LSZH-Compounds für Stromkabel: Brandschutz und Leistung

Wenn sich in einem Tunnel, einem Rechenzentrum oder einem Hochhaus ein Kabelbrand entzündet, entscheidet das die Leiter umgebende Material darüber, ob die Bewohner sicher evakuiert werden können oder ob sie von giftigem, undurchsichtigem Rauch überwältigt werden. LSZH-Compounds für Stromkabel existieren, um genau dieses Risiko zu lösen – durch die Bereitstellung einer halogenfreien Isolierung und Ummantelung, die die Flammenausbreitung unterdrückt, die Rauchdichte minimiert und die Emission von ätzendem Chlorwasserstoffgas verhindert, das Brände herkömmlicher PVC-Kabel so tödlich macht.

Wofür werden LSZH-Verbindungen bei der Isolierung von Stromkabeln verwendet?

LSZH-Compounds für Stromkabel – Low Smoke Zero Halogen, auch als LS0H oder LSOH bezeichnet – sind thermoplastische oder vernetzte Polymerformulierungen, die als primäre Isolationsschicht über Leitern und als äußerer Mantel zum Schutz der Kabelbaugruppe verwendet werden. Ihr charakteristisches Merkmal ist die völlige Abwesenheit von Chlor, Brom, Fluor und anderen Halogenen, die bei der Verbrennung giftige Säuregase erzeugen.

In Stromkabelanwendungen erfüllen LSZH-Materialien gleichzeitig drei technische Aufgaben: elektrische Isolierung zur Aufrechterhaltung der dielektrischen Integrität zwischen Leiter und Erde, mechanischer Schutz vor Abrieb und Installationsbelastungen sowie passiver Brandschutz durch Flammhemmung und Rauchunterdrückung. Kein einziger herkömmlicher Thermoplast – einschließlich PVC, XLPE oder EPR – erfüllt alle drei Rollen mit dem Brandschutz-Leistungsprofil, das LSZH erreicht.

Warum LSZH-Compounds für den Brandschutz in Kabelsystemen erforderlich sind

LSZH-Verbindungen sind in geschlossenen, stark frequentierten und kritischen Infrastrukturumgebungen durch Brandschutzbestimmungen vorgeschrieben, da herkömmliche halogenierte Kabelmaterialien Verbrennungsnebenprodukte erzeugen, die tödlicher sind als das Feuer selbst. Beim Verbrennen von PVC-Kabeln wird Chlorwasserstoffgas (HCl) in einer Konzentration von 50 Teilen pro Million freigesetzt, die unmittelbar lebens- und gesundheitsgefährdend ist – ein Grenzwert, der bei einem Brand in einem geschlossenen Raum innerhalb von Minuten erreicht wird.

• Schienen- und U-Bahn-Systeme
  EN 45545-2 schreibt LSZH-Kabel in der gesamten unterirdischen Schieneninfrastruktur in der Europäischen Union vor. Der Kanaltunnel und die Londoner U-Bahn haben nach dem Brand von King's Cross im Jahr 1987, bei dem 31 Menschen ums Leben kamen, die vollständigen LSZH-Umbauprogramme abgeschlossen.
• Rechenzentren und Serverräume
  NFPA 75 und TIA-942 spezifizieren LSZH-Plenumkabel in Doppelboden- und Überkopfkabelführungsräumen, in denen die Luftzirkulation die Verteilung toxischer Gase in der gesamten Anlage beschleunigen würde.
• Marine- und Offshore-Installationen
  IEC 60092-350 erfordert eine LSZH-Ummantelung für Strom- und Steuerkabel an Bord. Die geschlossene Schiffsgeometrie macht die Evakuierung von Halogengas während eines Brandereignisses unmöglich, sodass die Einhaltung der LSZH eine Überlebensvoraussetzung für die Besatzung ist.
• Kernkraftwerke
  IEC 60780 spezifiziert qualifizierte LSZH-Kabel für sicherheitskritische Schaltkreise in Kernanlagen, wo korrosives HCl-Gas aus der Verbrennung von PVC-Kabeln die Integrität der Reaktorsteuerungsinstrumentierung während des Brandereignisses beeinträchtigen würde.
• Hochhäuser
  IBC 2021 und BS 9999 beziehen sich beide auf Kabelanforderungen mit geringer Toxizität für vertikale Kabelsteigleitungen und Fluchtwegzonen in Gebäuden mit einer Länge von mehr als 18 Metern, in denen der Luftstrom mit Schornsteineffekt die Wanderung von Verbrennungsgasen nach oben durch belegte Stockwerke beschleunigt.

LSZH-Compounds vs. PVC-Compounds für Stromkabel

Der Leistungsunterschied zwischen LSZH-Compounds für Stromkabel und PVC-Verbindungen ist über alle brandrelevanten Parameter quantifizierbar. PVC bietet in offenen, gut belüfteten Industrieumgebungen Kosten- und Flexibilitätsvorteile; LSZH ist die obligatorische Wahl, wenn die Sicherheit von Personen oder die Kontinuität der Ausrüstung während eines Brandereignisses oberste Priorität haben.

LSZH-Verbindungen in Hochspannungskabelsystemen

LSZH-Compounds für Stromkabel sind vollständig für den Einsatz in Mittelspannungs- (MV) und Hochspannungskabelsystemen (HV) mit Spannungen von 6 kV bis 500 kV ausgelegt, wenn sie als vernetzte LSZH-Mantelverbindungen (XLPE-LSZH) formuliert sind. Der Vernetzungsprozess – erreicht durch Peroxid- oder Silanvernetzung – steigert die thermische, mechanische und dielektrische Leistung des LSZH-Basispolymers erheblich über das hinaus, was Standard-Thermoplasttypen erreichen.

Haltbarkeit und Hitzebeständigkeit von LSZH-Compounds im Kabelbetrieb

Die langfristige mechanische und thermische Haltbarkeit von LSZH-Compounds für Stromkabel wurde in der Vergangenheit als Einschränkung gegenüber PVC in anspruchsvollen Installationsumgebungen angeführt. Die seit 2010 entwickelten vernetzten LSZH-Formulierungen haben diese Lücke erheblich geschlossen und eine 30-jährige Lebensdauer gemäß den thermischen Alterungsprotokollen IEC 60216 erreicht, die den modernen Designstandards für Übertragungskabel entsprechen.

Zu den wichtigsten Haltbarkeitsparametern für die Spezifikation von Ingenieuren gehören die Beibehaltung der Bruchdehnung von über 50 % nach 7-tägiger thermischer Alterung bei 135 °C (IEC 60811-401), die Beibehaltung der Zugfestigkeit von über 70 % nach 1.000 Stunden UV-Bewitterung und die Ölbeständigkeit von Kabeln, die in Industrieumgebungen installiert werden, die Hydraulikflüssigkeit oder Transformatoröl enthalten. Die Sortenauswahl über diese Parameter hinweg ermöglicht dies LSZH-Compounds für Stromkabel präzise auf die Umgebungsbedingungen jeder Installationsanwendung abgestimmt werden.

Häufig gestellte Fragen

Welche Normen regeln LSZH-Compounds für Stromkabel?

Die wichtigsten internationalen Standards LSZH-Compounds für Stromkabel sind IEC 60754-1 und IEC 60754-2 für den Halogengehalt und die Korrosivität saurer Gase, IEC 61034-2 für die Rauchdichtemessung, IEC 60332-1 und IEC 60332-3 für die Flammenausbreitung bei Einzelkabeln und gebündelten Kabeln sowie die IEC 60811-Reihe für mechanische und thermische Verbindungseigenschaften. Regionale Normen, darunter EN 50525 in Europa und UL 44 in Nordamerika, verweisen auf diese IEC-Rahmenwerke mit zusätzlichen gebietsspezifischen Anforderungen.

Sind LSZH-Compounds für Kabelanwendungen teurer als PVC?

Die Rohstoffkosten für LSZH-Compounds sind in der Regel pro Kilogramm um 30 bis 60 % höher als für gleichwertige PVC-Compounds, vor allem weil anorganische Flammschutzmittel wie Aluminiumtrihydrat (ATH) und Magnesiumhydroxid hohe Beladungsmengen erfordern – oft 50 bis 65 Gewichtsprozent –, um die erforderliche Brandleistung zu erreichen. Bei der Berechnung der Gesamtinstallationskosten für konforme Kabelsysteme in regulierten Umgebungen müssen jedoch die Kosten für die Nichteinhaltung von Vorschriften, die Versicherungshaftpflicht und den Systemaustausch nach einem Brandereignis berücksichtigt werden, was durchweg die Lebenszyklusökonomie der LSZH-Kabelspezifikation begünstigt.

Können LSZH-Compounds auf Standard-PVC-Extrusionsanlagen verarbeitet werden?

LSZH-Compounds für Stromkabel kann auf herkömmlichen Einschneckenextrudern mit Modifikationen des Schneckenkompressionsverhältnisses, des Zylindertemperaturprofils und des Düsendesigns verarbeitet werden. LSZH-Compounds sind bei gleichwertigen Verarbeitungstemperaturen viskoser als PVC und erfordern eine präzise Temperaturkontrolle, um eine vorzeitige Vernetzungsaktivierung in XLPE-LSZH-Typen zu vermeiden. Die meisten Kabelhersteller, die LSZH zum ersten Mal verarbeiten, beauftragen den Materiallieferanten mit einem verbindungsspezifischen Prozessaudit, bevor die Produktion hochskaliert wird.

Was ist der Unterschied zwischen den Bezeichnungen LSZH und LSOH oder LS0H?

LSZH (Low Smoke Zero Halogen), LSOH, LS0H und OHLS (Zero Halogen Low Smoke) sind alles Branchenbezeichnungen, die sich auf die gleiche Materialleistungskategorie beziehen – halogenfreie Polymerverbindungen mit geringer Rauchemission bei der Verbrennung. Die Unterschiede in der Abkürzung spiegeln eher unterschiedliche regionale und branchenspezifische Konventionen als etwa Unterschiede in der Materialspezifikation oder der Einhaltung von Prüfnormen wider. In der IEC-Dokumentation wird der Begriff „halogenfreies Flammschutzmittel“ (HFFR) als bevorzugte technische Bezeichnung für dieselbe Verbindungskategorie verwendet.