低煙無鹵電纜的選擇及適用的場景

低煙無鹵 (LSZH) 電纜的使用呈現(xiàn)不斷增長的趨勢，這種電纜采用了遇火時更為安全的套管材料。顧名思義，與聚氯乙烯 (PVC) 和氟化乙丙橡膠 (FEP) 等傳統(tǒng)材料不同，低煙無鹵電纜產(chǎn)生的濃煙較少，幾乎沒有稱之為鹵素的高毒性氣體。

既然如此，設(shè)計人員應該始終選擇使用此類電纜，這似乎是非常合理的，但真正要做決定時卻遠為復雜，因而電氣工程師必須了解 LSZH 電纜及其適用的場景，以及如何選擇和應用它們，這一點至關(guān)重要。

LSZH 電纜并非適用于所有應用

要記住，雖然我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用 PVC 和 FEP 等鹵代化合物的電纜會在起火時產(chǎn)生危害，但出于以下原因，LSZH 電纜并不是替代它們的通用解決方案。首先，基于 PVC 和 FEP 的電纜也具備不容忽視的重要優(yōu)點，在煙霧和氣體能夠快速擴散的開放空間中，使用 LSZH 電纜取代它們沒有太多優(yōu)勢。此外，在起火時，電纜通常不是唯一塑料來源，而且基于 PVC 和 FEP 的電纜是耐火的，因此在諸多因素中，它們對火災的責任相對較小。

基于 PVC 和 FEP 的電纜價格比 LSZH 電纜更加低廉，可提供出色的電氣性能，應用范圍廣泛，在干燥和潮濕環(huán)境下都具備優(yōu)良的電氣特性。它們還具備很高的柔性，使用壽命長，可耐受極端溫度和化學物品，非常堅固耐用。簡而言之，LSZH 電纜最適合傳統(tǒng)電纜可能具有危害性的場景。它們并不用作在所有應用中替代傳統(tǒng)電纜。

LSZH 電纜的興起

自上世紀 70 年代以來，人們已經(jīng)知道了電纜護套、介電材料和其他元件中的 PVC 和 FEP 的燃燒和火焰特性，到了 1980 年左右，采用替代材料的電纜已經(jīng)應用于軍事和核系統(tǒng)。但在 1987 年，倫敦國王十字地鐵站的火災導致 30 多人死亡和 100 多人受傷，引起了全球廣泛關(guān)注（圖 1）。

圖 1：對倫敦國王十字地鐵站火災事故的調(diào)查表明，大量電纜的燃燒產(chǎn)生了濃密的黑煙和有毒氣體，導致人們很難逃生。（圖片來源：維基百科）

后續(xù)調(diào)查表明，一根落在電梯上的火柴是此次火災的起因，諸多原因?qū)е禄饎萋?，奪去很多人的生命。其中有一個原因是大量電纜的燃燒，產(chǎn)生濃密的黑煙和有毒氣體，導致人們很難逃生。人們認為正是這次火災促使業(yè)界開發(fā)在火災中性能更出色、更安全的電纜。

由于此次事故，倫敦地鐵禁止使用 PVC 電纜，隨后很短時間內(nèi)，其他歐盟成員也開始廣泛使用 LSZH 電纜。出于多個原因，美國歷經(jīng)了更長時間才開始推廣使用此類電纜，這些原因包括成本考慮、標準沖突、關(guān)于應用場所的爭論等。后來，這些問題逐漸得到了解決，在受益最明顯的應用中，基于 PVC 和 FEP 的材料正在被取代。

LSZH 電纜的差異

與 PVC 護套相反，LSZH 電纜使用的護套材料由熱塑材料制成，不會產(chǎn)生鹵素或苛性酸，僅產(chǎn)生少量煙甚至完全不產(chǎn)生煙，并且火焰擴散顯著減少，所有這些優(yōu)良特性都讓人們能夠更容易地逃離火災區(qū)域，減少消防員的危險工作。LSZH 化合物通?；诰巯N，并且摻入水合礦物，因而只產(chǎn)生不太濃的白煙。

自 LSZH 電纜問世多年以來，其他化合物材料也得以引用，收到了更好的效果，同時保持了電纜必需的電氣性能。本身沒有阻燃成分的聚合物材料摻入了無機水合物（氫氧化鋁或氫氧化鎂）等添加劑，以優(yōu)化阻燃特性。這種重摻雜通常會降低一些物理屬性，因此電纜行業(yè)開發(fā)了各種方法，使用不同化合物來減少或消除它們的影響。

易混淆的要求

對設(shè)計人員而言，情況仍舊非常復雜，因為對于應該在哪些場景中使用這些電纜，人們的觀點各不相同。沒有單個標準或系列標準可以作為依據(jù)，幫助設(shè)計人員作出明智的決策，也很難將不同制造商的 LSZH 電纜準確區(qū)分開來?？纯炊嗄陙碛糜诿枋鲈诨馂闹芯哂心承└錾阅艿碾娎|的諸多縮略詞（表 1），混淆狀況由此可見一斑。

FRLS 耐火，低煙 FRNC 阻燃，無腐蝕性 HFFR 無鹵素，阻燃 LC 低腐蝕性 LH 低鹵素 LS 低煙 LSF 低煙霧 LSHF 低煙，無鹵素 LSNH 低煙，無鹵素

再舉一個例子，美國國防部是率先在 MIL-C-24643 標準中定義鹵素含量的機構(gòu)之一，該機構(gòu)將“低”鹵素定義為按重量計算低于 0.2%。其他一些標準規(guī)定了產(chǎn)生的酸氣的數(shù)量，但沒有具體定義鹵素水平。

對于涉及到在天花板隔層中使用的電纜，主要問題在于它們可能產(chǎn)生有毒物質(zhì)和腐蝕性物質(zhì)，這些物質(zhì)將在整個建筑內(nèi)擴散。美國國家電氣法規(guī) (NEC) 要求在天花板隔層空間中使用的電纜必須達到“低煙”等級，但這方面一直存在爭議，因為天花板隔層的可燃物負荷量通常比較低，很少暴露在火源下。美國國家消防協(xié)會 (NFPA) 負責制定 NFPA 262 標準，解決在天花板隔層空間中使用的電纜的問題。

幸運的是，Underwriters Laboratories (UL) 在 2015 年開始制定低煙和無鹵素等級，現(xiàn)提供基于 IEC 62821 和 IEC 60754 系列標準的無鹵素 (HF) 和 LSZH 電纜認證計劃。IEC 62821 標準規(guī)定了在最高 750 伏特的額定電壓下，對無鹵素、低煙的熱塑絕緣和護套電纜的要求。UL 的 HF 和 LZSH 標志可用于諸多類型的線纜，從電器線纜到通信電纜（包括光纖）、軟線以及電源及控制用托架電纜。

所有經(jīng)過 UL 認證的 HF 和 LSZH 電纜也滿足其他 UL 通用認證要求。UL 還擴展了 UL 2885 下的元器件認可計劃，將鹵素評估也納入其中。這應該對絕緣和護套化合物以及其他電纜組件（包括填充繩、膠帶、繞包帶）的制造商有所幫助。

LSZH 在哪些場景下發(fā)揮作用

決定是否使用 LSZH 是非常困難的，尤其是對于那些勤于研究的設(shè)計人員，他們會深入研究各種標準和建筑規(guī)范，以及很多涉及相關(guān)問題的文檔。幸運的是，人們對 LSZH 電纜所具保護功能的需求通常還是非常明顯的。一般來說，在以下場景下，應該考慮采用 LSZH 電纜：大量電纜安裝在局促的空間中且相互距離很近、撤離通道有限、通風不暢、存在高電壓。

最先使用 LSZH 電纜的一些應用即為很好的例子：在水面艦艇和潛水艇上，從火災中逃生非常困難，有時甚至是不可能的，再比如在核設(shè)施中，濃煙、有毒物質(zhì)和腐蝕性氣體可能導致災難性的后果。

其他一些應用還包括商用飛機、運輸站、機場某些區(qū)域、電信交換中心、隧道、劇院以及夜店（圖 2）。下圖模型顯示的是羅德島州西沃里克的“車站”夜店，該夜店在 2003 年被大火吞噬，導致 100 人死亡，另有 230 人受傷。

圖 2：“車站”夜店的這個模型顯示，雖然現(xiàn)場也有一些撤離通道，但也有很難從中逃生的位置，特別是在數(shù)百人處于恐慌中的情形下。（圖片來源：美國國家標準與技術(shù)研究院）

雖然現(xiàn)場也有一些撤離通道，但也有很難從中逃生的位置，特別是在數(shù)百人處于恐慌中的情形下。到達出口的時間至關(guān)重要，因為毒性煙霧可能迅速聚積，正如下圖模型中所測（圖 3）。

圖 3：位于廚房和舞池之間的夜店中心點在起火后 (t = 0) 最初 200 秒的氣體濃度。探針放置在地面上方 1.5 米。（圖片來源：美國國家標準與技術(shù)研究院）

使用 LSZH 電纜的最新應用包括數(shù)量大幅攀升的數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心密布著電纜，還設(shè)有大量的散熱基礎(chǔ)設(shè)施，火焰和煙霧在其中可以快速擴散。雖然 LSZH 電纜的使用變得日益常見，但現(xiàn)在并未普遍要求在數(shù)據(jù)中心使用 LSZH 電纜，這也許有些不可思議。

事實上，有一些因素會支持或否決使用 LSZH 電纜。在新建筑中，最重要的考慮因素之一是建筑材料所支持的可燃物負荷量，這需要掌握有關(guān)所使用材料的知識，還要對整體環(huán)境進行評估。遺憾的是，在既有建筑中，通常很難做到這一點，因為我們很難掌握甚至根本不可能獲取有關(guān)建筑中所用材料的知識。

性能和成本

過去，LSZH 電纜的電氣和機械性能低于傳統(tǒng)電纜，但現(xiàn)在已經(jīng)得到了很大改觀。電纜制造商不斷優(yōu)化 LSZH 電纜的性能，這些產(chǎn)品可提供 PVC 和 FEP 材料級的阻燃特性，而在柔性、彎曲半徑、低溫耐受能力、電氣性能方面也毫不遜色。

LSZH 電纜的價格仍然普遍偏高，因為它們的生產(chǎn)需要更多的步驟和制造時間。然而，隨著 LSZH 電纜的美國市場擴大，其成本可能有所降低。LSZH 電纜歷來不適合在寒冷環(huán)境下應用，因為添加劑通常會降低電纜的柔性，特別是在很低的溫度下。但是，有些最新 LSZH 電纜采用專有技術(shù)緩解了這個問題。

選擇合適的 LSZH 電纜

隨著各種規(guī)則、規(guī)范和不同法規(guī)及標準的出臺，電纜制造商很難充分確定他們是否真正達到 LSZH 等級。有些規(guī)格書似乎滿足這些要求，但令人奇怪地是，它們經(jīng)常不明確說明這一點，而只提供電纜構(gòu)造（主要是護套）相關(guān)信息，經(jīng)常忽略介電材料。

明確說明 LSZH 屬性的規(guī)格書的良好范例是來自 Alpha Wire 的多芯電纜系列，包括 1172L SL005 兩芯電纜一直到 6017L SL005 24 芯電纜（圖 4）。這些產(chǎn)品的規(guī)格書明確說明了產(chǎn)品達到 LSZH 等級標準，以及產(chǎn)品通過的測試，包括針對易燃性的 IEC 60332-1 標準、針對酸氣生成的 EC 60754-1 和 60754-2 標準，以及針對煙霧排放的 IEC 61034-2 標準。

圖 4：1172L SL005 兩芯電纜（左）和 6017L SL005 24 芯電纜的規(guī)格書明確說明了產(chǎn)品達到 LSZH 等級標準，以及產(chǎn)品通過的測試，而不是含糊其辭。（圖片來源：Alpha Wire）

其他一些制造商也同樣說明了 LSZH 特性，但另外一些制造商卻將這些信息隱藏在規(guī)格書中的某些位置，如果更多工程師要求提供這些特性，這種情況可能會改變。如果您有意購買某種電纜，但制造商沒有明確指明該產(chǎn)品的防火特性，則您最好是聯(lián)系制造商。公司也許還能夠生產(chǎn)定制版本，具備部分或全部優(yōu)良防火特性。應該對來自多家制造商的 LSZH 電纜進行比較，挑選出防火性能出色的候選產(chǎn)品，然后比較它們的柔性、溫度范圍、彎曲半徑、使用壽命和其他關(guān)鍵指標。最終選定的產(chǎn)品應該既具備優(yōu)良的防火性能，而且與 PVC 電纜的功能差異很小。

總結(jié)

從本文中我們可以了解到，雖然 LSZH 電纜已經(jīng)問世數(shù)十年，但其使用目前只是剛開始加速增長。沒有任何聯(lián)盟或組織積極推廣 LSZH 電纜，對于在哪些場景下應該使用 LSZH 電纜，甚至電纜制造商應該如何在網(wǎng)站上或規(guī)格書上對其進行描述，也很少達成一致。幸運的是，這種情況現(xiàn)在有所好轉(zhuǎn)，這要歸功于 UL 決定將 LSZH 和 LSF 添加到其認證測試計劃中。希望這種勢頭保持下去，而不是要等到再發(fā)生一起嚴重火災事故之后才有所行動。

同時，設(shè)計人員和電氣工程師既可以選擇現(xiàn)成的 LSZH 電纜，也可以根據(jù)需要為定制應用指定 LSZH 電纜必須達到的標準。