Examen des tests, propriétés de la flamme

Les systèmes de câblage électrique sont pour la plupart cachés et intégrés dans la construction, les plafonds, les colonnes montantes ou les cavités murales. Les câbles sont installés dans les bâtiments par de nombreux métiers différents pour différentes applications et souvent dans des systèmes de conduits et de conduits polymères. Ce que l'on ne réalise pas souvent, c'est que les nombreux kilomètres de câbles et les nombreuses tonnes de polymères plastiques qui composent le système de câblage peuvent représenter une charge calorifique fixe majeure dans un bâtiment.

La plupart des câbles flexibles courants sont fabriqués à partir de polymères à base d'hydrocarbures (huile). Ces polymères de base ne sont généralement pas ignifuges et ont des valeurs calorifiques élevées, de sorte que les fabricants de câbles ajoutent des produits chimiques pour les rendre plus adaptés à l'utilisation de câbles électriques.

Additifs halogènes

Les polymères halogénés ont un effet secondaire négatif car dans le feu, ils libèrent des halogènes sous forme d'halogénures toxiques

Les halogènes comme le chlore sont des additifs particulièrement bons qui aident à retarder la propagation des flammes et n'ont pas d'impact significatif sur les propriétés diélectriques du polymère, de sorte que les halogènes sont utilisés à la fois dans les isolations de câbles et les gaines de câbles.

Ces polymères halogénés (exemple : PVC) ont également un effet secondaire négatif car, dans le feu, ils libèrent les halogènes sous forme d'halogénures extrêmement toxiques et, lorsqu'ils sont combinés à l'humidité des yeux, de la bouche et des poumons, ils sont très irritants. Souvent, les câbles en PVC standard libèrent également de grandes quantités de fumée âcre.

Matériaux non halogénés

Souvent, les concepteurs se rendent compte des dangers de la propagation du feu, des halogènes et des gaz toxiques, ainsi que de la fumée dégagée par les câbles dans le feu, ils spécifient donc que les câbles ont des propriétés « sans halogène », « ignifuges » et « à faible dégagement de fumée ».

Dans ces cas, les fabricants de câbles doivent utiliser d'autres matériaux non halogénés, principalement avec des charges ignifuges telles que le trihydrate d'alumine (ATH).

Propriétés électriques et mécaniques

Les câbles ignifuges sans halogène utilisent le plus souvent un polymère non chargé ou moins chargé comme le polyéthylène

Bien qu'efficaces pour retarder la propagation des flammes, ces charges affectent souvent négativement le polymère en réduisant les performances diélectriques ou en affectant la résistance mécanique et à l'eau.

Pour cette raison, les additifs comme l'ATH sont principalement utilisés uniquement dans les gaines de câble. Les câbles ignifuges sans halogène utilisent le plus souvent un polymère non chargé ou moins chargé comme le polyéthylène (PE ou XLPE) ou EPR pour l'isolation qui a de bonnes propriétés électriques et mécaniques mais peut ne pas être très ignifuge.

Souvent, les meilleurs câbles ignifuges sont halogénés parce que l'isolation et la gaine extérieure sont ignifuges, mais lorsque nous avons besoin de câbles sans halogène, nous constatons que c'est souvent la gaine extérieure qui est ignifuge et l'isolation intérieure ne l'est pas.

Test dans des conditions de surcharge

Cela a une importance car alors que les câbles avec une gaine extérieure ignifuge peuvent réussir les tests d'ignifugation avec une source de flamme externe (BS EN 60332-1, BS EN 60332-3), les mêmes câbles lorsqu'ils sont soumis à une surcharge élevée ou à des courts-circuits prolongés ont prouvé dans des tests universitaires qu'il est hautement inflammable et peut même déclencher un incendie dans des conditions de court-circuit ou de surcharge non éliminées.

Cet effet est connu et a été publié par Nexans/Olex Cables Australia lors de la 8e Conférence internationale sur les câbles d'alimentation isolés (Jicable'11, 19-23 juin 2011, Versailles, France). Cela signifie que vos câbles ignifuges peuvent ne pas être ignifuges dans des conditions de court-circuit ou de surcharge non résolues.

Changement de température intrinsèque

BS 7671 et IEC 60364-5-52 ont des tableaux de classification permettant à certaines conceptions de câbles de fonctionner jusqu'à 90°C

Au Royaume-Uni, dans l'UE et dans de nombreux autres pays, les normes BS 7671 et CEI 60364-5-52 ont des tableaux de courant nominal permettant à certaines conceptions de câbles de fonctionner à des températures de conducteur allant jusqu'à 90 °C.

Bien que techniquement acceptable pour les câbles, ce qui n'a pas été pleinement pris en compte est le changement intrinsèque que cette température de fonctionnement du câble peut avoir sur l'inflammabilité du câble.

Effectuer des tests à température de fonctionnement

Lorsque les câbles doivent être ignifuges conformément à la norme CEI 60332-3-22/23/24, ces tests ne sont pas effectués sur des échantillons de câble préconditionnés à la température de fonctionnement nominale du câble, mais commencent plutôt à température ambiante.

Il est bien connu que plus un matériau est chaud, plus il brûlera facilement, de sorte que les concepteurs et les utilisateurs de câbles qui prétendent répondre à ces normes peuvent être surpris d'apprendre que leurs câbles peuvent ne pas être ignifuges du tout lorsqu'ils sont installés et utilisés à leur température de fonctionnement nominale. .

De nombreux pays à travers le monde se tournent vers une utilisation accrue des câbles sans halogène et ignifuges (HFFR) dans le but d'accroître la sécurité des bâtiments.

Bien qu'il s'agisse d'un motif admirable, la réalité peut être assez différente : en demandant à la fois des propriétés ignifuges et sans halogène, les fabricants de câbles doivent souvent faire un compromis entre un retardateur de flamme élevé avec des halogènes ou un retardateur de flamme réduit sans halogènes.

Polymères

Les fabricants de câbles choisissent souvent le polyéthylène parce qu'il est facile à traiter et bon marché, cependant, il a une charge calorifique élevée

Pour fournir des câbles sans halogène, les fabricants de câbles choisissent le plus souvent des polymères comme le polyéthylène (PE et XLPE) car il est facile à traiter et bon marché, cependant, bien que le polyéthylène soit sans halogène, il a une charge calorifique naturellement élevée.

Le tableau suivant compare la charge calorifique en MJ/Kg pour les matériaux d'isolation de câbles courants par rapport à certains combustibles courants. Le taux de dégagement de chaleur et la volatilité dans l'air de ces matériaux seront différents, mais le combustible ajouté à un feu par kg et le volume consécutif de chaleur générée et d'oxygène consommé sont relatifs.

La sécurité incendie

Lorsque l'on considère la sécurité incendie dans la conception des câbles, nous devons comprendre les facteurs les plus importants : les experts en incendie nous disent que la plupart des décès liés aux incendies dans les bâtiments sont causés par l'inhalation de fumée, l'augmentation de la température et l'épuisement de l'oxygène ou par un traumatisme causé par un saut en essayant de s'échapper ces effets.

Notamment, la cause la plus fréquente de décès dans les incendies de bâtiments est l'inhalation de fumée avec asphyxie due au CO (monoxyde de carbone), bien que le HCN (cyanure d'hydrogène) devienne de plus en plus courant avec l'utilisation croissante de matériaux de construction synthétiques artificiels et légers. Notamment, ni l'un ni l'autre n'est un gaz halogène.

Des câbles hautement ignifuges avec un indice d'oxygène élevé aideront ici car ils peuvent limiter la propagation du feu

Le premier et le plus important aspect de la fumée est la quantité de fumée ? En règle générale, plus le feu est important, plus la fumée est générée, donc tout ce que nous pouvons faire pour réduire la propagation du feu réduira également la quantité de fumée.

Des câbles hautement ignifuges avec un indice d'oxygène élevé seront ici utiles car ils peuvent limiter la propagation du feu.

Gaz inflammables

La fumée contiendra des particules de carbone, de cendres et d'autres solides, liquides et gaz, dont beaucoup sont toxiques et combustibles.

En particulier, les incendies dans des zones confinées telles que des bâtiments, des tunnels et des environnements souterrains entraînent une baisse des niveaux d'oxygène près de la source d'incendie, ce qui contribue à une combustion incomplète et à une combustion lente qui peut produire des quantités accrues de fumée et de sous-produits toxiques, notamment du CO (monoxyde de carbone). . Comme nous le savons, la présence de matériaux halogénés libère des halogénures toxiques comme le chlorure d'hydrogène ainsi que de nombreux autres gaz toxiques et inflammables dans la fumée.

Tests de fumée CEI

Pour cette raison, les tests de fumée britanniques et CEI courants (BS EN 61034-2) sont effectués en brûlant des échantillons de câbles dans de grandes chambres de 3 mètres3 avec un carburant à base d'alcool et beaucoup d'air.

Cela peut fournir des chiffres de fumée très trompeurs car une combustion complète dans une flamme libère souvent beaucoup moins de fumée qu'une combustion incomplète partielle ou une combustion lente, ce qui est probable dans la pratique.

Câbles à faible dégagement de fumée

Aucun test de fumée n'est effectué sur les câbles soumis à un échauffement dans des conditions de court-circuit ou de surcharge

Aucun test de fumée n'est effectué sur les câbles soumis à un chauffage dans des conditions de court-circuit ou de surcharge qui, pour certains matériaux d'isolation courants "sans halogène", dégagent beaucoup plus de fumée qu'en cas de flamme.

Le simple fait de spécifier des câbles à faible dégagement de fumée pour répondre aux normes britanniques courantes CEI, puis de penser que cela fournira un environnement à faible dégagement de fumée lors d'un véritable incendie peut rassurer les prescripteurs et les autorités, mais malheureusement, dans la pratique, être de peu d'aide pour les personnes impliquées.

Il est préoccupant que le Royaume-Uni, l'Europe et de nombreux autres pays adoptent le concept de matériaux sans halogène sans aborder correctement le sujet de la toxicité. Les halogènes libérés lors de la combustion sont extrêmement toxiques, mais le monoxyde de carbone l'est aussi et ce n'est pas un gaz halogène.

Il est courant que les spécifications demandent des câbles sans halogène et, de ce fait, encouragent l'utilisation du polyéthylène car il est sans halogène.

Polyéthylène et monoxyde de carbone

La combustion du polyéthylène générera non seulement près de 3 fois plus de chaleur, mais consommera également près de 3 fois plus d'oxygène

La combustion du polyéthylène générera près de 3 fois plus de chaleur qu'un câble équivalent en PVC. Cela signifie que la combustion du polyéthylène génère non seulement près de 3 fois plus de chaleur, mais consomme également près de 3 fois plus d'oxygène et peut produire de grandes quantités de monoxyde de carbone, en particulier en cas de combustion partielle ou incomplète.

Étant donné que c'est le monoxyde de carbone qui est statistiquement responsable de la plupart des décès par toxicité dans les incendies, cette situation est au mieux alarmante. (Le monoxyde de carbone est un gaz toxique incolore et inodore qui empêche l'hémoglobine sanguine d'absorber l'oxygène. Une exposition prolongée entraîne une asphyxie).

Chaleur de combustion

Les éléments combustibles indiqués dans le tableau indiquent la quantité de chaleur qui sera générée en brûlant 1 kg des isolants de câbles courants indiqués. Certes, ce volume de chaleur va accélérer la combustion d'autres matériaux adjacents et peut aider à propager le feu dans un bâtiment mais surtout, pour générer l'énergie thermique, il faut consommer de l'oxygène.

Plus la chaleur de combustion (MJ/Kg) est élevée, plus il faut d'oxygène, donc choisir des isolants (même s'ils sont sans halogène) avec des éléments à haute teneur en combustible ajoute de manière significative à au moins quatre des principaux dangers d'incendie pour les humains : élévation de la température, oxygène épuisement, émission de gaz toxique et propagation de la flamme.

La popularité des propriétés "sans halogène" tout en ignorant les autres éléments toxiques du feu, et la corrélation avec la fumée, la chaleur et l'épuisement de l'oxygène est un aveu clair que nous ne comprenons pas bien le sujet, et nous ne pouvons pas non plus définir facilement les dangers des substances toxiques combinées. éléments ou la réponse physiologique humaine à ceux-ci.

Il est important, cependant, que nous ne continuions pas à concevoir avec seulement une demi-compréhension du problème. Bien qu'il n'existe pas de solution parfaite pour les câbles électriques à base organique, nous pouvons certainement minimiser ces effets critiques du risque d'incendie avec une compréhension plus holistique. À cette fin, les systèmes de câbles non organiques disponibles dans le commerce peuvent fournir une solution plus globale au paradoxe des câbles HFFR polymères.