Halogen free або безгалогенні кабелі та сфера їх застосування

Коротко про галогени

Галогенами називають такі хімічні елементи як фтор (F), хлор (Cl), бром (Br), йод (I), астат (At), а також штучний елемент теннессін (Ts).

Галогени є дуже активними елементами. Особливості будови цих речовин такі, що вони реагують практично з усіма елементами, за винятком деяких інертних (благородних) газів. Через свою хімічну активність у вільному стані галогени у природі не зустрічаються, а існують лише у вигляді сполук, найчастіше у вигляді солей. Найпоширенішими у земній корі є фтор, хлор та бром. Йод значно менш розповсюджений, а астат трапляється у зовсім незначній кількості. Також галогени входять до складу багатьох кислот, наприклад соляної (HCl) фтористоводневої (HF), бромоводневої (HBr) та інших.

Усі галогени – це активні окисники. На зовнішньому енергетичному рівні вони мають 7 електронів і до завершення електронної оболонки їм не вистачає одного електрона. Через це атоми галогенів прагнуть приєднати ще один електрон для досягнення стійкої конфігурації зовнішнього рівня, що у свою чергу і зумовлює їх окислюючі властивості. Галогени енергійно взаємодіють з металами і більшістю неметалів та легко окислюють різні складні сполуки. При цьому їх окислювальна активність зменшується при переході від фтору до теннессіну.

Внаслідок високої реакційної здатності усі галогени також є отруйними речовинами з сильно вираженим задушливим і вражаючим тканини впливом. За звичайних умов фтор і хлор – це гази, бром – рідина, а йод і астат – тверді речовини. Усі вони мають різкий неприємний запах, велику летючість та є токсичними.

Фтор

Найсильнішим окисником з усіх існуючих хімічних елементів є фтор. Навіть його назва походить від давньогрецького слова, що означає «руйнування». Це важкозріджуваний жовто-зелений газ із задушливим різким запахом. Він є найбільш хімічно-активним елементом та може утворювати хімічні сполуки з усіма елементами періодичної системи. Фтор реагує навіть з киснем, вуглецем (у вигляді алмазу), азотом, платиною, золотом та деякими інертними газами, тобто з тими речовинами з якими не реагують інші галогени. Багато з таких реакцій протікають з самозайманням речовин в атмосфері фтору, виділенням великої кількості тепла та часто з вибухом.

Чистий фтор настільки агресивний, що у разі контакту з ним протягом 2 секунд на шкірі людини утворюється опік II ступеня, вода в атмосфері фтору горить синім полум’ям, а під час контакту фтору з воднем навіть при температурі близькій до абсолютного нуля відбувається потужний вибух.

Велику небезпеку для людей становлять пари і аерозоль фтору, оскільки на відміну від інших галогенів, мають досить слабкий запах і відчуваються лише у великих концентраціях.

Хлор

Трохи менш активним елементом є хлор. Це легкозріджуваний отруйний газ жовтувато-зеленого кольору також з різким задушливим запахом. Рідкий хлор викликає серйозні опіки шкіри. Газоподібний хлор володіє задушливою дією і спричиняє сильну подразнюючу дію на очі та слизові оболонки органів дихання. Він реагує з водою, що міститься в очах та легенях, утворюючи соляну і хлорнуватисту кислоту, викликає опік очей та органів дихання, гострий кашель (іноді навіть з кривавим мокротинням), ядуху, а у великих кількостях є смертельно небезпечним для живих організмів. У легенях, отруєних хлором, може розвиватися бронхіальна пневмонія. При цьому концентрація хлору в повітрі, при якій починається ураження легеневої тканини, є лише трохи більшою порогу відчуття неприємного хлорного запаху.

Хлор, так само як і фтор, утворює сполуки майже з усіма хімічними елементами, реагує з усіма простими речовинами (за винятком кисню, азоту і благородних газів), вступає в реакцію з багатьма складними речовинами та сполучається з усіма металами і більшістю неметалів. При цьому реакція з багатьма металами протікає дуже бурхливо з виділенням тепла і світла. Хлор також має різко виражені окисні властивості, що поступаються лише фтору і приблизно рівноцінні кисню.

Бром

Бром – це червоно-бура рідина з різким запахом, що також відзначається високою хімічною активністю, яскраво вираженими окисними властивостями та токсичністю. Хімічна активність брому дещо менша, ніж у фтору і хлору, але теж досить велика.

Рідкий бром і його пари дуже отруйні. Вже при вмісті брому в повітрі у концентрації за об’ємом близько 0,001% спостерігається подразнення слизових оболонок, запаморочення, носові кровотечі, а при вищих концентраціях – спазми дихальних шляхів та задуха. У разі потрапляння на шкіру речовина викликає дуже хворобливі опіки. А також бром впливає на процеси збудливості нервової системи. 

Слід зазначити, що хімічна активність галогенів зі збільшенням їх порядкового номера послідовно зменшується від фтору до астату. Так, йод істотно відрізняється по хімічній активності від інших галогенів. Він не реагує з більшістю неметалів, а з металами реагує повільно і тільки при нагріванні. Астат ще менш здатний до реакцій ніж йод, хоча і він реагує з деякими металами.

Проте, як і всі галогени, ці речовини є дуже токсичними. Так, вдихання парів йоду призводить до сильного задухи, а у випадку потрапляння його всередину організму розвиваються сильні опіки стравоходу та шлунку. Потрапляння в організм астату також викликає задуху і сильне радіоактивне опромінення.

Як бачимо, фтор, хлор та бром володіють надзвичайно високою хімічною активністю та можуть викликати важкі отруєння навіть при невеликих концентраціях, а у високих дозах спричинити смерть.

Втім, слід пам’ятати, що за нормальних умов пластики, що містять галогени не здійснюють негативний вплив на людей, а от у разі пожежі саме вони виділяють комплекс летючих речовин, що стають причиною отруєнь та корозійних процесів. Так, наприклад при пожежі полівінілхлорид, що містить хлор та є основним ізоляційним матеріалом для кабелів на напругу до 6 кВ, розкладається, утворюючи хлор та соляну кислоту. Ці речовини є шкідливими не лише для людини, а також для конструкцій, оскільки у декілька разів посилюють темпи корозії. Вступаючи в реакцію з водою із атмосфери, продукти розпаду ПВХ утворюють агресивні кислоти, кислотний дим та корозійні гази, які призводять до корозії металевих деталей і викликають повільні тривалі пошкодження. Такі гази часто поширюються будівлею через вентиляційну систему, а тому спричинені ними пошкодження неможливо локалізувати зоною займання. Особливо вразливими до такого руйнівного впливу є електронні блоки і контакти, а також сталеві конструкції. Тож найбільше від корозійних впливів страждають центри обробки даних і телефоні розподільчі станції з великою кількістю дорогого електронного обладнання.

Горіння силового кабелю з ПВХ-ізоляцією призводить до утворення чадного газу та токсичних хлорорганічних сполук, які викликають задуху, а у разі контактної взаємодії – ураження тканин. А також супроводжується виділенням густого диму. Дим суттєво погіршує видимість, заважає евакуації людей та роботі пожежників. А у громадських будівлях може бути не меншою загрозою для здоров’я і життя людей ніж полум’я. Цю проблему частково вирішує використання кабелів з модифікованого ПВХ зі зниженим рівнем димоутворення (Low Smoke). Проте останні при горінні виділяють отруйний хлор і фтор, а також багато газоподібного хлористого водню, що є активним окислювачем. Він поширюється будівлею і при з’єднанні з парами води конденсується на обладнанні у вигляді концентрованої соляної кислоти. В наслідок цього відбувається корозія і вихід з ладу обладнання. А тому проблеми корозійної активності та токсичності продуктів горіння ПВХ залишаються невирішеними.

Особливості безгалогенних кабелів та сфера їх застосування

З огляду на це, протягом останніх 10-15 років постало питання заміни ПВХ-пластикатів безгалогенними негорючими полімерами. У результаті був розроблений новий матеріал, що отримав назву – «полімерні композиції, які не містять галогенів». Такі кабелі позначаються маркуванням Halogen Free (HF), що означає відсутність в оболонці і ізоляційних шарах кабелю хлору, фтору та брому.

Позначка Halogen Free (HF) дозволяє прокладати кабелі у громадських та адміністративних будівлях, соціальних закладах, лікарнях, дитячих садах, школах, торгівельно-розважальних центрах, житлових будинках, аеропортах, вокзалах, метрополітені і навіть на атомних станціях. Використовувати їх для електропроводок в офісних приміщеннях, оснащених комп’ютерною та мікропроцесорної технікою, кабельних ліній видовищних комплексів та спортивних споруд, системах кондиціювання повітря та опалювальної техніки, при виробництві промислового обладнання та у машинобудуванні. В усіх місцях масового скупчення людей, розміщення дорогого обладнання або матеріальних цінностей, а також всюди, де існує високий ризик виникнення пожежі та отруєння людей продуктами горіння.

Використання HF кабелів запобігає утворенню корозійних речовин і токсичних газів. Дозволяє у разі пожежі провести повну евакуацію людей і уникнути людських жертв.

HF кабель при горінні має знижені параметри димоутворення, низькі значення виділення хлористого водню (не більше 0,5%), меншу питому теплоту згорання і за показником «токсичність продуктів горіння» відноситься до групи малонебезпечних речовин. А використання кабелів HF, що не розповсюджують горіння, дозволяє значно знизити ризик пожежі у кабельних мережах.

До складу безгалогенної ізоляції входять антипірени. При підвищенні температури вони починають розкладатися з утворенням води, перешкоджаючи поширенню полум’я та сприяючи його самозгасанню.

Різноманітні сфери застосування зумовили наявність великої кількості різновидів безгалогенних кабелів. Так, для передачі і розподілу електроенергії широко використовуються кабелі АПвПГнг-HF та ПвПГнг-HF. Це силові кабелі з алюмінієвими або мідними жилами, ізоляцією із зшитого поліетилену та оболонкою з безгалогенної композиції, що не поширюють полум’я при груповій прокладці та не виділяють корозійно-активних газоподібних продуктів при горінні.

Вогнестійкі силові безгалогенні кабелі (N)HXH FE180/E30, (N)HXH FE180/E90, (N)HXСH FE180/E30, (N)HXСH FE180/E90, (N)HXВH FE180/E30, (N)HXВH FE180/E90 використовуються для монтажу устаткування необхідного для проведення рятувальних робіт під час пожежі (сигналізації, систем освітлення та видалення диму, вентиляції, евакуаційних ліфтів, насосних станцій пожежогасіння тощо).

Безгалогенні кабелі зв’язку та сигналізації J-HH … LG, J-H(St)H … LG, J-HH … BD, J-H(St)H … BD застосовуються для передачі електричних сигналів малої потужності в системах сигналізації, зв’язку та телекомунікацій на об’єктах з підвищеними протипожежними вимогами.

А вогнестійкі кабелі зв’язку та сигналізації JE-H(St)H FE180/E30 …LG, JE-H(St)H FE180/E90 … LG, JE-H(St)H FE180/E30 … BD, JE-H(St)H FE180/E90 … BD, JE-HH FE180/E30 …LG, JE-HH FE180/E90 … LG, JE-HH FE180/E30 … BD, JE-HH FE180/E90 … BD широко використовуються в системах пожежної сигналізації, контрольно-вимірювальних приладах, промисловій електроніці, комп’ютерах, офісному обладнанні та інформаційних системах для передачі даних і електронної інформації.

Застосовування усіх цих кабелів гарантує безпеку кабельних ліній, а у разі виникнення пожежі – мінімальне виділення диму, токсичних продуктів згорання, отруйного газу і корозійно-активних речовин.

При цьому, все ж слід пам’ятати, що при наявності усіх вищеперерахованих достоїнств безгалогенної ізоляції, HF кабелі не володіють такою стійкістю до займання як ПВХ, схильні до самостійного загорання і подальшого розповсюдження вогню. А також відзначаються значно вищою вартістю у порівнянні з кабелями з полівінілхлоридною ізоляцією.