انواع سیم و کابل نسوز — ویژگی‌ها، استانداردها و کاربردها

چکیده:
سیم و کابل‌های نسوز (Fire-Resistant Cables) به عنوان یکی از حیاتی‌ترین اجزای سیستم‌های امنیتی و ایمنی در ساختمان‌ها، تونل‌ها، پالایشگاه‌ها و مراکز صنعتی محسوب می‌شوند. وظیفه اصلی این کابل‌ها، حفظ عملکرد الکتریکی و یکپارچگی مدار در شرایط حریق و دمای بسیار بالا برای مدت زمان مشخصی است. این مقاله به بررسی انواع، ساختار، استانداردها و کاربردهای سیم و کابل‌های نسوز می‌پردازد.

۱. مقدمه: چرا به کابل نسوز نیاز داریم؟

در یک آتش‌سوزی، یکی از اولین قربانیان، سیستم برق است. کابل‌های معمولی به سرعت ذوب، آتش می‌گیرند و مدار را قطع می‌کنند. این امر می‌تواند منجر به خاموشی سیستم‌های حیاتی زیر شود:

• سیستم اعلام و اطفای حریق

• روشنایی اضطراری و راهنمای خروج

• سیستم تهویه و دودکش

• پمپ‌های آتشنشانی

• سیستم‌های ارتباطی و نظارتی

کابل‌های نسوز به گونه‌ای طراحی شده‌اند که حتی در دل آتش نیز به انتقال برق و سیگنال ادامه دهند و امکان تخلیه ایمن افراد، فعال‌سازی سیستم‌های اطفا و مدیریت بحران را فراهم آورند.

۲. مکانیزم مقاومت در برابر آتش

کابل‌های نسوز با به‌کارگیری سه استراتژی اصلی در برابر آتش مقاومت می‌کنند:

1. عایق و غلاف نسوز: استفاده از مواد معدنی (مانند اکسید منیزیم) یا ترکیبات پلیمری هالوژن‌فری (بدون هالوژن) که در برابر حرارت مقاوم بوده یا پس از سوختن، خاکستر نسوز تشکیل می‌دهند.

2. نوارهای نسوز (Mica Tape): هسته اصلی بسیاری از کابل‌های نسوز، نواری از جنس میکا (سیلیکات معدنی) است که دور هادی‌ها پیچیده می‌شود. میکا حتی پس از سوختن عایق پلیمری، تا دمای بالای ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد به عنوان یک عایق الکتریکی مستحکم عمل می‌کند.

3. محافظ‌های مکانیکی: استفاده از نوارهای فولادی یا مسیر برای محافظت فیزیکی در برابر سقوط اجسام و فشار.

۳. دسته‌بندی و انواع کابل‌های نسوز

کابل‌های نسوز را می‌توان بر اساس معیارهای مختلفی دسته‌بندی کرد:

الف) بر اساس نوع ماده به‌کار رفته:

1. کابل‌های نسوز معدنی (Mineral Insulated Cable - MIC):

   • ساختار: این کابل‌ها از هادی‌های مسی جامد، عایق کاملاً فشرده از جنس اکسید منیزوم (MgO) و یک غلاف بیرونی مسی تشکیل شده‌اند.

   • مزایا: مقاومت بسیار عالی در برابر آتش (تا ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد)، عمر طولانی، استحکام مکانیکی بالا، قابلیت تحمل جریان بالا.

   • معایب: انعطاف‌پذیری کم، نصب دشوار و نیاز به اتصالات و لوازم terminate مخصوص.

   • کاربرد: نیروگاه‌ها، پالایشگاه‌ها، تونل‌ها، سیستم‌های اعلام حریق مرکزی.

2. کابل‌های نسوز پلیمری (Fire Resistant Thermoset Cables):

   • ساختار: این کابل‌ها از هادی، یک لایه عایق پلیمری (مانند XLPE یا EPR)، نوار میکا دور هر هادی، پرکننده‌های نسوز و یک غلاف بیرونی از جنس PVC یا LSZH تشکیل شده‌اند.

   • مزایا: انعطاف‌پذیری مناسب، نصب نسبتاً آسان، وزن کمتر، هزینه مقرون به‌به‌صرفه.

   • کاربرد: رایج‌ترین نوع کابل نسوز در ساختمان‌های مسکونی، تجاری و صنعتی برای سیستم‌های روشنایی اضطراری، آسانسورها و پمپ‌ها.

ب) بر اساس رفتار در هنگام آتش‌سوزی و استانداردها:

1. کابل‌های مقاوم در برابر آتش (Fire Resistant - FR):

   • ویژگی: این کابل‌ها برای حفظ یکپارچگی مدار و ادامه کارکرد تحت شرایط حریق استاندارد (مانند تست BS 6387: CWZ) طراحی شده‌اند. آن‌ها می‌توانند در معرض آتش، شوک مکانیکی و پاشش آب قرار گیرند و همچنان کار کنند.

   • استاندارد: BS 6387, BS 7846, IEC 60331.

2. کابل‌های بدون هالوژن با ویژگی کم دود و کم گاز سمی (Low Smoke Zero Halogen - LSZH یا LSOH):

   • ویژگی: این کابل‌ها در هنگام سوختن، دود غلیظ و گازهای اسیدی و سمی (مانند هالوژن‌ها) تولید نمی‌کنند. این موضوع برای فضاهای سربسته که دود عامل اصلی تلفات است، حیاتی می‌باشد.

   • استاندارد: IEC 60754, BS 7211.

   • نکته: یک کابل می‌تواند هم LSZH باشد و هم Fire Resistant که در این case به آن کابل اف‌آر-ال‌اس‌زد‌اچ می‌گویند.

3. کابل‌های مقاوم در برابر اشتعال (Flame Retardant - FR):

   • توجه: این کابل‌ها با کابل‌های مقاوم در برابر آتش (Fire Resistant) متفاوت هستند.

   • ویژگی: این کابل‌ها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که در صورت منبع آتش خارجی، شعله‌ور نشوند یا در صورت آتش‌گیری، شعله را گسترش ندهند و پس از حذف منبع آتش، خودبه‌خود خاموش شوند. اما لزوماً در حین آتش‌سوزی کارکرد خود را حفظ نمی‌کنند.

   • استاندارد: IEC 60332-1 و IEC 60332-3 (تست گسترش شعله).

۴. استانداردهای بین‌المللی رایج

• IEC 60331: تست مقاومت در برابر آتش برای کابل‌های برق.

• IEC 60754: تست گازهای منتشرشده از کابل در حریق (سنجش اسیدیته و هالوژن).

• IEC 61034: تست اندازه‌گیری چگالی دود.

• BS 6387: استاندارد بریتانیایی که تست‌های سخت‌گیرانه‌ای شامل مقاومت در برابر آتش (C)، آب (W) و شوک مکانیکی (Z) را تعریف می‌کند. یک کابل با رتبه CWZ در این استاندارد، یک کابل نسوز بسیار مطمئن محسوب می‌شود.

• BS 7846: استاندارد کابل‌های نسوز با غلاف LSZH.

• NF C 32-070 (FR C1, C2, D1, D2): استاندارد فرانسوی که دسته‌بندی دقیقی برای مقاومت در برابر آتش، تولید دود و گازهای سمی ارائه می‌دهد.

۵. کاربردهای اصلی کابل‌های نسوز

• سیستم‌های ایمنی و اعلام حریق: اتصال دتکتورها، آژیرها و پانل مرکزی.

• روشنایی راهپله‌ها و مسیرهای فرار.

• تأمین برق پمپ‌های آتشنشانی و سیستم‌های تهویه دود.

• سیستم‌های کنترل و ابزار دقیق در پالایشگاه‌ها و صنایع شیمیایی.

• تونل‌های جاده‌ای و ریلی.

• مراکز داده و اتاق سرور.

• آسانسورها و پله‌برقی.

• تأسیسات هسته‌ای و نظامی.

۶. نکات مهم در انتخاب و خرید

1. نیاز پروژه: مشخص کنید کابل برای کدام سیستم حیاتی استفاده می‌شود (مثلاً فقط عدم گسترش شعله یا ادامه کارکرد در حریق).

2. مدت زمان مقاومت مورد نیاز: کابل‌ها معمولاً برای ۹۰، ۱۲۰ یا ۱۸۰ دقیقه مقاومت طراحی می‌شوند.

3. محیط نصب: برای فضاهای بسته (مانند سالن‌ها) حتماً از نوع LSZH استفاده کنید.

4. استانداردها: به گواهینامه‌های معتبر بین‌المللی یا ملی (مانند ISIRI) توجه کنید.

5. هادی: نوع هادی (مسی یا آلومینیومی)، سطح مقطع و تعداد رشته‌ها را با توجه به طراحی الکتریکی انتخاب نمایید.

۷. نتیجه‌گیری

سیم و کابل‌های نسوز، تنها یک انتخاب نیستند، بلکه یک ضرورت در طراحی سیستم‌های ایمنی ساختمان‌ها و تأسیسات حیاتی هستند. شناخت انواع مختلف، مکانیزم عملکرد و استانداردهای مربوطه، به مهندسان و پیمانکاران این امکان را می‌دهد تا با انتخابی آگاهانه، سهم به‌سزایی در افزایش ضریب ایمنی جان و مال افراد در برابر بلایای غیرمترقبه مانند آتش‌سوزی داشته باشند. سرمایه‌گذاری روی کابل‌های نسوز مناسب، در حقیقت سرمایه‌گذاری برای امنیت و پایداری است.