ما هي معايير الاختبار الخاصة بأداء مقاومة الحريق لكابلات مقاومة للحريق؟

المقاومة للحريق مقابل مقاومة الاشتعال: الفروق الأساسية للكابلات المقاومة للحريق

لماذا تُعد سلامة الدائرة هي ما يُعرف بالمقاومة الحقيقية للحريق

الشيء الرئيسي في الكابلات المقاومة للحريق هو سلامة الدائرة، والتي تبقيها تعمل أثناء اندلاع الحريق وليس فقط بعد انتهائه. لا يمكن للكابلات العادية أو تلك المصنفة على أنها مقاومة للهب أن تفي بالغرض عندما نتحدث عن مقاومة حقيقية للحريق. ما يهم أكثر هو ما إذا كانت هذه الكابلات قادرة على الاستمرار في العمل بشكل صحيح عند تعرضها مباشرةً للنيران بدرجات حرارة تزيد عن 950 درجة مئوية لمدة تقارب تسعين دقيقة، مع استمرارها في نقل الكهرباء. وقد وضعت الهيئات القياسية اختبارات صارمة لهذا الغرض من خلال المواصفة الدولية IEC 60331، التي تُعد المرجع الأساسي عالميًا لتقييم سلامة الدائرة. بالنسبة للأنظمة الحيوية لإنقاذ الأرواح مثل إنذارات الحريق، والإضاءة الطارئة، ومراوح استخراج الدخان، فإن توفر التيار الكهربائي أثناء حالات الطوارئ ليس خيارًا، بل ضرورة مطلقة. خذ على سبيل المثال كابلات النحاس المعزولة معدنيًا والمغلفة بالنحاس (MICC). تحتوي هذه الكابلات على عزل من أكسيد المغنيسيوم الذي يتحول إلى نوع من الدرع الخزفي عند التسخين، ويمنع حدوث الدوائر القصيرة والأعطال البنيوية حتى عندما تشتعل جميع المواد المحيطة بها.

كيف تفشل مقاومة اللهب وحدها في تلبية احتياجات البنية التحتية الحرجة

تُصنع الكابلات المقاومة للهب عادةً باستخدام بوليمرات PVC-FR أو منخفضة الدخان وعديمة الهالوجين (LSZH) التي تعالج فقط تأخير الاشتعال و كبح انتشار اللهب ، وفقًا لمعايير مثل IEC 60332. ولا تضمن هذه الكابلات استمرار التشغيل أثناء التعرض للحريق. لا تضمن التشغيل المستمر أثناء التعرض للحريق. هناك ثلاث قيود حرجة تكشف عدم ملاءمتها للبنية التحتية الحيوية:

1. الهشاشة الحرارية : تبدأ عزل البوليمر بالتدهور خلال 20 إلى 30 دقيقة عند درجات حرارة تتراوح بين 500 و700°م، أي ما يقل بكثير عن درجات الحرارة التي تحدث في الحرائق الكاملة؛
2. الانهيار الوظيفي : تختفي السلامة الميكانيكية عندما يتعرض الكابل للتأثير الناتج عن مياه الإطفاء (مثل تفعيل رشاشات المياه)، مما يؤدي إلى فصل الموصلات على الفور؛
3. الضعف المنظومي : يؤدي فقدان الطاقة إلى توقف متسلسل في أنظمة السلامة المترابطة، مما يعطل الإضاءة الطارئة، ومضخات مكافحة الحرائق، وأجهزة التحكم في المراقبة في اللحظات التي تكون فيها هذه الأنظمة أكثر ما تحتاج إليها.

في البيئات عالية الخطورة مثل المناجم تحت الأرض أو السفن البحرية، يؤدي الاعتماد فقط على مقاومة الاشتعال إلى حدوث فجوات خطيرة في دعم عمليات الإخلاء؛ حيث تفشل أنظمة استخراج الدخان، وتمتلئ مسارات الخروج بالظلام، وتنقطع وسائل الاتصال أثناء الأزمة. وتُغلق الكابلات المقاومة للحريق، التي تم التحقق من سلامة الدائرة الخاصة بها، هذه الفجوات من خلال قدرة برهنتها المعايير الدولية على الصمود.

IEC 60331: المعيار العالمي للكابلات المقاومة للحريق

لا يزال معيار IEC 60331 يُعتبر المعيار الذهبي عند اختبار مدى قدرة الكابلات المقاومة للحريق على الحفاظ على دوائرها سليمة أثناء الحرائق الفعلية. ووفقاً لهذا الشرط، يجب أن تواصل هذه الكابلات العمل دون انقطاع، حتى تحت حمل كهربائي كامل وإجهاد ميكانيكي، لمدة لا تقل عن تسعين دقيقة متواصلة تحت لهب مباشر تصل درجته إلى أكثر من 840 درجة مئوية. وتماثل علامة التسعين دقيقة تقريباً فترات إخلاء المباني المعتادة، ما يعني أن هذه الكابلات الخاصة تساعد في الحفاظ على إمداد الكهرباء للمعدات الأمنية الحيوية طوال الفترة التي تكون فيها الحالة غالبًا الأسوأ خلال أي حريق.

بروتوكول الاختبار: التعرض للفرن، تطبيق الجهد الكهربائي، وحد الصمود البالغ 90 دقيقة

في إجراءات الاختبار، تُوضع الكابلات أفقيًا داخل الأفران وتُشغَّل بجهد يقارب 1000 فولت قبل تعريضها لألسنة نار خاضعة للتحكم. يراقب الفنيون استمرارية التوصيل باستخدام مؤشرات ضوئية متصلة على التوالي مع الكابل الذي يتم اختباره. وعندما يحدث انقطاع في الدائرة، فهنا نعرف أن هناك نقطة فشل. تماثل هذه الاختبارات ما يحدث في الحرائق الحقيقية، حيث يجب أن تستمر الأسلاك الكهربائية في توصيل الكهرباء حتى تحت درجات الحرارة الشديدة الناتجة عن الإشعاع والتيارات الحملية. فكّر في المواقف التي تحدث في السلالم أو المساحات فوق الأسقف، حيث تنتشر الحرائق بسرعة، لكن لا يزال الناس بحاجة إلى أنظمة الإضاءة الطارئة ونُظم الاتصالات للعمل بشكل صحيح.

التحقق من الأداء في العالم الحقيقي: كابلات العزل المعدني والعزل الخزفي

تُعرف كابلات MICC بأنها تفوق المعايير المطلوبة في IEC 60331 لأنها مصنوعة بالكامل من مواد غير عضوية. فكّر في الأمر: أسلاك نحاسية من الداخل، وأكسيد المغنيسيوم كعازل، ومغلفة جميعها بغلاف نحاسي صلب. لا تتحلل هذه المكونات عند التعرض لدرجات الحرارة العالية، ولا تطلق أي أبخرة سامة على الإطلاق، وتكمل عملها بشكل صحيح حتى بعد تعرضها للحريق لمدة 90 دقيقة. ثم هناك نوع آخر يستحق الذكر أيضًا - تلك الكابلات الهجينة من السيراميك والبوليمر. تعمل هذه الكابلات بشكل مختلف، لكنها تحقق نتائج مماثلة بفضل تصاميم مصفوفة خاصة تُكوّن طبقة فحمية واقية أثناء التعرض للحرارة الشديدة. ما الذي يجعل هذه الخيارات مميزة مقارنة بالكابلات البوليمرية العادية؟ حسنًا، فإن الكابلات القائمة على البلاستيك العادية تنهار تمامًا من الناحية الفيزيائية والكهربائية قبل بلوغ عتبة الـ 90 دقيقة الحرجة بكثير في معظم حالات الحريق.

BS 6387 وتصنيفات PH: مقاومة حريق محسّنة للبيئات عالية الخطورة

تصنيف CWZ: اختبار الحريق، والرش المائي، والصدمات الميكانيكية في آن واحد

يُعد تصنيف CWZ في المعيار BS 6387 أحد أقسى الاختبارات الموجودة للكابلات المقاومة للحريق. يجب أن تتحمل هذه الكابلات ثلاث تحديات في وقت واحد: لهب مباشر من الفئة C، وتيارات مائية قوية من الفئة W، وصدمات ميكانيكية من الفئة Z. فكّر فيما يحدث أثناء الحرائق الحقيقية. تبدأ المباني بالانهيار، مما يولد قوى الصدمة هذه. وتُفعَّل أنظمة الرشاشات بينما لا تزال النيران مشتعلة. وتمتد النيران عبر المناطق التالفة في المنشآت. تحافظ الكابلات التي تجتاز اختبار CWZ على دوائرها سليمة لأكثر من 180 دقيقة، حتى عند تعرّضها لجميع هذه الضغوط معًا. ولهذا السبب تكون بالغة الأهمية في أماكن مثل الأنفاق تحت الأرض، ومعامل تكرير النفط، والمنصات البحرية، والمحطات الكبيرة للنقل. وعندما تحدث الأعطال في هذه المواقع، قد تكون النتائج كارثية تمامًا.

PH30/PH60/PH120: تصنيفات قائمة على الأداء لأنظمة السلامة من الحرائق

تُظهر تصنيفات PH وفقًا لمعيار BS EN 50200 بشكل أساسي المدة التي يمكن لشيء ما أن يستمر في العمل خلال تعرضه للهب مباشرة. وهناك ثلاث فئات رئيسية: PH30 يستمر لمدة 30 دقيقة، وPH60 يصمد لمدة ساعة، وPH120 يتحمل ساعتين كاملتين. هذا النظام ينظر فعليًا إلى ما يحدث في المواقف الواقعية بدلًا من مجرد التحقق من البنود على الورق. خذ كابلات PH120 كمثال جيد. فهي مطلوبة في أماكن مثل المستشفيات والمباني الشاهقة ومراكز البيانات، حيث قد يحتاج الأشخاص إلى وقت إضافي للخروج بأمان. تعتمد هذه المرافق على طاقة مستمرة لأنظمة حيوية مثل إنذارات الحريق والإضاءة الطارئة ووحدات التحكم في التهوية والتكييف أثناء عمليات الإخلاء. والفارق هنا هو أن تصنيفات PH لا تسمح للشركات بالتحايل على الامتثال. بل تتطلب اختبارات فعلية على دوائر كهربائية نشطة مع محاكاة حرائق حقيقية، مما يوفر ضمانًا أفضل بكثير بشأن السلامة في حالات الطوارئ.

التوافق مع المعايير العالمية والاختلافات الإقليمية الرئيسية لكابلات مقاومة الحريق

فجوات التوافق بين GB/T 19216.21-2003 (الصين) وEN 50200 والآثار العملية

إن المعيار الصيني GB/T 19216.21-2003 والمعيار الأوروبي EN 50200 يُقيّمان كفاءة الدوائر الكهربائية أثناء الحرائق، لكنهما يتبعان طرقًا مختلفة جدًا في الاختبار. يشترط المعيار GB/T التعرض لفترة أطول بكثير للهب، تزيد فعليًا عن 120 دقيقة، ويشترط أيضًا أن تتحمل الكابلات الصدمات الميكانيكية أثناء التسخين، وهو ما لا يتضمنه مطلقًا متطلبات المعيار EN 50200. بدلًا من ذلك، يركّز المعيار الأوروبي بشكل أكبر على مقاومة الكابلات لرش المياه. ونتيجةً لهذه الاختلافات، قد لا تجتاز الكابلات المعتمدة وفق تصنيف أوروبا PH120 اختبارات التأثير التي يشترطها معيار GB/T. وهذا يعني أن الشركات المصنعة غالبًا ما تضطر إلى إنتاج إصدارات خاصة من منتجاتها لتلبية متطلبات الأسواق المختلفة. بالنسبة للمشاريع البنية التحتية الكبيرة التي تمتد عبر دول متعددة، مثل خطوط السكك الحديدية فائقة السرعة والمراكز النقل المتكاملة، قد يستغرق الحصول على الشهادات ما بين أربع إلى ثماني أسابيع إضافية. وقد أبرزت دراسة استقصائية حديثة أجريت في عام 2023 على مشاريع بناء دولية هذه المشكلة باعتبارها مصدر إزعاج كبير للشركات التي تعمل عبر الحدود.

لماذا يُهم اختلاف منهجية الاختبار في مشاريع البنية التحتية العابرة للحدود

تؤدي هذه التباينات الإقليمية إلى ثلاث مخاطر ملموسة في المشاريع العالمية:

• فجوات السلامة : قد تفتقر كابلات تم التحقق من صلاحيتها وفقًا لمعيار واحد فقط إلى القدرة على التحمل أمام تركيبات إجهادات غير مدروسة، مثل الصدمات الميكانيكية دون رش بالماء التي تضعف الأداء في حرائق البيئات المختلطة؛
• التضخم في التكاليف : يؤدي الحصول على شهادتين إلى زيادة تكاليف توريد المواد بنسبة تتراوح بين 18 و25% للمشاريع الكبيرة؛
• مخاطر التأخير : يتسبب إعادة الاختبار غير المخطط لها أثناء الإنشاءات في تعطيل الأنشطة الحاسمة لأكثر من 120 ساعة؛

ويكون هذا عدم التماثل أكثر حدة في البنية التحتية المشتركة مثل محطات المطارات أو الحرم الجامعية الصناعية، حيث تمتد فواصل الحماية من الحرائق عبر نطاقات تنظيمية مختلفة، لكنها يجب أن تعمل كأنظمة سلامة موحدة. ومن الضروري اتخاذ تدابير تخطيطية استباقية لتحقيق التناغم خلال مرحلة التصميم، وليس الاعتماد على التعديلات اللاحقة أثناء التشغيل، لضمان الامتثال التنظيمي وسلامة الإنسان على حد سواء.

الأسئلة الشائعة

• ما الفرق الرئيسي بين الكابلات المقاومة للحريق والكابلات المثبطة للهب؟

  تحافظ الكابلات المقاومة للحريق على سلامة الدائرة أثناء التعرض للحريق، في حين أن الكابلات المثبطة للهب تؤخر الاشتعال بشكل أساسي وتكبح انتشار اللهب دون ضمان استمرار التشغيل.

• لماذا يُعد المعيار الدولي IEC 60331 حاسمًا في تقييم مقاومة الحريق؟

  يُعد المعيار الدولي IEC 60331 المرجع العالمي من خلال اختبار قدرة الكابلات على الحفاظ على الدوائر سليمة أثناء التعرض لدرجات حرارة عالية تحت لهب مباشر.

• ما الذي يجعل كابلات MICC متفوقة من حيث مقاومة الحريق؟

  تتكون كابلات MICC من مواد غير عضوية لا تتفكك عند درجات الحرارة العالية، مما يوفر مقاومة فائقة للحريق دون إنتاج أبخرة سامة.

• كيف تساهم تصنيفات PH في دعم أنظمة السلامة من الحرائق؟

  تضمن تصنيفات PH استمرار التشغيل أثناء حدوث حريق حقيقي، وتوفّر دعماً حيوياً لأنظمة السلامة مثل إنذارات الحريق والإضاءة الطارئة.

• لماذا تمثل الفروقات في المعايير الإقليمية مخاطر في مشاريع البنية التحتية العالمية؟

  يمكن أن تؤدي الفروق إلى فجوات في السلامة، وزيادة التكاليف، وتأخير الجداول الزمنية بسبب متطلبات اختبار الإجهاد المختلفة عبر المناطق.