Кабели безгалогеновые: конструкция, стандарты и области применения

Безгалогеновые кабели представляют собой класс кабельно-проводниковой продукции, изоляция и оболочка которых изготовлены из композиций, не содержащих галогенидов (хлора, фтора, брома, йода). При возгорании такие кабели характеризуются значительно меньшим выделением коррозионно-активных и токсичных газов, а также плотного дыма по сравнению с традиционными кабелями на основе поливинилхлорида (ПВХ). Основное назначение – обеспечение безопасности людей и сохранности дорогостоящего оборудования в случае пожара за счет снижения вторичных факторов поражения: отравления продуктами горения, снижения видимости и коррозионного повреждения электроники.

Химическая основа и материалы

В основе безгалогеновых композиций лежат полимеры, молекулы которых состоят преимущественно из углерода, водорода и кислорода. При горении в условиях недостатка кислорода (типичных для начальной стадии пожара в закрытом помещении) продукты их разложения – в основном углекислый газ (CO2) и водяной пар (H2O) – обладают относительно низкой токсичностью. Ключевыми полимерами являются:

• Полиэтилен (PE): Используется преимущественно для изоляции. Обладает отличными диэлектрическими характеристиками.
• Сшитый полиэтилен (XLPE): Применяется для изоляции силовых кабелей. После процесса сшивания приобретает повышенную термостойкость, стойкость к деформациям и перегрузкам.
• Этилен-винилацетатный каучук (EVA): Часто выступает основой для безгалогеновых оболочек. Обеспечивает гибкость, устойчивость к УФ-излучению и механическим воздействиям.
• Полипропилен (PP): Используется в композициях для оболочек, обладает высокой твердостью и износостойкостью.
• Полиолефиновые эластомеры (POE, TPE-O): Обеспечивают высокую гибкость и эластичность кабеля в широком температурном диапазоне.

Для придания материалам необходимых противопожарных свойств (огнестойкость, нераспространение горения) в композиции вводятся специальные наполнители, главным образом, гидратированные минералы, такие как гидроксид алюминия (Al(OH)3) или гидроксид магния (Mg(OH)2). При нагреве они эндотермически разлагаются, поглощая тепловую энергию и выделяя негорючий водяной пар, который разбавляет горючие газы.

Ключевые характеристики и стандарты

Безгалогеновые кабели регламентируются рядом международных и национальных стандартов, которые устанавливают жесткие количественные критерии по поведению в огне.

Основные нормативные показатели:

• Кислотность газов (pH) и проводимость (γ): Измеряются по методу, описанному в стандарте IEC 60754 (в РФ – ГОСТ Р МЭК 60754). Испытание определяет коррозионную активность газов, выделяемых при горении материала.
  • Часть 1: Определение количества выделяемого галогеноводородного газа. Для безгалогеновых материалов содержание HCl должно быть менее 0,5%.
  • Часть 2 (или отдельный стандарт EN 60754-2 / ГОСТ Р 58151.2): Определение кислотности (pH) и проводимости. Для кабелей, маркируемых как «безгалогеновые», минимальный pH ≥ 4,3, а максимальная проводимость ≤ 10 мкС/мм.
• Плотность дыма: Испытание по IEC 61034 (ГОСТ Р МЭК 61034). Измеряется минимальная светопроницаемость в камере объемом 3 м³ при горении определенного количества материала. Для кабелей повышенной безопасности светопроницаемость должна быть не менее 60-80% (зависит от стандарта применения).
• Огнестойкость (целостность цепи): Способность кабеля сохранять работоспособность в условиях прямого воздействия пламени в течение заданного времени (например, 30, 60, 90, 120 минут). Испытания проводятся по серии стандартов IEC 60331 (ГОСТ Р 53316).
• Нераспространение горения: Испытания на распространение пламени по одиночному кабелю (IEC 60332-1), пучку кабелей (IEC 60332-3, категории A, B, C, D) и с источником пламени заданной мощности (IEC 60332-2).

Маркировка и классификация по европейским нормам (EN 50575, CPR):

С введением Строительной продукции Регламента (CPR) кабели, предназначенные для постоянной прокладки в зданиях, должны классифицироваться по семи классам пожарной опасности (Aca – Fca). Безгалогеновые кабели, как правило, соответствуют классам с дополнительными индексами дымообразования и кислотности:

• B1ca, B2ca, Cca: Классы с повышенными требованиями к нераспространению горения. Часто сопровождаются индексами:
  • s1 / s1a / s1b: Низкое дымообразование (светопроницаемость >80% / >60% / >60% с горящими каплями).
  • d0 / d1 / d2: Количество горящих капель/частиц (d0 – отсутствуют, d2 – не регламентируется).
  • a1 / a2 / a3: Кислотность (a1 – pH ≥4.3 и проводимость ≤2.5 мкС/мм – самые строгие требования; a3 – менее строгие).

Типичная маркировка высококачественного безгалогенового кабеля по CPR: B2ca, s1, d1, a1.

Конструкции и типы кабелей

Безгалогеновая технология применяется к широкому спектру кабельной продукции.

Таблица 1. Основные типы безгалогеновых кабелей и их применение

Тип кабеля	Назначение	Типичные конструкции	Стандарты
Силовые кабели низкого напряжения (0.6/1 кВ)	Распределение электроэнергии в зданиях, питание ответственного оборудования.	Жилы: медные, однопроволочные/многопроволочные. Изоляция: XLPE. Оболочка: безгалогеновый полиолефин (HFFR). Экран: медная оплетка или лента (при необходимости).	HD 603, IEC 60502-1, ГОСТ Р 53769.
Кабели управления и контроля	Соединения в системах АСУ ТП, сигнализации, диспетчеризации.	Многожильные (до 61 жилы и более). Изоляция жил: безгалогеновый PE/EVA. Общий экран и/или оболочка. Высокая гибкость.	IEC 60502-2, ГОСТ Р 53772.
Информационно-коммуникационные кабели	Структурированные кабельные системы (СКС), локальные сети, системы видеонаблюдения.	Витая пара (UTP, FTP) категорий 5e, 6, 6A, 7. Изоляция пар: PE. Разделительный элемент и оболочка: безгалогеновые материалы. Коаксиальные кабели.	ISO/IEC 11801, EN 50288, TIA/EIA-568.
Пожаробезопасные кабели (огнестойкие)	Питание систем аварийного освещения, пожарной сигнализации, эвакуационных лифтов, систем дымоудаления.	Используются специальные огнестойкие безгалогеновые слюдосодержащие ленты или другие барьерные слои поверх жил, сохраняющие изоляцию при температуре пламени 750-950 °C. Оболочка – безгалогеновый полимер.	IEC 60331, BS 7846, ГОСТ Р 53315, ГОСТ Р 58096.

Области обязательного и рекомендуемого применения

Использование безгалогеновых кабелей диктуется нормами пожарной безопасности и целесообразностью защиты критически важной инфраструктуры.

• Объекты с массовым пребыванием людей: Метрополитен, вокзалы, аэропорты, торгово-развлекательные центры, стадионы, концертные залы, музеи.
• Детские, образовательные и лечебные учреждения: Школы, детские сады, больницы, поликлиники.
• Высотные и уникальные здания: Небоскребы, многофункциональные комплексы.
• Промышленные объекты с непрерывным циклом и дорогостоящим оборудованием: АЭС, ТЭЦ, центры обработки данных (ЦОД), телекоммуникационные узлы, диспетчерские пункты, нефтехимические предприятия (внутри помещений).
• Транспортная инфраструктура: Тоннели, корабли, вагоны поездов (регламентируется отраслевыми стандартами, такими как EN 45545 для железнодорожного транспорта).

Особенности монтажа и эксплуатации

Монтаж безгалогеновых кабелей имеет свою специфику:

• Механические свойства: Некоторые типы безгалогеновых оболочек (особенно на основе EVA с большим содержанием минеральных наполнителей) могут быть менее эластичными и более жесткими на изгиб при низких температурах по сравнению с ПВХ. Требуется соблюдение минимального радиуса изгиба, указанного производителем.
• Термостойкость: Длительно допустимая температура жилы для кабелей с изоляцией из XLPE обычно составляет +90°C, с оболочкой из HFFR – до +70-90°C в зависимости от состава. Стойкость к короткому замыканию аналогична традиционным кабелям.
• Разделка и оконцевание: При зачистке оболочки требуется острый инструмент, так как материал может быть более вязким. Необходимо обеспечить чистоту изоляции жил для качественного контакта.
• Маркировка: На оболочку кабеля наносится маркировка, включающая тип кабеля, номинальное напряжение, количество и сечение жил, стандарт (например, «HFFR» или «ZH» в некоторых обозначениях), класс по CPR.

Сравнительный анализ: безгалогеновые кабели vs. кабели в ПВХ изоляции

Таблица 2. Сравнительные характеристики

Параметр	Кабель с ПВХ изоляцией/оболочкой	Безгалогеновый кабель (HFFR)
Поведение при пожаре	Выделяет большое количество густого черного дыма, хлороводород (HCl), высокотоксичные диоксины и фураны. Образует коррозионную кислотную среду.	Дым малой плотности, бесцветный или белый. Выделяет CO2 и H2O. Кислотность газов низкая.
Экологичность	Сложная утилизация из-за хлора. Запрещен к сжиганию.	Более простая утилизация. Меньший экологический вред при пожаре.
Электрические свойства	Хорошие диэлектрические характеристики на НН.	Сопоставимые или лучшие диэлектрические характеристики (особенно у XLPE).
Гибкость и масса	Как правило, более гибкий при низких температурах. Удельный вес меньше, чем у HFFR с минеральными наполнителями.	Может быть более жестким. Удельный вес на 10-30% выше из-за минеральных наполнителей.
Стойкость к внешним воздействиям	Хорошая стойкость к маслу, влаге, УФ (в специальных составах).	Высокая стойкость к УФ-излучению. Стойкость к маслам и химикатам зависит от состава полимера.
Стоимость	Ниже.	Выше на 20-50% в зависимости от конструкции и стандартов.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. В чем принципиальная разница между «не распространяющими горение» (нг) и «безгалогеновыми» (нг-LS, HF) кабелями?

Кабель с маркировкой «нг» (не распространяющий горение) лишь проходит испытания на нераспространение горения в пучке (IEC 60332-3). Он может быть изготовлен на основе ПВХ и при горении выделять большое количество дыма и коррозионных галогенов. Кабели «нг-LS» (Low Smoke) имеют пониженное дымогазовыделение, но также могут содержать галогены. «Безгалогеновый» кабель (HF, HFFR) – это кабель, материал которого химически не содержит галогенов и по стандарту соответствует строгим нормативам по кислотности и дымообразованию (IEC 60754-2, IEC 61034). Все безгалогеновые кабели являются «нг-LS», но не наоборот.

2. Можно ли прокладывать безгалогеновые кабели на открытом воздухе?

Да, при условии, что материал оболочки конкретного кабеля имеет стойкость к ультрафиолетовому излучению (UV-resistant). Большинство современных безгалогеновых полиолефиновых композиций обладают такой стойкостью, что должно быть указано в технической документации производителя. Для прокладки в грунте необходима дополнительная защита (броня, гофротруба).

3. Требуется ли специальный инструмент для монтажа безгалогеновых кабелей?

Специализированного инструмента не требуется. Достаточно стандартного профессионального инструмента для разделки кабелей: острые съемники изоляции, кабельные ножи, кримперы. Критически важно, чтобы лезвия были острыми, чтобы не размазывать и не рвать более вязкую оболочку.

4. Как отличить безгалогеновый кабель по маркировке на оболочке?

Ищите следующие обозначения: «HFFR» (Halogen Free Flame Retardant), «HF», «ZH» (в некоторых старых обозначениях), «LS0H» (Low Smoke Zero Halogen). Также должна присутствовать ссылка на стандарты, например, «IEC 60754-2» или «EN 60754-2». С 2017 года в ЕС обязательна маркировка класса по CPR, например, «B2ca s1 d1 a1», где индекс «a1» указывает на низкую кислотность.

5. Со временем теряют ли безгалогеновые материалы свои свойства (не выделять галогены)?

Нет. Отсутствие галогенов – это химическое свойство базового полимера. Если материал изначально не содержал атомов хлора, фтора и др., они не могут появиться в нем в процессе старения. Однако, как и любой полимер, материал оболочки может терять эластичность (дубеть) под воздействием тепла, солнечного света или механических напряжений, если не имеет соответствующих стабилизаторов.

6. Почему безгалогеновые кабели дороже ПВХ аналогов?

Основные причины: более высокая стоимость сырья (специальные полиолефиновые композиции, дорогие минеральные огнегасящие наполнители, такие как гидроксид алюминия); сложность технологического процесса (высокие температуры переработки, повышенный износ оборудования из-за абразивных наполнителей); необходимость проведения дорогостоящих сертификационных испытаний по полному набору стандартов (огнестойкость, дым, кислотность).

7. Существуют ли безгалогеновые кабели на напряжение выше 1 кВ?

Да. Производятся силовые кабели среднего напряжения (до 20 кВ и выше) с изоляцией из сшитого полиэтилена (XLPE) и безгалогеновой оболочкой. Они находят применение в ответственных объектах инфраструктуры, где предъявляются высокие требования к пожарной безопасности, например, в тоннелях метро, на электростанциях, в ЦОД.

Заключение

Безгалогеновые кабели являются не альтернативой, а эволюционным развитием традиционной кабельной продукции в сторону повышения безопасности. Их применение перешло из разряда рекомендаций в обязательное требование для широкого спектра общественных, жилых и промышленных объектов согласно современным строительным нормам и регламентам (CPR). Выбор конкретного типа безгалогенового кабеля – силового, контрольного, информационного или огнестойкого – должен основываться на детальном анализе условий прокладки, требований нормативной документации для объекта и технических характеристик, заявленных производителем. Несмотря на более высокую первоначальную стоимость, их использование является экономически оправданным, так как направлено на минимизацию человеческих жертв и сохранение материальных ценностей в случае возникновения пожара.