Halogen free или безгалогенные кабели и сфера их применения

Кратко о галогенах

Галогенами называют такие химические элементы как фтор (F), хлор (Cl), бром (Br), йод (I), астат (At), а также искусственный элемент теннессин (Ts).

Галогены являются очень активными элементами. Особенности строения этих веществ таковы, что они реагируют практически со всеми элементами, за исключением некоторых инертных (благородных) газов. Из-за своей химической активности в свободном состоянии галогены в природе не встречаются, а существуют только в виде соединений, чаще всего в виде солей. Наиболее распространенными в земной коре являются фтор, хлор и бром. Йод значительно менее распространен, а астат встречается в совершенно незначительном количестве. Также галогены входят в состав многих кислот, например соляной (HCl) фтороводородной (HF), бромоводородной (HBr) и других.

Все галогены – это активные окислители. На внешнем энергетическом уровне они имеют 7 электронов и до завершения электронной оболочки им не хватает одного электрона. Поэтому атомы галогенов стремятся присоединить еще один электрон для достижения устойчивой конфигурации внешнего уровня, что в свою очередь и обуславливает их окисляющие свойства. Галогены энергично взаимодействуют с металлами и большинством неметаллов и легко окисляют различные сложные соединения. При этом их окислительная активность уменьшается при переходе от фтора к теннессину.

Вследствие высокой реакционной способности все галогены также являются ядовитыми веществами с сильно выраженным удушающим и поражающим ткани влиянием. При обычных условиях фтор и хлор – это газы, бром – жидкость, а йод и астат – твердые вещества. Все они имеют резкий неприятный запах, большую летучесть и являются токсичными.

Фтор

Сильнейшим окислителем из всех существующих химических элементов является фтор. Даже его название происходит от древнегреческого слова, означающего «разрушение». Это желто-зеленый газ с удушающим резким запахом. Он является наиболее химически активным элементом и может образовывать химические соединения со всеми элементами периодической системы. Фтор реагирует даже с кислородом, углеродом (в виде алмаза), азотом, платиной, золотом и некоторыми инертными газами, то есть с теми веществами, с которыми не реагируют другие галогены. Многие из таких реакций протекают с самовозгоранием веществ в атмосфере фтора, выделением большого количества тепла и даже взрывом.

Чистый фтор настолько агрессивен, что при контакте с ним в течение 2 секунд на коже человека образуется ожог II степени, вода в атмосфере фтора горит синим пламенем, а при контакте фтора с водородом даже при температуре близкой к абсолютному нулю происходит мощный взрыв.

Большую опасность для людей представляют пары и аэрозоль фтора, поскольку в отличие от других галогенов, имеют достаточно слабый запах и ощущаются только в больших концентрациях.

Хлор

Немного менее активным элементом является хлор. В чистом виде это также ядовитый газ желтовато-зеленого цвета с резким удушающим запахом. Жидкий хлор вызывает серьезные ожоги кожи. Газообразный хлор обладает удушающим действием и вызывает сильное раздражающее воздействие на глаза и слизистые оболочки органов дыхания. Он реагирует с водой, содержащейся в глазах и легких, образуя соляную и хлорноватистую кислоту, вызывает ожог глаз и органов дыхания, острый кашель (иногда с кровавой мокротой), удушье, а в больших количествах является смертельно опасным для живых организмов. В легких, отравленных хлором, может развиваться бронхиальная пневмония. При этом концентрация хлора в воздухе, при которой начинается поражение легочной ткани, всего лишь чуть больше порога ощущения неприятного хлорного запаха.

Хлор, также как и фтор, образует соединения почти со всеми химическими элементами, реагирует со всеми простыми веществами (за исключением кислорода, азота и благородных газов), вступает в реакцию со многими сложными веществами, реагирует со всеми металлами и большинством неметаллов. При этом реакция со многими металлами протекает очень бурно с выделением тепла и света. Хлор также имеет резко выраженные окислительные свойства, уступающие лишь фтору и примерно равноценные кислороду.

Бром

Бром – это красно-бурая жидкость с резким запахом, также отличающаяся высокой химической активностью, ярко выраженными окислительными свойствами и токсичностью. Химическая активность брома несколько меньше, чем у фтора и хлора, но тоже достаточно велика.

Жидкий бром и его пары очень ядовиты. Уже при содержании брома в воздухе в концентрации объемом около 0,001% наблюдается раздражение слизистых оболочек, головокружение, носовые кровотечения, а при более высоких концентрациях – спазмы дыхательных путей и удушье. В случае попадания на кожу вещество вызывает очень болезненные ожоги. А также бром влияет на процессы возбудимости нервной системы.

Следует отметить, что химическая активность галогенов с увеличением их порядкового номера последовательно уменьшается от фтора к астату. Так, йод существенно отличается по химической активности от других галогенов. Он не реагирует с большинством неметаллов, а с металлами реагирует медленно и только при нагревании. Астат еще менее способен к реакциям чем йод, хотя и он реагирует с некоторыми металлами.

Однако, как и все галогены, эти вещества очень токсичны. Так, вдыхание паров йода приводит к удушью, а в случае попадания его внутрь организма развиваются сильные ожоги пищевода и желудка. Попадание в организм астата также вызывает удушье и сильное радиоактивное облучение.

Как видим, фтор, хлор и бром обладают чрезвычайно высокой химической активностью и могут вызвать тяжелые отравления даже при небольших концентрациях, а в высоких дозах привести к смерти.

Впрочем, следует помнить, что при нормальных условиях пластики, содержащие галогены не оказывают негативное влияние на людей, а вот в случае пожара именно они выделяют комплекс летучих веществ, который становятся причиной отравлений и коррозионных процессов. Так, например при пожаре поливинилхлорид, содержащий хлор и являющийся основным изоляционным материалом для кабелей на напряжение до 6 кВ, распадается, образуя хлор и соляную кислоту. Эти вещества являются вредными не только для человека, а также для конструкций, поскольку в несколько раз усиливают темпы коррозии. Вступая в реакцию с водой из атмосферы, продукты распада ПВХ образуют агрессивные кислоты, кислотный дым и коррозионные газы, вызывающие коррозию металлических деталей и приводящие к медленным длительным повреждениям. Такие газы часто распространяются по зданию через вентиляционную систему, поэтому вызванные ими повреждения невозможно локализовать зоной возгорания. Особенно уязвимыми к такому разрушительному воздействию являются электронные блоки и контакты, а также стальные конструкции. Поэтому больше всего от коррозионных воздействий страдают центры обработки данных и телефонные распределительные станции с большим количеством дорогого электронного оборудования.

Горение силового кабеля с ПВХ-изоляцией приводит к образованию угарного газа и токсичных хлорорганических соединений, которые вызывают удушье, а в случае контактного взаимодействия – поражение тканей. А также сопровождается выделением густого дыма. Дым существенно ухудшает видимость, мешает эвакуации людей и работе пожарных. А в общественных зданиях может быть не меньшей угрозой для здоровья и жизни людей, чем пламя. Эту проблему частично решает использование кабелей из модифицированного ПВХ с пониженным уровнем дымообразования (Low Smoke). Однако последние при горении выделяют ядовитый хлор и фтор, а также много газообразного хлористого водорода, являющегося активным окислителем. Он распространяется по зданию и при соединении с парами воды конденсируется на оборудовании в виде концентрированной соляной кислоты. Вследствие чего происходит коррозия и выход оборудования из строя. Таким образом проблемы коррозионной активности и токсичности продуктов горения ПВХ остаются нерешенными.

Особенности безгалогенных кабелей и сфера их применения

Учитывая все это, в течение последних 10-15 лет встал вопрос замены ПВХ-пластикатов безгалогенными негорючими полимерами. В результате был разработан новый материал, получивший название – «полимерные композиции, не содержащие галогенов». Такие кабели обозначаются маркировкой Halogen Free (HF), что означает отсутствие в оболочке и изоляционных слоях кабеля хлора, фтора и брома.

Отметка Halogen Free (HF) позволяет прокладывать кабели в общественных и административных зданиях, социальных учреждениях, больницах, детских садах, школах, торгово-развлекательных центрах, жилых домах, аэропортах, вокзалах, метрополитене и даже на атомных станциях. Использовать их для электропроводок в офисных помещениях, оснащенных компьютерной и микропроцессорной техникой, кабельных линий зрелищных комплексов и спортивных сооружений, системах кондиционирования воздуха и отопительной техники, при производстве промышленного оборудования и в машиностроении. Во всех местах массового скопления людей, размещения дорогостоящего оборудования или материальных ценностей, а также везде, где существует высокий риск возникновения пожара и отравления людей продуктами горения.

Использование HF кабелей предотвращает образование коррозионных веществ и токсичных газов. Позволяет в случае пожара провести полную эвакуацию людей и избежать человеческих жертв.

HF кабель при горении имеет пониженные параметры дымообразования, низкие значения выделения хлористого водорода (не более 0,5%), меньшую удельную теплоту сгорания и по показателю «токсичность продуктов горения» относится к группе малоопасных веществ. А использование HF кабелей, не распространяющих горение, позволяет значительно снизить риск пожара в кабельных сетях.

В состав безгалогенной изоляции входят антипирены. При повышении температуры они начинают разлагаться с образованием воды, препятствуя распространению пламени и способствуя его самопогашению.

Различные области применения обусловили наличие большого количества разновидностей безгалогенных кабелей. Так, для передачи и распределения электроэнергии широко используются кабели АПвПГнг-HF и ПвПГнг-HF. Это силовые кабели с алюминиевыми или медными жилами, изоляцией из сшитого полиэтилена и оболочкой из безгалогенной композиции, не распространяющие пламя при групповой прокладке и не выделяюющие коррозионно-активных газообразных продуктов при горении.

Огнестойкие силовые безгалогенные кабели (N)HXH FE180/E30, (N)HXH FE180/E90, (N)HXСH FE180/E30, (N)HXСH FE180/E90, (N)HXВH FE180/E30, (N)HXВH FE180/E90 используются для монтажа оборудования необходимого для проведения спасательных работ при пожаре (сигнализации, систем освещения и дымоудаления, вентиляции, эвакуационных лифтов, насосных станций пожаротушения и прочего).

Безгалогенные кабели связи и сигнализации J-HH … LG, J-H(St)H … LG, J-HH … BD, J-H(St)H … BD применяются для передачи электрических сигналов малой мощности в системах сигнализации, связи и телекоммуникаций на объектах с повышенными противопожарными требованиями.

А огнестойкие кабели связи 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 используются в системах пожарной сигнализации, контрольно-измерительных приборах, промышленной электронике, компьютерах, офисном оборудовании и информационных системах для передачи данных и электронной информации.

Применение всех этих кабелей гарантирует безопасность кабельных линий, а в случае возникновения пожара – минимальное выделение дыма, токсичных продуктов сгорания, ядовитого газа и коррозионно-активных веществ.

При этом, все же следует помнить, что при наличии всех вышеперечисленных достоинств безгалогенной изоляции, HF кабели не обладают такой устойчивостью к возгоранию как ПВХ, склонны к самостоятельному возгоранию и дальнейшему распространению огня. А также отличаются значительно более высокий стоимостью по сравнению с кабелями в поливинилхлоридной изоляции.