Composés LSZH pour câbles de métro et de métro : sécurité incendie, normes et sélection

C'est la fumée, et non le feu, qui décide de la fin d'un incident dans un tunnel.

Un tunnel de métro ne se comporte pas comme un bâtiment ouvert. La fumée n'a nulle part où s'échapper, les gaz de combustion voyagent le long des flux de ventilation et le temps dont disposent les passagers pour évacuer se mesure en minutes. Pour un fabricant de câbles ou un intégrateur de systèmes, cela change la manière dont les matériaux sont spécifiés. La priorité n’est pas simplement d’empêcher le câble de brûler ; il s'agit de maintenir la production de fumée à un faible niveau, de maintenir les acides halogènes hors de l'atmosphère et de maintenir les produits de combustion toxiques en dessous des seuils de survie.

Les composés à faible fumée et sans halogène (LSZH) existent parce que les composés de PVC conventionnels libèrent une fumée dense et acide. Lorsque le PVC brûle dans un tunnel humide, la teneur en halogène se transforme en chlorure d'hydrogène, qui se combine à l'humidité pour former de l'acide chlorhydrique. Cet acide attaque les équipements de traction, les armoires de commande et les circuits de signalisation longtemps après que les flammes soient éteintes. Cela rend également les voies d’évacuation inutilisables. Les composés de câbles LSZH sont conçus pour brûler avec beaucoup moins de fumée, ne libèrent aucun acide halogène et produisent beaucoup moins de gaz toxiques. C'est pourquoi les projets de métro et de métro en Europe, en Amérique du Nord et en Asie ont fait passer LSZH d'une option à valeur ajoutée à une référence minimale.

Quelles normes régissent les composés de câbles de métro et de métro ?

Les câbles de métro et de métro se situent à l’intersection de la sécurité des bâtiments et de la sécurité ferroviaire. Les matériaux doivent donc satisfaire aux normes spécifiques au secteur, et pas seulement aux tests de câbles génériques. Les trois cadres qui apparaissent le plus souvent dans les appels d'offres internationales sont l'EN 45545-2, la NFPA130 et la série chinoise TB/T ou GB. Chacun définit la manière dont la densité de la fumée, l'acidité des gaz, la légèreté, la propagation des flammes et l'indice d'oxygène sont mesurés, ainsi que les limites applicables aux différents niveaux de danger.

Si le projet est régi par la norme EN 45545-2, la question pratique est de savoir quel niveau de danger s'applique à chaque emplacement de câble. Les matériaux qui passent le niveau HL2 ne sont pas automatiquement adaptés aux itinéraires HL3 car les limites de croissance de la fumée, de rayonnement et de dégagement de chaleur sont renforcées à chaque niveau. Notre revue des exigences de sécurité incendie de la norme EN 45545-2 pour les câbles de transport explique comment le système de niveaux de danger correspond au choix composé et constitue un point de départ utile lorsqu'un appel d'offres mentionne la norme par son nom.

Architecture composée : canapés d'isolation, de gaine et de protection intérieure

LSZH thermoplastique ou réticulé

La première décision lors du choix du composé est de savoir si l'isolation et la gaine doivent être thermoplastiques ou réticulées. Les qualités thermoplastiques LSZH sont traitées sur des extrudeuses ordinaires, offrent des cycles de fabrication plus courts et fonctionnent bien pour les câbles métropolitains classés à 70 °C et 90 °C. Les qualités réticulées, soit par greffage de silane, soit par rayonnement par faisceau d'électrons, offrent des températures de service continu plus élevées, une meilleure résistance à la déformation dans des conditions de court-circuit et une résistance améliorée à l'huile et aux solvants. Pour les câbles acheminés à travers des compartiments de locomotives, des convertisseurs de puissance ou des sections de tunnel avec des températures ambiantes élevées, le LSZH réticulé est généralement le choix technique le plus sûr.

Rôles de la gaine et de l'isolement dans un environnement de tunnel

La gaine est la première ligne de défense. Il doit empêcher la flamme d'atteindre le noyau, minimiser la fumée lorsqu'il brûle et survivre à l'abrasion, aux éclaboussures d'huile et aux conditions d'installation à froid. L’isolation, quant à elle, doit préserver la rigidité diélectrique grâce aux cycles thermiques et aux contraintes mécaniques répétées. Un câble peut tomber en panne même si sa gaine réussit tous les tests d'incendie, car l'isolation a été spécifiée uniquement pour ses propriétés électriques. Les opérateurs ferroviaires utilisent donc des critères à la fois thermiques et mécaniques pour l'isolation. Le intégrité mécanique des composés LSZH sous des charges opérationnelles ferroviaires doit couvrir la résistance à la traction, l'allongement à la rupture et le comportement à la flexion à froid, car ces propriétés déterminent si un câble survit à être tiré à travers des conduits, traîné sur des bords et serré dans des arbres confinés.

Pour la production de matériel roulant et de câbles de transport, un Composé de gaine de classe B1, sans halogène, à faible dégagement de fumée, à 90 °C est un point de départ courant : il offre un indice d'oxygène élevé, une faible densité de fumée et suffisamment de flexibilité pour les tracés de tunnels étroits. Là où le câble a besoin d'une paroi isolante fine mais fiable, qualités d'isolation LSZH réticulées par rayonnement préserver les performances tout en gardant le diamètre global du câble sous contrôle. Dans les conceptions qui transportent des circuits de données ou de contrôle adjacents aux paires de puissance, un gaine intérieure LSZH avec barrière à l'oxygène fournit une séparation supplémentaire sans introduire de chimie halogène dans la structure du câble.

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Des cibles immobilières qui comptent dans les spécifications réelles

Les normes fixent la limite inférieure, mais les véritables appels d'offres dans le métro vont plus loin. D'après notre expérience des projets de câbles de transit, les valeurs suivantes apparaissent à plusieurs reprises dans les spécifications techniques :

• Indice d'oxygène de 32 % minimum pour les gains ; certaines formulations réticulées ciblent 35 % ou plus pour une marge supplémentaire.
• Teneur en gaz acide halogène ne dépasse pas 0,5 %, pH non inférieur à 4,3 et conductivité non supérieure à 10 µS/mm lors des tests conformes à la norme CEI 60754-2.
• Densité de fumée telle que la transmission minimale atteint 60 % ou plus conformément à la norme lumineuse CEI 61034-2 ; plusieurs projets de métro resserrent ce taux à 70 %.
• Résultats de chromatographie ionique confirmant l'absence de fluor, de chlore, de brome et d'iode plutôt qu'une simple passe de pH.
• Minimums mécaniques de l'ordre de 8 à 10 MPa de résistance à la traction et de 125 à 150 % d'allongement à la rupture pour un gain à usage général à 90 °C.
• Tests de pliage à froid à basse température à -25 °C ou moins, souvent combinés à des tests d'impact à -10 °C pour couvrir les manipulations difficiles sur site.

Il ne s’agit pas de limites universelles, mais elles renvoient le niveau de diligence observé dans les appels d’offres du métro. Un composé qui passe un certificat aujourd'hui peut échouer demain si l'équilibre de la dispersion des charges ou de l'agent de couplage dérive. La entre une bonne gaine LSZH à 90 °C et un gain à peine satisfaisant est souvent invisible jusqu'à ce que le test de densité de fumée soit effectué à trois fois l'épaisseur de marge de paroi standard. C'est pourquoi la plaque-forme de formulation derrière le composé est aussi importante que le certificat de test final.

Traitement du LSZH sur la ligne d'extrusion

Les composés LSZH ne constituent pas une alternative au PVC. Les charges d'hydroxyde métalliques utilisées pour obtenir un caractère ignifuge augmentent la densité de la fusion et l'absorption d'eau est plus élevée que dans les polyoléfines non chargées. Un séchage constant, une conception de vis qui permet un mélange doux sans cisaillement excessif et une filière suffisamment longue pour stabiliser la pression de fusion sont les trois variables pratiques qui séparent une surface extrudée lisse d'une surface rugueuse à peau de requin.

Les qualités thermoplastiques LSZH fonctionnent généralement dans une fenêtre de température de fusion inférieure à celle du PVC et perdent leur résistance mécanique si la matrice polymère est thermiquement dégradée pendant le démarrage ou l'arrêt. Les qualités réticulables ajoutent un autre point de contrôle : les systèmes au silane nécessitent un profil de température qui évite une réticulation prématurée dans le fût, tandis que les produits réticulés par irradiation nécessitent une coordination étroite entre l'installation de câbles et l'installation d'irradiation. La cohérence d’un lot à l’autre apparaît de la même manière. Si le fabricant du composé contrôle étroitement la taille des particules de charge et la chimie du couplage, les opérateurs de ligne peuvent respecter les tolérances dimensionnelles sans corrections constantes de la vitesse de vis. Dans le cas contraire, chaque nouvelle livraison devient une nouvelle expérience.

Que vérifier auprès du fournisseur avant la qualification

Compte tenu des enjeux, la qualification d’un complexe LSZH destiné au métro ne devrait pas se limiter à une simple fiche technique. L'ensemble minimum de vérification comprend l'indice d'oxygène, la teneur en halogène, la densité de fumée, l'indice de libération lorsque la norme EN 45545-2 s'applique, la traction et l'allongement, le vieillissement thermique, le choc thermique, la flexion à froid et l'immersion dans l'huile. En parallèle, l’équipe qualité du client doit confirmer que le fournisseur peut reproduire ces résultats à l’échelle de la production.

C’est là que les installations comptent. Un fournisseur de composés doit être en mesure d'effectuer des essais de composition interne, de contrôler l'humidité et les mélanges maîtres d'additifs et de tester les propriétés physiques avant leur commercialisation. Lors de l'évaluation des partenaires potentiels, demandez combien de lignes de production automatisées sont en service, si le laboratoire est dédié au contrôle qualité entrant et sortant et comment la traçabilité des lots est gérée. Les lignes nouvellement mises en service et les conditions de mélange contrôlées réduisent le risque de dérive de micro-lots difficiles à détecter ultérieurement. La capacité est plus facile à évaluer en usine qu'à partir des certificats de produits, car la discipline du processus n'est visible que lorsque vous voyez la ligne fonctionner. Un fournisseur avec équipement de test en laboratoire dédié et des procédures d'inspection documentées constituant un partenaire plus sûr pour les projets de métro que celui proposant uniquement des certificats importés.

Sélection des composés LSZH pour les applications de métro et de métro

Les câbles de métro et de métro sont critiques pour la sécurité, physiquement exigeants et de plus en plus standardisés. Le composé qui fonctionne dans une colonne montante de bâtiment n'est pas automatiquement adapté à un tunnel : les limites de densité de fumée sont plus strictes, la permission est contrôlée, la teneur en halogène est traitée comme un danger et l'environnement mécanique comprend des flexions répétées, une installation à froid, une exposition à l'huile et des vibrations. L'approche fiable consiste à définir d'abord le niveau de danger, la classe de température, l'environnement mécanique et la capacité de traitement de l'usine de câbles, puis à sélectionner une famille de composés couvrant l'isolation, la gaine et les couches de protection intérieure à partir d'une plaque-forme matérielle globale.

Hangzhou Meilin fabrique des systèmes composés sans halogène et à faible dégagement de fumée depuis plus de trois décennies, exploitant 31 lignes de production automatisées réparties sur trois installations de base. La gamme de produits de transport ferroviaire décrite ici représente l'approche que nous recommandons : gains LSZH de classe B1, gains intérieurs barrière à l'oxygène et isolations LSZH réticulées par rayonnement développé pour les marges de sécurité étroites de l'exploitation des tunnels. Si vous spécifiez un projet métropolitain, demandez un rapport de test complet et exécutez un pilote d'extrusion en utilisant vos propres conditions de ligne. Le composé qui réussit les tests de densité de fumée dans le laboratoire du fabricant est le même que celui que vous devez reproduire sur votre ligne, et la différence se trouve généralement dans la discipline du processus plutôt que dans la seule chimie.