低烟无卤电缆的选择及适用的场景

低烟无卤 (LSZH) 电缆的使用呈现不断增长的趋势，这种电缆采用了遇火时更为安全的套管材料。顾名思义，与聚氯乙烯 (PVC) 和氟化乙丙橡胶 (FEP) 等传统材料不同，低烟无卤电缆产生的浓烟较少，几乎没有称之为卤素的高毒性气体。

既然如此，设计人员应该始终选择使用此类电缆，这似乎是非常合理的，但真正要做决定时却远为复杂，因而电气工程师必须了解 LSZH 电缆及其适用的场景，以及如何选择和应用它们，这一点至关重要。

LSZH 电缆并非适用于所有应用

要记住，虽然我们已经发现使用 PVC 和 FEP 等卤代化合物的电缆会在起火时产生危害，但出于以下原因，LSZH 电缆并不是替代它们的通用解决方案。首先，基于 PVC 和 FEP 的电缆也具备不容忽视的重要优点，在烟雾和气体能够快速扩散的开放空间中，使用 LSZH 电缆取代它们没有太多优势。此外，在起火时，电缆通常不是唯一塑料来源，而且基于 PVC 和 FEP 的电缆是耐火的，因此在诸多因素中，它们对火灾的责任相对较小。

基于 PVC 和 FEP 的电缆价格比 LSZH 电缆更加低廉，可提供出色的电气性能，应用范围广泛，在干燥和潮湿环境下都具备优良的电气特性。它们还具备很高的柔性，使用寿命长，可耐受极端温度和化学物品，非常坚固耐用。简而言之，LSZH 电缆最适合传统电缆可能具有危害性的场景。它们并不用作在所有应用中替代传统电缆。

LSZH 电缆的兴起

自上世纪 70 年代以来，人们已经知道了电缆护套、介电材料和其他元件中的 PVC 和 FEP 的燃烧和火焰特性，到了 1980 年左右，采用替代材料的电缆已经应用于军事和核系统。但在 1987 年，伦敦国王十字地铁站的火灾导致 30 多人死亡和 100 多人受伤，引起了全球广泛关注（图 1）。

图 1：对伦敦国王十字地铁站火灾事故的调查表明，大量电缆的燃烧产生了浓密的黑烟和有毒气体，导致人们很难逃生。（图片来源：维基百科）

后续调查表明，一根落在电梯上的火柴是此次火灾的起因，诸多原因导致火势蔓延，夺去很多人的生命。其中有一个原因是大量电缆的燃烧，产生浓密的黑烟和有毒气体，导致人们很难逃生。人们认为正是这次火灾促使业界开发在火灾中性能更出色、更安全的电缆。

由于此次事故，伦敦地铁禁止使用 PVC 电缆，随后很短时间内，其他欧盟成员也开始广泛使用 LSZH 电缆。出于多个原因，美国历经了更长时间才开始推广使用此类电缆，这些原因包括成本考虑、标准冲突、关于应用场所的争论等。后来，这些问题逐渐得到了解决，在受益最明显的应用中，基于 PVC 和 FEP 的材料正在被取代。

LSZH 电缆的差异

与 PVC 护套相反，LSZH 电缆使用的护套材料由热塑材料制成，不会产生卤素或苛性酸，仅产生少量烟甚至完全不产生烟，并且火焰扩散显著减少，所有这些优良特性都让人们能够更容易地逃离火灾区域，减少消防员的危险工作。LSZH 化合物通常基于聚烯烃，并且掺入水合矿物，因而只产生不太浓的白烟。

自 LSZH 电缆问世多年以来，其他化合物材料也得以引用，收到了更好的效果，同时保持了电缆必需的电气性能。本身没有阻燃成分的聚合物材料掺入了无机水合物（氢氧化铝或氢氧化镁）等添加剂，以优化阻燃特性。这种重掺杂通常会降低一些物理属性，因此电缆行业开发了各种方法，使用不同化合物来减少或消除它们的影响。

易混淆的要求

对设计人员而言，情况仍旧非常复杂，因为对于应该在哪些场景中使用这些电缆，人们的观点各不相同。没有单个标准或系列标准可以作为依据，帮助设计人员作出明智的决策，也很难将不同制造商的 LSZH 电缆准确区分开来。看看多年来用于描述在火灾中具有某些更出色性能的电缆的诸多缩略词（表 1），混淆状况由此可见一斑。

FRLS 耐火，低烟 FRNC 阻燃，无腐蚀性 HFFR 无卤素，阻燃 LC 低腐蚀性 LH 低卤素 LS 低烟 LSF 低烟雾 LSHF 低烟，无卤素 LSNH 低烟，无卤素

再举一个例子，美国国防部是率先在 MIL-C-24643 标准中定义卤素含量的机构之一，该机构将“低”卤素定义为按重量计算低于 0.2%。其他一些标准规定了产生的酸气的数量，但没有具体定义卤素水平。

对于涉及到在天花板隔层中使用的电缆，主要问题在于它们可能产生有毒物质和腐蚀性物质，这些物质将在整个建筑内扩散。美国国家电气法规 (NEC) 要求在天花板隔层空间中使用的电缆必须达到“低烟”等级，但这方面一直存在争议，因为天花板隔层的可燃物负荷量通常比较低，很少暴露在火源下。美国国家消防协会 (NFPA) 负责制定 NFPA 262 标准，解决在天花板隔层空间中使用的电缆的问题。

幸运的是，Underwriters Laboratories (UL) 在 2015 年开始制定低烟和无卤素等级，现提供基于 IEC 62821 和 IEC 60754 系列标准的无卤素 (HF) 和 LSZH 电缆认证计划。IEC 62821 标准规定了在最高 750 伏特的额定电压下，对无卤素、低烟的热塑绝缘和护套电缆的要求。UL 的 HF 和 LZSH 标志可用于诸多类型的线缆，从电器线缆到通信电缆（包括光纤）、软线以及电源及控制用托架电缆。

所有经过 UL 认证的 HF 和 LSZH 电缆也满足其他 UL 通用认证要求。UL 还扩展了 UL 2885 下的元器件认可计划，将卤素评估也纳入其中。这应该对绝缘和护套化合物以及其他电缆组件（包括填充绳、胶带、绕包带）的制造商有所帮助。

LSZH 在哪些场景下发挥作用

决定是否使用 LSZH 是非常困难的，尤其是对于那些勤于研究的设计人员，他们会深入研究各种标准和建筑规范，以及很多涉及相关问题的文档。幸运的是，人们对 LSZH 电缆所具保护功能的需求通常还是非常明显的。一般来说，在以下场景下，应该考虑采用 LSZH 电缆：大量电缆安装在局促的空间中且相互距离很近、撤离通道有限、通风不畅、存在高电压。

最先使用 LSZH 电缆的一些应用即为很好的例子：在水面舰艇和潜水艇上，从火灾中逃生非常困难，有时甚至是不可能的，再比如在核设施中，浓烟、有毒物质和腐蚀性气体可能导致灾难性的后果。

其他一些应用还包括商用飞机、运输站、机场某些区域、电信交换中心、隧道、剧院以及夜店（图 2）。下图模型显示的是罗德岛州西沃里克的“车站”夜店，该夜店在 2003 年被大火吞噬，导致 100 人死亡，另有 230 人受伤。

图 2：“车站”夜店的这个模型显示，虽然现场也有一些撤离通道，但也有很难从中逃生的位置，特别是在数百人处于恐慌中的情形下。（图片来源：美国国家标准与技术研究院）

虽然现场也有一些撤离通道，但也有很难从中逃生的位置，特别是在数百人处于恐慌中的情形下。到达出口的时间至关重要，因为毒性烟雾可能迅速聚积，正如下图模型中所测（图 3）。

图 3：位于厨房和舞池之间的夜店中心点在起火后 (t = 0) 最初 200 秒的气体浓度。探针放置在地面上方 1.5 米。（图片来源：美国国家标准与技术研究院）

使用 LSZH 电缆的最新应用包括数量大幅攀升的数据中心。数据中心密布着电缆，还设有大量的散热基础设施，火焰和烟雾在其中可以快速扩散。虽然 LSZH 电缆的使用变得日益常见，但现在并未普遍要求在数据中心使用 LSZH 电缆，这也许有些不可思议。

事实上，有一些因素会支持或否决使用 LSZH 电缆。在新建筑中，最重要的考虑因素之一是建筑材料所支持的可燃物负荷量，这需要掌握有关所使用材料的知识，还要对整体环境进行评估。遗憾的是，在既有建筑中，通常很难做到这一点，因为我们很难掌握甚至根本不可能获取有关建筑中所用材料的知识。

性能和成本

过去，LSZH 电缆的电气和机械性能低于传统电缆，但现在已经得到了很大改观。电缆制造商不断优化 LSZH 电缆的性能，这些产品可提供 PVC 和 FEP 材料级的阻燃特性，而在柔性、弯曲半径、低温耐受能力、电气性能方面也毫不逊色。

LSZH 电缆的价格仍然普遍偏高，因为它们的生产需要更多的步骤和制造时间。然而，随着 LSZH 电缆的美国市场扩大，其成本可能有所降低。LSZH 电缆历来不适合在寒冷环境下应用，因为添加剂通常会降低电缆的柔性，特别是在很低的温度下。但是，有些最新 LSZH 电缆采用专有技术缓解了这个问题。

选择合适的 LSZH 电缆

随着各种规则、规范和不同法规及标准的出台，电缆制造商很难充分确定他们是否真正达到 LSZH 等级。有些规格书似乎满足这些要求，但令人奇怪地是，它们经常不明确说明这一点，而只提供电缆构造（主要是护套）相关信息，经常忽略介电材料。

明确说明 LSZH 属性的规格书的良好范例是来自 Alpha Wire 的多芯电缆系列，包括 1172L SL005 两芯电缆一直到 6017L SL005 24 芯电缆（图 4）。这些产品的规格书明确说明了产品达到 LSZH 等级标准，以及产品通过的测试，包括针对易燃性的 IEC 60332-1 标准、针对酸气生成的 EC 60754-1 和 60754-2 标准，以及针对烟雾排放的 IEC 61034-2 标准。

图 4：1172L SL005 两芯电缆（左）和 6017L SL005 24 芯电缆的规格书明确说明了产品达到 LSZH 等级标准，以及产品通过的测试，而不是含糊其辞。（图片来源：Alpha Wire）

其他一些制造商也同样说明了 LSZH 特性，但另外一些制造商却将这些信息隐藏在规格书中的某些位置，如果更多工程师要求提供这些特性，这种情况可能会改变。如果您有意购买某种电缆，但制造商没有明确指明该产品的防火特性，则您最好是联系制造商。公司也许还能够生产定制版本，具备部分或全部优良防火特性。应该对来自多家制造商的 LSZH 电缆进行比较，挑选出防火性能出色的候选产品，然后比较它们的柔性、温度范围、弯曲半径、使用寿命和其他关键指标。最终选定的产品应该既具备优良的防火性能，而且与 PVC 电缆的功能差异很小。

总结

从本文中我们可以了解到，虽然 LSZH 电缆已经问世数十年，但其使用目前只是刚开始加速增长。没有任何联盟或组织积极推广 LSZH 电缆，对于在哪些场景下应该使用 LSZH 电缆，甚至电缆制造商应该如何在网站上或规格书上对其进行描述，也很少达成一致。幸运的是，这种情况现在有所好转，这要归功于 UL 决定将 LSZH 和 LSF 添加到其认证测试计划中。希望这种势头保持下去，而不是要等到再发生一起严重火灾事故之后才有所行动。

同时，设计人员和电气工程师既可以选择现成的 LSZH 电缆，也可以根据需要为定制应用指定 LSZH 电缆必须达到的标准。