ปลอกสายไฟแบบแยกได้ทนต่อการลุกไหม้หรือไม่

ปลอกสายไฟแบบแยกได้ทนต่อการลุกไหม้หรือไม่

โรงงานเบเกอรี่เชิงพาณิชย์แห่งหนึ่งในเนเธอร์แลนด์ ซึ่งดำเนินการผลิตอุตสาหกรรมแบบ 24 ชั่วโมง เกิดเหตุเพลิงไหม้ที่แผงควบคุม ส่งผลให้โรงงานต้องหยุดการดำเนินงานเป็นเวลา 11 วัน การสอบสวนเพลิงไหม้ระบุว่าจุดเริ่มต้นของเพลิงมาจากคอนแทคของรีเลย์ที่ร้อนจัดภายในตู้ควบคุม โดยความร้อนที่เกิดขึ้นจากการล้มเหลวของคอนแทคนั้นถ่ายโอนไปยังปลอกสายไฟที่ไม่ทนต่อการลุกไหม้ ปลอกหุ้มสายไฟแบบแยกได้ ปลอกหุ้มที่ใช้รัดสายควบคุมแรงดัน 24 โวลต์ ของตู้ควบคุม ปลอกนี้ผลิตจากพอลิโพรพิลีน (PP) แบบมาตรฐานโดยไม่ผสมสารกันลามไฟ ซึ่งลุกลามเป็นไฟที่อุณหภูมิประมาณ 340 องศาเซลเซียส และการจัดเรียงสายที่รัดรวมกันในแนวตั้งภายในตู้ควบคุมก่อให้เกิดผลเชิงปล่องควัน (chimney effect) ทำให้เปลวไฟลุกลามขึ้นไปตามปลอกหุ้มสายสู่กลุ่มสายอื่นๆ ที่อยู่ใกล้เคียงภายในเวลา 40 วินาที แม้ไฟจะถูกจำกัดไว้เฉพาะภายในแผงเดียวเท่านั้นโดยตัวเรือนโลหะของตู้ควบคุม แต่ความเสียหายจากควันที่เกิดขึ้นกับสายควบคุมทั้งหมดภายในตู้ทำให้ต้องเปลี่ยนสายควบคุมทั้งหมดจำนวน 480 เส้น บล็อกขั้วต่อ 22 ตัว และโมดูล PLC จำนวน 4 ตัว หลังจากการซ่อมแซมใหม่ ทางโรงงานเบเกอรี่ได้กำหนดให้วัสดุทั้งหมดที่ใช้ในตู้ควบคุมต้องผ่านการรับรอง UL94 V-0 — ซึ่งเป็นข้อกำหนดที่ทีมจัดซื้อของโรงงานเคยพิจารณาว่า "ไม่จำเป็น" สำหรับการใช้งานทางไฟฟ้าภายในอาคาร ปลอกหุ้มสายไฟแบบแยกได้ ที่ใช้ในตู้ควบคุมต้องผ่านการรับรอง UL94 V-0 — ซึ่งเป็นข้อกำหนดที่ทีมจัดซื้อของโรงงานเคยพิจารณาว่า "ไม่จำเป็น" สำหรับการใช้งานทางไฟฟ้าภายในอาคาร

ปลอกหุ้มสายแบบแยกเส้น (Split wire loom) มีคุณสมบัติกันลามไฟเมื่อผลิตจากไนลอน (PA66) ที่ผ่านการรับรอง UL94 V-0 พร้อมสารกันลามไฟที่ไม่มีฮาโลเจน ไม่ว่าผลิตภัณฑ์เฉพาะเจาะจงใดๆ ปลอกหุ้มสายไฟแบบแยกได้ ความสามารถของผลิตภัณฑ์ในการปฏิบัติตามมาตรฐานความปลอดภัยจากอัคคีภัยขึ้นอยู่กับพอลิเมอร์พื้นฐาน ชุดสารเติมแต่ง และการที่วัสดุนั้นเป็นเรซินดิบบริสุทธิ์หรือเรซินรีเกรนด์

ทำความเข้าใจเกี่ยวกับการจัดหมวดหมู่สารหน่วงการลุกไหม้ตามมาตรฐาน UL94

มาตรฐาน UL94 ซึ่งพัฒนาโดย Underwriters Laboratories เป็นเกณฑ์มาตรฐานสากลสำหรับการทดสอบความสามารถในการลุกไหม้ของวัสดุพลาสติก การทดสอบนี้ประกอบด้วยการยึดตัวอย่างที่มีขนาดมาตรฐานในแนวตั้ง จากนั้นจุดเปลวไฟที่ปรับค่าแล้วที่ขอบด้านล่างเป็นเวลา 10 วินาที แล้วดับเปลวไฟออก และสังเกตพฤติกรรมการลุกไหม้ ระดับคะแนนที่กำหนดจะขึ้นอยู่กับเกณฑ์สามประการ ได้แก่ เวลาหลังการลุกไหม้ (ระยะเวลาที่ตัวอย่างยังคงลุกไหม้ต่อหลังจากดับเปลวไฟแล้ว) เวลาหลังการเรืองแสง และการที่หยดของวัสดุที่ลุกไหม้ตกลงมาสามารถจุดไฟผ้าฝ้ายที่วางไว้ด้านล่างตัวอย่างได้หรือไม่

การรับรองมาตรฐาน UL94 ระดับ V-0 ซึ่งเป็นมาตรฐานสูงสุดสำหรับตัวเรือนพลาสติกและท่อร้อยสายไฟทั่วไป กำหนดให้ตัวอย่างดับเองภายใน 10 วินาทีหลังจากนำแหล่งเปลวไฟออก รวมเวลาที่ยังคงลุกไหม้หลังจากนำแหล่งเปลวไฟออก (afterflame time) ทั้งหมดจากการทดลองเผา 10 ครั้ง ต้องไม่เกิน 50 วินาที และห้ามมีหยดของวัสดุที่ลุกไหม้ตกลงมาจากร่างตัวอย่าง ปลอกหุ้มสายไฟแบบแยกได้ วัสดุที่ผ่านการรับรองระดับ V-0 จะไม่สามารถลุกไหม้ต่อเนื่องได้ด้วยตนเอง — ทันทีที่นำแหล่งเปลวไฟภายนอกออก วัสดุจะหยุดการลุกไหม้ทันที ขณะที่การรับรองระดับ V-2 อนุญาตให้เวลาที่ยังคงลุกไหม้หลังจากนำแหล่งเปลวไฟออกได้นานขึ้น (ไม่เกิน 30 วินาทีต่อการทดลองหนึ่งครั้ง) และยอมให้มีหยดของวัสดุที่ลุกไหม้ตกลงมาได้ ส่วนการรับรองระดับ HB (Horizontal Burn) ซึ่งเป็นระดับต่ำสุด ใช้กับวัสดุที่ลุกไหม้ช้าเมื่อวางในแนวราบ แต่ไม่มีความต้านทานต่อเปลวไฟในแนวตั้ง ดังนั้นวัสดุเหล่านี้จึงไม่เหมาะสมสำหรับการใช้งานใดๆ ที่มีการเดินสายไฟในแนวตั้ง

โพลิโพรพิลีน (PP) ทั่วไป ปลอกหุ้มสายไฟแบบแยกได้ วัสดุที่ไม่มีสารเพิ่มประสิทธิภาพในการดับเปลวไฟโดยทั่วไปจะผ่านมาตรฐานการทดสอบความต้านทานไฟได้เพียงระดับ HB หรือสูงสุดเพียงระดับ V-2 เท่านั้น วัสดุชนิดนี้ลุกไหม้ง่าย สร้างหยดน้ำที่ลุกไหม้ขณะไหลลง และยังคงลุกไหม้ต่อเนื่องหลังจากแหล่งจุดไฟถูกนำออก ซึ่งวัสดุประเภทนี้จัดเป็นอันตรายจากไฟไหม้ที่แท้จริงในโครงสร้างปิดสำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้า เนื่องจากความร้อนสะสมจากอุปกรณ์ภายในอาจทำให้อุณหภูมิภายในสูงใกล้เคียงจุดติดไฟของวัสดุ

วิทยาศาสตร์วัสดุ — PA66 บริสุทธิ์เทียบกับวัสดุรีไซเคิลและทางเลือกแบบ PP

ประสิทธิภาพในการต้านการลุกไหม้ของวัสดุ ปลอกหุ้มสายไฟแบบแยกได้ ถูกกำหนดที่ระดับโมเลกุล ไนลอน PA66 — โพลีแอมิด 66 ซึ่งเป็นพอลิเมอร์ที่เกิดจากการควบแน่นของเฮกซาเมทิลีนไดอะมีนและกรดอะดิปิก — มีจุดติดไฟโดยธรรมชาติสูงกว่าโพลีโพรพิลีน (ประมาณ 420°C เทียบกับ 340°C) และมีค่าดัชนีออกซิเจนจำกัด (Limiting Oxygen Index: LOI) สูงกว่า ซึ่งหมายถึงความเข้มข้นขั้นต่ำของออกซิเจนที่จำเป็นในการรักษาการเผาไหม้ให้ดำเนินต่อไป ไนลอน PA66 มีค่า LOI อยู่ที่ประมาณ 24–28 หมายความว่าสามารถดับตัวเองลงได้ในอากาศปกติที่มีออกซิเจนอยู่ร้อยละ 21 ในขณะที่โพลีโพรพิลีนมีค่า LOI อยู่ที่ 17–18 ซึ่งหมายความว่าสามารถลุกลามไหม้ได้ง่ายในอากาศ

อย่างไรก็ตาม แม้แต่ PA66 เบื้องต้น (virgin) ล้วนๆ ก็ไม่สามารถผ่านการรับรองระดับ V-0 ได้ การรับรองระดับ V-0 จำเป็นต้องใช้สารหน่วงการลุกไหม้ที่ไม่มีฮาโลเจน — โดยทั่วไปแล้วคือสารประกอบที่มีฟอสฟอรัส หรืออนุพันธ์ของเมลาไมน์ที่มีไนโตรเจน — ซึ่งผสมลงในพอลิเมอร์ระหว่างกระบวนการอัดขึ้นรูป (extrusion) สารเติมแต่งเหล่านี้ทำหน้าที่ผ่านกลไกสองประการ ได้แก่ กลไกการพองตัว (intumescence) ซึ่งสารเติมแต่งจะพองตัวขึ้นและสร้างชั้นถ่าน (char layer) ที่ทำหน้าที่เป็นฉนวนกันความร้อนและออกซิเจนไม่ให้สัมผัสกับพอลิเมอร์ด้านล่าง และกลไกการจับอนุมูลอิสระ (radical scavenging) ซึ่งอนุมูลอิสระที่มีฟอสฟอรัสจะเข้าไปขัดขวางปฏิกิริยาลูกโซ่ของอนุมูลอิสระที่เกิดขึ้นระหว่างการเผาไหม้ ทั้งนี้ ปริมาณและองค์ประกอบของสารเติมแต่งต้องถูกออกแบบอย่างแม่นยำ เพราะหากใส่มากเกินไปจะทำให้สมบัติเชิงกลของไนลอนเสื่อมลง — เช่น ความยืดหยุ่น ความต้านทานแรงกระแทก และความแข็งแรงดึง — ซึ่งเป็นคุณสมบัติสำคัญที่ทำให้ ปลอกหุ้มสายไฟแบบแยกได้ มีประสิทธิภาพในฐานะผลิตภัณฑ์ป้องกันสายเคเบิล

ความแตกต่างระหว่าง PA66 แบบบริสุทธิ์ (virgin) กับ PA66 ที่ผ่านการรีไซเคิลนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อประสิทธิภาพในการทนไฟ PA66 แบบบริสุทธิ์ — เช่น เรซิน Ultramid ของ BASF — มีการกระจายมวลโมเลกุลที่รู้ค่าและสม่ำเสมอ รวมทั้งการกระจายสารเติมแต่งที่สามารถทำนายผลได้ ขณะที่ PA66 ที่ผ่านการรีไซเคิล ซึ่งผลิตจากการหลอมใหม่ของของเสียไนลอนจากกระบวนการอุตสาหกรรมหรือจากผู้บริโภคหลังการใช้งาน จะมีมวลโมเลกุลที่ไม่แน่นอนเนื่องจากการเสื่อมสภาพจากความร้อนในรอบการแปรรูปก่อนหน้า (การหลอมใหม่แต่ละครั้งจะลดความยาวเฉลี่ยของสายพอลิเมอร์ลงประมาณ 5–15%) สายพอลิเมอร์ที่สั้นลงจะก่อให้เกิดชั้นคาร์บอน (char layer) ที่มีความแข็งแรงน้อยลงระหว่างการเผาไหม้ ส่งผลให้วัสดุสูญเสียความสามารถในการดับไฟเอง ปลอกหุ้มสายไฟแบบแยกได้ โครงสร้างทอ (loom) ที่ผลิตจาก PA66 แบบบริสุทธิ์ 100% และผ่านการรับรองมาตรฐาน V-0 จะดับไฟเองได้อย่างเชื่อถือได้ภายใน 10 วินาที แต่โครงสร้างทอที่ผลิตจากวัสดุรีเกรนด์ (regrind) — แม้จะระบุว่าเป็น "PA66" ก็ตาม — อาจลุกไหม้นาน 20–30 วินาที หรือปล่อยหยดวัสดุที่ลุกไหม้ ซึ่งอาจทำให้เปลวไฟลุกลามไปยังวัสดุข้างเคียง

สถานที่ที่การรับรองความสามารถในการทนไฟเป็นสิ่งบังคับ

ข้อกำหนดด้านความสามารถในการทนไฟ ปลอกหุ้มสายไฟแบบแยกได้ ขึ้นอยู่กับการใช้งานและเขตอำนาจศาลที่เกี่ยวข้อง แผงควบคุมอุตสาหกรรมที่ผลิตตามมาตรฐาน IEC 61439-1 ในสหภาพยุโรปมักจะกำหนดให้ผลิตภัณฑ์จัดการสายภายในทั้งหมดผ่านการทดสอบแบบโกลว์ไวร์ (glow-wire test) ตามมาตรฐาน IEC 60695-2-11 ที่อุณหภูมิ 650–960°C ซึ่งขึ้นอยู่กับค่ากระแสไฟฟ้าของอุปกรณ์ที่ติดตั้งอยู่ภายใน — ซึ่งเป็นการทดสอบที่ผลิตภัณฑ์พอลิโพรพิลีน (PP) ที่ไม่มีคุณสมบัติกันไฟไม่สามารถผ่านได้ ระบบสายไฟรถยนต์ (wiring harnesses) ที่ผลิตตามมาตรฐาน ISO 6722 กำหนดให้วัสดุปลอกหุ้มสาย (conduit material) ต้องผ่านข้อกำหนดเฉพาะด้านการลุกลามของเปลวไฟ ซึ่งทดสอบตามมาตรฐาน ISO 3795 สำหรับการใช้งานในระบบรถไฟที่อยู่ภายใต้กฎระเบียบ EN 45545-2 จำเป็นต้องปฏิบัติตามระดับความเสี่ยง R22/R23 ซึ่งโดยหลักการแล้วบังคับให้ใช้วัสดุที่มีการจัดอันดับ V-0 สำหรับการป้องกันสายไฟภายในยานพาหนะ สำหรับการติดตั้งพลังงานหมุนเวียน เช่น อินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ ห้องเครื่องกังหันลม (wind turbine nacelles) และตู้เก็บพลังงานแบตเตอรี่ (battery energy storage enclosures) ต่างเริ่มระบุให้ใช้ผลิตภัณฑ์จัดการสายไฟที่มีการจัดอันดับ V-0 เพิ่มมากขึ้น เนื่องจากข้อกำหนดด้านประกันภัยมีความเข้มงวดยิ่งขึ้นสำหรับทรัพย์สินที่มีต้นทุนความเสียหายจากเพลิงไหม้สูง

คำแนะนำในการเลือก

ทีมจัดซื้อที่กำลังประเมิน ปลอกหุ้มสายไฟแบบแยกได้ ควรตรวจสอบสามรายการ ได้แก่ เอกสารรับรองมาตรฐาน UL94 ที่ระบุระดับการรับรองเฉพาะ (V-0 ไม่ใช่ V-2 หรือ HB) พร้อมเลขที่รายงานผลการทดสอบ; คำชี้แจงองค์ประกอบวัสดุที่ยืนยันว่าเป็นไนลอน PA66 บริสุทธิ์ 100% ที่มีสารหน่วงการลุกไหม้ที่ไม่มีฮาโลเจน; และใบรับรองระบบการจัดการคุณภาพ ISO 9001 ของผู้ผลิต ซึ่งให้ความสามารถในการติดตามย้อนกลับตั้งแต่ชุดวัตถุดิบไปจนถึงผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป

คำถามที่มักถามบ่อย

UL94 V-0 หมายความว่าอย่างไรสำหรับปลอกสายแยกแบบแยกได้

UL94 V-0 หมายความว่าวัสดุจะดับเองภายใน 10 วินาที หลังจากถูกเผาด้วยเปลวไฟเป็นเวลา 10 วินาที โดยรวมเวลาที่เปลวไฟยังคงลุกไหม้ต่อหลังการเผา (afterflame time) ทั้งหมดต้องไม่เกิน 50 วินาทีจากการทดสอบทั้งหมด 10 ครั้ง และไม่เกิดหยดวัสดุที่ลุกไหม้ ปลอกสายแยกแบบแยกได้ที่มีการรับรองระดับ V-0 จะไม่ลุกไหม้ต่อเนื่องหลังจากนำแหล่งเปลวไฟออก และจะไม่แพร่กระจายเปลวไฟไปยังวัสดุข้างเคียงผ่านการหยด

ปลอกสายแยกแบบแยกได้ที่ทำจากพอลิโพรพิลีนมาตรฐานสามารถทนไฟได้หรือไม่

พอลิโพรไพลีนมาตรฐาน (PP) ที่ไม่มีสารเพิ่มประสิทธิภาพในการทนไฟจะได้คะแนนการทดสอบตามมาตรฐาน UL94 เพียงระดับ HB หรือ V-2 เท่านั้น — วัสดุชนิดนี้ลุกไหม้ง่าย สร้างหยดของวัสดุที่ลุกไหม้ขณะเผา และยังคงลุกไหม้ต่อไปหลังจากนำแหล่งเปลวไฟออกแล้ว อย่างไรก็ตาม พอลิโพรไพลีนสามารถผสมสารทนไฟเพื่อให้บรรลุระดับ V-2 (บางครั้งอาจถึงระดับ V-0 ในชิ้นส่วนที่หนา) แต่ปริมาณสารเติมแต่งที่จำเป็นมักทำให้ปลอกสายไฟแบบแยกส่วนมีความแข็งกระด้างและเปราะบาง ส่งผลให้ความสามารถในการใช้งานเป็นปลอกป้องกันสายไฟที่ยืดหยุ่นลดลง

ผู้ซื้อจะตรวจสอบได้อย่างไรว่าปลอกสายไฟแบบแยกส่วนนั้นมีคุณสมบัติตามมาตรฐาน V-0 จริง

ขอรายงานผลการทดสอบ UL94 ที่ระบุชื่อผลิตภัณฑ์เฉพาะ หมายเลขล็อต และชื่อห้องปฏิบัติการที่ทำการทดสอบอย่างชัดเจน จากนั้นเปรียบเทียบองค์ประกอบวัสดุในรายงาน (พอลิเอไมด์ 66 บริสุทธิ์ 100% ที่ผสมสารทนไฟตามที่ระบุ) กับใบข้อมูลวัสดุ (Material Data Sheet) ที่ผู้จัดจำหน่ายให้มา รวมทั้งดำเนินการทดสอบเบื้องต้นในสถานที่จริง: ใช้เปลวไฟจากไฟแช็กสัมผัสตัวอย่างเป็นเวลา 5 วินาที — วัสดุที่ผ่านมาตรฐาน V-0 จะดับเองทันทีหลังจากนำแหล่งเปลวไฟออก ในขณะที่วัสดุที่ไม่มีสารทนไฟจะยังคงลุกไหม้ต่อไปโดยไม่ขึ้นกับแหล่งเปลวไฟ

ปลอกสายไฟแบบแยกส่วนที่มีสารทนไฟมีราคาแพงกว่าปลอกแบบมาตรฐานหรือไม่

ปลอกหุ้มสายไฟแบบแยกส่วนที่ทำจาก PA66 ซึ่งผ่านการรับรองระดับ V-0 มีราคาสูงกว่าปลอกหุ้มแบบ PP มาตรฐานประมาณ 25–40% และสูงกว่าปลอกหุ้ม PA66 ที่ไม่มีคุณสมบัติยับยั้งการลุกลามของเปลวไฟประมาณ 10–20% ความแตกต่างด้านราคาดังกล่าวครอบคลุมต้นทุนของเรซินเกรดบริสุทธิ์จาก BASF และสารเติมแต่งยับยั้งการลุกไหม้ที่ไม่มีฮาโลเจน ความแตกต่างด้านต้นทุนนี้ถือว่าน้อยมากเมื่อเปรียบเทียบกับค่าใช้จ่ายที่อาจเกิดขึ้นจากการเกิดเพลิงไหม้เพียงครั้งเดียวในแผงควบคุมอุตสาหกรรม ซึ่งมักมีมูลค่าสูงกว่า 50,000 ดอลลาร์สหรัฐฯ ทั้งในส่วนของการเปลี่ยนอุปกรณ์และเวลาที่ระบบหยุดทำงาน

ปลอกหุ้มสายไฟแบบแยกส่วนที่มีคุณสมบัติยับยั้งการลุกไหม้สามารถทนต่อช่วงอุณหภูมิได้ในระดับใด

ปลอกหุ้มสายไฟแบบแยกส่วนที่ทำจาก PA66 ซึ่งผ่านการรับรองระดับ V-0 สามารถใช้งานได้อย่างต่อเนื่องในช่วงอุณหภูมิ -40°C ถึง 125°C และสามารถทนต่ออุณหภูมิสูงสุดชั่วคราวได้ถึง 150°C ที่อุณหภูมิต่ำกว่า -40°C วัสดุ PA66 จะแข็งตัวและเปราะบางจนอาจแตกร้าวขณะติดตั้งเมื่อมีการดัดโค้ง ส่วนที่อุณหภูมิสูงกว่า 125°C เป็นเวลานาน โพลิเมอร์จะเริ่มเสื่อมสภาพจากความร้อน ส่งผลให้ความแข็งแรงเชิงกลลดลงตามระยะเวลา และอาจทำให้ประสิทธิภาพในการยับยั้งการลุกไหม้ลดลงด้วย

ปลอกหุ้มสายไฟแบบแยกส่วนที่มีคุณสมบัติยับยั้งการลุกไหม้จำเป็นต้องใช้ตามข้อกำหนดหรือมาตรฐานใดบ้าง

แอปพลิเคชันที่จำเป็นต้องใช้ ได้แก่ วัสดุตกแต่งภายในรถไฟ (EN 45545-2 R22/R23), แผงควบคุมอุตสาหกรรมที่มีค่ากระแสไฟฟ้าเกินเกณฑ์ที่กำหนด (IEC 61439-1 พร้อมการทดสอบด้วยแท่งร้อน), สายไฟในห้องเครื่องยนต์ของยานยนต์ (ISO 6722/ISO 3795) และตู้ครอบอุปกรณ์พลังงานหมุนเวียน ซึ่งข้อกำหนดของบริษัทประกันภัยกำหนดให้ใช้วัสดุที่ผ่านการรับรองระดับ V-0 นอกจากนี้ ห้องระบบไฟฟ้าในอาคารเชิงพาณิชย์ยังเริ่มระบุให้ใช้ระบบจัดการสายไฟที่ผ่านการรับรองระดับ V-0 มากขึ้นในโครงสร้างที่มีคุณสมบัติกันไฟ