Тенденции развития огнестойких кабелей

Возрастающая плотность населения крупных городов, разветвленная сеть офисных помещений, многоэтажные сооружения, высокая энергонасыщенность производственных и бытовых помещений приводит к увеличению объема кабельных трасс. Присутствие кабельных изделий во всех сферах жизнедеятельности человека обуславливает ужесточение требований по их пожарной безопасности.
Выход нормативных документов в последние годы начинает совершенствовать требования к кабельным изделиям по пожарной безопасности, в том числе и требования по огнестойкости кабелей.
Сложившаяся ранее парадоксальная ситуация, которая для выделения кабелей c нормированными требованиями по пожарной безопасности из общей массы производимых кабельных изделий, вынуждала отечественных производителей применять зарубежные обозначения, разрешилась выходом ГОСТ Р 53315 -2010 /1/.
Стандарт определил требования к кабельным изделиям по пожарной безопасности и позволил отечественному производителю на законных основаниях конкурировать с импортной продукцией, имея собственную индексацию.
В соответствии с требованиями стандарта в обозначении марок кабельных изделий, в частности, предназначенных для групповой прокладки, в скобках должны добавляться буквенные индексы, указывающие на соответствие кабельных изделий требованиям по нераспространению горения:
• нг или нг(А) — класс пожарной опасности ПРГП 1 (категория А);
• нг(А F/R) — класс пожарной опасности ПРГП 1 (категория А F/R);
• нг(В) — класс пожарной опасности ПРГП 2 (категория В);
• нг(С) — класс пожарной опасности ПРГП 3 (категория С);
• нг(D) — класс пожарной опасности ПРГП 4 (категория D).

Кабельные изделия должны подразделяться по показателям пожарной безопасности на следующие типы исполнения:
- кабельные изделия, не распространяющие горение при одиночной прокладке (без индекса);
- кабельные изделия, не распространяющие горение при групповой прокладке (исполнение — нг);
- кабельные изделия, не распространяющие горение при групповой прокладке, с пониженным дымо- и газовыделением (исполнение — нг-LS), где LS — аббревиатура от Low Smoke — малодымный;
- кабельные изделия, не распространяющие горение при групповой прокладке и не выделяющие коррозионно-активных газообразных продуктов при горении и тлении (исполнение — нг-HF), где HF — аббревиатура от halogen-free — свободный от галогенов или не содержащий галогенов;
- кабельные изделия огнестойкие, не распространяющие горение при групповой прокладке, с пониженным дымо- и газовыделением. Исполнение — нг-FRLS, в нашем случае FR сокращение от fire-resistant в терминах стандарта ИСО МЭК 13943:2005 определяется как время, в течение которого изделие сохраняет свою работоспособность, не следует путать с fire-retardants — огнеупорный, препятствующий распространению пламени;
- кабельные изделия огнестойкие, не распространяющие горение при групповой прокладке и не выделяющие коррозионно-активных газообразных продуктов при горении и тлении (исполнение — нг-FRHF);
- кабельные изделия, не распространяющие горение при групповой прокладке, с пониженным дымо- и газовыделением и с низкой токсичностью продуктов горения (исполнение — нг-LSLTx);
- кабельные изделия, не распространяющие горение при групповой прокладке, не выделяющие коррозионно-активные газообразные продукты при горении и тлении и с низкой токсичностью продуктов горения (исполнение — нг-HFLTx).

Следует, тем не менее, отметить, что рынок не остался без отечественных огнестойких кабелей и к моменту выхода стандарта уже обозначил свои интересы за счет развития систем охранно-пожарной сигнализации и требований НПБ 104-03 /2/ к системам оповещения и управления эвакуацией людей при пожарах в зданиях и сооружениях (СОУЭ).
В соответствии с требованиями НПБ 104-03 применение огнестойких кабелей, прежде всего, обеспечивает время, необходимое для эвакуации людей. Высокие темпы строительства в докризисный период обусловили высокую активность развития огнестойких кабелей для ОПС и СОУЭ.
Основным элементом, обеспечивающим огнестойкость кабеля, является изоляция, по конструктивному исполнению которой, современные огнестойкие кабели можно условно разделить на две группы:
- кабели со сплошной огнестойкой (керамообразующей) изоляцией;
- кабели с комбинированной изоляцией, состоящей из традиционных материалов и огнестойких элементов (барьеров).

Самым простым и напрашивающимся решением является применение в качестве изоляции стекловолокон и слюдяных лент, что продемонстрировано фирмой «НПФ КБ-ЭНЕРГО-ПРОЕКТ». Первая серия кабелей, на которой в 2006 г. была подтверждена работоспособность кабеля в течение 180 минут воздействия пламени, была серия кабелей ЭНЕРГОТЕРМ-70, которая выпускается по ТУ 3580-001- 57058781-2004.
Производство и монтаж таких кабелей не только требует больших затрат времени, но и особых средств защиты, что обусловило ограниченное их изготовление и применение.
По требованиям к электрическим параметрам серия кабелей «ЭНЕРГОТЕРМ» не имеет каких-либо внятных признаков кабеля, работающего с интерфейсами, и скорее позиционируется с точки зрения потребителя как силовой кабель.
Массовая потребность в огнестойких кабелях заставила искать другие решения.
В таблице 1 представлены предприятия-изготовители кабелей, в которых огнестойкую функцию выполняет собственно тело изоляции. В основном, это кабели с медными жилами и изоляцией из огнестойкой кремнийорганической резины.

К несомненным преимуществам такого исполнения относится способность композиционных резин к образованию керамических соединений при воздействии пламени, что препятствует сближению жил и обеспечивает их работоспособность во времени. К немаловажным достоинствам следует отнести также простоту монтажа таких кабелей.
Номенклатура огнестойких кабелей для систем пожарной безопасности (ОПС и СОУЭ) достаточно широкая, что обусловлено применяемыми материалами оболочек. Для разных условий эксплуатации предлагаются кабели с пониженным дымо- и газовыделением (LS), кабели, не содержащие галогенов (HF), и, как правило, это кабели, не распространяющие горение при пучковой прокладке (нг). Подтвержденное время огнестойкости таких конструкций при стандартных испытаниях составляет 180 мин. Можно предположить, что в условиях естественного пожара это время будет ниже, однако, применением материалов оболочек, обеспечивающих низкое дымообразование и отсутствие галогенов, создают условия эвакуации людей с большей вероятностью благоприятного исхода событий.
Оболочка кабелей с индексом LS выполняется, как правило, из ПВХ пластикатов пониженной пожарной опасности, диапазон рабочих температур составляет от –50 до +75°С. Для оболочек кабелей с индексом HF используют полимерные композиции, не содержащие галогенов на основе полиолефинов (от –50 до +70°С) или термоэластопластов (от –60 до +125°С).
СПКБ «Техно» в конструкциях кабелей с индексом HF использует кремнийорганическую резину, за счет чего кабели имеют повышенную рабочую температуру эксплуатации до +200°С. Кабели в таком исполнении относятся к теплостойким, что значительно расширяет область их применения для тяжелых производственных условий.
Отличительной особенностью номенклатуры кабелей, выпускаемых ООО НПП «Спецкабель» [4], для систем охраны и противопожарной защиты является серия кабелей с дополнительными защитными элементами в виде полиимидной пленки или слюдосодержащей ленты. Конструктивно, полиимидная пленка выполняет функцию бандажа пары и предотвращает контакт между парами (жилами пар) в случае их разрушения под воздействием радиационных излучений.
Применение поясной изоляции пары из слюдосодержащих лент и двуэлементных экранов, в виде алюмополимерной ленты с оплеткой проволокой поверх, позволяет прогнозировать повышенную стойкость таких кабелей к воздействию средств пожаротушения.
В настоящий момент эти требования в стандарте ГОСТ Р 53315 отсутствуют, однако, появление в 2007 г. ГОСТ Р МЭК 60331-31 в отношении кабелей на номинальное напряжение до 0,6/1,0 кВ, по всей видимости, предваряет выход стандартов в отношении других групп кабельных изделий. С точки зрения развития огнестойких кабелей выход этой серии стандартов весьма актуален.
Огнестойкие кабели для слаботочных сетей выпускаются как парной, так и пучковой скрутки, экранированными (НПП «Спецкабель», «ТПД Паритет», СПКБ «Техно») и неэкранированными (СПКБ «Техно»).
Отличительной особенностью маркировки кабелей для систем пожарной безопасности, выпускаемых «ТПД Паритет», (КСРЭВнг-FRLS NxD, где N=2, 4, 6, 8 ТУ 3581-014-39793330-2009), является указание в условном обозначении марки диаметра жилы (D=0.50, 0.64, 0.80 мм), характерное скорее для кабелей передачи данных, но набором характеристик, подтверждающих такое применение, эта серия кабелей не обладает.
НПП «Спецкабель» и СПКБ «Техно» используют сечение токопроводящих жил. СПКБ «Техно» выпускает также плоские парные кабели для систем оповещения сечением 0,20; 0,35; 0,50 мм².
Номенклатура электрических параметров и характеристик кабелей для ОПС и СОУЭ (таблица 1), включает требования по следующим параметрам:
- электрическое сопротивление изоляции жил, пересчитанное на 1 км длины и температуру 20°С, МОм;
- электрическая емкость пары на 1 км длины кабеля;
- коэффициент затухания при частоте 1 кГц (справочно);
- испытательное напряжение между жилами и между жилами и экраном.

Такой набор нормируемых параметров позволяет этой номенклатуре изделий сохранить актуальность и перспективу в плане развития систем пожарной безопасности.
В 2009 году НПП «Спецкабель» освоил выпуск огнестойких симметричных кабелей для систем безопасности и автоматизации. Отличительной особенностью этой серии является более широкий набор нормируемых электрических параметров.
Помимо перечисленных выше, вводится нормирование параметров:
- асимметрия электрического сопротивления жил в паре;
- коэффициент затухания;
- волновое сопротивление.

Выпуск этой серии позволяет констатировать тот факт, что в стране появилась первая серия огнестойких кабелей для передачи данных в интеллектуальных системах обеспечения жизнедеятельности для объектов с высокой концентрацией людей и повышенной пожарной опасности.
Линейка волновых сопротивлений, нормированных при различных частотах, которая реализована на кабелях с отличающимся диаметром жил: 60, 80, 100, 120 Ом для кабелей серии КСБ; и 80, 100, 120, 140 Ом для кабелей серии КСБГ — позволяет осуществлять проектировщикам систем выбор периферийных устройств с самыми различными интерфейсами.
Необходимо еще раз упомянуть, что все рассмотренные изделия, несмотря на их разнообразие, объединены одним свойством — применением для изоляции токопроводящих жил огнестойкой (керамообразующей) кремнийорганической резины.
В настоящей статье принципиально не рассматриваются кабельные изделия, совпадающие по маркировке и конструктивному исполнению с приведенными, так как основной задачей настоящей статьи является определение тенденций развития конструктивных исполнений огнестойких кабелей.
Следует отдельно отметить серию огнестойких кабелей производства ООО «Кабельные технологии» марок КМЖВнг-LS-EI 60, КМЖЭВнг-LS-EI 60, КМЖнг-LSHF-EI-180, КМЖЭнг-LSHF-EI180. Здесь мы имеем дело со вторым приемом конструирования — применением комбинированной изоляции для обеспечения огнестойкости, где основную огнезащитную функцию несет слой в виде оплетки огнестойкими нитями, наложенный поверх основного изолирующего слоя из поливинилхлоридного пластиката пониженной опасности.
Отнести кабели к какой-либо группе по применению не представляется возможным, так как эти «кабели предназначены для применения в различных системах сигнализации и блокировки, в системах пожарной сигнализации, системах оповещения, связи, для внутри- и межблочного монтажа различной аппаратуры и т. п. (с рабочим переменным напряжением не более 300 В и постоянным не более 420 В), где требуется сохранение работоспособности кабелей в условиях воздействия высоких температур (в т.ч. открытого пламени) в течение не менее 180 минут». По приведенной на сайте предприятия информации, кабель нормирован по сопротивлению жил и емкости.
По конструктивному исполнению кабели включают сечения токоведущих жил от 0,5 до 2,5 мм², с количеством рабочих пар до 10 для сечений 0,5; 0,75 мм² и до 4-х (для сечений 1,0; 1,5 и 2,5 мм²).
Номенклатура силовых огнестойких кабелей достаточно широка, но основной прием при конструировании — использование комбинации материалов.
Силовые кабели отличаются от рассмотренных выше конструкций прежде всего тем, что барьерный слой в виде слюдосодержащей ленты примыкает непосредственно к токопроводящей жиле.
Основной слой изоляции выполняется из поливинилхлоридного пластиката пониженной пожароопасности или сшитого полиэтилена. В таблице 2 представлена номенклатура силовых огнестойких кабелей, выпускаемых по техническим условиям ТУ16.К71-337-2004, этими техническими условиями представлена серия кабелей с индексом нг-FRLS. Кабели выпускаются различными заводами по лицензии ВНИИКП.

Кабели предназначены для передачи и распределения электрической энергии и электрических сигналов в стационарных электротехнических установках при переменном напряжении до 660 В частотой до 100 Гц или постоянном напряжении до 1000 В.
Относительно конструкций с основным изоляционным слоем из ПВХ-пластиката, в плане развития самого пожара, при одновременных механических воздействиях больших неприятностей можно не ожидать, чего нельзя сказать о кабелях с изоляцией из сшитого полиэтилена. Дело в том, что воздействие пламени на полиэтилены характеризуется не только распространением горения и каплепадением, но и чрезвычайно высокой теплотой сгорания 47,14 МДж/кг, для сравнения у бензина 41,87 МДж/кг. В этом отношении применение к этой серии требований ГОСТ Р МЭК 60331- 31-2007 [5] весьма затруднительно, и по этим видам изделий логично ожидать появления конструкций с дополнительными защитными элементами, обеспечивающими стойкость к механическому удару.
Аналогичное рассмотренным выше конструктивное исполнение имеет серия кабелей, выпускаемых по ТУ 16.К71-339-2004 (ППГнг-FRHF-0,66 и 1 кВ ППГЭнг-FRHF-0,66 и 1 кВ, ПвПГнг-FRHF-0,66 и 1 кВ, ПвПГЭнг-FRHF-0,66 и 1 кВ, КППГнг — FRHF, КППГЭнг — FRHF).
Серия включает силовые и контрольные кабели для стационарной прокладки с однопроволочной жилой, барьерный слой из двух слюдосодержащих лент, примыкающий к жиле, но изоляция и внутренняя оболочка выполнена из термопластичной полимерной композиции, не содержащей галогенов. Конструктивным отличием серии является наличие поверх внутренней оболочки дополнительного элемента в виде слюдосодержащей или стекловолокнистой ленты. В качестве экрана используется медная лента или фольга. Наружная оболочка также выполнена из полимерной композиции, не содержащей галогенов. Сердечник кабеля имеет цветовую кодировку жил сечением от 1,0 до 6,0 мм², число жил 4—52.
Изоляция кабелей и проводов для подвижного состава, выпускаемая по ТУ 16.К71-375-2007 под фирменным названием «ТРАНСКАБ», относится к первому типу изоляции. Огнестойкость этих кабелей обеспечивается применением керамообразующих резин, оболочка из кремнийорганической резины позволяет отнести эти кабели к кабелям, не содержащим галогены.
Внутренние отличия серии:
ТРАНСКАБ-ППСКЭнг-HFFR — провод огнестойкий с одной жилой сечением от 0,5 до 4,0 мм² с экраном из медных луженых проволок;
ТРАНСКАБ-ППСКЭОнг-HFFR — то же, но в оплетке из волокон, пропитанной термостойким лаком, (применение волокон с пропиткой обеспечивает стойкость конструкции к механическим воздействиям);
ТРАНСКАБ-КПСКнг-HFFR — кабель огнестойкий для подвижного состава с изоляцией из кремнийорганической резины, образующей керамический слой при горении, и оболочкой из кремнийорганической резины, не распространяющей горение, не содержащей галогенов, число жил 2—5, сечение от 0,5 до 4,0 мм²;
ТРАНСКАБ-КПСКОнг-HFFR — то же, но в оплетке, пропитанной термостойким лаком;
ТРАНСКАБ-КПСКЭнг-HFFR — то же, с экраном из медных луженых проволок;
ТРАНСКАБ-КПСКЭОнг-HFFR — то же, но в оплетке из волокон, пропитанной термостойким лаком. Надо сказать, что нормирован кабель с большой осторожностью. Диапазон температур окружающей среды от –60 до +130°С. Огнестойкость — 90 минут.
Серия силовых кабелей на напряжение до 660 В переменного тока частотой до 100 Гц выпускается «СПКБ Техно». Серия включает кабели с изоляцией из керамообразующих резин, жила выполняется по классам 1, 3, 4, 5 по ГОСТ 22483- 77 сечением от 0,75 до 16,00 мм², число жил 1—5.
Серия КР нг(А)–FRHF 180, КРГнг(А) — FRHF 180 КРОГнг(А) — FRHF 180 имеет изоляцию жил из керамообразующей резины и оболочку из кремнийорганической резины, диапазон рабочих температур от –60 до +200°С.
Серия КПнг(А)–FRHF 180; КПГнг(А)–FRHF 180; КПОГнг(А)– FRHF 180 отличается применением не распространяющей горения полимерной композиции на диапазон рабочих температур от –50 до +75°С.
Серия КТнг(А)–FRHF 180 КТГнг(А)–FRHF 180 КТОГнг(А)– FRHF 180 отличается оболочкой из термоэластопласта, диапазон рабочих температур от –60 до +125°С.
Серия КВнг(А)–FRLS 180, КВГнг(А)–FRLS 180, КВОГнг(А)- FRLS 180 отличается применением оболочки из поливинилхлоридного пластиката и наличием поясной изоляции, предотвращающей миграцию пластификаторов из оболочки в изоляцию.
Рассмотреть все технические решения в одной статье невозможно, но уже на основании даже такого поверхностного анализа можно утверждать, что в настоящий момент сложилась значительная номенклатура огнестойких кабелей, которая в состоянии решить широкий круг проблем пожарной безопасности.
Самым серьезным положительным фактором является то, что практически по всем видам изделий появилась широкая номенклатура кабелей в исполнении HF с применением в качестве элементов изоляции и оболочек пластикатов, не содержащих галогенов. Дело в том, что по ГОСТ Р 53315 дымообразование кабельных изделий с индексом LS при испытании по ГОСТ Р МЭК 61034-2 не должно приводить к снижению светопроницаемости более чем на 50%, а дымообразование кабельных изделий с индексом HF не должно приводить к снижению светопроницаемости более чем на 25%.
Если учесть, что одним из факторов гибели людей при пожаре является задымление, то именно кабели этой серии должны применяться в местах массового пребывания людей.
Тут мы подходим к необходимости отметить некоторые парадоксы вышедшего стандарта. В частности, невозможно объяснить существование серии кабелей нг-LSLTx. С одной стороны, это серия с пониженной токсичностью продуктов горения. С другой — количество выделяемых при горении веществ может привести к снижению светопроницаемости до 50% (стандарт позволяет). Если учесть, что дым — это, собственно, и есть продукт горения, даже теоретически невозможно представить пластикат с безопасным дымом. Не секрет, что содержание в дымах конденсатов тяжелых металлов (свинец, например) вызывает изменения в крови, отставание в физическом развитии детей и др. Некоторые компоненты дыма содержат канцерогенные (т. е. способствующие развитию опухолей) вещества; крупные частицы, вызывающие поражение дыхательных путей, повреждения роговой и слизистой оболочки глаз.
Можно, конечно, ожидать, что заводы-изготовители кабельных изделий откажутся от применения поливинилхлоридных пластикатов, содержащих свинцовые стабилизаторы, но потеря 50% видимости в условиях пожара вряд ли может сократить число жертв.
В свете последних трагических событий обойти вниманием проблемы токсичности продуктов горения никак нельзя. Вопросов много уже по той причине, что стандарт указывает время экспозиции при испытаниях 0,5 часа (30 минут). Насколько этот подход обеспечивает нам безопасность, попробуем определить, детально рассмотрев требования по токсичности продуктов горения в соответствии с тем стандартом, на который ссылается ГОСТ Р 53315.
По ГОСТ 12.1.044—89/3/ показатель токсичности продуктов горения — это отношение количества материала к единице объема замкнутого пространства, в котором образующиеся при горении материала газообразные продукты вызывают гибель 50% подопытных животных при времени экспозиции 30 минут и для отдельных случаев время воздействия может быть увеличено до 60 минут.
В соответствии с требованиями стандарта классификация материалов по значению показателя токсичности продуктов горения определяется в соответствии с таблицей 3.

В стандарте максимальное время огнестойкости кабеля (практически все отечественные производители дают 180 мин.) не увязано со временем экспозиции при определении показателей токсичности продуктов горения. Объяснение, что это обусловлено методом испытаний, вряд ли может удовлетворить, так как самим стандартом предусмотрено, что время экспозиции может быть выбрано иным (5—60 минут).
Объяснить с точки зрения логики, почему в стандарте по требованиям безопасности время экспозиции при определении токсичности продуктов горения не корреспондируется со временем огнестойкости невозможно, как и невозможно точно утверждать, что 30 минут достаточно для эвакуации во всех случаях пожара.
Нет возможности соотнести требования по токсичности продуктов горения с требованиями по категории прокладки. Какая концентрация пусть и умеренно токсичных веществ выделится при горении кабеля, проложенного пучком по категории нг(А), а это 7 литров полимера на 1 метр образца (пучка), каковы при этом перспективы выживаемости, и почему летальный исход 50% является нормой — стандарт в том виде, в котором он существует на сегодня, ответов не дает.
Остается надеяться, что осознание безопасности, как нормы жизни неизбежно приведет к дальнейшему совершенствованию нормативной документации.
Следует отметить, что нормы по пожарной безопасности, установленные в технических условиях на кабельные изделия, — это требования, которым удовлетворяют кабели в условиях испытаний.
Российских стандартов, которые должны определять требования к кабелям в условиях естественного пожара и воздействия средств пожаротушения на сегодня практически нет.
Отреагирует ли отрасль на эти требования раньше, чем получит для этого нормативную базу, покажет время, но это вопрос не только перспектив развития отрасли, но и перспективы нашей безопасности.

В настоящей статье использовалась информация, полученная с сайтов:

/info/cable/
http://www.energotherm.ru/about/sklmap.html
http://www.spkb.ru/
http://www.paritet-podolsk.ru/
http://www.tomskcable.ru/catalog/catalog_cables/Power_cables_fireproof/
http://www.podolskkabel.ru/articles.text?id=36
http://www.vniikp.ru/
http://www.elcable.ru/
http://www.pskovkabel.ru/index.html
http://www.amtenergo.ru/katalog-produktsii/kabelj/silovye-kabeli/

Литература

1. ГОСТ Р 53315—2009 Кабельные изделия. Требования пожарной безопасности.
2. Нормы пожарной безопасности «системы оповещения и управления эвакуацией людей при пожарах в зданиях и сооружениях» (НПБ 104-03).
3. ГОСТ 12.1.044-892 ССБТ Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения.
4. Каталог N1/10. Научно-производственное предприятие «Спецкабель».
5. ГОСТ Р МЭК 60331-31-2007 Проведение испытаний и требования к ним при воздействии пламени одновременно с механическим ударом. Кабели на номинальное напряжение до 0,6/1,0 кВ включительно.
6. ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности».