耐火ケーブルは同軸ケーブルや光ファイバー ケーブルとは異なりますか?適切なケーブルを選択するにはどうすればよいですか?

ケーブルは、建物、施設、インフラストラクチャ ネットワークの循環システムであり、接続されているすべてのシステムやデバイスに電力、信号、データを伝送します。しかし、すべてのケーブルが同じ条件に合わせて設計されているわけではなく、耐火ケーブル、同軸ケーブル、光ファイバー ケーブルの区別は、それらがサービスを提供する市場よりもはるかに深いものです。それぞれは根本的に異なるエンジニアリング哲学を表しています。耐火ケーブルは極度の熱ストレス下での回路の完全性を優先します。同軸ケーブルは、制御された電磁信号伝送用に最適化されています。光ファイバー ケーブルは情報を電流ではなく光として送信し、銅線ケーブルでは実現できない帯域幅と干渉耐性を提供します。これらのケーブル タイプがどこで重複しているか (特に重要なインフラストラクチャや人命安全設備において) と、設計の優先順位がどこで分岐しているかを理解することは、複雑な設備や一か八かの設備向けにケーブルを指定するエンジニア、設置業者、調達専門家、施設管理者にとって不可欠です。

耐火ケーブルとは何か、そしてその仕組み

耐火ケーブルは、規定の期間、火に直接さらされている間およびその後も、電気回路の完全性、つまり電流を流し続ける能力を維持するように設計されています。これは、全長に沿った炎の延焼に抵抗するように設計されているものの、直接火にさらされた場合でも回路の機能を必ずしも維持できるわけではない難燃性ケーブルとは根本的に異なる要件です。この区別は生命安全の用途において重要です。火災警報システム、非常照明回路、または消火制御ケーブルは、炎にさらされた瞬間に回路の連続性を失いますが、最も必要な瞬間に保護を提供することはできません。

これらのケーブルの耐火性は、導体絶縁材料と、外側ジャケットと従来の絶縁層の熱劣化に耐えるケーブル構造の組み合わせによって実現されます。最も一般的なアプローチは、マイカテープ（並外れた熱安定性を持つ鉱物ベースの絶縁材）を使用し、一次絶縁体の下の各導体に巻き付けます。外側のジャケットと従来の絶縁体が火災で燃え尽きても、マイカテープ層は構造的に無傷のまま残り、導体に継続的な電気絶縁を提供し、回路の連続性を維持します。マイカは、建物火災で遭遇する温度（通常、標準的な火災試験のピーク強度で 800 ～ 1,000 ℃）をはるかに上回る 1,000 ℃を超える温度まで化学的に安定しています。そのため、マイカ絶縁構造は、耐火規格で要求される回路完全性性能を確実に達成します。

耐火基準と分類

耐火ケーブルは、標準化された火災暴露曲線と、許容可能な回路完全性の最小許容期間を定義する性能基準に基づいてテストされ、分類されます。最も広く適用されている規格には、IEC 60331 (火災状況下でのケーブルの回路完全性テストの国際規格)、EN 50200 および EN 50362 (それぞれ小型および大型の耐火ケーブルに関する欧州規格)、BS 6387 (火災、水しぶき、および機械的衝撃に同時に耐える能力によってケーブルを分類する英国の規格。CWZ や BWX などの 3 文字コードで表されます)、 NFPA 70 第 728 条 (国家電気規定に基づく耐火性ケーブルに関する北米規格)。 IEC および EN システムでは、ケーブルは、指定された耐火曲線温度での回路完全性持続時間 (通常は 30、60、または 120 分) によって分類されます。最も要求の厳しい分類では、ケーブルが定格期間全体にわたって 830°C 以上の直接火炎にさらされても回路の完全性を維持する必要があり、一部の規格では水噴霧や機械的衝撃も同時に行われ、消防活動や建物火災時の構造崩壊によってケーブルが受ける可能性のある物理的虐待をシミュレートします。

耐火ケーブルが必須の用途

耐火ケーブル 火災時の継続的な動作が乗員の安全に直接影響を与えたり、緊急対応を可能にしたりする電気回路に対して指定されており、多くの管轄区域では法的に義務付けられています。耐火ケーブルを必要とする特定の回路カテゴリは、国の建築基準、防火基準、占有タイプによって異なりますが、次の用途では、ほとんどの規制枠組みにわたって一貫して耐火ケーブルが必要です。

• 火災検知および警報システム: 火災感知器、警報器、警報器、および火災警報器制御パネルを接続する配線は、避難期間中ずっと火災検知、警報器の作動、およびパネル監視が機能し続けることができるように、連続性を維持する必要があります。火災の初期段階、つまり避難が完了する前にこの回路が失われると、影響を受けていないエリアでの警報の作動が妨げられ、火災の進行の監視ができなくなる可能性があります。
• 非常用照明: 維持されている、または維持されていない非常用照明器具および非常口標識を供給する回路は、火災中も通電状態を維持して、居住者を出口に誘導し、緊急サービスに照明を提供する必要があります。非常用照明分電盤からの供給ケーブルと、該当する場合は中央バッテリー システムへの配線の両方に耐火分類が必要です。
• 消火および煙制御システム: スプリンクラー システムのゾーン バルブ、抑制システムのアクチュエーター、スモーク ダンパー モーター、および加圧ファン制御用の制御ケーブルは、火災時にこれらのシステムが起動して正しく動作できるように回路の完全性を維持する必要があります。火災状況下でこれらの制御ケーブルに障害が発生すると、システムが必要なまさにその瞬間に抑制システムが起動できなくなる可能性があります。
• 消防士通信システム: 建物内の緊急時対応通信システム (ERCS) には、建物内の消防士と屋外の事故指揮官の間の無線通信を維持するために使用される双方向増幅システムが含まれます。消防活動を通じて配電ネットワークが動作し続けるためには、耐火性のケーブル配線が必要です。
• エレベーターのリコールおよび避難システム: 消防士による指定階への呼び戻しや、運動障害のある乗員の避難用エレベーターの操作を可能にするエレベーター制御回路は、火災状況下でも機能を維持する必要があり、関連するすべての制御および電源配線に耐火ケーブルが必要です。

同軸ケーブルとは何か、また耐火設計との違い

同軸ケーブルは、誘電体絶縁層で囲まれた中心導体 (単銅または撚り銅) で構成された伝送線構造であり、その後、管状の外部導体 (シールドまたは編組) で囲まれ、最後に外部ジャケットで保護されています。内側と外側の導体が同じ軸を共有する同軸ジオメトリは、信号の電磁場が 2 つの導体間に完全に閉じ込められる制御された伝送環境を作り出し、信号エネルギーの外側への放射を防ぎ、内側の導体を外部の電磁干渉からシールドします。この制御された磁界形状により、同軸ケーブルは数メガヘルツから数ギガヘルツの周波数での無線周波 (RF) 信号伝送に独特の効果を発揮します。この場合、シールドされていない導体はアンテナとして大量のエネルギーを放射し、深刻な干渉ピックアップを受けることになります。

RF アプリケーション用の同軸ケーブルの主な性能パラメータは、その特性インピーダンス (ケーブルに沿って伝わる信号の電圧と電流の比) です。これは、外側導体直径と内側導体直径の比と絶縁材料の誘電率によって決まります。標準のインピーダンス値は、50 オーム (ほとんどの RF およびマイクロ波信号伝送、計装、携帯電話のアンテナ システムに使用) と 75 オーム (ケーブル テレビ、放送、およびビデオ配信システムに使用) です。同軸ケーブルとそれに接続されている機器の間のインピーダンスの不整合は信号反射を引き起こし、伝送性能を低下させます。この問題は周波数が高くなるほど深刻になります。

耐火性同軸ケーブル: 両方の要件が一致する場所

特定の建物用途、特に建物内の公共安全通信に使用される緊急時対応無線カバレージ システム (ERCS) や分散型アンテナ システム (DAS) では、ケーブルは同軸ケーブルの伝送性能要件と耐火ケーブルの回路完全性要件を同時に満たさなければなりません。標準的な同軸ケーブルの構造では、ポリエチレンまたは PTFE 誘電体材料と PVC またはポリエチレンのジャケットが使用されており、直接火にさらされると発火して急速に故障するため、標準的な同軸ケーブルはこれらのシステムの防火ケーブルとしてはまったく適していません。耐火同軸ケーブルは、内部導体の周りのマイカテープまたは鉱物入りセラミックポリマー絶縁体、強化されたシールド構造、低煙ゼロハロゲン（LSZH）外被などの構造変更を通じてこの問題に対処しており、これによりケーブルは該当する消防規格で要求される回路完全性持続時間を達成しながら、RF伝送特性を維持できるようになります。これらの特殊なケーブルは、標準の同軸タイプよりも高価で柔軟性に欠けるため、鉱物絶縁層に損傷を与える可能性のあるきつい曲げ半径を避けるために配線を慎重に計画する必要があります。

光ファイバーケーブル: 設計、利点、耐火性能

光ファイバー ケーブルは、金属導体を通る電流としてではなく、髪の毛ほどの細いガラス (シリカ) またはプラスチック光ファイバーの束を通る光のパルスとして情報を送信します。各ファイバーストランドはコア (光伝送領域) で構成され、その周りをより低い屈折率を持つクラッド層で囲み、コア内で光を全反射させ、ファイバーの長さに沿って信号を閉じ込めます。この全反射原理により、曲げ半径がファイバーの最小曲げ半径仕様を超えていれば、たとえファイバーが曲がっていても、光はファイバーを通過することができます。

電気通信およびデータ ネットワーキングで使用される 2 つの主要なファイバ タイプは、非常に小さなコア径 (8 ～ 10 μm) を備えたシングルモード ファイバ (SMF) で、1 つの光伝播モードのみをサポートし、高帯域幅で非常に長い伝送距離を実現します。もう 1 つは、より大きなコア (50 または 62.5 μm) を備え、複数の伝播モードをサポートし、短距離、高帯域幅のデータ センターおよびキャンパス ネットワーク アプリケーションで低コストで使用されるマルチモード ファイバ (MMF) です。マルチモード トランシーバーの距離は距離制限を超えています。光ファイバー ケーブルの伝送容量は、銅ベースの代替ケーブルよりも桁違いに大きく、最新の波長分割多重 (WDM) システムは単一のファイバー ペアで毎秒数百テラビットを伝送します。また、このケーブルは電磁干渉の影響を受けず、電磁放射も発生せず、銅ケーブルの配線を制約する電圧降下やグランド ループの問題もなく、安全に長距離を伝送できます。

光ファイバーケーブルの耐火性能

シリカファイバー自体は不燃性であるため、光ファイバーケーブルの耐火性能は主にガラスファイバーを囲むジャケットと緩衝材によって決まります。標準的な光ファイバー ケーブルでは、PVC またはポリエチレンのジャケットが使用されており、燃焼して重大な有毒煙が発生します。これは、人が住んでいる建物では人命の安全上の懸念となります。建物設備の場合、光ファイバー ケーブルは LSZH (低煙ゼロ ハロゲン) または LSOH ジャケットで仕様化されており、発火源が取り除かれると自己消火し、煙の発生が最小限に抑えられ、窒息死を引き起こすのに必要な濃度よりもはるかに低い濃度で無力化を引き起こす有毒なハロゲン酸 (PVC からの塩化水素) を放出しません。北米では、建物のライザー (床間) およびプレナム (空気処理スペース内) 設置用の光ファイバー ケーブルは、NFPA 70 に基づいてライザー (OFNR/OFCR) またはプレナム (OFNP/OFCP) の定格をそれぞれ満たしている必要があります。これらの場所でのケーブルの火炎伝播と発煙の制限を定義します。

火災にさらされても電流を流し続ける必要がある耐火ケーブルの銅導体とは異なり、ガラス繊維自体は、火炎に直接接触した後でも信号伝送を維持するという意味では耐火要素ではありません。光ファイバーケーブルが直接火炎にさらされると、バッファー、ジャケット、そして最終的にはファイバーのコーティングが劣化するため、信号の連続性が失われます。生命安全ネットワークの重要な基幹システムに耐火光ファイバーケーブルが必要な場合、セラミックファイバー補強材、ステンレス鋼のルーズチューブ構造、またはゲル充填装甲設計を使用した特殊な構造により、標準ファイバーケーブルと比較して耐火性能が大幅に向上しますが、最悪の火災暴露条件下ではマイカ絶縁銅耐火ケーブルの温度耐性にはまだ匹敵しません。

直接比較: 耐火性、同軸、光ファイバーケーブル

設置に適したケーブルの選択

複雑な建物やインフラ設備におけるケーブルの選択フレームワークは、回路の機能、設置場所に適用される規制要件、およびケーブルが耐用年数全体にわたって占有する物理環境を明確に理解することから始める必要があります。間違ったケーブル カテゴリを適用すると、耐火性同軸が必要な場合に標準の同軸ケーブルを使用したり、適切な耐火性評価のないプレナム スペースで標準の光ファイバ ケーブルを指定したりすると、規制違反、保険責任が発生し、火災の緊急時に致命的な結果が生じる可能性があります。

• まず、回路の機能と規制要件を特定します。 回路が、適用される建築基準法および火災安全基準に基づいて耐火ケーブルの使用を義務付ける生命安全機能を果たしているかどうかを判断します。 IEC/EN 規格を使用する管轄区域では、EN 50575 (建設製品ケーブルの欧州統一規格) および防火性能分類 CPR (建設製品規制) 要件を参照してください。北米の設置では、特定の回路配線要件について NFPA 70 (NEC) および NFPA 72 (国家火災警報および信号基準) を参照してください。
• 耐火期間を避難戦略に合わせます。 必要な回路完全性期間 (30、60、または 120 分) は、建物の避難戦略と生命安全システムが動作し続けなければならない期間を反映する必要があります。段階的な避難戦略を採用した高層ビルでは、通常、火災警報および緊急通信システムの回路の完全性を 120 分間確保する必要があります。一斉避難が可能な低層建物では、一部の回線カテゴリでは 60 分間の定格を受け入れる場合があります。
• 生命安全システムの RF 信号回路の場合は、耐火性同軸ケーブルを明示的に指定します。 緊急時通信システム (ERCS) および公共安全 DAS の設置では、プロジェクト仕様書で、建物内の配電配線に耐火同軸ケーブル (単なる「同軸ケーブル」ではない) を明示的に記載する必要があります。耐火同軸カテゴリは、回路完全性規格に対する個別の認定を必要とする特定の製品タイプであり、標準的な同軸ケーブルは、どのような品質レベルであっても、RF 性能に関係なくこの要件を満たしません。
• データ バックボーンと水平ケーブル配線の場合は、帯域幅と距離の要件に基づいて光ファイバーまたは銅線カテゴリのケーブルを選択します。 耐火性が回路の完全性要件ではない場合 (IT ネットワークのデータ ケーブル配線など)、90 ～ 100 メートルを超えるバックボーン配線、高帯域幅アプリケーション、重大な EMI のある環境、および信号傍受が懸念される安全な施設には、光ファイバー ケーブルが推奨されます。銅線カテゴリ ケーブル (Cat 6A または Cat 8) は、ファイバがデータとともに電力を伝送できないため、エンドポイント デバイスへの PoE (Power over Ethernet) 配信が必要な短い水平配線でもコスト効率が高くなります。
• 占有スペース内のすべてのケーブルの LSZH ジャケット材質を指定します。 ケーブルのタイプ (耐火性、同軸、光ファイバー) に関係なく、ライザー シャフト、プレナム スペース、およびアクセス可能な天井の隙間など、ケーブル火災による煙に占有者がさらされる可能性があるエリアに設置されるすべてのケーブルに対して、低煙ゼロ ハロゲン ジャケット構造を指定してください。 PVC やポリエチレンのケーブル ジャケットを燃やすことによって発生する煙と有毒ガスは、建物火災で死亡事故を引き起こしました。建物火災では、構造火災ではなく、ケーブルの火災負荷そのものが、行動不能にするガスの主な発生源でした。

耐火ケーブル、同軸ケーブル、および光ファイバー ケーブルは、それぞれ熱耐久性、RF 伝送性能、光信号帯域幅という根本的に異なる要件に対処する独特のエンジニアリング ソリューションです。それぞれが正しい仕様はどこなのか、特殊な構造が 2 つの要件セットを橋渡しするのはどこなのか、設置状況を管理する規制枠組みは何かを理解することは、乗員の安全と長期的なシステム パフォーマンスの両方を保護するケーブル選択の決定の基礎となります。普遍的に優れているケーブルの種類はありません。それぞれがその設計コンテキストにおいて最適であり、最も効果的なケーブル仕様は常に、製品の馴染みやコストだけからではなく、システム要件から始まるものです。