Halogen-Free Low Smoke Control Cables Manufacturers

業界の知識

ハロゲンフリー難燃性の背後にある化学と、フィラー配合量が重要な設計変数である理由

従来の難燃性 PVC ケーブルは、燃焼中に塩化水素ガスを放出することで耐火性を実現し、炎を維持する化学連鎖反応を遮断します。ハロゲンフリーの化合物はこのメカニズムを利用できず、代わりに金属水酸化物充填剤（最も一般的にはアルミニウム三水和物（ATH、Al(OH)₃）または水酸化マグネシウム（MDH、Mg(OH)₂））の吸熱分解に依存して燃焼を抑制します。これらのフィラーが分解温度 (ATH の場合は 180 ～ 200 °C、MDH の場合は 300 ～ 320 °C) まで加熱されると、化学的に結合した水蒸気を放出し、燃焼ゾーンから熱を吸収し、火炎内の酸素と燃料蒸気の濃度を薄めます。固体残留物（酸化アルミニウムまたは酸化マグネシウム）は保護炭化層を形成し、下にある材料を輻射熱から遮断し、さらなる熱劣化を遅らせます。

この難燃メカニズムの基本的な課題は、適切な防火性能を達成するには、非常に高い充填剤の配合量 (通常、全配合配合物の 50 ～ 65 重量%) が必要であることです。これらの添加レベルでは、金属水酸化物粒子がコンパウンドの機械的特性を支配し、未充填のポリオレフィンベースポリマーと比較して剛性と脆性が大幅に増加します。 60% ATH で配合された HFFR コンパウンドの破断伸びは 150 ～ 200% ですが、未充填のポリオレフィンベース樹脂の破断伸びは 400 ～ 600% です。この伸びの減少は、ケーブルの低温性能と屈曲寿命に直接影響します。これは、低温環境での設置中や使用中に長時間屈曲した後に絶縁体に亀裂が生じる可能性があるためです。機械的耐火性能のトレードオフを管理することは、HFFR ケーブルコンパウンド開発における配合上の中心的な課題であり、同じ難燃性試験基準を満たしている場合でも、メーカーごとに HFFR ケーブルの低温柔軟性が大幅に異なる理由を説明しています。

ケーブルを 200°C 付近またはそれ以上で動作させる必要がある場合は、ATH よりも MDH が推奨されます。これは、高負荷または高周囲条件での通常のケーブル動作温度と重なる温度で ATH が結合水を放出し始め、フィラーの早期分解が発生し、時間の経過とともにコンパウンドが劣化するためです。 MDH のより高い分解温度 (300°C) は、動作温度よりも広いマージンを提供しますが、活性化するにはより高い火炎温度が必要です。つまり、MDH ベースの化合物は、実際の火災シナリオを代表する高強度の火災曝露下では同等以上の性能を発揮する一方で、低強度の火炎試験ではわずかに低い性能を示す可能性があります。高品質 HFFR 制御ケーブルのメーカーは、すべての定格にわたって単一の化合物を適用するのではなく、ケーブルの温度クラスに基づいてフィラーの種類を選択します。

低煙基準が実際に何を測定するのか、そして試験室の結果が実際の避難条件にどのように反映されるのか

HFFR ケーブルの低発煙性能は IEC 61034 によって定量化され、標準化された 3m × 3m × 3m の密閉チャンバー内でケーブル サンプルの燃焼によって生成された煙を通る最小光透過率を測定します。このテストでは、蓄積された煙によって光度計のビームからの光がどの程度遮断されるかを測定しながら、チャンバーの床にある格子上で指定された長さのケーブルを燃焼させます。最小透過率 60% がコンプライアンスの閾値です。これは、光度計のビーム強度の少なくとも 60% が煙が充満したチャンバーを通って検出器に到達することを意味します。 PVC の燃焼に典型的な重く不透明な煙を生成するケーブルの透過率は通常 5 ～ 20% ですが、適切に配合された HFFR 構造の透過率は 60 ～ 95% です。

このテスト結果の実際的な重要性は、避難視認性との関係です。煙の遮蔽と煙が充満した空間における人間のナビゲーション性能に関する研究により、煙の中の可視距離は煙の層の吸光係数に比例することが確立されました。 IEC 61034 チャンバー (光路長 3 メートル) における 60% の透過率は、約 0.17 m-1 の消光係数に相当します。この減衰係数では、建物の居住者は煙の向こう側約 10 ～ 15 メートル先を見ることができ、出口ドアのレベルに照明付きの出口標識が表示されます。これは、ほとんどの建物の廊下を出口に向かって移動するのに十分な量です。同じチャンバー内で透過率 10% の PVC ケーブルの煙は、0.75 m⁻¹ を超える吸光係数を生成し、視界が 2 ～ 4 メートルに低下し、毒性によって無力化されていない建物居住者であっても出口の航行が著しく損なわれます。

規格者が理解すべき IEC 61034 テストの重要な制限は、制御された低エネルギー点火源の下で比較的小さなケーブル サンプルからの煙の量を測定することです。高密度に充填された設備での実際のケーブル トレイ火災では、単位時間あたりにテスト シナリオよりもはるかに多くの煙が発生し、煙の絶対量は同時に燃えるケーブルの量に比例します。これが、IEC 61034 の結果が、IEC 60332-3 (グループ化されたケーブル テスト) に基づく延焼性能と並行して考慮される必要がある理由です。単位長さあたりの煙の発生量が少ないものの、グループ化されたケーブル テストで自己消火に失敗したケーブルは、急速に自己消火し、火災によって消費されるケーブルの量を制限するわずかに高い煙のケーブルよりも、最終的により多くの総煙を生成します。

主要パラメータにおける HFFR 制御ケーブルの性能と標準 FR-PVC の比較

HFFRの選択 コントロールケーブル 標準の難燃性 PVC と比較すると、さまざまな性能面でのトレードオフが発生します。決定は、一方の材料システムを他方よりも優先するのではなく、特定の設置環境にとってどのパラメータが重要であるかに基づいて行う必要があります。

上の表に含まれていないパラメーターの 1 つは、長期的な老化現象です。 PVC 絶縁体には可塑剤 (通常はフタル酸エステルまたはアジピン酸エステル) が含まれており、数十年にわたる使用によりこれらの可塑剤が化合物から流出し、ケーブルのジャケットと絶縁体が徐々に硬くなり、脆くなります。この可塑剤の移行は温度が上昇すると加速し、不可逆的になります。設置時には柔軟な PVC ケーブルでも、20 年を高温のコントロール パネル内に置くと、著しく脆化する可能性があります。ポリオレフィン樹脂をベースとした HFFR コンパウンドには可塑剤が含まれていないため、このような老化メカニズムが発生せず、耐用年数を通じて機械的特性が維持されます。のために コントロールケーブル 設計耐用年数が 25 ～ 40 年の重要インフラ用途では、耐火性能要件だけでは要求されない環境でも、この経年変化が HFFR 構造を支持する重要な要因となります。

火災時の回路の完全性: 耐火性を備えた HFFR ケーブルと標準 LSZH の違い

低煙ハロゲンフリー ケーブルと耐火ケーブルは、さまざまな火災安全目標に対応しているため、仕様が混同されることがよくあります。標準の HFFR/LSZH ケーブルは、燃焼生成物の毒性と不透明度を制限しますが、火災自体が発生している間、ケーブルが信号や電力を伝送し続けることを保証するものではありません。ケーブルは、絶縁が劣化すると最終的には機能しなくなります。耐火ケーブル (IEC 60331 に準拠してテスト済み) は、電気回路の完全性を指定された温度で定義された期間維持するように設計されており、非常照明、火災警報器、排煙ファン、非常用電源などのシステムが建物の避難中も動作し続けることができます。

IEC 60331 では、完成したケーブル サンプルを 750°C (ワイヤーおよび小型ケーブルの場合は IEC 60331-21) または 830°C (より大きな断面積のケーブルの場合は IEC 60331-23) で、ケーブルが定格電気負荷下にある状態で直火にさらします。ケーブルは、テスト期間中 (通常は 90 分または 180 分)、フラッシュオーバー、短絡、または断線が発生することなく導通を維持する必要があります。この性能を達成するには、標準の HFFR とは根本的に異なる絶縁システムが必要です。各導体またはケーブル コアの周囲に巻かれたマイカ テープ層は、すべての有機ポリマー材料が燃焼してから長い時間が経っている火炎温度でも電気的に無傷のままである耐火性鉱物絶縁バリアを提供します。

耐火性とハロゲンフリー性能の組み合わせは、一部の規格では HFFR CWZ (火災時の回路完全性) として指定され、あるいは欧州の鉄道および公共建築用途では EN 50200/EN 50362 で指定されており、燃焼生成物を制限する外側の HFFR ジャケットでマイカテープ回路の完全性を層化することによって実現されます。この構造は、国内および国際のさまざまな火災安全規定に基づいて、病院、トンネル、高層ビル、海上プラットフォームの緊急制御ケーブルに必須です。マイカテープ層によりコストが大幅に増加し、ケーブル直径が増加します (通常、同等の標準 HFFR ケーブルよりも外径が 15 ～ 25% 大きくなります)。ただし、火災生成物の毒性要件と回路存続要件の両方を同時に満たす唯一の構造です。

耐火性 HFFR 制御ケーブルの実際の設置上の考慮事項は、絶縁体の下にあるマイカ テープ層が機械的に壊れやすいということです。マイカは脆い鉱物であり、ケーブルが最小曲げ半径未満で曲げられたり、設置中に衝撃を受けたりすると剥離する可能性があります。損傷したマイカテープは、外側の絶縁が無傷のままであれば外部からは見えないかもしれませんが、損傷箇所では回路の完全性性能が損なわれます。耐火ケーブルは、設置時に標準の制御ケーブルよりも細心の注意を払って取り扱う必要があり、最小曲げ半径の仕様を厳守し、ケーブル トレイや導管環境での衝撃から保護する必要があります。

特定の業界環境向けの HFFR 制御ケーブルの指定: 要件の主な違い

HFFR 制御ケーブルはいくつかの業界分野で必要とされていますが、特定の性能しきい値、テスト基準、および構造要件は分野によって大きく異なります。ある分野で認証されたケーブルは、その材料システムが同一であっても、別の分野の要件を満たさない場合があります。次の内訳は、ハロゲンフリー低煙制御ケーブルが指定されている最も一般的な需要の高い分野をカバーしています。

鉄道と公共交通機関

鉄道用途はヨーロッパの EN 45545-2 によって管理されており、設置場所の火災リスクに基づいてケーブルを危険レベル (HL1、HL2、HL3) に分類しています。HL3 は、地下鉄など、乗客が存在し避難が困難なエリアのケーブルに適用されます。 EN 45545-2 は、熱発生率 (ISO 5660 に従ってコーン熱量計で測定)、火炎伝播、発煙、毒性指数の制限値を同時に指定しており、そのしきい値は建築用途で使用される IEC 60332/60754/61034 スイートよりも大幅に厳格です。特に、毒性指数 (NF X70-100 または FTIR 法で測定) は、IEC 60754 のバルク酸性ガス測定だけでなく、複数の燃焼ガス種 (CO、HCN、HF、SO₂、NOₓ など) に対して定義された制限値を下回る必要があります。建物設置用の標準 LSZH 要件を満たすケーブルは、毒性指数に関して EN 45545-2 HL2 に合格しない可能性があります。

海洋および海洋

オフショアプラットフォームおよび商用船舶は、IEC 60331 耐火要件と併せて IEC 60092-359 (海洋ケーブル、ハロゲンフリー) を適用します。海洋設備では、建物やレールの仕様には存在しない耐海水要件が追加されます。ケーブル ジャケットは浸漬後も機械的完全性を維持する必要があり、塩水にさらされたときに膨潤したり剥離したりしてはなりません。これは、濡れたエリアや露出した甲板上を通るケーブルに関連します。さらに、IMO 決議 MSC.61(67) (FTP コード) では、船室火災を代表する特定の空気流および熱曝露条件下で実施される表面火炎伝播および煙密度試験が規定されており、これは IEC 61034 煙試験の静止空気条件とは異なります。 IEC 61034 に準拠したケーブルは、個別に検証しない限り、IMO FTP コード付録 1 または 2 の煙テストに自動的に準拠することはありません。

産業オートメーションとインテリジェント製造

産業オートメーション環境では、地域の消防法で義務付けられているからではなく、火災後の修復のコスト経済性を理由に、HFFR 制御ケーブルの指定が増えています。コントロール パネル、サーボ ドライブ、PLC、および HMI 機器に数百万ユーロの投資が費やされている最新のオートメーション施設で標準的な PVC ケーブルが関係する火災が発生すると、炎の直接影響を受けるエリアだけでなく、建物の外壁全体の電子アセンブリを腐食させるのに十分な量の HCl が放出されます。腐食は直ちに故障として現れるわけではありませんが、火災発生後 6 ～ 18 か月にわたって進行性の接続劣化、PCB トレースの腐食、および接触抵抗の増加として現れます。大規模な自動化施設内で HCl に汚染された電子機器を交換または洗浄するには、焼けたケーブルの価格の 10 ～ 50 倍の費用がかかる可能性があります。この経済的議論は、強制的なコード要件が存在しないインテリジェント製造施設における HFFR 制御ケーブルの自主的な採用を推進しており、高額電子機器製造プラントの保険リスク評価に HFFR ケーブル仕様を含める根拠となっています。

HFFR 制御ケーブルの低温設置: リスクと調整要件

HFFR 制御ケーブルの最も一貫したフィールド故障モードの 1 つは、低温環境での設置中の絶縁体亀裂です。これは、低温での高フィラー充填 HFFR コンパウンドの破断点伸びの減少によって引き起こされます。標準的な PVC ケーブルは、可塑剤が含まれているため -20°C 以下まで有用な柔軟性を維持しますが、多くの HFFR 配合物は 0°C 以下で著しく硬くなり、予防策を講じずに -5°C ～ -10°C 以下で曲げたり伸ばしたりすると亀裂が発生する可能性があります。これは、冬季の屋外設置プロジェクトや、周囲温度 0°C 以下でケーブルを配線する必要がある冷蔵施設では特に問題になります。

HFFR ケーブルの低温性能は、冷間曲げ試験 (IEC 60811-504) および冷間衝撃試験 (IEC 60811-506) によって特徴付けられます。冷間曲げ試験では、定義された低温で指定された直径のマンドレルにケーブルを巻き付け、亀裂がないかチェックします。低温衝撃試験では、低温で重りを付けたハンマーをケーブル部分に落とし、絶縁体に亀裂がないかどうかを検査します。これらのテストは、ケーブル仕様に記載されている温度 (化合物の配合に応じて、通常 -15°C、-20°C、または -25°C) で実施されます。ただし、-20°C での冷間曲げ試験に合格したからといって、現場でケーブルが自由に取り扱われ、-20°C で配線できることを意味するわけではありません。この試験では、定義された半径と速度で制御された曲げが適用されますが、現場での設置では繰り返しの曲げ、角の周りの引っ張り、コイルの巻き戻しが行われ、試験では再現できない応力集中が発生します。

HFFR 制御ケーブルの寒冷地での設置における最も効果的な軽減策は温度調整です。寒冷環境に設置する前に、ケーブル リールを 15°C 以上の暖房空間に少なくとも 24 時間保管します。フルケーブルリールの熱質量は、外層が温まった後もリールのコアが数時間冷たいままである可​​能性があることを意味します。そのため、コンディショニング時間はリールのサイズに基づいて決定する必要があります。小型リール (50 kg 未満) は 12 時間で適切にコンディショニングできますが、大型ドラム (300 kg 以上) は 48 ～ 72 時間のコンディショニングが必要な場合があります。低温環境での設置中は、巻き戻されたケーブルを再冷却される地面に放置するのではなく、速やかに設置する必要があります。また、最終位置に到達するまでケーブルを可能な限り真っ直ぐに配線することで、コンパウンドの定格冷間曲げ温度を下回る温度での曲げを回避する必要があります。高品質の HFFR ケーブルのメーカーは、適切な設置手順が製品の性能仕様の一部であることを認識し、標準技術データシートと並行して特定の常温設置ガイダンスを発行することが増えています。

HFFR 制御ケーブル認証の検証方法と要求する文書

HFFR 制御ケーブルのハロゲンフリーおよび低煙の主張は、認定試験所からの第三者試験報告書によって裏付けられない限り、自己宣言です。継続的な工場監視と製品の再テストを必要とする一部の電気安全認証とは異なり、HFFR 耐火性能認証は多くの場合、基準構造に対して一度取得され、その後、名目上同じ化合物で作られたケーブル構造全体に適用されます。この実践により、意味のある検証ギャップが生じます。配合配合はすべての構造で同一である可能性がありますが、ケーブルの全体的な耐火性能は、ジャケットの壁の厚さ、1 メートルあたりの総ポリマー質量 (総燃料負荷、したがって煙の発生を決定します)、および撚り線の形状 (燃焼中に空気がケーブル コアに到達しやすくなることに影響します) にも依存します。 4 コア 1.5 mm² 構造のテスト レポートは、同じケーブル ファミリ内の 12 コア 2.5 mm² 構造の耐火性能を自動的に検証しません。

正式な防火要件を持つプロジェクト用に HFFR 制御ケーブルを調達する場合、現場で資材を受け入れる前に、次の文書を要求して検証する必要があります。

• IEC 60754-1 および -2 テストレポート: 使用される特定の絶縁体およびジャケット化合物について、ハロゲン含有量がしきい値 (IEC 60754-2 の pH > 4.3 および導電率 < 10 μS/mm) を下回っていることを確認します。レポートでは、ケーブルの種類の指定だけでなく、実験室、テスト日、テストされた特定の材料化合物の指定を特定する必要があります。
• IEC 61034-2 煙濃度試験レポート: 購入する構造と同等のメートルあたりの総ポリマー質量を備えたケーブル構造の透過率が 60% 以上であることを確認します。注文したケーブルのメートルあたりのポリマー質量がテストした構造よりも大幅に多い (コアが多く、ジャケットが厚い) 場合、実際の発煙性能はテスト結果が示すよりも悪くなる可能性があります。
• IEC 60332-3 グループ化された火炎伝播レポート: テストされた構造がどのカテゴリ (A、B、C、または D) に適合するか、およびテストで使用される 1 メートルあたりの敷設ケーブルの体積を指定します。カテゴリ A (7 リットル/m) は最も要求が厳しく、産業用制御アプリケーションの高密度に充填されたケーブル トレイに最も適しています。
• 材料トレーサビリティに関する声明: 供給された特定の製造バッチが認証試験に使用されたものと同じ化合物配合を使用して製造されたことを示す製造業者からの宣言。プロジェクトの品質文書要件でこのレベルのトレーサビリティが要求される場合、化合物のバッチ番号が含まれます。
• RoHS 準拠宣言: ケーブル材料 (HFFR コンパウンド内のすべての可塑剤、安定剤、顔料、加工助剤を含む) が EU 指令 2011/65/EU 物質制限に準拠していることを確認します。一部の HFFR 化合物は、制限されたフタル酸エステルを含む加工助剤または安定剤を使用しています。 HFFR ケーブルの RoHS 準拠は自動的には行われないため、ハロゲンフリー宣言とは別に検証する必要があります。

特定の地域または分野の規格 (鉄道については EN 45545-2、船舶については IEC 60092-359、またはヨーロッパの CPR (建設製品規制) 性能分類を参照する国家建築基準) によって管理されるプロジェクトの場合、試験方法と制限値は規格間で異なるため、規格間での準拠を図るため、該当する規格の特定の試験レポートを汎用の IEC 60332/60754/61034 スイートとは別に入手する必要があります。仮定は信頼できません。