業界の知識
難燃性カテゴリーとその分類が実際に何を意味するか
難燃性コントロールケーブル は単一の製品カテゴリではなく、IEC 60332 およびそれに相当する中国版 GB/T 18380 によって定義された段階的な分類システムにまたがっており、各段階は意味のある異なるレベルの防火性能を反映しています。最も一般的に指定されている段階は、IEC 60332-1 (単一ケーブルの垂直燃焼試験)、IEC 60332-3 (束ねたケーブルの垂直火炎伝播試験)、およびより要求の厳しい IEC 60332-3-22 ～ 60332-3-25 カテゴリであり、これらのカテゴリは、試験中に燃焼するケーブル材料の総量が異なります。これらの違いを理解することが重要なのは、単一ケーブルのテストに合格したケーブルであっても、他の数十のケーブルと一緒に密集したケーブル トレイに設置された場合、火災が伝播する可能性があるためです。これはまさに産業用制御室、開閉装置の建物、プロセス プラントのケーブル ルートで見られる状態です。
IEC 60332-3 バンドル テストは、トレイ 1 メートルあたりの非金属総体積を規定した 3.5 メートルの垂直ラダーのケーブルを燃焼させることにより、実際の設置密度をシミュレートします。カテゴリ A (最も厳しい) では、トレイ 1 メートルあたり最大 7 リットルの非金属ケーブルの通過が許可されますが、カテゴリ C では、1 メートルあたり最大 1.5 リットルの非金属ケーブルの通過が許可されます。許可される量が少ないほど、炎を維持するための可燃性物質が少なくなるため、通過が容易になります。実際の設置密度がカテゴリ A の条件に相当する高密度のケーブル トレイにカテゴリ C のケーブルを指定することは、よくある危険な誤算です。トレイ設置用に難燃性制御ケーブルを選択するエンジニアは、単に「難燃性」を一般的な要件として指定するのではなく、対象とするケーブル充填材の 1 メートルあたりの実際の非金属体積を計算し、適切なテスト カテゴリに適合させる必要があります。
火炎伝播を超えて、LSZH (低煙ゼロハロゲン) および LSHF (低煙ハロゲンフリー) バリアントは、密閉施設でますます要求される追加の性能寸法を導入します。標準の PVC 絶縁難燃性ケーブルは、燃焼すると塩化水素ガスと濃い黒煙を放出します。HCl は電子機器に対して腐食性があり、人体にも有毒であり、濃い煙は避難の妨げになります。 LSZH 配合では、ハロゲンベースの難燃剤を排除し、燃焼時に酸性ガスではなく水蒸気を放出する鉱物ベースのシステム (通常はアルミニウム三水和物または水酸化マグネシウム) を採用しています。 Zhishang Cable は、PVC ベースと LSZH の両方のバージョンを生産しています。 難燃性コントロールケーブル 各プロジェクトの特定の環境および規制要件に合わせて材料を選択します。
難燃性添加剤が電気的および機械的ケーブルの特性に与える影響
ケーブルの絶縁体および外装化合物で難燃性を実現することは、化学的に中立ではありません。燃焼を抑制する添加剤は、誘電特性、柔軟性、長期劣化挙動に影響を与える形でポリマーマトリックスと相互作用します。このトレードオフは、制御ケーブルの用途において特に重要であり、絶縁抵抗、導体間の静電容量、およびマルチコア構成における信号の完全性が、防火性能だけを追求するだけでは妥協できない機能要件である。
ハロゲン化 (PVC ベース) 難燃性化合物では、三酸化アンチモンが PVC にすでに存在する塩素と並んで難燃相乗剤として一般的に使用されます。発火の抑制には効果的ですが、三酸化アンチモンを多く配合すると絶縁体の誘電率が増加し、体積抵抗率が低下するため、多芯制御ケーブル内の隣接する導体間の容量結合が増加する可能性があります。低レベルのアナログ信号または高速シリアル通信を伝送する制御回路の場合、この単位長さあたりの静電容量の増加により、信号の減衰が増大し、使用可能なケーブル長が制限されます。この結果を回避するには、火炎クラスだけでなく、実際の信号周波数を念頭に置いて断熱壁の厚さと配合配合を指定する必要があります。
鉱物充填剤システムに基づく LSZH コンパウンドには、異なる一連のトレードオフが存在します。アルミニウム三水和物 (ATH) は、その吸熱分解によって意味のある難燃性を実現するために、非常に高濃度 (通常はポリマー化合物の 50 ～ 65 重量%) で配合する必要があります。このような負荷レベルでは、コンパウンドは未充填のポリマーよりも硬く脆くなり、柔軟性と低温性能が低下します。メーカーは、分散を改善し、剛性の低下を軽減するエラストマーベースポリマー (EVA、EBA、または TPE) と表面処理されたフィラー粒子を通じてこの問題に対処しています。その結果、IEC 60332-3 火炎性能と IEC 60811 冷間曲げ準拠の両方を達成できるコンパウンドが得られます。ただし、それは、市販のコンポーネントから組み立てるのではなく、配合がこのバランスに特化して設計されている場合に限ります。 Anhui Zhishang Cable Technology Co., Ltd. は、材料サプライヤーの認定だけに頼るのではなく、火炎試験と機械試験の両方を通じて複合性能を検証し、完成したケーブルが指定されたすべてのパラメータを同時に満たしていることを確認します。
| 複合タイプ | 難燃機構 | 柔軟性への影響 | 燃焼時のガス排出量 |
|---|---|---|---|
| FR-PVC | ハロゲンガスが燃焼連鎖を遮断 | 中程度。可塑剤依存性 | HCl、濃い黒煙 |
| LSZH / ATH充填 | 吸熱分解、水蒸気 | 減少しました。エラストマーベースが必要です | 水蒸気、低煙、塩酸不使用 |
| LSZH / MDH充填 | 吸熱分解、高温範囲 | ATH に似ています。高温でより良い | 水蒸気、低煙、塩酸不使用 |
| リン系（膨張性） | チャー層が形成され、表面が絶縁されます | いいですね。フィラーの充填量を減らす必要がある | 低煙、ハロゲンフリー |
難燃性制御ケーブルのシールド構成とその EMI 性能への影響
産業環境の制御ケーブルは、可変周波数ドライブ、大電流スイッチング機器、電源ケーブルと並行して動作します。これらはすべて、シールドが不十分な場合、低レベルの制御信号を損なう可能性がある電磁干渉を生成します。難燃性制御ケーブルでは、シールドは電気的性能だけでなく、周囲の難燃性構造との互換性も考慮して設計する必要があります。シールド ドレイン ワイヤ、バインダー テープ、および金属要素はすべて、ケーブル全体の火災挙動と相互作用し、ケーブルの定格燃焼性能を損なう熱ブリッジや局所的な発火点を生じさせてはなりません。
難燃性コントロール ケーブルの 2 つの主なシールド構造は、ドレイン ワイヤを備えた全体的なアルミニウム - ポリエステル (Al/PET) ホイル シールドと、全体または個別の錫メッキ銅編組シールドです。フォイル シールドは、ほぼ 100% の光学的カバレッジを提供し、容量結合された高周波干渉に対して効果的ですが、機械的剛性が高いため、繰り返しの曲げや取り付けの引っ張り中にシールドのオーバーラップ ジョイントで裂けやすくなります。編組シールドは光学的カバー率が低くなります (通常 85 ～ 95%) が、はるかに優れた機械的堅牢性と低いシールド抵抗を備えているため、誘導結合低周波干渉に対する性能が向上します。開閉装置室または DCS キャビネット内の固定ルートに設置されたケーブルの場合、通常はフォイルプラスドレイン構造が適切です。電線管を通って配線されるケーブルやメンテナンス中に移動するケーブルの場合は、編組シールドが推奨されます。
アナログ信号伝送 (4 ～ 20 mA ループ、熱電対回路、RTD 接続) に使用される多芯制御ケーブルでは、全体のシールドに加えて個別のペアのシールドが必要になることがよくあります。個々のペアのシールドは、同じケーブル内の信号ペア間の回路間クロストークを防止します。これは、高レベル信号 (24V デジタル I/O など) と低レベル アナログ信号 (ミリボルト範囲の熱電対出力) が共通のケーブルを共有する場合に重大な懸念となります。個々のシールドのドレイン ワイヤは、シールド電流ループを防ぐために一端のみをアースに接続する必要があります。シールド電流ループを防止すると、シールドがブロックする予定だった低周波ノイズが再導入されます。この接地規則はシールド材料自体と同じくらい重要であり、ケーブルの設置および終端に関する文書で明確に指定する必要があります。
一般的なシールド構成と一般的な用途
- 全体の Al/PET フォイル ドレイン ワイヤ: コスト効率の高い高周波 EMI 保護。固定 DCS/PLC 信号ケーブルの配線に適しています。繰り返し曲げるとフォイルが損傷しやすくなります。
- 全体的な錫メッキ銅編組: 機械的耐久性と低周波シールド効果が向上。電線管の設置または重大な 50/60 Hz 干渉源のある環境に適しています。
- 個々のペアフォイル全体編組 (二重シールド): 最高の回路間絶縁。混合信号レベルがケーブルを共有する場合に必要です。高精度アナログ計測ループで使用されます。
- シールドなし (装甲のみで遮蔽): 固有のノイズ耐性を持つデジタル制御信号に適しています (24V DC スイッチングなど)。アナログ測定回路には適していません。
多回路制御ケーブル設置のためのコア数とグループ化戦略
多回路制御設備に多数の小さいコア数のケーブルを配線するか、少数の大きいコア数のケーブルを配線するかの決定は、初期のケーブル調達コストをはるかに超える火災のリスク、メンテナンス アクセス、および長期的な柔軟性に影響を及ぼします。トレイ内に個別に被覆された小さなケーブルが密に束ねられると、1 メートルあたりの非金属の総体積が増加し、個々のケーブルが難燃性定格を備えている場合でも、実効燃焼負荷が増加します。回路を少数のマルチコア ケーブルに統合すると、トレイの充填と燃焼負荷が軽減されますが、単一障害点が発生し、1 本のケーブルの損傷が無関係な複数の回路に同時に影響を与える可能性があります。
プロセス産業や発電施設で使用される実際的なアプローチは、地理的な近さではなく機能システムごとに回路をグループ化し、安全性が重要な回路 (緊急停止、火災およびガス検知) と動作制御回路 (プロセス制御ループ、モータースターター、計装) に別個のケーブルを使用することです。この分離により、単一のケーブル障害がプロセス制御機能とその安全バックアップの両方を同時に無効にすることがなくなります。また、ある機能グループに障害が発生しても、別の機能グループの配線に影響を与える必要がないため、障害の発見とケーブルの交換も簡素化されます。 IEC 60364 や石油化学および電力分野の施設固有のエンジニアリング標準を含む多くの設置標準では、この種の回路分離が明示的に義務付けられています。
マルチコア制御ケーブル内の予備コアの計画は、仕様段階で過小評価されることが多いもう 1 つの側面です。初期建設時に 10 ～ 20% の予備コアを備えたケーブルを敷設するコストは、プロジェクトの総価値に比べればわずかですが、建設後に回路を追加するには、新しいケーブルの引き込みが必要になります。これは混乱を招き、高価であり、混雑した既存のルートでは物理的に不可能な場合もあります。予備コアは 1 つのケーブルに集中させるのではなく、ケーブル グループ全体に分散する必要があります。また、大規模な追跡作業を行わなくても、予備コアを識別してアクティブにできるように、その位置を体系的に文書化する必要があります。アプリケーション サポート機能の一環として、Zhishang Cable はエンジニアリング チームと協力して、予測されるシステム拡張シナリオに基づいてコア数の選択を最適化し、試運転からわずか数年以内にケーブル インフラストラクチャがプラント変更の制限となる一般的な状況を回避するのに役立ちます。
