu suất cháy nổ

Khi cháy cáp bốc cháy trong đường hầm, trung tâm dữ liệu hoặc tòa nhà cao tầng, vật liệu xung quanh dây dẫn sẽ xác định liệu người cư ngụ có thể sơ tán an toàn hay bị khắc phục bởi khói đục, độc hại. Hợp chất LSZH cho cáp điện tồn tại để giải quyết chính xác rủi ro đó — cung cấp lớp cách điện và vỏ bọc không chứa halogen giúp ngăn chặn sự lan truyền của ngọn lửa, giảm thiểu mật độ khói và loại bỏ sự phát thải khí hydro clorua ăn mòn khiến các vụ cháy cáp PVC thông thường trở nên nguy hiểm.

0,5% Hàm lượng halogen tối đa theo tiêu chuẩn IEC 60754-1

60% Giảm mật độ quang khói so với quá trình đốt cháy cáp PVC

90°C Nhiệt độ hoạt động liên tục cho các loại LSZH tiêu chuẩn

250°C Dung sai ngắn mạch cho công thức LSZH dựa trên XLPE

Hợp chất LSZH được sử dụng để cách điện cáp điện là gì?

Hợp chất LSZH cho cáp điện — Low Smoke Zero Halogen, còn được ký hiệu là LS0H hoặc LSOH — là các công thức polyme nhiệt dẻo hoặc liên kết ngang được sử dụng làm lớp cách điện chính trên dây dẫn và làm lớp vỏ bên ngoài bảo vệ cụm cáp. Đặc điểm nhận dạng của chúng là hoàn toàn không có clo, brom, flo và các halogen khác tạo ra khí axit độc hại khi đốt cháy.

Trong các ứng dụng cáp điện, vật liệu LSZH phục vụ ba vai trò kỹ thuật đồng thời: cách điện để duy trì tính toàn vẹn điện môi giữa dây dẫn và đất, bảo vệ cơ học chống mài mòn và ứng suất lắp đặt cũng như an toàn cháy nổ thụ động thông qua khả năng chống cháy và khử khói. Không một loại nhựa nhiệt dẻo thông thường nào - bao gồm PVC, XLPE hoặc EPR - đáp ứng được cả ba vai trò với đặc tính an toàn cháy nổ mà LSZH đạt được.

Định nghĩa kỹ thuật

Hợp chất cáp LSZH là ma trận polyme không chứa halogen — thường dựa trên polyolefin, ethylene vinyl axetat (EVA) hoặc polyetylen liên kết ngang (XLPE) được pha trộn với các chất chống cháy vô cơ như nhôm trihydrat (ATH) hoặc magie hydroxit — được tạo ra để đáp ứng các tiêu chuẩn IEC 60332, IEC 60754 và IEC 61034 tương ứng về khả năng lan truyền ngọn lửa, phát thải khí axit và mật độ khói.

Tại sao cần có hợp chất LSZH để đảm bảo an toàn cháy nổ trong hệ thống cáp

Các hợp chất LSZH được yêu cầu tuân thủ các quy định an toàn phòng cháy chữa cháy trong môi trường cơ sở hạ tầng quan trọng, có mật độ sử dụng cao và khép kín vì vật liệu cáp halogen hóa thông thường tạo ra các sản phẩm phụ khi đốt cháy có khả năng gây chết người cao hơn chính đám cháy. Khi cáp PVC cháy, nó giải phóng khí hydro clorua (HCl) ở nồng độ nguy hiểm ngay lập tức đến tính mạng và sức khỏe (IDLH) ở mức 50 phần triệu - ngưỡng đạt được trong vòng vài phút trong một đám cháy không gian kín.

Hệ thống đường sắt và tàu điện ngầm

EN 45545-2 yêu cầu cáp LSZH xuyên suốt cơ sở hạ tầng đường sắt ngầm ở Liên minh Châu Âu. Đường hầm Channel và Tàu điện ngầm Luân Đôn đã hoàn thành toàn bộ chương trình chuyển đổi LSZH sau trận hỏa hoạn King's Cross năm 1987 khiến 31 người thiệt mạng.
Trung tâm dữ liệu và phòng máy chủ

NFPA 75 và TIA-942 chỉ định cáp toàn thể LSZH trong không gian quản lý cáp trên sàn và trên cao, nơi việc tuần hoàn luồng không khí sẽ đẩy nhanh quá trình phân phối khí độc khắp cơ sở.
Lắp đặt hàng hải và ngoài khơi

IEC 60092-350 yêu cầu vỏ bọc LSZH cho cáp nguồn và cáp điều khiển trên tàu. Hình dạng bình kín khiến cho việc sơ tán khí halogen không thể thực hiện được trong trường hợp hỏa hoạn, khiến việc tuân thủ LSZH trở thành yêu cầu sinh tồn của phi hành đoàn.
Nhà máy điện hạt nhân

IEC 60780 chỉ định cáp LSZH đủ tiêu chuẩn cho các mạch quan trọng về an toàn trong các cơ sở hạt nhân, nơi khí HCl ăn mòn từ quá trình đốt cáp PVC sẽ ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của thiết bị điều khiển lò phản ứng trong sự kiện hỏa hoạn.
Tòa Nhà Cao Tầng

IBC 2021 và BS 9999 đều đề cập đến các yêu cầu về cáp có độc tính thấp đối với cáp đứng và khu vực lối thoát hiểm trong các tòa nhà cao hơn 18 mét, nơi luồng không khí hiệu ứng ngăn xếp tăng tốc độ di chuyển của khí đốt lên trên các tầng có người ở.

Hợp chất LSZH và Hợp chất PVC cho Cáp điện

Sự khác biệt hiệu suất giữa Hợp chất LSZH cho cáp điện và các hợp chất PVC có thể định lượng được trên mọi thông số liên quan đến cháy. PVC duy trì lợi thế về chi phí và tính linh hoạt trong môi trường công nghiệp mở, thông gió tốt; LSZH là lựa chọn bắt buộc ở bất kỳ nơi nào mà sự an toàn của con người hoặc tính liên tục của thiết bị trong sự kiện hỏa hoạn là ưu tiên thiết kế.

Tài sản	Hợp chất LSZH	Hợp chất PVC	Tiêu chuẩn kiểm tra
Hàm lượng halogen	Ít hơn 0,5%	28 - 35% (clo)	IEC 60754-1
Mật độ quang khói	Dưới 60% (độ truyền ánh sáng tối thiểu trên 60%)	Truyền ánh sáng dưới 20%	IEC 61034-2
Phát thải khí axit (HCl)	Ít hơn 0,5% HCl equivalent	18 - 22% HCl theo trọng lượng	IEC 60754-2
Nhiệt độ hoạt động liên tục tối đa	90°C (105°C đối với nhiệt độ cao)	Tiêu chuẩn 70°C / cấp nhân sự 90°C	IEC 60811-1
Sự lan truyền ngọn lửa (theo chiều dọc)	Tự dập tắt - đạt tiêu chuẩn IEC 60332-1	Đi qua với các chất phụ gia chống cháy	IEC 60332-1
Hiệu suất uốn lạnh	Đạt ở -15°C đến -40°C theo cấp độ	Đạt tiêu chuẩn ở -15°C	IEC 60811-504

Hợp chất LSZH trong hệ thống cáp điện cao thế

Hợp chất LSZH cho cáp điện được thiết kế hoàn chỉnh để triển khai trong các hệ thống cáp trung thế (MV) và cao thế (HV) hoạt động từ 6 kV đến 500 kV khi được tạo thành dưới dạng hợp chất vỏ LSZH (XLPE-LSZH) liên kết ngang. Quá trình liên kết ngang - đạt được thông qua liên kết ngang peroxide hoặc silane - nâng cao đáng kể hiệu suất nhiệt, cơ học và điện môi của polyme LSZH cơ sở vượt xa những gì các loại nhựa nhiệt dẻo tiêu chuẩn đạt được.

Điện áp thấp

Lên đến 1 kV

Vật liệu cách nhiệt và vỏ bọc LSZH tiêu chuẩn. Ứng dụng trong xây dựng hệ thống dây điện, khay cáp và mạch thiết bị đo đạc. Phạm vi rộng nhất của các loại hợp chất LSZH và các tùy chọn xử lý.

Điện áp trung thế

1kV - 36kV

Lớp cách nhiệt bên trong XLPE-LSZH với các lớp màn hình bán dẫn. Được sử dụng trong phân phối ngầm, cấp liệu cho nhà máy công nghiệp và cáp cung cấp lực kéo đường sắt theo tiêu chuẩn IEC 60502-2.

Điện áp cao

36 kV - 500 kV

Vỏ ngoài LSZH liên kết chéo trên lớp cách điện XLPE. Áp dụng trong các kết nối lưới điện truyền tải, cáp xuất gió ngoài khơi và các liên kết điện dưới biển yêu cầu cả tính toàn vẹn điện môi HV và hiệu suất cháy LSZH ở lớp vỏ.

Độ bền và khả năng chịu nhiệt của hợp chất LSZH trong dịch vụ cáp

Độ bền cơ và nhiệt lâu dài của Hợp chất LSZH cho cáp điện trong lịch sử đã được coi là một hạn chế so với PVC trong môi trường lắp đặt đòi hỏi khắt khe. Các công thức LSZH liên kết chéo được phát triển từ năm 2010 đã thu hẹp đáng kể khoảng cách này, đạt được tuổi thọ thiết kế 30 năm theo các giao thức lão hóa nhiệt IEC 60216 phù hợp với các tiêu chuẩn thiết kế cáp truyền tải hiện đại.

Các thông số độ bền chính để các kỹ sư chỉ định bao gồm độ giãn dài khi đứt trên 50% sau 7 ngày lão hóa nhiệt ở 135°C (IEC 60811-401), duy trì độ bền kéo trên 70% sau khi tiếp xúc với thời tiết tia cực tím trong 1.000 giờ và hiệu suất kháng dầu đối với cáp được lắp đặt trong môi trường công nghiệp có chứa chất lỏng thủy lực hoặc dầu biến áp. Lựa chọn lớp trên các thông số này cho phép Hợp chất LSZH cho cáp điện được kết hợp chính xác với mức độ nghiêm trọng về môi trường của bất kỳ ứng dụng cài đặt nào.

Câu hỏi thường gặp

Những tiêu chuẩn nào chi phối các hợp chất LSZH cho cáp điện?

Các tiêu chuẩn quốc tế chủ yếu điều chỉnh Hợp chất LSZH cho cáp điện là IEC 60754-1 và IEC 60754-2 về hàm lượng halogen và độ ăn mòn của khí axit, IEC 61034-2 để đo mật độ khói, IEC 60332-1 và IEC 60332-3 về sự lan truyền ngọn lửa của cáp đơn và cáp bó, và loạt IEC 60811 về các đặc tính cơ và nhiệt của hợp chất. Các tiêu chuẩn khu vực bao gồm EN 50525 ở Châu Âu và UL 44 ở Bắc Mỹ tham chiếu các khuôn khổ IEC này với các yêu cầu bổ sung theo khu vực pháp lý cụ thể.

Các hợp chất LSZH có đắt hơn PVC khi ứng dụng vào cáp không?

Chi phí nguyên liệu thô của hợp chất LSZH thường cao hơn từ 30 đến 60% so với hợp chất PVC cùng loại tính trên mỗi kg, chủ yếu là do các chất chống cháy vô cơ như nhôm trihydrat (ATH) và magie hydroxit yêu cầu mức tải cao - thường từ 50 đến 65% trọng lượng - để đạt được hiệu suất cháy cần thiết. Tuy nhiên, tổng chi phí tính toán lắp đặt cho hệ thống cáp tuân thủ trong môi trường được quản lý phải tính đến chi phí do không tuân thủ quy định, rủi ro trách nhiệm bảo hiểm và thay thế hệ thống sau sự kiện hỏa hoạn, điều này luôn có lợi cho tính kinh tế vòng đời của thông số kỹ thuật cáp LSZH.

Các hợp chất LSZH có thể được xử lý trên thiết bị ép đùn PVC tiêu chuẩn không?

Hợp chất LSZH cho cáp điện có thể được xử lý trên máy đùn trục vít đơn thông thường với các sửa đổi về tỷ lệ nén trục vít, cấu hình nhiệt độ thùng và thiết kế khuôn. Các hợp chất LSZH có độ nhớt cao hơn PVC ở nhiệt độ xử lý tương đương và yêu cầu kiểm soát nhiệt độ chính xác để tránh kích hoạt liên kết ngang sớm ở các loại XLPE-LSZH. Hầu hết các nhà sản xuất cáp xử lý LSZH lần đầu tiên thực hiện kiểm tra quy trình dành riêng cho từng hợp chất từ nhà cung cấp vật liệu trước khi mở rộng quy mô sản xuất.

Sự khác biệt giữa ký hiệu LSZH và LSOH hoặc LS0H là gì?

LSZH (Không khói halogen thấp), LSOH, LS0H và OHLS (Không khói halogen thấp) đều là các tên gọi trong ngành đề cập đến cùng một loại hiệu suất vật liệu - hợp chất polymer không chứa halogen với lượng phát thải khói thấp khi đốt cháy. Sự thay đổi trong chữ viết tắt phản ánh các quy ước khác nhau trong khu vực và ngành hơn là bất kỳ sự khác biệt nào về đặc tính vật liệu hoặc việc tuân thủ tiêu chuẩn thử nghiệm. Tài liệu của IEC sử dụng thuật ngữ chất chống cháy không chứa halogen (HFFR) làm chỉ định kỹ thuật ưu tiên cho cùng loại hợp chất.