Composti LSZH per cavi elettrici: sicurezza antincendio e prestazioni

Quando si incendia un cavo in un tunnel, in un data center o in un grattacielo, il materiale che circonda i conduttori determina se gli occupanti possono evacuare in sicurezza o se vengono sopraffatti dal fumo tossico e opaco. Mescole LSZH per cavi energia esistono per risolvere esattamente questo rischio: fornendo isolamento e guaina privi di alogeni che sopprimono la propagazione della fiamma, riducono al minimo la densità del fumo ed eliminano l'emissione di gas corrosivo di acido cloridrico che rende così letali gli incendi dei cavi in PVC convenzionali.

A cosa servono i composti LSZH nell'isolamento dei cavi di alimentazione?

Mescole LSZH per cavi energia — Low Smoke Zero Halogen, designato anche LS0H o LSOH — sono formulazioni di polimeri termoplastici o reticolati utilizzati come strato isolante primario sui conduttori e come guaina esterna che protegge il cavo assemblato. La loro caratteristica distintiva è la completa assenza di cloro, bromo, fluoro e altri alogeni che generano gas acidi tossici quando bruciati.

Nelle applicazioni dei cavi di alimentazione, i materiali LSZH svolgono tre ruoli ingegneristici simultanei: isolamento elettrico per mantenere l'integrità dielettrica tra conduttore e terra, protezione meccanica contro l'abrasione e le sollecitazioni di installazione e sicurezza antincendio passiva attraverso il ritardo della fiamma e la soppressione del fumo. Nessun singolo materiale termoplastico convenzionale, inclusi PVC, XLPE o EPR, soddisfa tutti e tre i ruoli con il profilo prestazionale di sicurezza antincendio raggiunto da LSZH.

Perché i composti LSZH sono necessari per la sicurezza antincendio nei sistemi di cavi

I composti LSZH sono imposti dalle normative sulla sicurezza antincendio in ambienti chiusi, ad alta occupazione e con infrastrutture critiche perché i materiali convenzionali dei cavi alogenati producono sottoprodotti della combustione che sono più letali dell'incendio stesso. Quando il cavo in PVC brucia, rilascia gas di acido cloridrico (HCl) a concentrazioni immediatamente pericolose per la vita e la salute (IDLH) pari a 50 parti per milione: una soglia raggiunta in pochi minuti in un incendio in uno spazio chiuso.

• Sistemi ferroviari e metropolitani
  La norma EN 45545-2 impone il cavo LSZH in tutta l'infrastruttura ferroviaria sotterranea nell'Unione Europea. Il Tunnel della Manica e la metropolitana di Londra hanno completato i programmi completi di conversione dell'LSZH in seguito all'incendio di King's Cross del 1987, che ha ucciso 31 persone.
• Data Center e sale server
  NFPA 75 e TIA-942 specificano il cavo plenum LSZH negli spazi di gestione dei cavi con pavimento rialzato e sopraelevato dove il ricircolo del flusso d'aria accelererebbe la distribuzione di gas tossici in tutta la struttura.
• Installazioni Marine e Offshore
  La norma IEC 60092-350 richiede una guaina LSZH per i cavi di alimentazione e controllo di bordo. La geometria chiusa del recipiente rende impossibile l'evacuazione dei gas alogeni durante un evento di incendio, rendendo la conformità LSZH un requisito di sopravvivenza dell'equipaggio.
• Centrali nucleari
  La norma IEC 60780 specifica il cavo LSZH qualificato per circuiti critici per la sicurezza negli impianti nucleari, dove il gas HCl corrosivo proveniente dalla combustione del cavo in PVC comprometterebbe l'integrità della strumentazione di controllo del reattore durante l'evento di incendio.
• Grattacieli
  IBC 2021 e BS 9999 fanno entrambi riferimento ai requisiti dei cavi a bassa tossicità per i montanti dei cavi verticali e le zone delle vie di fuga in edifici superiori a 18 metri, dove il flusso d'aria ad effetto camino accelera la migrazione dei gas di combustione verso l'alto attraverso i piani occupati.

Composti LSZH vs composti in PVC per cavi di alimentazione

La differenza di prestazioni tra Mescole LSZH per cavi energia e i composti in PVC sono quantificabili in ogni parametro rilevante per il fuoco. Il PVC conserva vantaggi in termini di costi e flessibilità in ambienti industriali aperti e ben ventilati; LSZH è la scelta obbligatoria laddove la priorità di progettazione è la sicurezza umana o la continuità delle apparecchiature durante un evento di incendio.

Composti LSZH nei sistemi di cavi di alimentazione ad alta tensione

Mescole LSZH per cavi energia sono completamente progettati per l'impiego in sistemi di cavi a media tensione (MV) e ad alta tensione (HV) operanti da 6 kV fino a 500 kV se formulati come composti di guaina LSZH reticolata (XLPE-LSZH). Il processo di reticolazione, ottenuto tramite reticolazione con perossido o silano, aumenta sostanzialmente le prestazioni termiche, meccaniche e dielettriche del polimero LSZH di base oltre quanto raggiunto dai gradi termoplastici standard.

Durabilità e resistenza al calore dei composti LSZH nel servizio via cavo

La durabilità meccanica e termica a lungo termine del Mescole LSZH per cavi energia è stato storicamente citato come un limite rispetto al PVC negli ambienti di installazione più impegnativi. Le formulazioni LSZH reticolate sviluppate dal 2010 hanno colmato sostanzialmente questo divario, raggiungendo una durata di servizio di progettazione di 30 anni secondo i protocolli di invecchiamento termico IEC 60216 che si allineano ai moderni standard di progettazione dei cavi di trasmissione.

I parametri chiave di durabilità per gli ingegneri specificatori includono allungamento alla rottura, ritenzione superiore al 50% dopo invecchiamento termico di 7 giorni a 135°C (IEC 60811-401), ritenzione della resistenza alla trazione superiore al 70% dopo un'esposizione agli agenti atmosferici UV di 1.000 ore e prestazioni di resistenza all'olio per cavi installati in ambienti industriali contenenti fluido idraulico o olio per trasformatori. La selezione del grado attraverso questi parametri consente Mescole LSZH per cavi energia per essere adattati esattamente alla severità ambientale di qualsiasi applicazione di installazione.

Domande frequenti

Quali standard regolano i composti LSZH per i cavi elettrici?

Le principali norme internazionali che disciplinano Mescole LSZH per cavi energia sono IEC 60754-1 e IEC 60754-2 per il contenuto di alogeni e la corrosività dei gas acidi, IEC 61034-2 per la misurazione della densità del fumo, IEC 60332-1 e IEC 60332-3 per la propagazione della fiamma a cavo singolo e in bundle e la serie IEC 60811 per le proprietà meccaniche e termiche dei composti. Gli standard regionali, tra cui EN 50525 in Europa e UL 44 in Nord America, fanno riferimento a questi framework IEC con ulteriori requisiti specifici della giurisdizione.

I composti LSZH sono più costosi del PVC per le applicazioni sui cavi?

I costi delle materie prime del composto LSZH sono in genere dal 30 al 60% più alti rispetto al composto di PVC di qualità equivalente su base per chilogrammo, principalmente perché i ritardanti di fiamma inorganici come il triidrato di alluminio (ATH) e l'idrossido di magnesio richiedono livelli di carico elevati - spesso dal 50 al 65% in peso - per ottenere le prestazioni antincendio richieste. Tuttavia, i calcoli dei costi totali di installazione per sistemi di cavi conformi in ambienti regolamentati devono tenere conto del costo della non conformità normativa, dell’esposizione alla responsabilità assicurativa e della sostituzione del sistema a seguito di un evento di incendio, che favoriscono costantemente l’economia del ciclo di vita delle specifiche del cavo LSZH.

I compound LSZH possono essere lavorati su apparecchiature di estrusione di PVC standard?

Mescole LSZH per cavi energia può essere lavorato su estrusori monovite convenzionali con modifiche al rapporto di compressione della vite, al profilo della temperatura del cilindro e al design dello stampo. I composti LSZH sono più viscosi del PVC a temperature di lavorazione equivalenti e richiedono un controllo preciso della temperatura per evitare l'attivazione prematura del reticolante nei gradi XLPE-LSZH. La maggior parte dei produttori di cavi che lavorano LSZH per la prima volta commissionano al fornitore del materiale un audit di processo specifico del composto prima dell'aumento della produzione.

Qual è la differenza tra le designazioni LSZH e LSOH o LS0H?

LSZH (Low Smoke Zero Halogen), LSOH, LS0H e OHLS (Zero Halogen Low Smoke) sono tutte denominazioni di settore che si riferiscono alla stessa categoria di prestazioni dei materiali: composti polimerici privi di alogeni con bassa emissione di fumi durante la combustione. La variazione nell'abbreviazione riflette diverse convenzioni regionali e di settore piuttosto che qualsiasi differenza nelle specifiche del materiale o nella conformità agli standard di prova. La documentazione IEC utilizza il termine ritardante di fiamma senza alogeni (HFFR) come designazione tecnica preferita per la stessa categoria di composti.