มาตรฐานการทดสอบประสิทธิภาพทนไฟสำหรับสายเคเบิลทนไฟคืออะไร

ความทนไฟ แตกต่างจาก คุณสมบัติทนเปลวไฟ: ความแตกต่างหลักสำหรับสายเคเบิลทนไฟ

เหตุใดความสมบูรณ์ของวงจรจึงเป็นตัวกำหนดความทนไฟที่แท้จริง

สิ่งสำคัญที่สุดเกี่ยวกับสายเคเบิลทนไฟคือความสมบูรณ์ของวงจร ซึ่งทำให้สายเคเบิลยังคงทำงานได้ระหว่างเกิดเพลิงไหม้ ไม่ใช่แค่หลังจากไฟดับเท่านั้น สายเคเบิลทั่วไปหรือสายที่ระบุว่าทนเปลวไฟ (flame retardant) ไม่สามารถตอบโจทย์ได้เมื่อพูดถึงการทนไฟที่แท้จริง สิ่งที่สำคัญที่สุดคือ สายเคเบิลเหล่านี้จะยังคงทำงานได้ตามปกติหรือไม่ เมื่อถูกเผาโดยตรงที่อุณหภูมิสูงกว่า 950 องศาเซลเซียส เป็นเวลาประมาณเก้าสิบนาที ขณะยังคงนำไฟฟ้าอยู่ หน่วยงานมาตรฐานได้กำหนดการทดสอบที่เข้มงวดสำหรับเรื่องนี้ผ่านมาตรฐาน IEC 60331 ซึ่งเป็นข้อมูลอ้างอิงหลักทั่วโลกสำหรับการประเมินความสมบูรณ์ของวงจร สำหรับระบบที่มีความสำคัญต่อการช่วยชีวิต เช่น สัญญาณเตือนไฟไหม้ ไฟฉุกเฉิน และพัดลมระบายควัน การมีกระแสไฟฟ้าในช่วงภาวะฉุกเฉินไม่ใช่เรื่องเลือกได้ แต่เป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่ง ตัวอย่างเช่น สายเคเบิลหุ้มทองแดงฉนวนแร่ (mineral insulated copper sheathed - MICC) สายเคเบิลประเภทนี้มีฉนวนแมกนีเซียมออกไซด์ ซึ่งเมื่อได้รับความร้อนจะกลายเป็นเกราะคล้ายเซรามิก ช่วยป้องกันการลัดวงจรและข้อผิดพลาดของโครงสร้าง แม้ทุกสิ่งรอบตัวจะลุกไหม้

การป้องกันการลุกลามของเปลวเพลิงเพียงอย่างเดียวทำไมจึงไม่เพียงพอต่อความต้องการของโครงสร้างพื้นฐานที่สำคัญ

สายเคเบิลทนไฟโดยทั่วไปผลิตจากพีวีซี-เอฟอาร์ หรือโพลิเมอร์แบบไม่มีฮาโลเจนและควันต่ำ (LSZH) ซึ่งมีเป้าหมายเพียง การหน่วงเวลาการเกิดเพลิงไหม้ และ การยับยั้งการลุกลามของเปลวไฟ , ตามมาตรฐานเช่น IEC 60332 โดยพวกเขาไม่ได้ ไม่ รับประกันการทำงานต่อเนื่องในระหว่างที่ถูกเผาไหม้ มีข้อจำกัดที่สำคัญสามประการที่แสดงให้เห็นถึงความไม่เหมาะสมสำหรับโครงสร้างพื้นฐานที่จำเป็นต่อภารกิจ:

1. ความเปราะบางต่อความร้อน : ฉนวนโพลิเมอร์เริ่มเสื่อมสภาพภายใน 20 ถึง 30 นาที เมื่อสัมผัสอุณหภูมิ 500 ถึง 700°C ซึ่งต่ำกว่าอุณหภูมิที่เกิดขึ้นจริงในไฟไหม้ระดับเต็ม
2. การล้มเหลวของการทำงาน : ความแข็งแรงเชิงกลหายไปทันทีเมื่อเผชิญกับแรงกระแทกจากน้ำดับเพลิง (เช่น การทำงานของหัวฉีดน้ำดับเพลิง) ส่งผลให้ตัวนำแยกออกจากกันทันที
3. จุดอ่อนเชิงระบบ การสูญเสียพลังงานจะลามไปยังระบบความปลอดภัยที่เชื่อมต่อกัน ทำให้ระบบไฟฉุกเฉิน ปั๊มดับเพลิง และการควบคุมตรวจสอบใช้งานไม่ได้ในช่วงเวลาที่ต้องการมากที่สุด

ในสภาพแวดล้อมที่มีความเสี่ยงสูง เช่น ใต้ดินในเหมืองแร่หรือเรือเดินทะเล การพึ่งพาเฉพาะวัสดุทนเปลวไฟเพียงอย่างเดียวจะก่อให้เกิดช่องโหว่ที่อันตรายต่อการอพยพ เนื่องจากระบบระบายควันล้มเหลว เส้นทางออกถูกมืดครึ้ม และการสื่อสารขาดหายไปในช่วงวิกฤติ สายเคเบิลทนไฟที่ได้รับการตรวจสอบยืนยันความสามารถในการรักษาวงจร จะช่วยปิดช่องโหว่เหล่านี้ด้วยความทนทานที่ได้รับการพิสูจน์แล้วและสอดคล้องตามมาตรฐาน

IEC 60331: มาตรฐานสากลสำหรับสายเคเบิลทนไฟ

มาตรฐาน IEC 60331 ยังคงถือเป็นเกณฑ์อ้างอิงชั้นนำในการทดสอบว่าสายเคเบิลทนไฟสามารถรักษาวงจรให้สมบูรณ์ได้ดีเพียงใดในระหว่างเกิดเพลิงไหม้จริง ตามข้อกำหนดนี้ สายเคเบิลดังกล่าวจะต้องยังคงทำงานได้อย่างต่อเนื่อง แม้ต้องเผชิญกับภาระไฟฟ้าเต็มที่และแรงกดดันทางกายภาพเป็นเวลาอย่างน้อยเก้าสิบนาทีติดต่อกันภายใต้เปลวเพลิงโดยตรงที่มีอุณหภูมิสูงกว่า 840 องศาเซลเซียส เวลา 90 นาทีนั้นสอดคล้องกับระยะเวลาการอพยพอาคารโดยทั่วไปค่อนข้างใกล้เคียงกัน ซึ่งหมายความว่าสายเคเบิลพิเศษเหล่านี้ช่วยรักษาระบบจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ความปลอดภัยที่สำคัญต่างๆ ได้ตลอดช่วงเวลาที่มักจะเป็นช่วงวิกฤตที่สุดของการเกิดเพลิงไหม้

ขั้นตอนการทดสอบ: การสัมผัสกับเตาเผา การจ่ายแรงดันไฟฟ้า และเกณฑ์ความสมบูรณ์เป็นเวลา 90 นาที

ในขั้นตอนการทดสอบ สายเคเบิลจะถูกวางในแนวนอนภายในเตาเผาและจ่ายไฟประมาณ 1,000 โวลต์ ก่อนที่จะนำเข้าไปสัมผัสกับเปลวเพลิงที่ควบคุมได้ เจ้าหน้าที่เทคนิคจะเฝ้าสังเกตการไหลของกระแสไฟฟ้าโดยใช้ไฟแสดงสถานะที่ต่ออนุกรมกับสายเคเบิลที่กำลังทดสอบอยู่ เมื่อวงจรไฟฟ้าขาด นั่นคือจุดที่บ่งชี้ถึงความล้มเหลว การทดสอบเหล่านี้เลียนแบบสถานการณ์จริงที่เกิดเพลิงไหม้ โดยระบบสายไฟฟ้าจำเป็นต้องสามารถนำไฟฟ้าต่อไปได้ แม้อยู่ภายใต้อุณหภูมิสูงมากจากทั้งรังสีความร้อนและการพาความร้อน เช่น ในกรณีของบันไดอาคารหรือพื้นที่เหนือฝ้าเพดาน ซึ่งเพลิงมักลุกลามอย่างรวดเร็ว แต่ยังคงจำเป็นต้องมีระบบไฟฉุกเฉินและระบบสื่อสารทำงานได้อย่างถูกต้อง

การตรวจสอบจากสภาพจริง: สมรรถนะของสายเคเบิลที่มีฉนวนเป็นแร่ธาตุและสายเคเบิลที่มีฉนวนเป็นเซรามิก

สายเคเบิล MICC เป็นที่รู้จักในด้านการให้สมรรถนะที่เกินกว่าข้อกำหนดของมาตรฐาน IEC 60331 เนื่องจากผลิตขึ้นทั้งหมดจากวัสดุอนินทรีย์ ลองพิจารณาดู: ลวดทองแดงอยู่ด้านใน ฉนวนเป็นแมกนีเซียมออกไซด์ และหุ้มด้วยเปลือกทองแดงแข็งด้านนอก ชิ้นส่วนเหล่านี้ไม่เสื่อมสภาพเมื่อสัมผัสกับอุณหภูมิสูง ไม่ปล่อยก๊าซพิษใดๆ และยังคงทำงานได้อย่างถูกต้องแม้หลังจากเผชิญกับไฟไหม้นานถึง 90 นาที นอกจากนี้ยังมีอีกประเภทหนึ่งที่ควรกล่าวถึง คือ สายเคเบิลไฮบริดแบบเซรามิก-โพลิเมอร์ ซึ่งทำงานต่างออกไปแต่ยังสามารถให้ผลลัพธ์ที่ใกล้เคียงกันได้ เนื่องจากออกแบบเมทริกซ์พิเศษที่จะสร้างชาร์ตป้องกันขึ้นมาในช่วงที่เกิดความร้อนสูงมาก สิ่งที่ทำให้ตัวเลือกเหล่านี้โดดเด่นเมื่อเทียบกับสายเคเบิลโพลิเมอร์ทั่วไปคืออะไร? ก็เพราะสายเคเบิลทั่วไปที่ทำจากพลาสติกนั้น มักจะเสียหายทั้งทางกายภาพและทางไฟฟ้า ภายในระยะเวลาที่ยังไม่ถึงเกณฑ์สำคัญ 90 นาที ในกรณีส่วนใหญ่เมื่อเกิดเพลิงไหม้

BS 6387 และค่า PH: ความต้านทานไฟที่เพิ่มขึ้นสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีความเสี่ยงสูง

การจัดอันดับ CWZ: การทดสอบพร้อมกันทั้งไฟไหม้ ฝอยน้ำ และแรงกระแทกทางกล

การจัดอันดับ CWZ ตามมาตรฐาน BS 6387 ถือเป็นหนึ่งในการทดสอบสายเคเบิลทนไฟที่เข้มงวดที่สุดในปัจจุบัน สายเคเบิลเหล่านี้ต้องสามารถทนต่อสามความท้าทายพร้อมกัน ได้แก่ ไฟเปลวโดยตรงจากรายการ C ลำน้ำที่พุ่งแรงจากรายการ W และแรงกระแทกทางกายภาพจากรายการ Z พิจารณาจากสิ่งที่เกิดขึ้นจริงเมื่อเกิดเพลิงไหม้ อาคารเริ่มพังทลายลงมา ทำให้เกิดแรงกระแทกต่างๆ ระบบหัวฉีดน้ำดับเพลิงทำงานในขณะที่ยังมีไฟไหม้อยู่ และเปลวไฟแพร่กระจายไปยังบริเวณโครงสร้างที่เสียหาย สายเคเบิลที่ผ่านการทดสอบ CWZ จะรักษาระบบวงจรให้สมบูรณ์ได้นานกว่า 180 นาที แม้จะเผชิญกับแรงเครียดทั้งหมดนี้พร้อมกัน นั่นคือเหตุผลที่สายเคเบิลประเภทนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในสถานที่เช่น อุโมงค์ใต้ดิน โรงกลั่นน้ำมัน แท่นขุดเจาะนอกชายฝั่ง และศูนย์กลางการขนส่งขนาดใหญ่ เมื่อเกิดเหตุขัดข้องในสถานที่เหล่านี้ ผลลัพธ์อาจร้ายแรงและน่าสลดใจมาก

PH30/PH60/PH120: การจัดอันดับตามประสิทธิภาพสำหรับระบบความปลอดภัยของชีวิต

ค่าการจัดอันดับ PH ตามมาตรฐาน BS EN 50200 บ่งชี้พื้นฐานว่าอุปกรณ์สามารถทำงานต่อเนื่องได้นานเท่าใดเมื่อสัมผัสกับเปลวไฟโดยตรง โดยมีสามหมวดหลัก ได้แก่ PH30 ซึ่งคงทนได้นาน 30 นาที, PH60 ที่รับมือได้นานหนึ่งชั่วโมง และ PH120 ที่สามารถใช้งานต่อไปได้นานถึงสองชั่วโมงเต็ม ระบบดังกล่าวประเมินจากสถานการณ์จริง มากกว่าการตรวจสอบเพียงแค่เอกสารตามข้อกำหนด ตัวอย่างเช่น สายเคเบิล PH120 มีความจำเป็นในสถานที่อย่างโรงพยาบาล อาคารสูง และศูนย์ข้อมูล ซึ่งผู้คนอาจต้องใช้เวลานานขึ้นในการอพยพอย่างปลอดภัย สิ่งอำนวยความสะดวกเหล่านี้ต้องอาศัยพลังงานไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องสำหรับระบบสำคัญ เช่น สัญญาณแจ้งเหตุเพลิงไหม้ ไฟฉุกเฉิน และระบบควบคุมเครื่องปรับอากาศในช่วงเวลาอพยพ ความแตกต่างที่สำคัญคือ การจัดอันดับ PH ไม่อนุญาตให้บริษัทปลอมแปลงการปฏิบัติตามข้อกำหนด แต่จะต้องมีการทดสอบจริงในวงจรที่กำลังทำงานอยู่ภายใต้สถานการณ์เพลิงไหม้จำลอง ซึ่งทำให้มั่นใจในระดับความปลอดภัยได้ดียิ่งขึ้นในภาวะฉุกเฉิน

มาตรฐานสากลและการเปลี่ยนแปลงตามภูมิภาคหลักสำหรับสายเคเบิลทนไฟ

GB/T 19216.21-2003 (จีน) และ EN 50200: ช่องว่างในการประสานงานและนัยสำคัญเชิงปฏิบัติ

มาตรฐานจีน GB/T 19216.21-2003 และมาตรฐานยุโรป EN 50200 ต่างก็พิจารณาถึงความทนทานของวงจรไฟฟ้าในระหว่างเกิดเพลิงไหม้ แต่ทั้งสองมีวิธีการทดสอบที่แตกต่างกันอย่างมาก มาตรฐาน GB/T กำหนดให้ต้องสัมผัสกับเปลวไฟเป็นเวลานานกว่า มากกว่า 120 นาที และยังต้องการให้สายเคเบิลสามารถทนต่อแรงกระแทกเชิงกลในขณะที่ถูกให้ความร้อน ซึ่งไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของข้อกำหนดใน EN 50200 เลย ขณะที่มาตรฐานยุโรปมุ่งเน้นไปที่ความสามารถในการต้านทานการพ่นน้ำของสายเคเบิลมากกว่า เนื่องจากความแตกต่างเหล่านี้ สายเคเบิลที่ได้รับการรับรองตามมาตรฐาน PH120 ของยุโรปอาจไม่ผ่านการทดสอบแรงกระแทกตามข้อกำหนดของ GB/T ดังนั้น ผู้ผลิตจึงมักต้องสร้างรุ่นพิเศษของผลิตภัณฑ์สำหรับตลาดแต่ละแห่ง สำหรับโครงการโครงสร้างพื้นฐานขนาดใหญ่ที่ข้ามหลายประเทศ เช่น เส้นทางรถไฟความเร็วสูงและศูนย์กลางการขนส่งร่วม การจัดการใบรับรองอาจใช้เวลานานขึ้นอีก 4 ถึง 8 สัปดาห์ ผลการสำรวจโครงการก่อสร้างระหว่างประเทศในปี 2023 ชี้ให้เห็นว่าปัญหานี้เป็นอุปสรรคสำคัญสำหรับบริษัทที่ดำเนินงานข้ามพรมแดน

เหตุใดความแตกต่างของการทดสอบจึงมีความสำคัญในโครงการโครงสร้างพื้นฐานข้ามพรมแดน

ความแตกต่างในระดับภูมิภาคนี้ก่อให้เกิดความเสี่ยงที่จับต้องได้สามประการสำหรับโครงการระดับโลก:

• ช่องว่างด้านความปลอดภัย : สายเคเบิลที่ได้รับการตรวจสอบตามมาตรฐานเพียงข้อเดียวอาจขาดความทนทานต่อแรงเครียดที่ไม่ได้รับการทดสอบ เช่น แรงกระแทกทางกลโดยไม่มีละอองน้ำ ซึ่งอาจทำให้ประสิทธิภาพลดลงในกรณีเกิดเพลิงไหม้ที่มีสภาพแวดล้อมผสมผสาน
• ต้นทุนที่สูงขึ้น : การรับรองสองมาตรฐานเพิ่มต้นทุนการจัดซื้อวัสดุขึ้น 18 ถึง 25% สำหรับโครงการขนาดใหญ่
• ความเสี่ยงต่อตารางเวลา : การทดสอบซ้ำที่ไม่ได้วางแผนไว้ระหว่างการก่อสร้าง ทำให้กิจกรรมสำคัญหยุดชะงักเป็นเวลาเกินกว่า 120 ชั่วโมง

ความไม่สอดคล้องกันดังกล่าวมีความรุนแรงเป็นพิเศษในโครงสร้างพื้นฐานร่วมกัน เช่น เทอร์มินอลสนามบินหรือพื้นที่อุตสาหกรรม ที่ช่องกั้นไฟฟ้าข้ามเขตอำนาจต่างๆ แต่ต้องทำงานเป็นระบบความปลอดภัยที่รวมศูนย์ การวางแผนการประสานมาตรฐานตั้งแต่ขั้นออกแบบ ไม่ใช่การปรับปรุงย้อนหลังในช่วงการส่งมอบงาน เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้มั่นใจทั้งความสอดคล้องตามกฎระเบียบและความปลอดภัยของผู้คน

คำถามที่พบบ่อย

• ความแตกต่างหลักระหว่างสายเคเบิลทนไฟและสายเคเบิลหน่วงการลุกไหม้คืออะไร

  สายเคเบิลทนไฟรักษาความสมบูรณ์ของวงจรขณะเผชิญกับไฟไหม้ ในขณะที่สายเคเบิลหน่วงการลุกไหม้ส่วนใหญ่ช่วยชะลอการจุดติดและยับยั้งการลุกลามของเปลวไฟ โดยไม่รับประกันการทำงานต่อเนื่อง

• เหตุใด IEC 60331 จึงมีความสำคัญต่อการประเมินความสามารถในการทนไฟ

  IEC 60331 กำหนดมาตรฐานระดับโลกโดยการทดสอบความสามารถของสายเคเบิลในการรักษาระบบวงจรให้คงอยู่ระหว่างการถูกเปลวไฟโดยตรงและได้รับอุณหภูมิสูง

• อะไรทำให้สายเคเบิล MICC มีความเหนือกว่าด้านการทนไฟ

  สายเคเบิล MICC ประกอบด้วยวัสดุอนินทรีย์ที่ไม่เสื่อมสภาพภายใต้อุณหภูมิสูง จึงมีความสามารถในการทนไฟได้ดีเยี่ยมโดยไม่ปล่อยก๊าซพิษ

• การจัดอันดับ PH ช่วยระบบความปลอดภัยในชีวิตได้อย่างไร

  การจัดอันดับ PH รับประกันการทำงานอย่างต่อเนื่องในสถานการณ์ไฟไหม้จริง ช่วยสนับสนุนระบบที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัยในชีวิต เช่น สัญญาณเตือนไฟไหม้ และไฟฉุกเฉิน

• เหตุใดความแตกต่างของมาตรฐานตามภูมิภาคจึงก่อให้เกิดความเสี่ยงในโครงการโครงสร้างพื้นฐานระดับโลก

  ความแตกต่างกันอาจนำไปสู่ช่องว่างด้านความปลอดภัย การเพิ่มขึ้นของต้นทุน และการล่าช้าของกำหนดเวลา เนื่องจากข้อกำหนดในการทดสอบความเครียดที่แตกต่างกันในแต่ละภูมิภาค