07آبان
هر آنچه باید درباره کابل های شبکه LSZH بدانید
مقدمه
اگرچه معمولا استفاده از موادی که گازهای سمی تولید می کنند در صنایع مختلف رایج است اما در صنعت سیم و کابل در طی سالیان گذشته با کاهش چشمگیری مواجه بوده است. پلیمرهایی مثل PVC از رده خارج شده اند و دیگر در محیط هایی که تراکم کابل ها به خصوص کابل های شبکه زیاد می شود مورد استفاده قرار نمی گیرند. جایگزین آنها استفاده از موادی است که در هنگام آتش سوزی تولید دود نکرده ( Low Smoking ) و گازهای سمی هالوژنه ( Halogen Free ) از خودشان منتشر نمی کنند.
یکی از این مواد که مشخصا به صورت عمومی در صنعت سیم و کابل استفاده می شود پلیمری با نام پولیفین ( Polyolefn ) است که با مواد کانی آب غلیظ شده ترکیب شده است. این مواد کانی ترکیب شده، تاثیر به سزایی در کاهش دود و تولید مواد سمی هالوژنه بر روی روکش کابل ها دارند. درک این موضوع بسیار مهم است که ماده پایه ی این مواد کانی، هیدرات غیر اورگانیک آب معدنی است که به صورت سخت شده درآمده و در نتیجه این مواد در زمان آتش سوزی در کم شدن مواد آلاینده ای که تولید گازهای هالوژنه می کنند نقش به سزایی دارند. توجه به این نکته ضروری است که این ماده اگرچه تاثیر به سزایی در کاهش تولید گازهای سمی و دود در زمان سوختن کابل دارد اما نوع به کار گیری آن در زمان تولید می تواند تاثیر بهتری بر یکی از دو عامل نامبرده ( تولید گازهای سمی و کاهش دود ) داشته باشد از این رو لازم است برای اطمینان از کیفیت تاثیر پذیری هر دو مشخصه با تولید کننده کابل مشورت شود.
تاریخچه مواد LSZH:
از سال 1970 در صنعت سیم و کابل از موادی که در هنگام آتش سوزی دود ( Low Smoke ) و گازهای سمی هالوژنه ( Halogen Free ) منتشر نمی کنند استفاده شده است. موضوع مورد اشاره در صنعت سیم و کابل نه تنها باعث شده در هنگام آتش سوزی شعله های آتش شعله ور نشود بلکه گازهای سمی هالوژنه نیز منتشر نخواهد شد. حساسیت این موضوع از سال 1987 زمانی که آتش سوزی بزرگ مترو لندن باعث شد که 32 نفر در اثر خفگی گازهای سمی هالوژنه منتشر شده فوت کنند افزایش چشم گیری داشته است. قوانین جدید، تولیدکنندگان کابل را وادار می کند تا روکش کابل ها را از جنس ( LSZH ( Low Smoke Zero Halogen بسازند. استفاده مداوم از کابل ها در ساختمان های مسکونی، تجاری و صنعتی باعث می شود که قوانین هر روزه سخت گیرانه تر شود. تولیدکنندگان سیم و کابل علاوه بر اینکه سعی بر تولید محصولاتی دارند که کارایی بهتری در زمان آتش سوزی داشته باشند، به همان اندازه نوع روکش کابل ها را نیز به گونه ای می سازند که پس از آتش سوزی از خود دود و گازهای سمی هالوژنه منتشر نکنند. امروزه این نوع از محصولات فقط برای پروژه های خاص فضایی، دریایی و نظامی نیست بلکه جایگاه خود را در کاربردهای عمومی نیز پیدا کرده است.
Low Smoke Zero Halogen با اختصارات مختلفی نمایش داده می شود در جدول زیر این اختصارات که به صورت عمومی در صنعت استفاده می شود لیست شده است.
Low Smoke و Zero Halogen هم معنی هم نیستند و نمی توانیم معنی آنها را جا به جا استفاده کنیم. یک کابل که دود نمیکند ( Low Smoke ) می تواند گازهای سمی هالوژنه ( Halogen Free ) از خود منتشر کند و برعکس. به عنوان مثال ممکن است روکش کابلی در اثر آتش سوزی دود سفید رنگی از خود متصاعد کند اما این دود حاوی گازهای سمی هالوژنه ( Halogen Free ) نباشد. معمولا کابل هایی که در اثر آتش سوزی دود سیاه رنگی تولید می کنند سمی هستند. همچنین در مثالی دیگر پلیمرهای آغشته به کلری که در برابر اتش سوزی مقاوم هستند دود تولید نمی کنند اما گازهای سمی هالوژنه ( Halogen Free ) از خود منتشر می کنند.
کابلی که در هنگام آتش سوزی روکش آن دود کمی تولید می کند ( Low Smoke Cable ):
در زمان آتش سوزی کابل هایی که کمتر دود می کنند بیشتر مورد توجه هستند. رشد روز افزون استفاده از این نوع کابل ها باعث شده ایمنی در شرایط مطلوب تری قرار گیرد. استانداردهای متنوعی وجود دارند که مقدار مجاز دود را تعیین می کنند. برای مثال برخی از آنها در جدول زیر آمده است.
در این تست ها تکنیسین ها کابل را آتش می زنند و مقدار دود منتشر شده را از نظر مرئی بودن و حجم آن مورد تست قرار می دهند. نتایج باید به حدی باشد تا دود منتشر شده باعث صدمه انسانی نشود. در این صورت لابراتوار تست اجازه می دهد از لیبل Low Smoke استفاده شود.
مطابق با استانداردهای UL چنانچه تست UL1685 با موفقیت پشت سر گذاشته شود در کنار لوگوی UL Listed می توان از مخفف LS به معنی Low Smoke استفاده کرد. در این تست، کابل باید مجموعه دودی که در زمان سوختن از خود منتشر می کند کمتر از 95 مترمربع و سرعت انتشار آن کمتر از 0.25 مترمربع بر ثانیه باشد. همچنین UL در تست ST1 اختصار Smoke Test One، مقدار انتشار دود را برای انواع سیم ها مشخص کرده است.
قوانین NEC اختصار National Electrical Code اجبار می کند تنها کابل هایی که در فضای خالی بین سقف ها ( Plenum Spaces ) استفاده می شوند و از دید پنهان هستند باید از نوع Low Smoke باشند. این قانون از سال 1975 به تصویب رسیده است. هم چنین مطابق با قوانین ( NFPA (National Fire Protection Association کابل هایی که در فضاهایی از ساختمان استفاده می شوند که این فضاها در حالت عادی قابل مشاهده نیستند و یا کابل ها در آن مخفی شده اند نیز نباید در زمان آتش سوزی از خود گازهای سمی هالوژنه (Halogen-Free) منتشر کنند.
NFPA در مقاله 262 خود که به صورت فرمال تحت نام UL910 مورد تست قرار می گیرد یکی از مهمترین تست هایی است که بر روی انتشار دود (Low Smoke ) و گازهای سمی هالوژنه (Halogen-Free ) کابل تاکید دارد. در آمریکا این تست که در داخل فضای بسته تونلی مشهور به Steiner Tunnel Test انجام می شود، یکی از سخت گیرانه ترین تست ها برای محاسبه مقدار گازهای منتشر شده از کابل پس از آتش سوزی است.
کابلی که در زمان آتش سوزی روکش آن گازهای سمی هالوژنی تولید نمی کنند ( Zero Halogen Free ):
معمولا روکش کابل های عمومی از جنس های کولوراین ( Chlorine )، فلوراین ( Flurine ) و بروماین ( Bromine ) تولید می شوند. اما قوانین ایمنی آتش سوزی تاکید دارد که روکش کابل ها باید از پلیمرهایی ساخته شود که حداقل گازهای سمی را در زمان آتش سوزی از خود منتشر نمایند. پلیمرهایی که حداقل گازهای سمی را از خود منتشر می کنند در جدول زیر لیست شده اند.
تا اینجای مقاله مشخص شد که مفهوم Low Halogen با مفهوم Low Smoke به طور کلی متفاوت است. UL مشخصا عبارت LS را برای کابل های Low Smoke مورد استفاده قرار می دهد و برای کابل های Halogen Free از این اختصار استفاده نمی شود. توجه به این نکته اهمیت دارد که در صنایع مختلف میزان مجاز انتشار گازهای سمی و مضر در هنگام آتش سوزی متفاوت است. مواد بسیاری در صنایع هستند که با وجود دارا بودن مواد سمی هالوژنه، مضر نیستند و از عبارت Halogen-Free استفاده می کنند. برای مثال در استاندارد نظامی MIL-DTL-24643، مجاز دانسته شده از مواد هالوژنی کمتر از 0.2 درصد استفاده شود اما در بسیاری از استانداردهای دیگر حتی با وجود اینکه میزان گازهای اسیدی به حداقل رسیده اما چون مقدار کمی از مواد سمی در کابل وجود دارد آن را در رده ی Halogen-Free نمی دانند. استاندارد عمومی در آمریکا ICEA T-33-655 به طور کلی به مقوله Halogen-Free و پلیمرهای روکش کابل پرداخته است. این استاندارد صرفا به روکش بیرونی کابل توجه داشته و در رابطه با عایق روی سیم ها اشاره ای ندارد. این بدان علت است که روکش بیرونی کابل اولین قسمت است که در اثر آتش سوزی دود سمی زیادی منتشر می کند. بسیاری از روکش های کابلی که امروزه ساخته می شوند با ارجاع به استانداردهای مختلف خود را با عنوان Halogen-Free معرفی نمی کنند بلکه عبارت Low Halogen به معنی حداقل گازهای سمی را ذکر می کنند.در سالهای اخیر، هالوژنها از نظر مقدار سمی بودن و تاثیر خوردگی بر مواد مختلف مورد بحث قرار گرفته اند. واکنش طبیعی این رده از محصولات باعث می شود که در برابر آتش مقاوم باشند که این امر در صنایع مختلف جذاب به نظر می رسد اما در مقابل و در هنگام آتش سوزی با انتشار دود حاصل از سوختن و از سمت دیگر ایجاد خوردگی انواع سازه های فلزی به عنوان یک عامل خطرساز نیز به حساب می آیند. استانداردهایی برای تعیین میزان سمی بودن و خوردگی مواد مطرح شده است که کابل ها را از نظر حجم هالوژن مورد نیاز برای کاربردهای مختلف مورد سنجش قرار می دهد.
در اینجا نظریه ای مطرح می شود به این عنوان که با توجه به حجم زیاد کابل هایی که در فضاهای خالی سقف های ساختمان کشیده شده است باید در زمان آتش سوزی برای حفظ امینت و ایمنی از موادی در تولید کابل ها استفاده شود که انتشار گازهای سمی آنها ریسک خطرات جانی را به حداقل برساند اما در این مورد اختلاف نظرهای مختلفی مطرح شده است. یکی از این اختلاف نظرها به نکته بسیار جالبی اشاره دارد و آن این است که اگرچه استفاده از کابل های هالوژنی به علت آتش سوزی ممکن است خطرناک باشد اما خواص مقاوم بودن آنها در برابر شعله های آتش به خودی خود این محصولات را نسبت به دگر محصولات در جایگاه بالاتری قرار می دهد!
تست شعله ( Flame Test ):
تقریبا تمام کابل های مدرن ملزم به گذراندن تست های آتش می باشند. موفقیت در گذراندن آزمون شعله باعث خواهد شد تا اجازه درج لیبل LSZH بر روی روکش کابل صادر شود. آزمون شعله برای اجازه استفاده از لیبل LSZH ، معمولا پنج معیار اندازه گیری با محوریت چگونگی عملکرد کابل در برابر آتش سوزی را به شرح زیر تعیین می نماید:
1 – چگونگی مقاومت کابل در برابر آتش گرفتن
2 – سرعت و انتشار آتش گرفتن کابل
3 – میزان دود منتشر شده توسط کابل مشتعل
4 – مقدار سمی بودن دود منتشر شده
5 – مقدار استحکام مشتقات به کار گرفته شده
مقادیر مجاز برای تست های فوق از طرف لابراتوارهای رسمی ایالات متحده منتشر شده است. این مقادیر در کشورهای مختلف با اختلاف های جزیی که هر کدام بر اساس معیارهای منطقه ای که برای آتش سوزی مناسب باشند بومی سازی شده اند. این معیارها برای هر نوع از ابعاد آتش سوزی مطابق با استاندارد UL94 مورد ارزیابی قرار می گیرند.
تکنیک های ایجاد تاخیر در انتشار آتش و مقاوم کردن روکش کابل در برابر تولید گازهای سمی هالوژنی:
محصولات حاوی پلیمرهای هالوژنی در برابر شعله های آتش مقاوم هستند. در زمان سوختن، این مواد از خود رادیکال های آزاد تولید می کنند که باعث کند شدن روند احتراق می شوند. می توان علت کند شدن روند آتش سوزی را ترکیب رادیکال های آزاد با انرژی تولید شده دانست. یکی از این مواد که در اثر واکنش شیمیایی تولید می شود گاز اسید هالوژنی مانند اسید هیدروکلریک ( HCL ) است. برای مواد دیگری که به طور طبیعی در برابر آتش مقاوم نیستند پلیمرهای کندکننده آتش وجود دارند که از ترکیب مواد افزودنی مکمل ایجاد می شوند. این مواد افزودنی مکمل همراه با مواد افزودنی دیگر به پلیمر اضافه می شوند. اضافه کردن هیدراتهای معدنی همچون ترکیبات شیمیایی دارای سه مولکول آب آلومینیوم ( ATH ) و یا هیدروکسید منیزیم ( MDH ) باعث ایجاد کند شدن آتش سوزی می شوند. در صورت آتش سوزی هر دو این مواد تحت یک واکنش شیمیایی گرماگیر، با جذب گرما و بخار شدن به یک دمای خاص می رسند.
2Al(OH)3 → AL203 + 3H2O (230° C)
Mg(OH)2 → Mg0 + H2O (330° C)
Mg(OH)2 → Mg0 + H2O (330° C)
احتراق مختل شده بخار و لایه نیم سوز از باقی مواد حفاظت می کنند. از آن جایی که این مواد جایگزین پلیمر پایه می باشد از مقدار کل سوخت موجود برای احتراق می کاهد.
MDH در برابر درجه حرارتی در حدود 330 درجه سانتی گراد از خود واکنش نشان می دهد در حالی که ATH در دمایی در حدود 230 درجه سانتی گراد واکنش نشان می دهد. همین امر باعث می شود که MDH برای استفاده گزینه مناسبی باشد اما به علت گرانتر بودن مورد استفاده قرار نمی گیرد. آمارهای اخیر نشان می دهد استفاده از ATH دربازارهای اروپایی تا 50 درصد افزایش داشته است.
روش های فوق چالش مهمی را در زمانی که از مواد کانی با پایه آب استفاده می شود ایجاد می کنند. شرح این چالش در این نکته است که برای موفقیت در آزمون تست شعله لازم است سهم زیادی از آب با چگالی و فشاری در حدود 70-65 درصد به روکش کابل تزریق شود . این حجم از چگالی تاثیرات منفی بر ساختار فیزیکی و الکتریکی کابل خواهد داشت. امروزه با استفاده از ساختارهای پیچیده شیمیایی، تولیدکنندگان سیم و کابل با ترکیب کردن موادی همچون سیلیکون روند تولید روکش های کابل را سهولت داده اند. معمولا تولیدکنندگان در کارخانه با ترکیب مواد مختلف و به دست آوردن پلیمرهای جدید سعی بر آن دارند تا بهترین کارایی را با در نظر گرفتن پارامتر قیمت ارائه دهند. استفاده از دو روش زیر جدیدترین تکنولوژی ساخت روکش سیم و کابل به حساب می آیند.
ترموست و ترموپلاستیک ( Thermoset & Thermoplastic ):
روکش سیم و کابل های ساخته شده از جنس ترموست ( Thermoset ) معمولا نسبت به روکش سیم و کابل های ساخته شده از جنس ترموپلاستیک ( Thermoplastic ) از عملکرد بهتری برخوردار هستند. مواد ساخته شده از ترموست ( Thermoset ) به نحوی هستند که پس از ساخت قابل بازیافت نبوده و شکل نهایی به خود می گیرند این در حالی است که مواد ترموپلاستیک ( Thermoplastic ) پس از تولید با ذوب کردن قابل فرم دهی مجدد هستند.
روکش های ترموست که با مواد کلر ترکیب شده اند به طور معمول در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. با توجه به حجم کم کلر به کار رفته در این مواد تست گرما را به راحتی پشت سر می گذارند. اگر یک کابلی به طور کامل LSZH باشد یعنی نه دود بکند و نه گازهای سمی از خود منتشر کند یعنی آغشته به کلر نبوده و در نتیجه کارایی عمر مفید آن کمتر از کابل های آغشته به کلر خواهد بود.
جمع بندی:
با توجه به مطالب ذکر شده انتخاب یک روکش خوب برای کابل با دو چالش رو به رو است:
چالش اول) با توجه به هزینه تولید پایین تر، کیفیت ماندگاری بیشتر و کاهش تاثیرات نامطلوب بر ساختار فیزیکی و الکتریکی کابل، استفاده از ماده کلر محصول نهایی را از نظر کیفیت کارایی بالاتر خواهد برد. اما همین ماده کلر از سمت دیگر در هنگام آتش سوزی تاثیرات نامطلوب ایجاد کرده که باعث انتشار گازهای سمی خواهد شد.
چالش دوم) حذف استفاده از ماده کلر در پروسه تولید است که در نتیجه ی آن ایمنی و سلامت انسانی مورد توجه می گیرد اما شاخصه های کیفی و عملکردی کابل پایین تر خواهند آمد.
خبر خوب این است که به تازگی تکنیک های ترکیب کردن مواد شیمیایی با یکدیگر در کارخانجات مختلف این امکان را به وجود آورده که محصولات جدیدی ساخته شوند که نه تنها کیفیت کارایی آنها به حد بهتری رسیده است بلکه تست های آتش LSZH را نیز با موفقیت پشت سر می گذارند. مواد شیمیایی جدید، عاری از کلر نیستند و در نتیجه استانداردهای سختگیرانه آمریکایی مانند CMP را پشت سر نمی گذارند. اما استانداردهای جدیدی همانند IEEE1202 و UL VW-1 برای این دسته از مواد منتشر شده است. اساس استانداردهای جدید با استناد به نقطه ضعف استفاده از آب در تولید روکش های مرسوم بوده است. این استانداردها بیان میکنند که در زمان استفاده از ماده پایه آب در تولید روکش های کابل و تحت فشار قرار گرفتن آنها در زمان تزریق، باعث خواهد شد که حجم زیادی از کابل از مواد مرطوب تشکیل شود و این مواد، رطوبتی ایجاد می کنند که تاثیرات مخربی در پارامترهای فیزیکی و الکتریکی کابل خواهند داشت. این در حالی است که در مواد شیمیایی جدید را با حذف آب محصول ساخته شده ی نهایی کاربردی تر شده است. بسیاری از تولیدکنندگان در خارج از ایالت متحده در حالی که قوانین را رعایت نکرده اند ( کلر را به طور کامل حذف نکرده اند ) با استناد به استانداردهای جدید و مواد شیمیایی نو، تست های آتش را پشت سر گذاشته و از لوگوی LSZH استفاده می کنند.
فربین این نکته را یادآور می شود که یک کابل با لیبل CMP به معنی آن است که کلر به طور کامل از پروسه تولید روکش کابل حذف شده و به هیچ وجه برای سلامت انسانی خطرناک نیست اما یک روکش با لیبل LSZH دارای رتبه پایین تری نسبت به CMP است و در آن امکان استفاده از کلر به میزان کم وجود دارد.
منبع:farbinnews
دیدگاهتان را بنویسید
برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.