什么是低煙無鹵 (LSZH) 電纜：它們能夠挽救生命

2022-11-28 14:40:01

低煙無鹵(LSZH)電纜的使用越來越多，這種電纜采用的套管材料在發(fā)生火災時更安全。顧名思義，與聚氯乙烯(PVC)和氟化乙丙橡膠(FEP)等傳統(tǒng)材料不同，wdz產(chǎn)生的煙霧更少，幾乎沒有任何被稱為鹵素的劇毒氣體。
在這種情況下，設計師應該總是選擇使用這種電纜似乎非常合理，但真正的決定要復雜得多。因此，對于電氣工程師來說，了解LSZH電纜及其適用場景，以及如何選擇和應用是非常必要的。
LSZH電纜并不適用于所有應用。
請記住，盡管我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用聚氯乙烯和FEP等鹵化化合物的電纜在發(fā)生火災時會造成傷害，但LSZH電纜并不是替代它們的通用解決方案，原因如下。首先，基于PVC和FEP的電纜也有不可忽視的重要優(yōu)勢。在煙霧和氣體可以迅速擴散的開放空間中，使用LSZH電纜代替它們沒有太大的優(yōu)勢。此外，一旦發(fā)生火災，電纜通常不是唯一的塑料來源，基于PVC和FEP的電纜具有耐火性，因此在諸多因素中，它們對火災的責任相對較小。
PVC和FEP電纜比LSZH電纜便宜，可以提供優(yōu)異的電氣性能，具有廣泛的應用，并在干燥和潮濕的環(huán)境中具有優(yōu)異的電氣性能。它們還具有高彈性、長使用壽命、耐極端溫度和化學品，并且非常耐用。簡而言之，LSZH電纜最適合傳統(tǒng)電纜可能有害的場合。它們并不打算在所有應用中取代傳統(tǒng)電纜。
LSZH有線電視的崛起
自20世紀70年代以來，人們已經(jīng)了解了聚氯乙烯和FEP在電纜護套、絕緣材料和其他部件中的燃燒和火焰特性。到1980年左右，替代材料的電纜已經(jīng)用于軍事和核系統(tǒng)。然而，1987年倫敦國王十字地鐵站的火災造成30多人死亡，100多人受傷，引起了全世界的關注(圖1)。
 
圖1:倫敦國王十字地鐵站火災事故調(diào)查顯示，大量電纜燃燒產(chǎn)生濃密黑煙和有毒氣體，導致人員難以逃生。(來源:維基百科)
后續(xù)調(diào)查表明，一根火柴落在電梯上是火災的原因，火災蔓延的原因很多，奪去了很多人的生命。原因之一是大量電纜燃燒產(chǎn)生濃密的黑煙和有毒氣體，使人難以逃生。相信正是這次火災促使業(yè)界開發(fā)出在火災中性能和安全性更好的電纜。
由于這次事故，倫敦地鐵禁止使用PVC電纜，隨后，其他歐盟成員國開始廣泛使用LSZH電纜。出于多種原因，美國花了很長時間來推廣這種電纜的使用，包括成本考慮、標準沖突以及關于應用場所的爭論。后來，這些問題逐漸得到解決，基于PVC和FEP的材料在最明顯的應用中被取代。
LSZH電纜差異
與PVC護套相反，LSZH電纜使用的護套材料是熱塑性材料，不產(chǎn)生鹵素或苛性酸，只產(chǎn)生少量煙霧甚至完全不產(chǎn)生煙霧，火焰蔓延明顯降低。所有這些優(yōu)秀的特性使人們更容易逃離火災區(qū)域，減少了消防員的危險工作。LSZH化合物通常以聚烯烴為基礎，并摻有水合礦物質(zhì)，因此只能產(chǎn)生不太濃的白煙。
LSZH電纜問世多年以來，也引用了其他復合材料，取得了較好的效果，同時保持了電纜必要的電氣性能。不含阻燃成分的聚合物材料與無機水合物(氫氧化鋁或氫氧化鎂)和其他添加劑混合，以優(yōu)化阻燃特性。這種重摻雜通常會降低一些物理性能，因此電纜行業(yè)開發(fā)了各種方法，使用不同的化合物來降低或消除其影響。
令人困惑的要求
對于設計師來說，情況還是很復雜的，因為人們對這些線纜應該用在哪些場景有不同的看法。沒有一個標準或一系列標準來幫助設計師做出明智的決定，而且很難準確區(qū)分不同制造商的LSZH電纜?？纯炊嗄陙硎褂玫脑S多首字母縮寫詞(表1)來描述在火災中具有一些更好性能的電纜，混淆就可見一斑。

表1:由于缺乏統(tǒng)一性造成的混亂:一些“防火”電纜的命名(數(shù)據(jù)來源:Anixter公司的維基百科條目)
作為另一個例子，美國國防部是在MIL-C-24643標準中定義鹵素含量的首批組織之一，該標準將“低”鹵素定義為小于0.2重量%。其他標準規(guī)定了產(chǎn)生的酸性氣體的量，但沒有具體定義鹵素水平。
對于吊頂隔斷使用的電纜，主要問題是可能會產(chǎn)生有毒物質(zhì)和腐蝕性物質(zhì)，這些物質(zhì)會擴散到整個建筑。美國國家電氣規(guī)范(NEC)要求吊頂隔墻空間使用的電纜必須達到“低煙”等級，但這方面一直存在爭議，因為吊頂隔墻的可燃負荷通常較低，很少接觸火源。美國國家消防協(xié)會(NFPA)負責制定NFPA 262標準，解決了天花板隔間空間使用電纜的問題。
幸運的是，保險商實驗室(UL)在2015年開始制定低煙無鹵等級，現(xiàn)在提供基于IEC 62821和IEC 60754系列標準的無鹵(HF)和LSZH電纜認證計劃。IEC 62821標準規(guī)定了最高額定電壓為750伏的無鹵低煙熱塑性絕緣和護套電纜的要求。UL的HF和LZSH標志可用于多種類型的電纜，從電力電纜到通信電纜(包括光纖)，電力供應和控制用柔性電纜和支架電纜。
所有UL認證的高頻和LSZH電纜也符合其他UL通用認證要求。UL還擴大了UL 2885下的部件認證計劃，將鹵素評估包括在內(nèi)。這將有助于絕緣和護套化合物以及其他電纜組件(包括填充繩、膠帶、包裝帶)的制造商。
LSZH在哪些場景下工作？
很難決定是否使用LSZH，尤其是對于那些勤于研究的設計師來說。他們將深入研究各種標準和建筑規(guī)范，以及許多與相關問題相關的文件。幸運的是，人們對LSZH電纜保護功能的需求通常非常明顯。一般來說，LSZH電纜要考慮以下場景:大量電纜安裝在局促空間且相互靠近，疏散通道有限，通風不暢，有高壓。
最初使用LSZH電纜的一些應用就是很好的例子:在水面艦艇和潛艇上，很難，有時甚至不可能從火中逃生。例如，在核設施中，煙霧、有毒物質(zhì)和腐蝕性氣體可能導致災難性后果。
其他應用包括商用飛機、運輸站、機場的某些區(qū)域、電信交換中心、隧道、劇院和夜總會(圖2)。下面的模型顯示了羅德島州西沃里克的“車站”夜總會，它在2003年被大火吞噬，造成100人死亡，230人受傷。


圖2:這個“車站”夜總會的模型顯示，雖然現(xiàn)場有一些疏散路線，但也有難以逃離的地方，尤其是當數(shù)百人陷入恐慌時。(資料來源:國家標準和技術(shù)研究所)
雖然現(xiàn)場有一些疏散路線，但也有難以逃生的地方，尤其是數(shù)百人陷入恐慌的時候。到達出口的時間至關重要，因為有毒煙霧可能會迅速積聚，如下圖所示(圖3)。

圖3:廚房和舞池之間的夜總會中心位置，火災后前200秒(t = 0)的氣體濃度。探測器放在離地面1.5米的地方。(資料來源:國家標準和技術(shù)研究所)
使用LSZH電纜的最新應用包括急劇增加的數(shù)據(jù)中心數(shù)量。數(shù)據(jù)中心布滿了密集的電纜，還有大量的冷卻基礎設施，火焰和煙霧可以在其中迅速蔓延。雖然LSZH電纜的使用越來越普遍，但現(xiàn)在數(shù)據(jù)中心沒有普遍要求使用LSZH電纜，這可能有點不可思議。
事實上，有一些因素會支持或拒絕使用LSZH電纜。在新建筑中，要考慮的最重要的因素之一是建筑材料所支持的可燃負荷，這需要了解所使用的材料并對整體環(huán)境進行評估。不幸的是，在現(xiàn)有建筑中通常很難做到這一點，因為我們很難掌握甚至不可能獲得關于建筑所用材料的知識。
和性能成本。
過去，LSZH電纜的電氣和機械性能低于傳統(tǒng)電纜，但現(xiàn)在已經(jīng)有了很大的改善。電纜制造商不斷優(yōu)化LSZH電纜的性能。這些產(chǎn)品可以提供PVC和FEP材料的阻燃性能，在柔韌性、彎曲半徑、耐低溫性和電氣性能方面都毫不遜色。
LSZH電纜的價格仍然普遍較高，因為它們的生產(chǎn)需要更多的步驟和制造時間。然而，隨著LSZH電纜美國市場的擴大，其成本可能會降低。LSZH電纜不適合寒冷環(huán)境，因為添加劑通常會降低電纜的柔韌性，尤其是在非常低的溫度下。然而，一些最新的LSZH電纜采用專有技術(shù)來緩解這個問題。
選擇合適的LSZH電纜。
隨著各種規(guī)則、規(guī)范和不同法規(guī)標準的出臺，電纜生產(chǎn)企業(yè)很難完全確定是否真正達到LSZH水平。有些規(guī)范看似符合這些要求，但奇怪的是，它們往往沒有明確說明這一點，只是提供了電纜結(jié)構(gòu)(主要是護套)的信息，往往忽略了電介質(zhì)材料。
指定LSZH屬性的規(guī)范的一個很好的例子是Alpha Wire的多芯電纜系列，包括1172L SL005雙芯電纜到6017L SL005 24芯電纜(圖4)。這些產(chǎn)品的說明書明確說明產(chǎn)品符合LSZH等級標準，產(chǎn)品通過了測試，包括IEC 60332-1可燃性標準、EC 60754-1和60754-2酸性氣體產(chǎn)生標準以及IEC 61034-2煙霧排放標準。

圖4:4:1172 l sl 005兩芯電纜(左)和6017L SL005 24芯電纜的說明書明確寫明產(chǎn)品符合LSZH等級標準，產(chǎn)品通過檢測，而不是含糊其辭。(來源:阿爾法電線)
其他一些制造商也解釋了LSZH的特性，但其他制造商在規(guī)范的某些地方隱藏了這些信息。如果更多的工程師要求這些功能，這種情況可能會改變。如果你有意向購買某款電纜，但是廠家沒有明確標明產(chǎn)品的防火特性，你最好聯(lián)系廠家。該公司也可以生產(chǎn)具有部分或全部優(yōu)秀防火功能的定制版本。應比較幾家廠家的LSZH電纜，選擇防火性能優(yōu)良的候選產(chǎn)品，然后比較其柔韌性、溫度范圍、彎曲半徑、使用壽命等關鍵指標。最終產(chǎn)品既要有優(yōu)異的防火性能，又要和PVC電纜差別不大。
摘要
從這篇文章中，我們可以知道，盡管LSZH電纜已經(jīng)問世幾十年了，但它的使用才剛剛開始加速。沒有一個聯(lián)盟或組織積極推廣LSZH有線電視，在LSZH有線電視應該用于哪些場景，甚至有線電視制造商應該如何在其網(wǎng)站或規(guī)范中描述它的問題上，也幾乎沒有一致意見。幸運的是，由于UL決定將LSZH和LSF納入其認證測試計劃，這種情況現(xiàn)在有所改善。我希望這種勢頭能夠保持下去，而不是等到再次發(fā)生嚴重火災事故后再采取行動。
同時，設計師和電氣工程師既可以選擇現(xiàn)成的LSZH電纜，也可以根據(jù)自己的需求指定LSZH電纜在定制應用時必須滿足的標準。