Пожарная безопасность кабелей СКС

В условиях высоких темпов научно-технического прогресса комфортная жизнь в быту и нормальная профессиональная деятельность на работе невозможна для современного человека без непрерывного обращения к тем услугам, которые оказывают ему компьютерные и телекоммуникационные устройства самого разнообразного назначения. Эффективность функционирования такого оборудования, эксплуатируемого на различных объектах недвижимости, резко увеличивается в случае объединения отдельных устройств в сеть и формирования информационно-вычислительных систем самого разнообразного назначения.

Специализированные телекоммуникационные устройства, непосредственно взаимодействующие с человеком, обеспечивают передачу информации различного вида. На технические средства вычислительной техники возлагаются рутинные операции не только поиска и обработки данных, но и точного и комплексного регулирования многочисленных инженерных систем современного здания. Важным при этом является то, что хранение, обработка и передача информации осуществляется в единой цифровой форме. Эта особенность дает возможность реализовывать отдельные специализированные системы как часть большой обобщенной информационной системы и рассматривать сетевые компьютерные устройства и телекоммуникационное оборудование с единых позиций.

Физический уровень современной информационной системы может быть сформирован по различным принципам. Тем не менее, с учетом естественного для случая массового потребления стремления к достижению наилучшего значения той обобщенной характеристики, которой является технико-экономическая эффективность, в основной массе случаев для этого привлекаются проводные каналы связи, которые реализуются с помощью структурированной кабельной системы. Другие возможные решения (Wi-Fi, широко обсуждаемая в последнее время Li-Fi, передача по существующей силовой проводке и т.д.) даже в случае наличие серийно выпускаемого оборудования значительно проигрывают СКС по меньшей мере по одному критерию, имеющими ключевое значение для конечных пользователей.

Так, WiFi не обеспечивает высокой скорости и обладает неудовлетворительной защитой от несанкционированного доступа. Технология Li-Fi еще не вышла из стадии демонстрационных макетов. Тем не менее, даже сейчас ясно, что дальность действия ее интерфейсов не превысит нескольких метров, т.е. будет по меньшей мере на порядок ниже по сравнению с проводными каналами связи. При передаче по силой проводке большие затруднения вызывает наращивание количества устройств в сети и увеличение скорости передачи свыше 20 – 30 Мбит/с при расстояниях свыше 40 м.

Более того, все эти решения сами в большей или меньшей степени требуют обращения к ресурсам СКС, что наиболее ярко проявляется на верхних уровнях информационной системы. Таким образом, указанная техника может применяться только во вполне определенных нишевых областях, где проявляются ее сильные стороны (например, высокая скорость развертывания, хорошие эстетические параметры и т.д.), и не может рассматриваться как серьезная альтернатива кабельным сетям в общем случае.

Кабель СКС как элемент пожарной безопасности современного здания

Количество кабелей СКС в современном здании постоянно растет. Этому способствует несколько факторов равнонаправленного действия. Во-первых, увеличение числа различных сетевых устройств (термин “интеллектуальное здание” с его многочисленными элементами управления различными инженерными системами все чаще воспринимается как синоним термина “современное здание”). Во-вторых, сам принцип построения СКС, основанный на звездообразной топологии и предоставлении отдельного кабеля для каждой информационной розетки без использования шлейфовых соединений с целью достижения требуемого уровня эксплуатационной надежности, приводит к пропорциональному росту числа горизонтальных линий по мере увеличения количества потребителей. В таких условиях общая масса информационных кабелей в сетях среднего и большого масштабов начинает в разы превышать аналогичную характеристику силовых кабелей даже несмотря на то, что погонная масса последних существенно выше. Свою роль играет то, что при построении силовой проводки широко используется экономичное с точки зрения расхода шлейфовое соединение розеток отдельных пользовательских рабочих мест.

Сами информационные кабели не могут стать первичным источником пожара: мощность передаваемых по ним сигналов не превышает единиц Ватт, что недостаточно для воспламенения подавляющего большинства окружающих их предметов. Более того, данное положение распространяется на те популярные случаи, когда электропроводные кабели СКС привлекаются для организации дистанционного питания различных терминальных устройств по стандартам РоЕ и РоЕ+, а в перспективе даже PoE++.

Информационные кабели (как медножильные, так и оптические) содержат большое количество полимерных материалов. Последние выполняют функции изоляции цепей передачи связных сигналов от окружающей среды и создают им нормальные условия для прокладки и последующей эксплуатации. Все они представляют собой органические соединения, т.е. изделия данной разновидности могут являться вторичным источником пожара.

Механизм возникновения и поддержания пожара достаточно прост. Под воздействием высокой температуры от внешнего очага пламени уже при температуре в несколько сот градусов изначально нейтральный к нормальным условиям окружающей среды полимерный материал начинает интенсивно разлагаться. При этом выделяется входящий в его состав углерод, который свободно горит в окружающей нас атмосфере.

Кроме того, наличие в ограниченном замкнутом пространстве большого количества кабельных изделий при пожаре в случае отсутствия специальных мер потенциально приводит к еще двум крайне нежелательным последствиям.

Во-первых, одним из продуктов распада под действием высокой температуры ряда полимеров, применяемых в кабельной промышленности, являются галогены (фтор, хлор, бром, йод или их летучие соединения). Их объемы достаточно велики. Например, ранее для изготовления внешних оболочек кабелей очень большую популярность имел поливинилхлорид. При сгорании 1 кг этого материала выделяется примерно 350 литров газообразного хлорводорода, причем около 85% этого количества поступает в окружающую среду уже при температуре 300 °C. Эти галогены оказывают удушающее действие на человека, а при соединении с водой образуются очень агрессивные кислоты, разрушающие многочисленную электронную аппаратуру бытового и офисного назначения с ее негерметичными корпусами и сами конструкции здания.

Во вторых, горение полимера изоляционных покровов приводит к образованию густого дыма, затрудняющего эвакуацию людей из зоны возгорания. Сам дым из-за наличия в нем галогенов оказывает сильное удушающее действие.

Как результат, к современному информационному кабелю предъявляется целый комплекс требований, выполнение которых сводит его пожарную опасность к минимуму. Суть этих требований заключается в том, что

• кабель не должен распространять горение и не становится вторичным источником пожара;

• кабель, находящийся в зоне действия пламени и высокой температуры, не должен выделять коррозионных и удушливых газов, поражающих человека и животных, также оказывающих вредное воздействие на аппаратуру и конструкцию зданий;

• при нахождении в зоне пожара кабель должен выделять минимальное количество дыма, причем последний должен иметь минимальную оптическую плотность.

Требование нераспространения горения дополнительно конкретизируется на ряд практически важных частных случаев. Во-первых, оно рассматривается для одиночной и групповой прокладки (значимо сказывается эффект разной массы полимеров в зоне воздействия пламени). Желательно, чтобы кабель, находящийся под прямым воздействием пламени, не горел, а только обугливался, а после прекращения такого воздействия немедленно затухал. Кроме того, проверяется отсутствие возгорания окружающих предметов при падении на них капель расплавленных полимерных оболочек и покрытий.

Обеспечение требуемых противопожарных характеристик горизонтального кабеля СКС

Основные способы улучшения противопожарных характеристик кабеля немедленно вытекают из механизма его возгорания и поведения в зоне воздействия пламени. Они сводятся к двум главным мероприятиям.

Первым из них является применение механизмов недопущения разложения изоляции с образованием углерода под действием высокой температуры. Стимулирование эффектов снижения интенсивности разложения и увеличения температуры начала его протекания также относятся к этой же группе.

Второй механизм основан на блокировании попадания в зону образования углерода кислорода воздуха в объеме, достаточном для поддержания горения. Он имеет численную меру в виде т.н. кислородного индекса: процентного содержания кислорода при атмосферном давлении, при котором возможно горение. Этот механизм известен в двух вариантах: генерация паров воды и формирование защитной окисной пленки.

Конструктивные мероприятия естественным образом сводятся к внедрению в конструкцию кабеля соответствующих компонентов или же применению в качестве основы изолирующих и защитных покрытий материалов с требуемыми противопожарными свойствами. В кабелях СКС из соображений достижения их хороших массогабаритных характеристик и с учетом условий эксплуатации используется практически исключительно второй подход.

Полимерные материалы, используемые в процессе производства кабельных изделий с улучшенными противопожарными свойствами, из-за жестких требований по массогабаритными характеристикам задействуются преимущественно для изготовления оболочек. Сырье для них получается за счет добавления в пластик присадок-наполнителей. Известно привлечение для этого тринитрата алюминия и гидрооксида магния. Под действием высокой температуры эти материалы подвергаются эндотермическим реакциям разложения

2Al(OH)₃ + Al₂O₃ + 6H₂О – 300 кДж/моль (начало при 200 °С);

Mg(OH)₂ + MgO + 6H₂О – 330 кДж/моль (начало при 300 °С)

Таким образом, энергия, поставляемая внешним источником пламени, направляется вначале не на разрушение и поддержку горения оболочек, а на запуск эндотермической реакции с соответствующим и довольно интенсивным понижением температуры, а также на генерацию воды, пары которой препятствуют поступлению кислорода в зону очага пламени.

Использование в качестве изоляции отдельных проводов витых пар тефлона, способствующее улучшению противопожарных характеристик изделия, потенциально возможно, но не получило широкого распространения из-за высокой стоимости этого полимера. Обращение к этому приему известно только в изделиях специального назначения, рассмотрение которых выходит за рамки данного материала.

Малодымные, огнестойкие и безгалогенные компаунды, идущие на изготовление внешних оболочек пожаробезопасных кабелей, обладают меньшей механической прочностью по сравнению с традиционными кабельными материалами. Для восстановления требуемых стандартами значений механической прочности необходимо увеличивать толщину покрытий. Кроме того, сам материал получается несколько более дорогим. Это приводит не только к некоторому увеличению площади поперечного сечения кабельных жгутов, но и определенным образом сказывается на бюджете проекта.

Отдельно укажем на то, что не все мероприятия по улучшению противопожарных характеристик кабельных изделий оказываются эффективными на практике. Так, т.н. негорючий поливинилхлорид (FR-PVC) неэффективен из-за того, что его огнестойкость усилена за счет увеличения процентной доли хлора. В результате, по комплексу характеристик класс пожарной безопасности изделия с такой внешней оболочкой даже снижается.

Отметим, что отечественная кабельная промышленность в области обеспечения пожарной безопасности горизонтальных кабелей СКС, поставленных в течение последних десяти лет на серийное производство на некоторых кабельных заводах России и стран СНГ, не может воспользоваться наработками времен СССР. Во-первых, из-за отсутствия в это время СКС как таковой. Во-вторых, хозяйственная деятельность в условиях дефицита не способствовала отработке перспективных технических решений и их внедрению в серию.

Противопожарные характеристики магистрального кабеля

Магистральные кабели СКС, как известно, делятся на изделия для внутренней и внешней прокладки. Кабели внутренней прокладки с точки зрения пожарной безопасности могут, по крайней мере, в первом приближении, рассматриваться как увеличенный аналог горизонтального кабеля и не имеют значимых особенностей. Для кабелей внешней прокладки, имеющих во многом иную конструкцию, применяется некоторые дополнительные меры. Они сводятся к следующему.

Во-первых, полиэтилен внешних оболочек заменяется на пожаробезопасные компаунды. Некоторое снижение эксплуатационной надежности за счет уменьшения влагостойкости компенсируется нормативным требованием применения подобных кабелей только как последней строительной длины линии на участке при вводе в здания. Желательно также использовать сплошные металлические противогрызунные и влагозащитные покровы.

Во-вторых, из кабельного сердечника часто удаляется крайне пожароопасный гидрофобный гель (т.н. кабели с сухой конструкцией). Влагостойкость подобного изделия несколько увеличивается применением сухих наполнителей. Последние связывают влагу и набухают под ее действием, герметизируя повреждения внешней оболочки.

В-третьих, некоторые негорючие элементы конструкции поясной изоляции в виде в первую очередь покрытий в форме стальной гофрированной ленты обеспечивают значимое улучшение пожарных характеристик кабелей.

Высокая эффективность подобных мер привела к довольно высокой популярности “сухих” конструкций. Поэтому изделия без гидрофобного геля иногда выделяют в отдельный подкласс кабелей для соединения зданий, что определяет фокусную область их применения на линиях протяженностью не свыше 300 м.

Отечественные стандарты на пожаробезопасные кабели

Ситуация с пожарной безопасностью кабельных изделий, инсталлируемых в Российской федерации, в последнее время заметно улучшилась. Классификация кабелей по комплексу соответствующих характеристик приведена в ГОСТ Р 53315-2009 “Кабельные изделия. Требования пожарной безопасности”. Стандарт принят совсем недавно и гармонизирован с международной нормативной базой, что обеспечивает соответствие отвечающих его требованиям кабелей современным требованиям по пожарной безопасности.

Под пожарной безопасностью понимается выполнение довольно длинного перечня требований различной природы. Тестирование на выполнение требований различных классов по отдельным влияющим факторам осуществляется по требованиям иных отечественных нормативных документов преимущественно серии ГОСТ-Р МЭК 60ххх, подборка которых приведена в таблице. Процедуры определения численных значений конкретных параметров производятся на специальной установке, правила ее работы и подготовки образцов, продолжительность тестирования и другие аналогичные особенности подробно расписаны в нормативной части стандартов. После проведения испытаний кабель в процессе его изготовления маркируется соответствующим индексом, указываемым на его оболочке.

Наибольшее распространение при реализации проектов СКС получили пожаробезопасные кабели двух основных разновидностей. Так называемые малодымные безгалогенные изделия (часто шифруются аббревиатурами LSZH или LS0H - от англ. low smoke zero (0) halogen) отличаются тем, что при пожаре не выделяют удушливых газов и создают дым с низкой оптической плотностью. Такие кабели без ограничений и применения дополнительных защитных мер могут прокладываться в т.н. plenum-полостях, т.е. в пространствах, куда возможен естественный доступ воздуха в количестве, достаточном для поддержания нормального горения. Примером plenum-полости является обычный фальшпотолок.

Более высокий уровень пожарной безопасности обеспечивают т.н. негорючие или огнестойкие кабели. Эти изделия не только обладают свойствами малодымности и отсутствия выделения галогенсодержащих газов, но и могут выполнять свои прямые функции при пожарах (лучшие образцы на протяжении 180 минут).

Контролируемый параметр	Обозначение	Стандарт
Одиночная прокладка провода/кабеля	Нет специального обозначения	ГОСТ-Р МЭК 60632-1 ГОСТ-Р МЭК 60632-2
Нераспространение горения при групповой прокладке	Индекс “НГ”	ГОСТ-Р МЭК 60632-3-21…25
Интенсивность выделения дыма при горении или тлении	Индекс “LS” (от англ. low smoke)	ГОСТ-Р МЭК 61034-2
Коррозионная активность продуктов дымо- и газовыделения	Индекс “HF” (от англ. halogen free), “OH” или “ZH” (от англ. zero halogen)	ГОСТ-Р МЭК 61754-1 ГОСТ-Р МЭК 61754-2
Огнестойкость	Индекс “FR” (от англ. fire resistance)	ГОСТ-Р МЭК 60331-11 ГОСТ-Р МЭК 60331-21 ГОСТ-Р МЭК 60331-31
Токсичность продуктов горения	Индекс “LTx” (от англ. low tocsic)	ГОСТ 12.1.0.144-89 NES-713

Справедливости ради укажем на то, что имеющаяся нормативная база во многом фиксирует уровень техники, который был достигнут еще полтора-два десятка лет тому назад. С учетом этого факта ряд зарубежных производящих компаний добиваются в своих серийных изделиях заметно лучших параметров пожарной безопасности. Например, немецкий концерн Leoni гарантирует при тестировании на нераспространение горения длину поврежденного участка в 50 – 60 см от места расположения горелки испытательного стенда. Стандартная кабельная продукция считается выдержавшей испытания при величине данного параметра в 2,5 м.

Проектные мероприятия

Пожарная безопасность здания в той ее части, которая относится к кабелям, может быть значительно усилена применением соответствующих проектных мероприятий.

Первым самым очевидным приемом, относящимся к данной группе, является правильный выбор исполнения кабеля касательно его противопожарных характеристик, осуществляемый с учетом конкретных условий в области его инсталляции.

Как известно, необходимость обеспечения нераспространения горения кабельными изделиями, которые прокладываются открыто в пределах здания, являются в Российской Федерации нормативным требованием. Соответствующее положение содержится в действующем Федеральном законе ФЗ № 123 от 2008 года. На его выполнение нацелены решения второй группы, которые сводятся к соблюдению действующих норм касательно правил прокладки, иногда даже в расширенной трактовке. Так, в случае введения в ТЗ на кабельную систему соответствующих положений из американского стандарта ANSI/TIA/EIA-569-B в здание может вводиться обычный кабель внешней прокладки с полиэтиленовой внешней оболочкой. Однако, не далее чем через 15 м от точки ввода должен быть выполнен переход на кабель внутренней прокладки с соответствующим уровнем пожарной безопасности.

Отметим еще два сходных по своей сути приема, которые были довольно популярны в 90-х годах прошлого столетия. В настоящее время они считаются устаревшими в первую очередь из-за своей высокой трудоемкости и поэтому не используются на практике. Их идея состоит в нанесение на внешнюю поверхность кабеля негорючего покрытия, что немедленно сопровождается усилением их пожарной безопасности. Указанная процедура осуществлялась в полевых условиях обмоткой обычной ПВХ-изолентой или обмазкой огнезащитной пастой.

Согласно действующим Нормам по пожарной безопасности НПБ само здание в обязательном порядке делится на противопожарные отсеки, границы которых задаются противопожарными преградами. С учетом этой особенности после завершения инсталляционных работ по кабельной системе все технологические отверстия в подобных преградах в обязательном порядке заделываются негорючими легко пробиваемыми материалами. Ранее для этого использовался обычный тощий цемент или вспученный перлит, в последнее время серьезную конкуренцию им начали составлять заметно более удобные в работе составы в виде замазок, а также огнестойкие маты.

Решения второй группы нацелены на трассы прокладки уже внутри противопожарных отсеков. Их общей характерной чертой является формирование вокруг кабелей ограниченного применения или их группы (пакета, жгута, пучка) общей негорючей оболочки. Данное решение применяется в тех ситуациях, когда требуется довести уровень пожарной безопасности до того значения, которое необходимо по требованиям конкретного проекта. Функции негорючей оболочки может выполнять глухой металлический лоток, металлическая или полимерная гофрированная труба, а также пластиковый короб при наличии у него соответствующего сертификата.

Алексеев А.С.