什么是低烟无卤 (LSZH) 电缆：它们能够挽救生命

2022-11-28 14:40:01

低烟无卤(LSZH)电缆的使用越来越多，这种电缆采用的套管材料在发生火灾时更安全。顾名思义，与聚氯乙烯(PVC)和氟化乙丙橡胶(FEP)等传统材料不同，wdz产生的烟雾更少，几乎没有任何被称为卤素的剧毒气体。
在这种情况下，设计师应该总是选择使用这种电缆似乎非常合理，但真正的决定要复杂得多。因此，对于电气工程师来说，了解LSZH电缆及其适用场景，以及如何选择和应用是非常必要的。
LSZH电缆并不适用于所有应用。
请记住，尽管我们已经发现使用聚氯乙烯和FEP等卤化化合物的电缆在发生火灾时会造成伤害，但LSZH电缆并不是替代它们的通用解决方案，原因如下。首先，基于PVC和FEP的电缆也有不可忽视的重要优势。在烟雾和气体可以迅速扩散的开放空间中，使用LSZH电缆代替它们没有太大的优势。此外，一旦发生火灾，电缆通常不是唯一的塑料来源，基于PVC和FEP的电缆具有耐火性，因此在诸多因素中，它们对火灾的责任相对较小。
PVC和FEP电缆比LSZH电缆便宜，可以提供优异的电气性能，具有广泛的应用，并在干燥和潮湿的环境中具有优异的电气性能。它们还具有高弹性、长使用寿命、耐极端温度和化学品，并且非常耐用。简而言之，LSZH电缆最适合传统电缆可能有害的场合。它们并不打算在所有应用中取代传统电缆。
LSZH有线电视的崛起
自20世纪70年代以来，人们已经了解了聚氯乙烯和FEP在电缆护套、绝缘材料和其他部件中的燃烧和火焰特性。到1980年左右，替代材料的电缆已经用于军事和核系统。然而，1987年伦敦国王十字地铁站的火灾造成30多人死亡，100多人受伤，引起了全世界的关注(图1)。
 
图1:伦敦国王十字地铁站火灾事故调查显示，大量电缆燃烧产生浓密黑烟和有毒气体，导致人员难以逃生。(来源:维基百科)
后续调查表明，一根火柴落在电梯上是火灾的原因，火灾蔓延的原因很多，夺去了很多人的生命。原因之一是大量电缆燃烧产生浓密的黑烟和有毒气体，使人难以逃生。相信正是这次火灾促使业界开发出在火灾中性能和安全性更好的电缆。
由于这次事故，伦敦地铁禁止使用PVC电缆，随后，其他欧盟成员国开始广泛使用LSZH电缆。出于多种原因，美国花了很长时间来推广这种电缆的使用，包括成本考虑、标准冲突以及关于应用场所的争论。后来，这些问题逐渐得到解决，基于PVC和FEP的材料在最明显的应用中被取代。
LSZH电缆差异
与PVC护套相反，LSZH电缆使用的护套材料是热塑性材料，不产生卤素或苛性酸，只产生少量烟雾甚至完全不产生烟雾，火焰蔓延明显降低。所有这些优秀的特性使人们更容易逃离火灾区域，减少了消防员的危险工作。LSZH化合物通常以聚烯烃为基础，并掺有水合矿物质，因此只能产生不太浓的白烟。
LSZH电缆问世多年以来，也引用了其他复合材料，取得了较好的效果，同时保持了电缆必要的电气性能。不含阻燃成分的聚合物材料与无机水合物(氢氧化铝或氢氧化镁)和其他添加剂混合，以优化阻燃特性。这种重掺杂通常会降低一些物理性能，因此电缆行业开发了各种方法，使用不同的化合物来降低或消除其影响。
令人困惑的要求
对于设计师来说，情况还是很复杂的，因为人们对这些线缆应该用在哪些场景有不同的看法。没有一个标准或一系列标准来帮助设计师做出明智的决定，而且很难准确区分不同制造商的LSZH电缆。看看多年来使用的许多首字母缩写词(表1)来描述在火灾中具有一些更好性能的电缆，混淆就可见一斑。

表1:由于缺乏统一性造成的混乱:一些“防火”电缆的命名(数据来源:Anixter公司的维基百科条目)
作为另一个例子，美国国防部是在MIL-C-24643标准中定义卤素含量的首批组织之一，该标准将“低”卤素定义为小于0.2重量%。其他标准规定了产生的酸性气体的量，但没有具体定义卤素水平。
对于吊顶隔断使用的电缆，主要问题是可能会产生有毒物质和腐蚀性物质，这些物质会扩散到整个建筑。美国国家电气规范(NEC)要求吊顶隔墙空间使用的电缆必须达到“低烟”等级，但这方面一直存在争议，因为吊顶隔墙的可燃负荷通常较低，很少接触火源。美国国家消防协会(NFPA)负责制定NFPA 262标准，解决了天花板隔间空间使用电缆的问题。
幸运的是，保险商实验室(UL)在2015年开始制定低烟无卤等级，现在提供基于IEC 62821和IEC 60754系列标准的无卤(HF)和LSZH电缆认证计划。IEC 62821标准规定了最高额定电压为750伏的无卤低烟热塑性绝缘和护套电缆的要求。UL的HF和LZSH标志可用于多种类型的电缆，从电力电缆到通信电缆(包括光纤)，电力供应和控制用柔性电缆和支架电缆。
所有UL认证的高频和LSZH电缆也符合其他UL通用认证要求。UL还扩大了UL 2885下的部件认证计划，将卤素评估包括在内。这将有助于绝缘和护套化合物以及其他电缆组件(包括填充绳、胶带、包装带)的制造商。
LSZH在哪些场景下工作？
很难决定是否使用LSZH，尤其是对于那些勤于研究的设计师来说。他们将深入研究各种标准和建筑规范，以及许多与相关问题相关的文件。幸运的是，人们对LSZH电缆保护功能的需求通常非常明显。一般来说，LSZH电缆要考虑以下场景:大量电缆安装在局促空间且相互靠近，疏散通道有限，通风不畅，有高压。
最初使用LSZH电缆的一些应用就是很好的例子:在水面舰艇和潜艇上，很难，有时甚至不可能从火中逃生。例如，在核设施中，烟雾、有毒物质和腐蚀性气体可能导致灾难性后果。
其他应用包括商用飞机、运输站、机场的某些区域、电信交换中心、隧道、剧院和夜总会(图2)。下面的模型显示了罗德岛州西沃里克的“车站”夜总会，它在2003年被大火吞噬，造成100人死亡，230人受伤。


图2:这个“车站”夜总会的模型显示，虽然现场有一些疏散路线，但也有难以逃离的地方，尤其是当数百人陷入恐慌时。(资料来源:国家标准和技术研究所)
虽然现场有一些疏散路线，但也有难以逃生的地方，尤其是数百人陷入恐慌的时候。到达出口的时间至关重要，因为有毒烟雾可能会迅速积聚，如下图所示(图3)。

图3:厨房和舞池之间的夜总会中心位置，火灾后前200秒(t = 0)的气体浓度。探测器放在离地面1.5米的地方。(资料来源:国家标准和技术研究所)
使用LSZH电缆的最新应用包括急剧增加的数据中心数量。数据中心布满了密集的电缆，还有大量的冷却基础设施，火焰和烟雾可以在其中迅速蔓延。虽然LSZH电缆的使用越来越普遍，但现在数据中心没有普遍要求使用LSZH电缆，这可能有点不可思议。
事实上，有一些因素会支持或拒绝使用LSZH电缆。在新建筑中，要考虑的最重要的因素之一是建筑材料所支持的可燃负荷，这需要了解所使用的材料并对整体环境进行评估。不幸的是，在现有建筑中通常很难做到这一点，因为我们很难掌握甚至不可能获得关于建筑所用材料的知识。
和性能成本。
过去，LSZH电缆的电气和机械性能低于传统电缆，但现在已经有了很大的改善。电缆制造商不断优化LSZH电缆的性能。这些产品可以提供PVC和FEP材料的阻燃性能，在柔韧性、弯曲半径、耐低温性和电气性能方面都毫不逊色。
LSZH电缆的价格仍然普遍较高，因为它们的生产需要更多的步骤和制造时间。然而，随着LSZH电缆美国市场的扩大，其成本可能会降低。LSZH电缆不适合寒冷环境，因为添加剂通常会降低电缆的柔韧性，尤其是在非常低的温度下。然而，一些最新的LSZH电缆采用专有技术来缓解这个问题。
选择合适的LSZH电缆。
随着各种规则、规范和不同法规标准的出台，电缆生产企业很难完全确定是否真正达到LSZH水平。有些规范看似符合这些要求，但奇怪的是，它们往往没有明确说明这一点，只是提供了电缆结构(主要是护套)的信息，往往忽略了电介质材料。
指定LSZH属性的规范的一个很好的例子是Alpha Wire的多芯电缆系列，包括1172L SL005双芯电缆到6017L SL005 24芯电缆(图4)。这些产品的说明书明确说明产品符合LSZH等级标准，产品通过了测试，包括IEC 60332-1可燃性标准、EC 60754-1和60754-2酸性气体产生标准以及IEC 61034-2烟雾排放标准。

图4:4:1172 l sl 005两芯电缆(左)和6017L SL005 24芯电缆的说明书明确写明产品符合LSZH等级标准，产品通过检测，而不是含糊其辞。(来源:阿尔法电线)
其他一些制造商也解释了LSZH的特性，但其他制造商在规范的某些地方隐藏了这些信息。如果更多的工程师要求这些功能，这种情况可能会改变。如果你有意向购买某款电缆，但是厂家没有明确标明产品的防火特性，你最好联系厂家。该公司也可以生产具有部分或全部优秀防火功能的定制版本。应比较几家厂家的LSZH电缆，选择防火性能优良的候选产品，然后比较其柔韧性、温度范围、弯曲半径、使用寿命等关键指标。最终产品既要有优异的防火性能，又要和PVC电缆差别不大。
摘要
从这篇文章中，我们可以知道，尽管LSZH电缆已经问世几十年了，但它的使用才刚刚开始加速。没有一个联盟或组织积极推广LSZH有线电视，在LSZH有线电视应该用于哪些场景，甚至有线电视制造商应该如何在其网站或规范中描述它的问题上，也几乎没有一致意见。幸运的是，由于UL决定将LSZH和LSF纳入其认证测试计划，这种情况现在有所改善。我希望这种势头能够保持下去，而不是等到再次发生严重火灾事故后再采取行动。
同时，设计师和电气工程师既可以选择现成的LSZH电缆，也可以根据自己的需求指定LSZH电缆在定制应用时必须满足的标准。