テストのレビュー、炎の性質

電気配線システムはほとんどの場合、構造物、天井スペース、ライザー シャフト、または壁の空洞に隠され、埋め込まれています。 ケーブルは、さまざまな用途に合わせてさまざまな業者によって建物内に設置され、多くの場合、ポリマー製の電線管やダクト システムに設置されます。 あまり認識されていないのは、配線システムを構成する何マイルものケーブルと何トンものプラスチックポリマーが、建物内で大きな固定火災負荷となる可能性があるということです。

最も一般的なフレキシブル ケーブルは、炭化水素 (石油) ベースのポリマーから作られています。 これらのベースポリマーは通常難燃性ではなく、発熱量が高いため、ケーブルメーカーは化学物質を添加して電気ケーブルの使用に適したものにしています。

ハロゲン添加剤

ハロゲン化ポリマーは火災の際に有毒なハロゲン化物としてハロゲンを放出するため、マイナスの副作用があります。

塩素などのハロゲンは、火炎伝播を遅らせるのに特に優れた添加剤であり、ポリマーの誘電特性に大きな影響を与えないため、ハロゲンはケーブル絶縁体とケーブルシースの両方に使用されます。

これらのハロゲン化ポリマー (例: PVC) には、火災の際にハロゲンが極めて有毒なハロゲン化物として放出され、目、口、肺内の湿気と結合すると非常に刺激性となるため、マイナスの副作用もあります。 多くの場合、標準的な PVC ケーブルからも刺激のある煙が大量に放出されます。

非ハロゲン化材料

多くの場合、設計者は延焼、ハロゲン、有毒ガス、さらに火災時にケーブルから放出される煙の危険性を認識しているため、ケーブルが「ハロゲンフリー」、「難燃性」、「低煙」特性を持つように指定します。

このような場合、ケーブル メーカーは、主にアルミナ三水和物 (ATH) などの難燃性充填剤を使用した他の非ハロゲン化材料を使用する必要があります。

電気的および機械的特性

ハロゲンフリー難燃性ケーブルは、ほとんどの場合、ポリエチレンのような未充填または低充填のポリマーを使用します。

これらの充填剤は火炎伝播を遅らせるのには効果的ですが、誘電性能を低下させたり、機械的抵抗や耐水性に影響を与えたりすることで、ポリマーに悪影響を与えることがよくあります。

このため、ATH などの添加剤は、ほとんどの場合ケーブル ジャケットにのみ使用されます。 ハロゲンフリー難燃性ケーブルは、ほとんどの場合、絶縁体としてポリエチレン (PE または XLPE) や EPR などの未充填または低充填のポリマーを使用します。これらのポリマーは、優れた電気的および機械的特性を備えていますが、難燃性があまり高くない場合があります。

多くの場合、絶縁体と外側ジャケットの両方が難燃性であるため、最高の難燃性ケーブルはハロゲン化されていますが、ハロゲンフリーのケーブルが必要な場合、多くの場合、外側ジャケットのみが難燃性であり、内側の絶縁体は難燃性ではないことがわかります。

過負荷条件下でのテスト

難燃性の外側ジャケットを備えたケーブルは、外部火炎源による難燃性テスト (BS EN 60332-1、BS EN 60332-3) に合格する可能性がありますが、同じケーブルが高い過負荷または長時間の短絡にさらされた場合、これには重要な意味があります。大学の試験では可燃性が高く、不明確な短絡や過負荷状態でも発火する可能性があることが証明されています。

この効果は既知であり、第 8 回絶縁電力ケーブルに関する国際会議 (Jicable'11、2011 年 6 月 19 ～ 23 日、フランス、ベルサイユ) で Nexans/Olex Cables Australia によって発表されました。 これが意味するのは、難燃性ケーブルは、短絡や過負荷が解消されていない状態では難燃性ではない可能性があるということです。

固有の温度変化

BS 7671 および IEC 60364-5-52 には、一部のケーブル設計が最大 90°C で動作できるようにする定格表があります。

英国、EU、およびその他の多くの国では、BS 7671 および IEC 60364-5-52 に電流定格表があり、一部のケーブル設計は最大 90°C の導体温度で動作できます。

ケーブルは技術的に許容可能ですが、このケーブルの動作温度がケーブルの可燃性に与える可能性のある本質的な変化は十分に考慮されていません。

動作温度でのテストの実施

ケーブルが IEC 60332-3-22/23/24 に準拠した難燃性であることが要求される場合、これらの試験がケーブルの定格動作温度に事前調整されたケーブル サンプルに対して実施されず、むしろ室温で開始されることが懸念されます。

材料が高温であるほど燃えやすいことはよく知られているため、これらの規格を満たすと主張するケーブルの設計者やユーザーは、定格動作温度で設置および使用した場合、ケーブルがまったく難燃性ではない可能性があることを知って驚くかもしれません。 。

世界中の多くの国が、建物の安全性の向上を追求して、ハロゲンフリーおよび難燃性 (HFFR) ケーブルの使用を拡大しています。

動機としては賞賛に値しますが、現実はかなり異なる場合があります。難燃性とハロゲンフリーの両方の特性を求める場合、ケーブル メーカーは多くの場合、ハロゲンを使用した場合の高い難燃性か、ハロゲンを使用しない場合の低下した難燃性の間で妥協する必要があります。

ポリマー

加工が容易で安価であるため、ケーブルメーカーはポリエチレンを選択することが多いですが、耐火性が高いためです。

ハロゲンフリーのケーブルを提供するために、ケーブルメーカーは加工が容易で安価なポリエチレン (PE および XLPE) などのポリマーを選択することがほとんどですが、ポリエチレンはハロゲンフリーではありますが、自然に高い耐火性を持っています。

次の表は、一般的なケーブル絶縁材といくつかの一般的な燃料の火災荷重を MJ/Kg 単位で比較しています。 これらの材料の熱発生率と空気中での揮発性は異なりますが、kg あたりの火災に追加される燃料と、その結果発生する熱と消費される酸素の量は相対的です。

火災安全

ケーブル設計で火災安全性を考慮する場合、最も重要な要素を理解する必要があります。火災の専門家によると、建物内での火災による死亡のほとんどは、煙の吸入、温度上昇、酸欠、または逃げようとして飛び込むことによる外傷によって引き起こされています。これらの効果。

特に、建物火災における最も一般的な死因はCO（一酸化炭素）による窒息を伴う煙の吸入ですが、人工軽量合成建材の使用が増えるにつれてHCN（シアン化水素）がより一般的になってきています。 特に、どちらもハロゲンガスではありません。

高い酸素指数を備えた難燃性の高いケーブルは、火災の延焼を制限する可能性があるため、この場合に役立ちます。

煙に関する最初の最も重要な側面は、煙の量です。 通常、火災が大きくなるほど発生する煙の量も増えるため、火災の広がりを抑えるためにできることはすべて、それに応じて煙の量も減らすことになります。

高い酸素指数を備えた難燃性の高いケーブルは、火災の延焼を制限する可能性があるため、この場合に役立ちます。

可燃性ガス

煙には炭素、灰、その他の固体、液体、ガスの粒子が含まれており、その多くは有毒で可燃性です。

特に、建物、トンネル、地下環境などの密閉された場所での火災は、火元付近の酸素レベルの低下を引き起こし、不完全燃焼やくすぶりの原因となり、大量の煙やCO（一酸化炭素）などの有毒な副産物が発生する可能性があります。 。 ご存知のとおり、ハロゲン化物質が存在すると、塩化水素などの有毒なハロゲン化物が他の多くの有毒な可燃性ガスとともに煙中に放出されます。

IEC発煙試験

このため、一般的な英国および IEC の煙試験 (BS EN 61034-2) は、アルコール燃料と大量の空気を使用して 3 メートル 3 の大きなチャンバー内でケーブル サンプルを燃焼させることによって実施されます。

炎の中で完全に燃焼すると、実際に起こりやすい部分的な不完全燃焼やくすぶりよりもはるかに少ない煙が発生することが多いため、これは非常に誤解を招く煙の数値を提供する可能性があります。

低煙ケーブル

短絡または過負荷状態で加熱されたケーブルに対しては発煙試験は行われていません。

一部の一般的な「ハロゲンフリー」絶縁材料では、火炎よりもはるかに多くの煙を放出する、短絡または過負荷条件下で加熱されたケーブルに対しては煙テストは行われていません。

一般的な英国の IEC 規格を満たす低煙ケーブルを指定するだけで、これによって実際の火災時に低煙環境が提供されると考えるだけで、指定者や当局は安心するかもしれませんが、残念ながら実際には関係者にとってはほとんど役に立ちません。

英国、ヨーロッパ、その他多くの国が、毒性の問題に適切に対処せずにハロゲンフリー材料の概念を採用していることは懸念されます。 燃焼中に放出されるハロゲンは非常に有毒ですが、一酸化炭素も同様であり、これはハロゲンガスではありません。

仕様ではハロゲンフリーのケーブルが求められ、ハロゲンフリーであるポリエチレンの使用が推奨されるのが一般的です。

ポリエチレンと一酸化炭素

ポリエチレンを燃やすと、ほぼ 3 倍の熱が発生するだけでなく、ほぼ 3 倍の酸素も消費されます。

ポリエチレンが燃焼すると、同等の PVC ケーブルよりもほぼ 3 倍の熱が発生します。 これは、ポリエチレンを燃焼させると、ほぼ 3 倍の熱が発生するだけでなく、ほぼ 3 倍の酸素も消費し、特に部分燃焼または不完全燃焼の場合には、大量の一酸化炭素が発生する可能性があることを意味します。

統計的に火災による中毒死のほとんどの原因が一酸化炭素であることを考えると、この状況はせいぜい憂慮すべきことです。 （一酸化炭素は、血中のヘモグロビンが酸素を吸収するのを阻害する無色無臭の有毒ガスです。長時間暴露すると窒息を引き起こします）。

燃焼熱

表に示されている燃料要素は、表に記載されている一般的なケーブル絶縁体 1kg を燃焼させることによって発生する熱量を示しています。 確かに、この量の熱は他の隣接する物質の燃焼を促進し、建物内の延焼を助長する可能性がありますが、重要なのは、熱エネルギーを生成するには酸素が消費される必要があることです。

燃焼熱 (MJ/Kg) が高くなるほど、より多くの酸素が必要となるため、燃料元素を多く含む断熱材 (ハロゲンフリーであっても) を選択すると、人体に対する火災の主な危険性の少なくとも 4 つが大幅に増大します: 温度上昇、酸素消耗、有毒ガスの放出、および火炎の延焼。

火の他の有毒要素や、煙、熱、酸素欠乏との相関関係を無視して「ハロゲンフリー」特性が人気であることは、私たちがこの主題をよく理解していないことを明らかに認めており、有毒物質の組み合わせの危険性を簡単に定義することもできません。要素やそれらに対する人間の生理学的反応。

ただし、問題を中途半端に理解したまま設計を続けないことが重要です。 有機ベースの電線には完璧な解決策は存在しないかもしれませんが、より全体的な理解があれば、火災のリスクによるこれらの非常に重要な影響を確実に最小限に抑えることができます。 この目的のために、市販の非有機ケーブル システムは、ポリマー HFFR ケーブルのパラドックスに対するより総合的な解決策を提供できます。