Zanim odpowiem na to jakże ciekawe pytanie. Początkowo zapoznamy się z terminem halogenów. „Halogeny” są zespołem pięciu pierwiastków chemicznych:

• fluor (F) – w temperaturze pokojowej, występuje w postaci blado żółto-brązowego gazu.
• chlor (Cl) – w temperaturze pokojowej jest jasnozielonym gazem.
• brom (Br) – w temperaturze pokojowej jest cieczą czerwonawo-brązową, rudą;
• jod (I) – w temperaturze pokojowej jest ciałem stałym w kolorze stalowo-szarym, po reakcji chemicznej w kolorze fioletowym; 
• astat (At) – czarne ciało stałe. Silnie promieniotwórczy, ciężko zdobyć.

Należą one do 17-tej grupy chemicznej układu okresowego fluorowców (chlorowców). Określenie zostało wprowadzone w 1842 roku przez szwedzkiego chemika barona Jönsa Jacoba Berzeliusa, nazwa pochodzi od greckich słów „sól” i „tworzyć„.

Co tak naprawdę decyduje o stosowaniu produktów bezhalogenowych?

   Toksyczność halogenów jest potencjalnie niebezpieczna dla ludzi, jeśli istnieje problem z ewakuacją z zagrożonego obszaru. Toksyczność dymu budzi największe obawy w zamkniętych pomieszczeniach, gdzie możliwości ucieczki są ograniczone, na przykład: wagoniki kolejki górskiej, statki morskie, platformy naftowe i gazowe.

   Istnieje możliwość wystąpienia korozji styków szczególnie w centrach danych oraz rozdzielniach telefonicznych z dużą ilością drogiej elektroniki. Jedno z wielu rozwiązań, które mogą zmniejszyć problem toksycznego dymu jest wybór produktów halogenowych, które trudno się zapalają lub zaczynają się palić w bardzo wysokiej temperaturze, zmniejszając ryzyko uwolnienia toksycznych lub żrących gazów.

Inną opcją jest wybór produktów bezhalogenowych (ang. Halogen-Free), które mogą się zapalić bez wydzielania toksycznych lub żrących gazów.

    Przepisy dotyczące bezpieczeństwa pożarowego, określa certyfikat UL a dokładniej palność, rozprzestrzenianie się płomienia, toksyczność dymu (wcześniej już omawiałem te zagadnienia w artykule dotyczącym Certyfikatu UL). Istotną cechą jest to czy produkt podtrzymuje, rozprzestrzenianie ognia oraz jego łatwopalność. Są to czynniki decydujące o życiu ludzi znajdujących się w zamkniętych pomieszczeniach, gdzie ruch z dala od źródła ognia może być ograniczony, m.in. pociągi, platformy wiertnicze do wydobywania ropy i gazu oraz przemysł stoczniowy. O stopniu zagrożenia ludzi znajdujących się w strefie pożaru decyduje pięć podstawowych czynników:

• dym;
• toksyczne produkty spalania;
• niedostatek tlenu;
• wysoka temperatura gazów pożarowych;
• oddziaływanie płomieni.

Co się kryje się za szkodliwością dymu korozyjnego?

   Dym jest zawiesiną z bardzo drobnych cząstek stałych w gazie. Dym obok mgły jest jedną z postaci gazozolu (jeżeli rozproszonymi cząstkami są cząstki ciekłe, to gazozol jest mgłą, jeśli są to cząstki stałe, to gazozol jest dymem). Dym zazwyczaj jest produktem ubocznym spalania i często towarzyszy ogniowi. W miastach wraz z mgłą może tworzyć smog. Szczegółowe zagadnienia związane z dymem można przeczytać w dokumencie w języku polskim pt. „Metody badania właściwości dymotwórczych” (plik) Z pliku dowiemy się czym jest dym, jak bada się jego gęstość i jak się tworzy.

   Temat dymu korozyjnego był poruszany na sympozjum pt.: „Comparison of Communications LAN Cable Smoke Corrosivity” w San Francisco w 1997r. przez m.in firmę Underwriters Laboratories (nie działa już ten plik). Od tamtej pory zagadnienie było rzadko poruszane i szczątkowo omawiane jednak brak jest informacji potwierdzających: „Jak dym – powstały ze spalania się elementów halogenowych w rozdzielni – wpływa na elektronikę w szafach rozdzielczych lub serwerowych znajdujących się w sąsiadujących pomieszczeniach?„. Z tego co udało mi się ustalić pytając specjalistów na różnych grupach tematycznych:

• osady powstałe z dymu są osadami węglowymi połączone z wodą, a węgiel i związki węgla są przewodnikami co powoduje przyklejanie się, korozję styków i uszkodzenie elektroniki (informacja z grupy „Elektryk płakał jak do rozdzielnicy zajrzał„);
• „Kondensat prawie każdego dymu jest korozyjny. Nie sam dym, a woda wraz z rozpuszczonymi produktami reakcji gorzenia. Na wszystkim co zimniejsze od mniej-więcej 55 stopni będzie ta czy inna ilość kondensatu w postaci mieszanki kwasów siarczystych, azotowych itd. Sama mieszanka jest często bardziej agresywna od pojedynczych komponentów w większych ilościach. Dobrym przykładem tego efektu są korozja blach na dachach w bliskości fabryk lub szybka korozja tłumika samochodowego z katalizatorem. Proces dokładnie ten sam – „rozpuszczanie” (czyli reakcja tlenków kwasowych) w wodzie i powstawanie kwasów.” (informacja z grupy „Automatyk może więcej„);

   Wniosek nasuwa się sam. Podczas spalania wytrąca się woda, która w połączeniu z osadami węglowymi przenika do wnętrza urządzeń elektronicznych i tym samym może spowodować korozję styków. Szybkość wytwarzania się dymu w dużej mierze zależy od:

• szybkości wydzielania ciepła i szybkości spalania materiału – dlatego ważne jest aby przewody były ułożone estetycznie i równo co będzie korzystnie wpływało na równomierne rozprowadzenie temperatury;
• dodatku substancji opóźniających przebieg reakcji rozkładu;
• rodzaju spalania (płomieniowe, bezpłomieniowe).

    Przy niektórych zastosowaniach istnieje obawa, że materiały halogenowe uwolnią żrące i toksyczne gazy, w kontakcie z ogniem. Żrące pierwiastki gazów mogą uszkodzić elektronikę wszędzie tam, gdzie dotrze dym. Intensywność powstawania dymu zależy od rodzaju dodatków dodawanych do materiałów organicznych, np. wypełniaczy, plastyfikatorów, środków ogniochronnych. Zdolność materiałów do wydzielania dymu w warunkach bezpłomieniowego rozkładu termicznego jest zazwyczaj większa od dymotwórczości przy spalaniu płomieniowym. Dotyczy to szczególnie tworzyw sztucznych. Dla tworzyw sztucznych obserwuje się niekiedy zjawisko odwrotne, np. PCV intensywniej dymią przy spalaniu płomieniowym.

Skąd wiadomo że towar jest bezhalogenowy?

   Właściwości bezhalogenowe produktu są wymogiem regulowanym przez normy. Praktycznie bez zrobienia specjalistycznych testów, cechy są trudne do określenia. Ponieważ tworzywa sztuczne są mieszaniną substancji, które mogą zawierać żywicę, środek opóźniający spalanie, barwniki i inne dodatki, aby nadać produktowi szczególne właściwości. Dlatego należy przeprowadzić niezależne testy laboratoryjne w celu określenia czy całościowy produkt można sklasyfikować jako bezhalogenowy. Wszystkie metody będą dążyć do określenia obecności i poziomu halogenów. Poniżej przedstawiam niektóre z nich.

metoda badania IEC60754-1/BS6425-1 (Emisja Halogenów) – ilości fluorowodorowego gazu, innego niż kwas fluorowodorowy, ewoluują podczas spalania związku na bazie fluorowcowanych polimerów i związków zawierających chlorowcowane dodatki pobrane z konstrukcji kabli. Halogeny obejmują 5 pierwiastków: Fluor, Chlor, Brom, Jod i Astat, wszystkie te elementy są z natury toksyczne. W tym teście, gdy palnik jest podgrzewany do 800°C, próbka 1 g jest umieszczana wewnątrz, a HCL jest absorbowany do wody wewnątrz komory zasilanej strumieniem powietrza. Woda jest następnie testowana pod względem kwasowości. Jeśli wydajność kwasu chlorowodorowego jest mniejsza niż 5%, kabel jest sklasyfikowany jako LSOH. Jeżeli wydajność kwasu solnego wynosi od 5% do 15%, kabel jest sklasyfikowany jako LSF. IEC 60754-1 nie może być użyty do pomiaru dokładnej wydajności HCL, jeżeli jest mniejszy niż 5%, a zatem nie może stwierdzić, czy kabel jest wolny od halogenów czy nie. Aby określić, czy kabel nie zawiera halogenów, należy zastosować IEC 60754-2.

badanie IEC 60754-2 (korozyjność) – metoda określa stopień kwasowości gazów wydzielanych podczas spalania kabli pobranych z próbki kabla przez pomiar jej pH i przewodności (zawartość halogenowodorów (mg/g)). Próbkę uznaje się za zaliczoną do tego testu, jeśli wartość pH jest nie mniejsza niż 4,3 w odniesieniu do 1 litra wody, a konduktywność (przewodność) jest mniejsza niż 10 us / min. Gdy wydajność HCL (kwas solny) wynosi od 2 mg / g do 5 mg / g, próbka kabla może przejść przez IEC 60754-1 (kwasowość (μS/mm i pH)), ale jej wartość pH może być mniejsza niż 4,3 i dlatego nie przejdzie testu IEC 60754-2. Towary uznane jako bezhalogenowe mają kwasowość na poziomie: a1 lub a2. (mowa jest o tym w moim wcześniejszym artykule dotyczącym Certyfikatu CPR).

metoda badania IEC 61034-1/ASTM E662 (Emisja dymu) – test określa gęstość wydzielanego dymu (% przepuszczalności światła). „Test 3-metrowej kostki” mierzy wytwarzanie dymu z kabli elektrycznych podczas pożaru. Promień światła emitowany przez okno jest wyświetlany w obudowie do komórki fotoelektronicznej podłączonej do rejestratora w przeciwległym oknie. Rejestrator jest przystosowany do rejestracji od 0% dla całkowitego zaciemnienia do 100% transmisji świetlnej. Próbka kabla o długości 1 metra umieszczona jest pośrodku obudowy i jest stosowana z ogniem. Minimalna transmisja światła jest rejestrowana. Wynik jest wyrażony jako procent przepuszczanego światła. Próbkę uznaje się za zaliczającą ten test (IEC 61034-1 i 2), jeśli wartość jest większa niż 60%. Im większa przepuszczalność światła, tym mniej dymu emitowanego podczas pożaru.

metoda IEC 60332-3 (LSZH-3) – sprawdza odporność kabla na rozprzestrzenianie się płomieni.

metoda 60332-1-2 (LSZH-1) – Odporność pojedynczego kabla na pionowe rozprzestrzenianie się płomienia (h).

Właściwości, potwierdzające cechy towarów bezhalogenowych:

1. Metoda testowa IEC 60754-2 – niezależny test laboratoryjny;
2. Metoda UL94 preferowana wartość V-0 – ocena palności towaru;
3. Temperatura użytkowania ciągłego według UL Listed – co najmniej 95°C (203°F);
4. Zgodność ze standardem RoHs.

   Poszukując zamienników związków halogenowych warto pamiętać o produktach przyjaznych środowisku. Istotą tych działań jest identyfikacja substancji szkodliwych i/lub niebezpiecznych dla środowiska, co za tym idzie ograniczanie ich stosowania w niektórych towarach. Te zasady regulują: Europejska Dyrektywa RoHS, (od 01.07.2006r. ogranicza stosowanie w nowym sprzęcie elektronicznym wprowadzanym na teren Unii Europejskiej 6 substancji szkodliwych dla środowiska: ołów, rtęć, kadm, sześciowartościowy chrom, polibromowanych bifenyli (PBB), polibromowanych eterów fenylowych (PBDE)) oraz Europejska Dyrektywa WEEE 2002/96/WE (ang. Waste of Electrical and Electronic Equipment) dotycząca utylizacji odpadów elektrycznych i elektronicznych. W Japonii te przepisy nadzorowane są przez JGPSSI (ang. Japan Green Procurement Survey Standardization Initiative) i zakazują aż 100 różnych substancji. Przykładowymi firmami dbającymi o swoją zieloną politykę są: Ricoh, NEC i Toshiba. (Green Public Procurement).

   Czasami może się okazać, że produkty halogenowe spełniają tylko niektóre wymagania środowiskowe, z kolei bezhalogenowe przekraczają kryteria spełniając większość wymagań, przez co mogą stać się towarem referencyjnym do stosowania w większości wymagających środowisk.

Standardy międzynarodowych oznaczeń Halogen-Free

   Obecnie w przemyśle kablowym stosuje się różnego rodzaju przewody i różnorodne powłoki. Producenci oznaczają produkty ognioodporne różnymi międzynarodowymi symbolami:

• ogniodporne – kable ognioodporne są przeznaczone do użytku w sytuacjach pożaru, gdzie rozprzestrzenianie się płomieni wzdłuż trasy kablowej musi zostać opóźnione. Ze względu na względnie niski koszt kable ognioodporne są szeroko stosowane jako kable do przetrwania pożaru. Bez względu na to, czy kable są instalowane w pojedynczych kanałach czy w wiązkach, podczas pożaru rozprzestrzenianie się płomienia zostanie opóźnione, a pożar zostanie ograniczony do niewielkiego obszaru, zmniejszając w ten sposób zagrożenie pożarowe z powodu rozprzestrzeniania się ognia.
• LSZH (ang. Low Smoke Zero Halogen) – kable LSZH charakteryzują się nie tylko odpornością ogniową, ale także właściwościami bezhalogenowymi, co zapewnia niską korozyjność i toksyczność. Podczas pożaru kable LSZH emitują mniej dymu i kwaśnych gazów, które mogą być szkodliwe zarówno dla człowieka jak i drogiego sprzętu. W porównaniu z normalnymi kablami PCV, kable LSZH przewyższają swoją odpornością ogniową, niską korozyjnością i niską emisją dymu, jednak zwykłe kable z PVC mają lepsze właściwości mechaniczne i elektryczne.
• LSF (ang. Low Smoke and Fume) – kable niskoprężne (niewytwarzające wysokiego ciśnienia) cechuje je niska zawartość halogenu i niska korozyjność niskoprężnych kabli dymowych. Kable LSF zawierają również halogeny, ale ich zawartość jest znacznie mniejsza niż kabli PCV. Przewody LSF zostały zaprojektowane w celu ograniczenia rozprzestrzeniania się ognia, toksycznych gazów i dymu podczas pożaru. Kable LSF są zwykle produkowane z ognioodpornego PCW mieszanego z dodatkiem HCL i pochłaniacza dymu. Materiały te pomagają poprawić ognioodporność kabli LSF.
• CMP (ang. plenum cable) – są to kable układane w przestrzeniach wentylacyjnych budynków. Przestrzeń ta jest obszarem, który może ułatwić cyrkulację powietrza w systemach grzewczych i klimatyzacyjnych, zapewniając dostęp do przepływu powietrza ogrzewanego / klimatyzowanego lub powrotnego. Przestrzeń między sufitem strukturalnym a sufitem podwieszanym lub pod podłogą podniesioną jest typowo uważane za plenum. Jednak niektóre konstrukcje sufitu podwieszanego tworzą szczelne zamknięcie, które nie pozwala na przepływ powietrza, a zatem nie może być uważane za przestrzeń powietrzną z plenum. Przestrzeń powietrzna jest zwykle wykorzystywana do przechowywania kabli komunikacyjnych dla sieci komputerowej i telefonicznej budynku. Jednakże zaproponowano, że rosnąca rezygnacja z kabli w przestrzeniach plenum może stanowić poważne zagrożenie w przypadku pożaru, ponieważ gdy ogień dotrze do takiej przestrzeni, przepływ powietrza obecny w tym obszarze dostarcza świeżego tlenu do płomienia i powoduje jego znaczny wzrost niż miałoby to miejsce w innym obszarze. Przewody plenum występują w powłoce ognioodpornej z polichlorku winylu (PVC) o niskim tworzeniu dymu lub fluorowanego polimeru etylenu (FEP). W USA firma regulująca normy tego rodzaju przewodów znana jest pod nazwą National Fire Protection Association standard NFPA 90A: Standard for the Installation of Air Conditioning and Ventilating Systems.
• CMR (ang. Riser Cable) – są to kable stosowane do prowadzenia w budynkach między piętrami w obszarach nieizolacyjnych (ang. non-plenum). Wymagania ogniowe w tych przewodach nie są restrykcyjne, dlatego kabel plenum może zastąpić kabel riser w przestrzeniach wentylacyjnych ale nie odwrotnie.
• CM – są to kable do ogólnego zastosowania w okablowaniu budynku. Kable CM są używane w obszarach innych niż przestrzenie rozprężne i piony wentylacyjne. Kable te są odporne na rozprzestrzenianie się ognia i zgodne są z testem szczelności pionowej UL 1581.

Czy warto stosować towary z właściwościami Halogen-Free?

    Powyższe argumenty, dowodzą że warto i obrazują konsekwencje nie stosowania się do ogólnie przyjętych norm. Takie niedopatrzenie może doprowadzić do kolosalnych strat. W momencie planowania zagospodarowania budynku lub pomieszczeń w kanały żebrowane, przewody i inne materiały wymagane w kosztorysach, monterzy lub instalatorzy sugerując się niższą ceną wybierają towary słabszej jakości. Bywa i tak, że czasami w przetargu brakuje sprecyzowanej informacji dotyczącej jaki powinien być produkt odpowiedni do danej strefy.

    Na przyszłość proszę pamiętać, że różnica cenowa z czegoś właśnie wynika. Szybkość spalania, przemieszczania się ognia jak i wytwarzania dymu są współmierne z czasem jaki możemy zyskać na ochronę ludzkiego życia oraz sprzętu. Nie po to inwestycje pochłaniają ogromne sumy pieniężne żeby oszczędzać na tego typu towarach. Dlatego ważne jest, aby zrozumieć charakterystykę łatwopalności i zastosowania kabli w infrastrukturze sieci. https://www.youtube.com/embed/u7sy4Iawf28

   Pojęciem ściśle związanym z okablowaniem strukturalnym jest NVP (ang. Nominal Velocity of Propagation) jest to stosunek prędkości sygnałów podróżujących w kablu do prędkości światła w próżni. Jest to kluczowa wartość przy wykonywaniu testów i pomiarów. Na podstawie tej wartości wyznaczana jest długość kabla. Wiedza na temat długości zamontowanego kabla jest wymagana by zapewnić zgodność instalacji ze specyfikacją, a co za tym idzie, zagwarantować sprostanie określonym aplikacjom. NVP może zostać wyznaczone przy użyciu mierników, takich jak np. Fluke DTX-1800.
Stosunek ten może być wyrażony w procentach bądź jako wartość dziesiętna z zakresu 0-1. Typową wartością NVP dla kabla nieekranowanego może być 69% (lub 0.69). W kablach miedzianych PUR6004BU-UY i PUP6004BU-UY (TX6000™ Enhanced Category 6 UTP) firmy Panduit NVP wynosi odpowiednio dla CMR – 70%, CMP – 72%.

Przydatne linki dot. towarów z właściwościami Halogen-Free firmy Panduit:

• kanały żebrowane;
• światłowody;
• kable;
• opaski powlekane ze stali nierdzewnej;
• osłony kablowe.

Artykuł na moim prywatnym blogu: Halogen-Free.