Conozca los cables de LSZH: pueden salvar vidas

Existe una creciente tendencia hacia el uso de cables eléctricos de LSZH que usan materiales de revestimiento que son más seguros cuando se exponen al fuego. Como el nombre lo indica, producen humo menos denso y casi ningún gas altamente tóxico llamado halógeno, a diferencia de los materiales tradicionales como el PVC (cloruro de polivinilo) y el FEP (etileno propileno fluorado).

Puede parecer lógico que los diseñadores siempre deban elegir estos cables, pero la decisión es mucho más complicada, por lo que es esencial que los ingenieros eléctricos entiendan los cables LSZH, dónde son adecuados, cómo elegirlos y cómo aplicarlos.

Los cables de LSZH no son adecuados para todas las aplicaciones

Es importante recordar que, aunque los cables fabricados con compuestos halogenados, como el PVC y el FEP, se consideraron peligrosos durante un incendio, los cables de LSZH no son una solución universal para reemplazarlos por las siguientes razones. En primer lugar, los beneficios de los cables basados en PVC y FEP son demasiado importantes como para descartarlos, y reemplazarlos con cables de LSZH puede ofrecer pocos beneficios en espacios abiertos donde el humo y los gases pueden disiparse rápidamente. Además, los cables eléctricos rara vez son la única fuente del plástico cuando se produce un incendio, y, como los cables basados en PVC y FEP son resistentes al fuego, su efecto en un incendio es relativamente pequeño, entre varios.

Los cables basados en PVC y FEP también son más económicos que los cables de LSZH, ofrecen un excelente rendimiento eléctrico, se encuentran ampliamente disponibles y cuentan con excelentes características eléctricas en seco y en húmedo. También son muy flexibles y fuertes, tienen una larga vida útil y resisten a temperaturas extremas y productos químicos. En resumen, los cables de LSZH son los más adecuados para situaciones en las que los cables tradicionales podrían ser peligrosos. No se diseñaron para reemplazar los cables tradicionales en todas las aplicaciones.

El crecimiento de los cables de LSZH

Las características de encendimiento y ardedura del PVC y del FEP en revestimientos de cables, dieléctricos y otros componentes se conocen desde la década de los setenta y los cables con materiales alternativos se han utilizado en sistemas militares y nucleares desde aproximadamente 1980. Sin embargo, el incendio de la estación de Kings Cross en Londres en 1987, en el que murieron más de 30 personas y 100 resultaron heridas, recibió atención mundial (Figura 1).

Figura 1: una investigación del incendio en la estación de metro de Kings Cross en Londres demostró que el incendio de grandes cantidades de cables eléctricos produjo densos humos negros y gases tóxicos, lo que hizo que fuera muy difícil escapar. (Fuente de la imagen: Wikipedia)

La investigación de seguimiento reveló que un emparejamiento que cayó en una escalera mecánica fue la causa de múltiples factores que provocó que el fuego se extendiera y volviera mortal. Uno de ellos fue la presencia de grandes cantidades de cables eléctricos que se quemaron, lo que causó un denso humo negro y gases tóxicos y dificultó en gran medida el escape de las personas. Se considera que este hecho impulsó el desarrollo de cables más eficientes y seguros en caso de incendio.

Como resultado, el metro de Londres prohibió los cables de PVC, y otros miembros de la Unión Europea comenzaron a usar ampliamente los cables de LSZH poco después. Los EE. UU. demoraron mucho más en adoptar estos cables por varias razones, como el costo, las normas contradictorias y la controversia sobre dónde deben usarse. Estos problemas se resuelven lentamente, y los cables basados en PVC y FEP se reemplazan en las aplicaciones que obviamente más se beneficiarían.

Diferencias de los cables de LSZH

En contraste con el revestimiento de PVC, los cables de LSZH utilizan material de revestimiento hecho de materiales termoplásticos que no crean halógenos ni ácidos cáusticos, producen poco o nada de humo y reducen de significativamente la propagación de las llamas; todo esto permite que las personas escapen de las áreas de fuego más fácilmente, y los bomberos sufran menos riesgos. Los compuestos de LSZH en general se basaron en poliolefina y se adoptaron con minerales hidratados, lo que tiene como resultado un humo blanco y menos denso.

Desde que se dispone de cables de LSZH, se introdujeron otros compuestos que producen incluso mejores resultados mientras mantienen el rendimiento eléctrico requerido del cable. Los materiales poliméricos que no son inherentemente retardantes de las llamas cuentan con aditivos tales como hidratos inorgánicos (trihidrato de aluminio o hidróxido de magnesio) que optimizan el retardo de las llamas. Este dopaje pesado en general degrada algunas propiedades físicas, por lo que la industria del cable desarrolló métodos para reducir o eliminar los efectos utilizando diferentes compuestos.

Requisitos contradictorios

Para los diseñadores, la situación sigue siendo contradictoria porque existen diferentes puntos de vista sobre dónde se deben usar estos cables. No existe un único estándar o conjunto de estándares para tomar decisiones informadas, y es difícil diferenciar con precisión los cables de LSZH de diferentes fabricantes. Para apreciar esto, considere la gran cantidad de siglas que se usaron a lo largo de los años para describir los cables eléctricos con alguna forma de "mejor" rendimiento en caso de incendio (Tabla 1).

Tabla 1: la falta de coherencia produce caos; algunas de las muchas designaciones de cables "a prueba de incendios" (Fuente de datos: Wikipedia, Anixter, Inc.)

Otros ejemplos incluyen el Departamento de Defensa, una de las primeras agencias en tratar el contenido de halógenos en MIL-C-24643, que define el halógeno "bajo" como inferior al 0.2 % en peso. Otros estándares abordan la cantidad de gas ácido producido, pero no específicamente los niveles de halógeno.

En lo que concierne a los cables eléctricos utilizados en los impelentes, el problema principal es que los productos tóxicos y corrosivos que pueden producir se propagarán por todo el edificio. El NEC (Código Eléctrico Nacional) requiere que el cable utilizado en los impelentes se califique como de “baja emisión de humo”, aunque incluso existe un debate al respecto, ya que los impelentes cuentan con una carga de combustible más ligera y una exposición a fuentes de ignición. La NFPA (Asociación Nacional de Protección contra Incendios) mantiene el estándar NFPA 262, que aborda los cables utilizados en los espacios aéreos de los impelentes.

Por suerte, UL (Underwriters Laboratories) abordó las calificaciones de baja emisión de humos y espacios sin halógenos a partir de 2015, y ahora ofrece programas de certificación para cables HF (libres de halógenos) y de LSZH basados en las series de estándares IEC 62821 y IEC 60754. El IEC 62821 cubre los requisitos para cables con cubierta y con aislamiento termoplásticos, libres de halógenos y baja emisión de humo con voltaje nominal de hasta 750 voltios. Las marcas HF y LZSH de UL se pueden usar en muchos tipos de cables y alambres, desde el cableado del dispositivo hasta el cable de comunicaciones (incluida la fibra óptica), el cable flexible y la bandeja portacable de alimentación y control.

Todos los cables HF y de LSZH certificados por UL también cumplen con otros requisitos generales de certificación de UL. UL también amplió el programa de reconocimiento de componentes según el estándar UL 2885 para incluir la evaluación de halógenos. Esto debería ser útil para los fabricantes de aislamientos y compuestos de cubiertas y otros componentes de cables, como los rellenos, las cintas y las envolturas.

Donde los cables de LSZH tienen sentido

Determinar si usar un cable de LSZH es difícil, en especial para aquellos cuya diligencia los lleva a una inmersión profunda en los estándares, los códigos de receptáculos y los numerosos documentos que abordan el problema. Afortunadamente, la necesidad de protección brindada por los cables de LSZH a menudo es obvia. En general, los lugares donde se deben considerar los cables de LSZH incluyen áreas donde muchos cables se instalan en un espacio confinado y todos están cerca, y donde la evacuación es limitada, la ventilación es deficiente y el voltaje es alto.

Los buenos ejemplos incluyen aplicaciones en las que se usaron por primera vez, como barcos de superficie y submarinos donde el escape del fuego es difícil y en ocasiones imposible, y en instalaciones nucleares donde el humo denso y los gases tóxicos y corrosivos podrían ser catastróficos.

Otras aplicaciones son aviones comerciales, estaciones de transporte, algunas secciones de aeropuertos, centros de conmutación de telecomunicaciones, túneles, teatros y discotecas (Figura 2). Esta maqueta muestra la discoteca The Station en Warwick, RI, donde se produjo un incendio en 2003 en el que murieron 100 personas y otras 230 salieron heridas.

Figura 2: esta maqueta de la discoteca The Station muestra que, si bien había algunas rutas de evacuación, también había lugares de los que sería extremadamente difícil escapar, especialmente para cientos de personas en estado de pánico. (Fuente de la imagen: Oficina Nacional de Estándares y Tecnología)

Aunque había algunas rutas de evacuación, también había lugares de los que era extremadamente difícil escapar, especialmente para cientos de personas en pánico. El tiempo de salida es crítico, ya que los humos tóxicos se habían acumulado rápidamente, como se mide en la maqueta (Figura 3).

Figura 3: concentraciones de gas en un punto central de la discoteca, entre la cocina y la pista de baile, durante los primeros 200 segundos después de la ignición (t = 0). La sonda se colocó a 1.5 metros sobre el nivel del suelo. (Fuente de la imagen: Oficina Nacional de Estándares y Tecnología)

Las aplicaciones más recientes incluyen los centros de datos, que crecieron de manera dramática. Estos tienen bosques de cables, así como grandes cantidades de infraestructura de refrigeración, en las que las llamas y el humo pueden propagarse rápidamente. Por extraño que parezca, el uso de cables de LSZH en centros de datos no es necesario universalmente, aunque su uso es cada vez más común.

Más allá de lo obvio, existen factores que pueden confirmar o mitigar el uso de los cables de LSZH. En los edificios nuevos, una de las consideraciones más importantes es la carga de combustible que aportan los materiales de construcción, que requiere el conocimiento de los materiales utilizados y una evaluación del entorno general. Desafortunadamente, en los edificios actuales esto es a menudo complicado, ya que el conocimiento de los materiales utilizados en la construcción es difícil y, a veces, imposible de obtener.

Rendimiento y costo

Una vez fue cierto que el rendimiento eléctrico y mecánico de los cables de LSZH fue inferior al de sus contrapartes tradicionales, pero esto es mucho menos cierto en la actualidad. Los fabricantes de cables mejoraron continuamente los productos de LSZH que proporcionan las propiedades retardantes de llamas de los materiales de PVC y FEP sin reducir la flexibilidad, el radio de curvatura, la capacidad de temperatura de frío y el rendimiento eléctrico.

Los cables de LSZH suelen ser más caros porque la producción requiere tiempo de fabricación y pasos adicionales. Sin embargo, el costo podría disminuir a medida que crece el mercado estadounidense de cables de LSZH. Los cables de LSZH nunca fueron adecuados para aplicaciones en ambientes fríos porque los aditivos tienden a reducir la flexibilidad en general y en temperaturas muy bajas en particular. Sin embargo, algunos de los últimos cables de LSZH mitigan este problema utilizando técnicas patentadas.

Elegir el cable LSZH "correcto"

La proliferación de reglas, códigos y regulaciones y estándares dispares dificulta la definición adecuada de si se calificaron o no como de LSZH por parte de los fabricantes de cables. Sorpresivamente, algunas hojas de datos que de alguna u otra manera parecen cumplir con estos requisitos con sorpresa a menudo no lo dicen, pero en su lugar brindan solo la construcción del cable (principalmente el revestimiento), frecuentemente dejando de lado el material dieléctrico.

Un buen ejemplo de hojas de datos que expresan explícitamente los atributos de los cables de LSZH es el de la familia de cables multiconductores de Alpha Wire, que incluye el cable de dos conductores 1172L SL005 hasta la versión de 24 conductores 6017L SL005 (Figura 4). Claramente, dan cuenta de que tienen la clasificación de LSZH y las pruebas que pasan, incluido el estándar IEC 60332-1 para inflamabilidad, el EC 60754-1 y el 60754-2 para la generación de gas ácido y el IEC 61034-2 para la emisión de humo.

Figura 4: las hojas de datos de los cables 1172L SL005 de dos conductores (izquierda) y 6017L SL005 de 24 conductores (derecha) de Alpha Wire evitan confusiones ya que demuestran claramente que están clasificados como de LSZH y las pruebas que pasan. (Fuente de la imagen: Alpha Wire)

Otros fabricantes también especifican las características de los cables de LSZH, mientras que otros ocultan estas características en algún lugar de las hojas de datos, algo que probablemente cambiará si más ingenieros las especifican. Si un cable parece conveniente pero no indica claramente las características asociadas al incendio, la mejor manera de tomar una decisión final es ponerse en contacto con el fabricante. La empresa también puede ser capaz de fabricar versiones personalizadas con algunos o todos los atributos de rendimiento superior en caso de incendio. También es esencial comparar los cables fr LSZH de varios fabricantes, seleccionar candidatos cuyo rendimiento de fuego parece satisfactorio y luego comparar la flexibilidad, el rango de temperatura, el radio de curvatura, la vida útil y otras métricas clave. El "ganador" debe tener un excelente rendimiento relacionado con el fuego y la menor diferencia (o degradación) posible de un cable de PVC.

Conclusión

En este punto no sorprende que, aunque los cables de LSZH hayan estado disponibles durante décadas, el uso apenas esté comenzando a aumentar. No ha habido ninguna alianza u otra organización que los defienda, poca o ninguna coherencia con respecto a dónde deben usarse, o incluso cómo los fabricantes de cables deberían describirlos en un sitio web o en una hoja de datos. Afortunadamente, esto está mejorando gracias a la decisión de UL de agregar cables de LSZH y LSF al programa de prueba de certificación. Con suerte, no será necesario otro gran incendio fatal para continuar con este impulso.

Mientras tanto, los diseñadores e ingenieros eléctricos tienen cables fr LSZH para elegir y pueden especificar el cumplimiento de cables de LSZH con varios estándares para aplicaciones personalizadas según sea necesario.