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(shí)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(jì)人員應(yīng)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(shí)卻遠(yuǎn)為復(fù)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(yīng)用它們，這一點(diǎn)至關(guān)重要。
LSZH 電纜并非適用于所有應(yīng)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(huì)在起火時(shí)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(diǎn)，在煙霧和氣體能夠快速擴(kuò)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(shí)，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(duì)火災(zāi)的責(zé)任相對(duì)較小。
基于 PVC 和 FEP 的電纜價(jià)格比 LSZH 電纜更加低廉，可提供出色的電氣性能，應(yīng)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(xué)物品，非常堅(jiān)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(yīng)用中替代傳統(tǒng)電纜。
LSZH 電纜的興起
自上世紀(jì) 70 年代以來，人們已經(jīng)知道了電纜護(hù)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(yīng)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(zāi)導(dǎo)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(duì)倫敦國王十字地鐵站火災(zāi)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(dǎo)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(zāi)的起因，諸多原因?qū)е禄饎萋樱瑠Z去很多人的生命。其中有一個(gè)原因是大量電纜的燃燒，產(chǎn)生濃密的黑煙和有毒氣體，導(dǎo)致人們很難逃生。人們認(rèn)為正是這次火災(zāi)促使業(yè)界開發(fā)在火災(zāi)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(shí)間內(nèi)，其他歐盟成員也開始廣泛使用 LSZH 電纜。出于多個(gè)原因，美國歷經(jīng)了更長時(shí)間才開始推廣使用此類電纜，這些原因包括成本考慮、標(biāo)準(zhǔn)沖突、關(guān)于應(yīng)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(yīng)用中，基于 PVC 和 FEP 的材料正在被取代。
LSZH 電纜的差異
與 PVC 護(hù)套相反，LSZH 電纜使用的護(hù)套材料由熱塑材料制成，不會(huì)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(kuò)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(zāi)區(qū)域，減少消防員的危險(xiǎn)工作。LSZH 化合物通常基于聚烯烴，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(shí)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(jī)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?fù)诫s通常會(huì)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(duì)設(shè)計(jì)人員而言，情況仍舊非常復(fù)雜，因?yàn)閷?duì)于應(yīng)該在哪些場景中使用這些電纜，人們的觀點(diǎn)各不相同。沒有單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)或系列標(biāo)準(zhǔn)可以作為依據(jù)，幫助設(shè)計(jì)人員作出明智的決策，也很難將不同制造商的 LSZH 電纜準(zhǔn)確區(qū)分開來。看看多年來用于描述在火災(zāi)中具有某些更出色性能的電纜的諸多縮略詞（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 |
表 1：由于缺乏統(tǒng)一而產(chǎn)生混亂：一些“防火”電纜的命名（數(shù)據(jù)來源：Anixter, Inc. 的維基百科詞條）
再舉一個(gè)例子，美國國防部是率先在 MIL-C-24643 標(biāo)準(zhǔn)中定義鹵素含量的機(jī)構(gòu)之一，該機(jī)構(gòu)將“低”鹵素定義為按重量計(jì)算低于 0.2%。其他一些標(biāo)準(zhǔn)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(duì)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(gè)建筑內(nèi)擴(kuò)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(dá)到“低煙”等級(jí)，但這方面一直存在爭議，因?yàn)樘旎ò甯魧拥目扇嘉镓?fù)荷量通常比較低，很少暴露在火源下。美國國家消防協(xié)會(huì) (NFPA) 負(fù)責(zé)制定 NFPA 262 標(biāo)準(zhǔn)，解決在天花板隔層空間中使用的電纜的問題。
幸運(yùn)的是，Underwriters Laboratories (UL) 在 2015 年開始制定低煙和無鹵素等級(jí)，現(xiàn)提供基于 IEC 62821 和 IEC 60754 系列標(biāo)準(zhǔn)的無鹵素 (HF) 和 LSZH 電纜認(rèn)證計(jì)劃。IEC 62821 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了在最高 750 伏特的額定電壓下，對(duì)無鹵素、低煙的熱塑絕緣和護(hù)套電纜的要求。UL 的 HF 和 LZSH 標(biāo)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(rèn)證的 HF 和 LSZH 電纜也滿足其他 UL 通用認(rèn)證要求。UL 還擴(kuò)展了 UL 2885 下的元器件認(rèn)可計(jì)劃，將鹵素評(píng)估也納入其中。這應(yīng)該對(duì)絕緣和護(hù)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(duì)于那些勤于研究的設(shè)計(jì)人員，他們會(huì)深入研究各種標(biāo)準(zhǔn)和建筑規(guī)范，以及很多涉及相關(guān)問題的文檔。幸運(yùn)的是，人們對(duì) LSZH 電纜所具保護(hù)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(yīng)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(fēng)不暢、存在高電壓。
最先使用 LSZH 電纜的一些應(yīng)用即為很好的例子：在水面艦艇和潛水艇上，從火災(zāi)中逃生非常困難，有時(shí)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(dǎo)致災(zāi)難性的后果。
其他一些應(yīng)用還包括商用飛機(jī)、運(yùn)輸站、機(jī)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(dǎo)致 100 人死亡，另有 230 人受傷。
圖 2：“車站”夜店的這個(gè)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(biāo)準(zhǔn)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(dá)出口的時(shí)間至關(guān)重要，因?yàn)槎拘詿熿F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(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院）
使用 LSZH 電纜的最新應(yīng)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(kuò)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(shí)上，有一些因素會(huì)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(fù)荷量，這需要掌握有關(guān)所使用材料的知識(shí)，還要對(duì)整體環(huán)境進(jìn)行評(píng)估。遺憾的是，在既有建筑中，通常很難做到這一點(diǎn)，因?yàn)槲覀兒茈y掌握甚至根本不可能獲取有關(guān)建筑中所用材料的知識(shí)。
性能和成本
過去，LSZH 電纜的電氣和機(jī)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(jí)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(jià)格仍然普遍偏高，因?yàn)樗鼈兊纳a(chǎn)需要更多的步驟和制造時(shí)間。然而，隨著 LSZH 電纜的美國市場擴(kuò)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(yīng)用，因?yàn)樘砑觿┩ǔ?huì)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(gè)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(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，電纜制造商很難充分確定他們是否真正達(dá)到 LSZH 等級(jí)。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(diǎn)，而只提供電纜構(gòu)造（主要是護(hù)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(dá)到 LSZH 等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，以及產(chǎn)品通過的測試，包括針對(duì)易燃性的 IEC 60332-1 標(biāo)準(zhǔn)、針對(duì)酸氣生成的 EC 60754-1 和 60754-2 標(biāo)準(zhǔn)，以及針對(duì)煙霧排放的 IEC 61034-2 標(biāo)準(zhǔn)。
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(dá)到 LSZH 等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，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(huì)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(yīng)該對(duì)來自多家制造商的 LSZH 電纜進(jìn)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(biāo)。最終選定的產(chǎn)品應(yīng)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(duì)于在哪些場景下應(yīng)該使用 LSZH 電纜，甚至電纜制造商應(yīng)該如何在網(wǎng)站上或規(guī)格書上對(duì)其進(jìn)行描述，也很少達(dá)成一致。幸運(yùn)的是，這種情況現(xiàn)在有所好轉(zhuǎn)，這要?dú)w功于 UL 決定將 LSZH 和 LSF 添加到其認(rèn)證測試計(jì)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(yán)重火災(zāi)事故之后才有所行動(dòng)。
同時(shí)，設(shè)計(jì)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(yīng)用指定 LSZH 電纜必須達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)。
