ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КАБЕЛЬ, СТОЙКИЙ К ОГНЮ, ВОДЕ И МЕХАНИЧЕСКИМ НАГРУЗКАМ Российский патент 2017 года по МПК H01B7/295 

Изобретение в целом относится к области электрических кабелей. В частности, настоящее изобретение относится к электрическому кабелю, стойкому к огню, воде и механическим нагрузкам.

Как известно, электрический кабель, стойкий к огню (известный как "огнеупорный" кабель), представляет собой кабель, выполненный с возможностью продолжения функционирования с допустимой электрической эффективностью даже если из-за пожара он подвержен воздействию открытого пламени на период времени, при температурах 800-900°C или выше.

Огнеупорные электрические кабели используются для различных целей, включающих в себя применения на кораблях или морских платформах. В этих применениях необходимо гарантировать, что некоторые электрические системы (такие как освещение, разбрызгиватели, системы герметизации переборок и тому подобное) продолжат работать в течение заданного периода времени после возникновения пожара, как описано, например, в правилах SOLAS "Безопасное Возвращение в Порт", Глава 11-2/21.4. Это позволяет тушить огонь, безопасно эвакуировать зону, и при необходимости вернуть корабль в порт.

Для обеспечения правильной работы, а также устойчивости к огню, электрические кабели также должны иметь непроницаемость для воды, которая выпускается системами пожаротушения (такими как спринклеры и гидранты) и/или которая появляется из-за какого-либо затопления. Электрические кабели также должны быть способны сохранять их характеристики устойчивости к огню и непроницаемости для воды даже в присутствии интенсивных механических нагрузок (таких как вибрация, удар, сжатие и тому подобное), которым они обычно подвергаются во время тушения пожара и операций по эвакуации.

Документ EP 1798737 относится к огнеупорным электрическим кабелям, которые, при воздействии на них открытого пламени и следующем из этого изменении температуры от 750°C до 930°C, обеспечивают безопасное течение тока на период от 1 до 2 часов. В кабеле каждая отдельная проволока окружена стекловолоконной полосой, на которую приклеен слой слюды. Снаружи этого предусмотрены оплетка из слоя волокна, пропитанная полиуретановой смолой, и изоляционный эластомерный слой. Соединенные проводники обернуты объединенными медной полосой и стекловолоконной полосой для обеспечения свойств водонепроницаемости и изоляции. Для завершения кабеля он, наконец, покрыт слоем наружного покрытия из термопластического или эластомерного материала.

Документ US 5705774 относится к огнеупорному электрическому кабелю, который обладает возможностью сопротивления температурам около 1000°C по меньшей мере в течение двух часов. Кабель содержит проводники, каждый из которых окружен изоляционным слоем силиконовой резины и слоем неорганического материала с оплеткой, такого как кварц или керамика. Снаружи проводников предусмотрены дополнительный слой алюминий/полиэтилен терефталата, слой силиконовой резины, и наружная оболочка с оплеткой, выполненная из стекловолоконного материала.

В документе FR 2573910 описано покрытие, выполненное с возможностью защиты кабеля от пламени и пробоев диэлектрика, когда он подвержен воздействию температур 800-1000°C более чем на 15 минут. Покрытие заявлено как не распространяющее огонь, устойчивое к ударам, вибрациям и струям воды. Покрытие содержит два или более слоев слюды, один слой полимерной смолы, необязательно наполненной огнеупорными неорганическими частицами, один слой стекловолокна с оплеткой, пропитанного полимерной смолой, необязательно наполненной огнеупорными неорганическими частицами, и одну наружную оболочку из полимерной смолы, необязательно наполненной огнеупорными неорганическими частицами.

В документе GB 1582580 описан огнеупорный кабель, содержащий две пары, каждая из которых покрыта слюдяным слоем, изоляционный слой, содержащий теплостойкую резину, слой термопластического эластомера, наполненного гидроксидом алюминия, стекловолоконный слой, металлическую броню с оплеткой и наружную оболочку из полиэтиленового или полипропиленового материала. Кабель заявлен как устойчивый к температурам 650-1100°C более чем на 30 минут и, впоследствии, сопротивляющийся вибрациям.

В документе US 2002/0046871 описан огнеупорный электрический кабель, содержащий металлический проводник, первый слой, содержащий стекло и/или слюду, намотанный с нахлестом в 50%, второй слой, содержащий стекло и/или слюду, также намотанный с нахлестом в 50%, и изоляционный слой из пластикового материала, например полиэтилена, с огнеупорной присадкой.

Заявитель обнаружил, что ни один из электрических кабелей, описанных выше, не является одновременно огнеупорным и непроницаемым для воды в присутствии механических нагрузок.

В частности, в электрическом кабеле, описанном в документе EP 1798737, объединение медной полосы и стекловолоконной полосы не обеспечивает достаточной защиты от механических нагрузок, которые могут быть исключительно интенсивными и которым может быть подвержен электрический кабель во время спасательных операций, следующих за пожаром. К тому же, в присутствии пламени, эластомерный изоляционный слой размягчается в результате увеличения температуры, или даже горит. Размягченный материал или пепел, возникающий в результате сгорания, являются сминаемыми и не могут поддерживать наружные слои кабеля, которые претерпевают структурное смятие. Следовательно, последние больше не могут обеспечивать непроницаемость для воды и адекватную защиту от механических напряжений.

В кабеле, описанном в документе US 5707774, слои силиконовой резины, окружающие проводники, также размягчаются при подъеме температуры и являются горючими. Следовательно, в присутствии пламени они приводят к возникновению таких же проблем, как упомянутые выше. С другой стороны, наружные слои этого кабеля (слой силиконовой резины и наружная оболочка с обмоткой, выполненная из стекловолоконного материала) не обеспечивают ни непроницаемость для воды, ни адекватную защиту от механических нагрузок в случае пожара.

Что касается кабеля, описанного в документе FR 2573910, наружная оболочка из полимерной смолы, необязательно наполненной огнеупорными неорганическими частицами, керамифицируется в присутствии огня, образуя остаток, который, несмотря на то, что является огнеупорным, не может обеспечить адекватную защиту от прямых механических нагрузок, в результате чего он может стать проницаемым для воды.

В кабеле, описанном в GB документе 1582580, термопластический эластомерный слой также размягчается при росте температуры и является горючим. Следовательно, в присутствии огня он образует такие же проблемы, как упомянутые выше. С другой стороны, наружные слои этого кабеля (стекловолоконный слой, металлическая броня с оплеткой и наружная оболочка из полиэтиленового или полипропиленового материала) не обеспечивают непроницаемости для воды в присутствии огня.

Что касается электрического кабеля, описанного в документе US 2002/0046871, его наружный слой из пластикового материала (такого как полиэтилен, с огнеупорными присадками) не может придать кабелю непроницаемость для воды в присутствии огня.

Учитывая упомянутые выше полученные данные, настоящее изобретение направлено на проблему разработки электрического кабеля (в частности, но не исключительно, низковольтного кабеля), который является огнеупорным, непроницаемым для воды, и способным выдерживать сильные механические напряжения.

В частности, настоящее изобретение направлено на проблему разработки электрического кабеля (в частности, но не исключительно, низковольтного кабеля), который обладает возможностью функционирования с допустимыми электрическими характеристиками, когда он подвержен воздействию температуры даже выше чем 1000°C, в одновременном присутствии воды и механических нагрузок, в течение по меньшей мере трех часов.

Ввиду упомянутого выше, Заявитель разработал электрический кабель, содержащий прерывисто слоистый неорганический изоляционный материал, находящийся в непосредственном соприкосновении с проводящим материалом, и наружный барьер из полимер-металлического композитного материала. Кабель выполнен с возможностью содержания, в промежуточном положении между проводящим материалом и барьером, только прерывистых слоев и/или слоев несминающихся под воздействием температуры материалов. Предпочтительно, внутри барьера не предусмотрен какой-либо непрерывный слой некерамифицирующегося эластомерного или термопластического материала.

Следовательно, настоящее изобретение относится к электрическому кабелю, содержащему:

- по меньшей мере один проводник;

- барьер, расположенный снаружи упомянутого по меньшей мере одного проводника, причем упомянутый барьер содержит два первых слоя, содержащих неорганический материал, и второй слой, содержащий полимер-металлический композитный материал, причем упомянутый второй слой расположен между упомянутыми двумя первыми слоями,

причем упомянутый электрический кабель содержит, в промежуточном положении между упомянутым по меньшей мере одним проводником и упомянутым барьером, только прерывистые слои и/или слои несминающихся под воздействием температуры материалов.

В настоящем описании и формуле изобретения, термин "проводник" обозначает элемент электропроводящего материала, такого как алюминий или медь, в форме твердого бруска или множества соединенных проволок.

В настоящем описании и формуле изобретения, выражение "низковольтный кабель" обозначает электрический кабель, выполненный с возможностью функционирования под максимальным напряжением 1 кВт переменного тока.

В настоящем описании и формуле изобретения, выражение "прерывистый слой" обозначает слой, выполненный из материала, имеющего прерывания в осевом направлении и/или в окружном направлении кабеля. Материал этого прерывистого слоя может быть выполнен, например, в форме проводов с оплеткой, витой ленты или витой нити.

В настоящем описании и формуле изобретения, выражение "непрерывный слой" обозначает слой, в котором материал распределен, по существу, гомогенно вокруг нижележащего слоя. Обычно непрерывный термопластический или эластомерный слой производится посредством выдавливания.

В настоящем описании и формуле изобретения, выражение "керамифицирующийся полимер" обозначает состав, содержащий полимерную матрицу, наполненную огнеупорным (керамифицирующимся) материалом, обладающим возможностью образования когерентной (самоподдерживающейся) керамической структуры при заданной температуре. Упомянутый состав также может содержать присадки, такие как стабилизаторы и огнеупорные наполнители.

К тому же, выражение "несминающийся под воздействием температуры" обозначает материалы, которые, по мере роста температуры, не показывают значительного сокращения их консистенции и/или их объема относительно их консистенции и объема при комнатной температуре.

Следует заметить, что максимальный предел температуры, при котором требуется тепловая стабильность для материалов данного кабеля, обычно не превышает температуру примерно 1100°C, при которой медный проводник плавится.

В особенно преимущественных вариантах осуществления настоящего изобретения, каждый проводник кабеля имеет изоляционное покрытие, содержащее по меньшей мере один прерывистый слой неорганического материала и слой керамифицирующегося полимера. Еще более предпочтительно, изоляционное покрытие содержит по меньшей мере два прерывистых слоя неорганического материала.

Если изоляционное покрытие содержит два прерывистых слоя неорганического материала и слой керамифицирующегося полимера, оба прерывистых слоя расположены в радиально внутренних положениях относительно слоя керамифицирующегося полимера.

Преимущественно, прерывистый слой выполнен в форме ленты, намотанной с нахлестом, большим или равным 20% или предпочтительно большим чем 30%.

Если присутствуют два или более прерывистых слоев в форме лент, они предпочтительно намотаны с противоположными направлениями наматывания. Присутствие двух слоев с противоположными направлениями наматывания в изоляционном покрытии каждого проводника преимущественно увеличивает сопротивление электрического кабеля пламени пожара и в это же время увеличивает безопасность и прочность всей сборки, например, когда кабель подвержен воздействию механических нагрузок, возникающих в процессе монтажа.

Предпочтительно, неорганический материал прерывистого слоя представляет собой стекловолокно и/или слюду, преимущественно стекловолокно и слюду.

Стекловолоконная и слюдяная лента предпочтительно содержит стекловолоконную текстильную ленту и слюдяную ленту, связанные вместе клеем, таким как силиконовый клей.

Преимущественно, слой керамифицирующегося полимера выполнен из полимера, наполненного огнеупорными присадками, такими как оксиды титана, циркония, магния, кремния, алюминия и/или кальция, или силикатами магния, алюминия и/или кальция. Предпочтительно, полимер выбирается из силиконовой резины, этиленпропиленовой резины, этиленвинилацетата и мономера этиленпропилендиена.

Неорганический материал каждого первого слоя барьера предпочтительно содержит стекловолокно и/или слюду, или более предпочтительно стекловолокно и слюду.

Каждый первый слой предпочтительно содержит соответствующую ленту, которая намотана на все проводники с нахлестом, большим или равным 20%.

Ленты двух первых слоев предпочтительно намотаны в противоположных направлениях наматывания.

Второй слой полимер-металлического композитного материала предпочтительно содержит полиэстерную ленту, имеющую одну металлизированную сторону, преимущественно с медью или алюминием.

Предпочтительно, полиэстер второго слоя барьера представляет собой полиэтилен терефталат.

Преимущественно, лента второго слоя намотана на первый радиально внутренний слой с нахлестом, большим или равным 20%.

Один или более прерывистых слоев, например, экран, образованный лентой полимер-металлического композитного материала, может быть предусмотрен между изоляционным покрытием проводников и барьером.

Если этот электрический кабель подвергается воздействию огня, прерывистый слой неорганического материала и слой керамифицирующегося полимера изоляционного покрытия показывают стабильное поведение, то есть они не размягчаются и не сминаются. В частности, керамифицирующийся полимер образует слой компактного пепла, слегка увеличивая свой собственный объем. Экран, если он присутствует, расположенный радиально снаружи полимера, имеет прерывистую структуру и, следовательно, не затрудняет небольшое расширение керамифицирующегося полимера, и не затрудняет какую-либо передачу газов вдоль кабеля, что способствует сохранению целостности всего кабеля. Структурная устойчивость всего кабеля, таким образом, преимущественно сохраняется даже при наличии огня. В частности, подходящим образом сохраняется целостность барьера. Благодаря своей трехслойной структуре и природе этих слоев, этот барьер обеспечивает кабель с высокой сопротивляемостью воде и механическим нагрузкам, даже в присутствии огня.

Настоящее изобретение далее будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, предусмотренные в качестве неограничивающего примера, на которых:

- Фиг.1a и 1b представляют собой, соответственно, общий вид и вид в разрезе низковольтного электрического кабеля согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения; и

- Фиг.2a и 2b представляют собой, соответственно, общий вид и вид в разрезе низковольтного электрического кабеля согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

На Фиг.1a и 1b показан низковольтный электрический кабель 1 согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Электрический кабель 1 предпочтительно содержит один или более проводников, например, три проводника 10. Каждый проводник 10 содержит множество металлических проволок 11, выполненных из меди или луженой отпущенной меди. Проводник 10 может быть, например, проводником Класса 2 или Класса 5, как определено в Стандарте IEC 60228, 3-е издание, 2004-11.

Вокруг каждого проводника 10 предусмотрено изоляционное покрытие, образованное одним или более слоями материала, который не сминается под воздействием температуры до температуры, например, 1050°C.

В случае кабеля 1 с Фиг.1a изоляционное покрытие каждого проводника 10 содержит два прерывистых слоя 12a, 12b неорганического изоляционного материала, например, стекловолокна и/или слюды. Каждый из прерывистых слоев 12a, 12b предпочтительно выполнен в форме ленты, намотанной на проводник 10. Преимущественно, каждая из этих лент намотана с нахлестом, большим или равным 30%. Стекловолоконная и слюдяная лента предпочтительно содержит стекловолоконную текстильную ленту и слюдяную ленту, связанные друг с другом силиконовым клеем. Стекловолоконная и слюдяная ленты, образующие прерывистые слои 12a, 12b, легко наматываются с противоположными направлениями наматывания.

Изоляционное покрытие проводника 10 также содержит непрерывный слой 13 керамифицирующегося полимера, расположенный радиально снаружи прерывистых слоев 12a, 12b. Например, слой 13 образован из полимера, наполненного керамифицирующимися присадками (также называемыми огнеупорными присадками), такими как оксиды титана, циркония, магния, кремния, алюминия и/или кальция, или силикаты магния, алюминия и/или кальция. В частности, слой 13 содержит керамифицирующуюся силиконовую резину. В качестве альтернативы силиконовой резине, возможно предусмотреть, в качестве основы полимера, этиленпропиленовую резину (ethylene propylene rubber (EPR)), этиленвинилацетат (ethylene vinyl acetate (EVA)), или мономер этиленпропилендиена (ethylene propylene diene monomer (EPDM)). Слой 13 предпочтительно образован выдавливанием на прерывистые слои 12a, 12b.

Необязательно, как показано на Фиг.1b, изоляционное покрытие проводника 10 может содержать дополнительный прерывистый слой 12c, расположенный снаружи непрерывного слоя 13. Дополнительный прерывистый слой 12c, по существу, подобен (например, по составу и толщине) слоям 12a, 12b.

Ширины прерывистых слоев 12a, 12b, 12c, толщина которых предпочтительно составляет от 0,08 до 0,20 мм, зависят от диаметра, лежащего под лентой (диаметра проводника 10 в случае слоев 12a, 12b, или диаметра проводника 10 и слоев 12a, 12b и 13 в случае слоя 12c) и от нахлеста, и предпочтительно составляют от 6 до 60 мм. Толщина керамифицирующегося полимерного слоя 13 зависит от поперечного сечения проводника 10, как определено в Стандарте IEC 60092-353, 3-е издание (2008-2), Таблица 1. Например, если поперечное сечение проводника 10 имеет площадь от 1,5 мм² до 16 мм², полная толщина слоя 13 предпочтительно составляет около 1,0 мм.

Проводники 10 предпочтительно скручены друг с другом с подходящей длиной пролегания вдоль осевого и продольного направления кабеля 1.

Электрический кабель 1 содержит барьер 14, который охватывает проводники 10 и их изоляционное покрытие.

В примере на Фиг.1a, 1b барьер 14 содержит два первых слоя 14a, 14c неорганического материала и второй слой 14b полимер-металлического композитного материала, расположенного между двумя первыми слоями 14a, 14c.

Каждый первый слой 14a, 14c предпочтительно содержит стекловолокно и/или слюду. В частности, каждый первый слой 14a, 14c предпочтительно содержит соответствующую стекловолоконную и/или слюдяную ленту, намотанную вокруг проводников 10 с нахлестом, большим или равным 20%. Стекловолоконная и слюдяная лента предпочтительно содержит стекловолоконную текстильную ленту и слюдяную ленту, связанные друг с другом силиконовым клеем. Две стекловолоконные и слюдяные ленты, образующие два слоя 14a, 14c, предпочтительно намотаны в противоположных направлениях. Ширина упомянутых лент зависит от диаметра лежащего ниже элемента и от нахлеста, и предпочтительно составляет от 20 мм до 80 мм, причем толщина предпочтительно составляет от 0,08 мм до 0,20 мм.

Второй слой полимер-металлического композитного материала 14b предпочтительно содержит полиэстерную ленту (предпочтительно выполненную из полиэтилен терефталата или PET), имеющую сторону, металлизированную медью (лента Cu/PET) или алюминием (лента Al/PET). Предпочтительно, упомянутая лента из композитного материала имеет полную толщину от 0,036 до 0,060 мм. Лента Cu/PET или Al/PET предпочтительно намотана на слой 14a с нахлестом, большим или равным 20%.

Промежутки между проводниками 10 и их изоляционными слоями и охваченные барьером 14, могут быть оставлены пустыми или, как показано на Фиг.1a и 1b, могут быть заполнены, по меньшей мере частично, наполнительными элементами 15. Наполнительные элементы 15 предпочтительно содержат низкодымящий не содержащий галогена (low smoke halogen free (LSHF)) полимерный материал.

Необязательно, проводники, их изоляционные слои и наполнительные элементы (если они присутствуют), могут быть вместе обмотаны прерывистым слоем полиэстера, например, лентой полиэтилен терефталата (PET), или полимер-металлического композита, например, лентой, выполненной из полиэстера (предпочтительно PET), имеющей сторону, металлизированную медью (лента Cu/PET) или алюминием (лента Al/PET). В случае прерывистого слоя из полимер-металлического композита, это может служить экраном.

Снаружи барьера 14 кабель 1 содержит металлическую броню 16. Металлическая броня 16 предпочтительно содержит множество металлических проволок в оплетке (в частности, проволок, выполненных из меди или луженой меди). Металлическая броня 16 предпочтительно соответствует Стандарту IEC 60092-350, 3-е издание, 2008-02, Секция 4.8.

Необязательно, электрический кабель 1 может содержать разделитель 17, расположенный снаружи металлической брони 16. Разделитель 17 предпочтительно содержит одну или более лент синтетического материала, предпочтительно полиэстера (PET), намотанных на броню 16.

Наконец, электрический кабель 1 содержит наружную оболочку 18. Наружная оболочка 18 предпочтительно содержит термопластический материал, более предпочтительно, не содержащий галогена термопластический или имеющий поперечные связи материал, например EVA, например, термопластический материал типа SHF1 или SHF2, или возможно "защищенного от грязи" типа. Толщина наружной оболочки предпочтительно соответствует требованиям Стандарта IEC 60092-353, 3-е издание, 2011-08, Секция 5.9.

Преимущественно, электрический кабель 1 не содержит какого-либо горючего непрерывного слоя, который сминается при температуре 1000-1050°C внутри барьера 14. Материалы слоев, лежащих между проводниками 10 и барьером 14 (то есть стекловолокно и/или слюда для слоев 12a, 12b, 12c и керамифицирующийся полимер для слоя 13) являются на самом деле термоустойчивыми и не сминаются, подвергаясь воздействию температур около 1000-1100°C, даже в течение периодов, превышающих 3 часа, и даже до 6 часов.

Если электрический кабель 1 подвержен воздействию огня, слои 12a, 12b, 12c и 13 показывают устойчивое поведение; то есть они не размягчаются и не горят. В частности, керамифицирующийся полимер слоя 13 керамифицируется и немного увеличивает свой объем. Таким образом, в случае пожара сохраняется структурная устойчивость всего электрического кабеля 1. В частности, преимущественно сохраняется целостность барьера 14. Благодаря составу его трех слоев 14a, 14b, 14c, барьер 14 придает электрическому кабелю 1 высокую непроницаемость для воды и устойчивость к механическим нагрузкам, даже в присутствии высоких температур из-за пожара.

На Фиг.2a и 2b показан низковольтный электрический кабель 1’ согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

Электрический кабель 1’ предпочтительно содержит одну или более пар проводников, например, две пары проводников 10’.

Каждый проводник 10’ предпочтительно содержит множество 11’ металлических проволок, выполненных из меди или луженой отпущенной меди. Проводник 10’ может быть, например, проводником Класса 2 или Класса 5, как определено в Стандарте IEC 60228, 3-е издание, 2004-11.

Каждый проводник 10’ окружен изоляционным покрытием, образованным из одного или более материалов, которые не сминаются под воздействием температуры до температуры, например, 1050°C.

Изоляционное покрытие каждого проводника 10’, по существу, подобно, в отношении слоев и материалов, изоляционному покрытию проводников 10 электрического кабеля 1, показанного на Фиг.1a и 1b; то есть оно содержит два прерывистых слоя 12’a, 12’b из неорганического изоляционного материала, слой 13’ керамифицирующегося полимера, и, необязательно, дополнительный слой 12’c стекловолокна и слюды, расположенный снаружи слоя 13’ керамифицирующегося полимера.

Ширины прерывистых слоев 12’a, 12’b, 12’c, толщина которых предпочтительно составляет от 0,08 до 0,20 мм, зависят от диаметра, лежащего под лентой (диаметра проводника 10’ в случае слоев 12’a, 12’b; или диаметра проводника 10’ и слоев 12’a, 12’b и 13’ в случае слоя 12’c) и от нахлеста, и предпочтительно составляют от 6 до 60 мм. Толщина керамифицирующегося полимерного слоя 13’ зависит от поперечного сечения проводника 10’, как определено в Стандарте IEC 60092-376, 2-е издание (2003-05), Таблица 2. Например, если поперечное сечение проводника 10’ имеет площадь 0,75 мм² или 1,0 мм², полная толщина его изоляционного покрытия (иначе говоря, слоя 13’) предпочтительно составляет около 0,6 мм.

Проводники 10’ предпочтительно скручены друг с другом в наборах по два, чтобы образовывать две пары проводников. Затем пары также скручены друг с другом. В вариантах осуществления, не показанных на чертежах, кабель может содержать множество проводников, скрученных друг с другом в наборах по три.

В вариантах осуществления настоящего изобретения, электрический кабель 1’ также содержит барьер 14’, расположенный снаружи пар проводников 10’.

Барьер 14’, по существу, подобен, в отношении слоев и материалов, барьеру 14 электрического кабеля 1, показанного на Фиг.1a и 1b; то есть он содержит два слоя 14a’, 14c’ неорганического материала (предпочтительно стекловолоконную и слюдяную ленту) и слой 14b’ полимер-металлического композитного материала (предпочтительно, ленту Cu/PET или ленту Al/PET), расположенный между двумя слоями 14a’, 14c’ неорганического материала.

Снаружи барьера 14’ кабель 1’ предпочтительно содержит металлическую броню 16’, необязательный разделитель 17’ и наружную оболочку 18’, по существу, подобные металлической броне 16, разделителю 17 и наружной оболочке 18 электрического кабеля 1, показанного на Фиг.1a и 1b.

Преимущественно, электрический кабель 1’ также не содержит какого-либо горючего непрерывного слоя, который сминается при температуре 1000-1050°C внутри барьера 14’. Материалы слоев, лежащих между проводниками 10’ и барьером 14’ (то есть стекловолокно и/или слюда для слоев 12’a, 12’b, 12’c и керамифицирующийся полимер для слоя 13’) являются на самом деле термоустойчивыми и не сминаются, подвергаясь воздействию температур около 1000-1100°C, даже в течение периодов, превышающих 3 часа, и даже до 6 часов. Подобно кабелю 1, показанному на Фиг.1a и 1b, кабель 1’ согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения, следовательно, также сохраняет свою структурную устойчивость и свою водонепроницаемость даже в присутствии огня.

Ниже дано описание испытаний на устойчивость к огню в присутствии воды и механических нагрузок, которые были выполнены на некоторых электрических кабелях согласно вариантам осуществления настоящего изобретения и на некоторых сравнительных кабелях.

Установка, использованная для испытаний на устойчивость к огню, по существу, такая, как описано в Стандарте IEC 60331-1 или 2, 1-я редакция, 2009-05. Тем не менее, в отличие от положений этого Стандарта, электрические кабели были подвергнуты воздействию температуры, превышающей 1000°C (до 1050°C) на период от 180 минут (3 часов) до 360 минут (6 часов).

Во время испытаний на устойчивость к огню, кабели также были подвергнуты воздействию брызг воды (моделирующих работу противопожарных разбрызгивателей) и механическим ударам, как указано в Стандарте EN 50200:2006, Приложение E. Электрические кабели с наружным диаметром, превышающим 20 мм, также были подвергнуты воздействию струи воды (по существу, моделирующей струю гидранта), согласно положениям Стандарта BS8491:2008, параграфы 5.5 и 5.6. Таким образом, испытательная установка воспроизводила экстремальные условия, в которых возможно придется работать электрическим кабелям в случае пожара.

Результаты испытаний, проведенных на сравнительных кабелях и на кабелях согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, даны ниже.

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ КАБЕЛЬ A

Структура сравнительного кабеля A была следующей:

- 10 пар проводников с площадью поперечного сечения 1 мм²;

- изоляционное покрытие каждого проводника, содержащее стекловолоконный и слюдяной слой, слой керамифицирующейся силиконовой резины и дополнительный стекловолоконный и слюдяной слой;

- экран Al/PET на каждой паре изолированных проводников;

- внутренняя оболочка, выполненная из EPR;

- барьер, содержащий стекловолоконный и слюдяной слой, слой Cu/PET и стекловолоконный и слюдяной слой;

- броня;

- наружная оболочка, выполненная из EVA.

Сравнительный кабель A был подвергнут на 180 минут воздействию температуры 1000°C и напряжения в 150/250 В, в присутствии водяных капель с расходом 0,8 л/мин и водной струи с расходом 12 л/мин.

Сравнительный кабель A не прошел испытание. В частности, после нескольких минут воздействия температуры 1000°C, оболочка EPR загорелась и привела к структурному разрушению барьера. Таким образом, вода проникла в кабель, вызвав короткое замыкание проводников.

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ КАБЕЛЬ B

Структура сравнительного кабеля B была следующей:

- 10 пар проводников с площадью поперечного сечения 1 мм²;

- изоляционное покрытие каждого проводника, содержащее стекловолоконный и слюдяной слой и слой керамифицирующейся силиконовой резины;

- экран Al/PET на каждой паре изолированных проводников;

- внутренняя оболочка, выполненная из EPR;

- барьер, содержащий стекловолоконный и слюдяной слой, слой Cu/PET и стекловолоконный и слюдяной слой;

- броня;

- наружная оболочка, выполненная из EVA.

Сравнительный кабель B был подвергнут на 180 минут воздействию температуры 1000°C и напряжения в 150/250 В, в присутствии водяных капель с расходом 0,8 л/мин и водной струи с расходом 12 л/мин.

Сравнительный кабель B не прошел испытание. В частности, после нескольких минут воздействия температуры 1000°C, оболочка EPR загорелась и привела к структурному разрушению барьера. Таким образом, вода проникла в кабель, вызвав короткое замыкание проводников.

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ КАБЕЛЬ C

Структура сравнительного кабеля C была следующей:

- 19 пар проводников с площадью поперечного сечения 1,5 мм²;

- изоляционное покрытие каждого проводника, содержащее стекловолоконный и слюдяной слой и слой керамифицирующейся силиконовой резины;

- экран Al/PET на каждом изолированном проводнике;

- внутренняя оболочка, выполненная из EPR;

- барьер, содержащий стекловолоконный и слюдяной слой, слой Cu/PET и стекловолоконный и слюдяной слой;

- броня;

- наружная оболочка, выполненная из EVA.

Сравнительный кабель C был подвергнут на 180 минут воздействию температуры 1000°C и напряжения в 0,6/1 кВ, в присутствии водяных капель с расходом 0,8 л/мин и водной струи с расходом 12 л/мин.

Сравнительный кабель C не прошел испытание. В частности, после нескольких минут воздействия температуры 1000°C, оболочка EPR загорелась и привела к структурному разрушению барьера. Таким образом, вода проникла в кабель, вызвав короткое замыкание проводников.

КАБЕЛЬ D

Структура кабеля согласно изобретению следующая:

- 10 пар проводников с площадью поперечного сечения 1 мм²;

- изоляционное покрытие каждого проводника, содержащее стекловолоконный и слюдяной слой и слой керамифицирующейся силиконовой резины;

- экран Al/PET на каждой паре изолированных проводников;

- барьер, содержащий стекловолоконный и слюдяной слой, слой Cu/PET и стекловолоконный и слюдяной слой;

- разделительная лента, выполненная из полиэстера;

- броня;

- наружная оболочка, выполненная из низкодымящего EVA.

Кабель был подвергнут на 360 минут воздействию температуры 1050°C и напряжения в 150/250 В, в присутствии механического удара, водяных капель с расходом 0,8 л/мин и водной струи с расходом 12 л/мин.

Кабель прошел испытание.

КАБЕЛЬ E

Структура кабеля 2 согласно изобретению следующая:

- 19 проводников с площадью поперечного сечения 1,5 мм²;

- изоляционное покрытие каждого проводника, содержащее стекловолоконный и слюдяной слой и слой керамифицирующейся силиконовой резины;

- барьер, содержащий стекловолоконный и слюдяной слой, слой Cu/PET и стекловолоконный и слюдяной слой;

- внутренняя оболочка, выполненная из EPR;

- броня;

- наружная оболочка, выполненная из низкодымящего EVA.

Кабель был подвергнут на 360 минут воздействию температуры 1050°C и напряжения в 0,6/1 кВ, в присутствии механического удара, водяных капель с расходом 0,8 л/мин и водной струи с расходом 12 л/мин.

Кабель прошел испытание.

Следовательно, приведенные выше результаты испытаний демонстрируют, что только те электрические кабели, в которых трехслойный барьер объединен с отсутствием какого-либо непрерывного слоя сминаемого горючего материала, расположенного внутри него, показывают высокую огнеупорность вместе с высокой водонепроницаемостью и устойчивостью к механическим нагрузкам.

Причиной этого является то, что, в сравнительных кабелях, несмотря на наличие барьера, который обеспечивает водонепроницаемость и устойчивость к механическим нагрузкам в отсутствие огня, горение внутренней оболочки из EPR в присутствии огня привело к смятию барьера, таким образом, ухудшая функциональность кабелей. Тем не менее, в кабелях согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, отсутствие непрерывных слоев сминаемого материала позволило сохранить структурную целостность (и, следовательно, также функциональность) барьера, даже в присутствии огня и механических ударов.

Изобретение относится к области электрических кабелей, стойких к огню, воде и механическим нагрузкам. Описан электрический кабель (1), содержащий по меньшей мере один проводник (10) и барьер, расположенный снаружи по меньшей мере одного проводника. Барьер содержит два первых слоя (12), содержащих неорганический материал, и второй слой (13), содержащий полимер-металлический композитный материал, причем второй слой расположен между двумя первыми слоями. Электрический кабель также содержит, в промежуточном положении между по меньшей мере одним проводником и барьером, только прерывистые слои и/или слои несминающихся под воздействием температуры материалов. Изобретение обеспечивает устойчивость кабеля к огню, воде и механическим нагрузкам. 14 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Электрический кабель (1), содержащий:

- по меньшей мере один проводник (10);

- барьер (14), расположенный снаружи упомянутого по меньшей мере одного проводника (10), причем упомянутый барьер (14) содержит два первых слоя (14a, 14c), содержащих неорганический материал, и второй слой (14b), содержащий полимер-металлический композитный материал, причем упомянутый второй слой (14b) расположен между упомянутыми двумя первыми слоями (14a, 14c),

причем упомянутый электрический кабель (1) содержит, в промежуточном положении между упомянутым по меньшей мере одним проводником (10) и упомянутым барьером (14), только прерывистые слои и/или слои несминающихся под воздействием температуры материалов.

2. Электрический кабель (1) по п. 1, в котором по меньшей мере один проводник (10) электрического кабеля (1) имеет изоляционное покрытие, содержащее по меньшей мере один прерывистый слой (12a, 12b) неорганического материала и слой керамифицирующегося полимера (13).

3. Электрический кабель (1) по п. 2, в котором изоляционное покрытие содержит по меньшей мере два прерывистых слоя (12a, 12b) неорганического материала.

4. Электрический кабель (1) по п. 3, в котором упомянутые по меньшей мере два прерывистых слоя (12a, 12b) предусмотрены в радиально внутреннем положении относительно слоя керамифицирующегося полимера (13).

5. Электрический кабель (1) по п. 2, в котором по меньшей мере один прерывистый слой (12a, 12b) выполнен в форме ленты, намотанной с нахлестом, большим или равным 20%.

6. Электрический кабель (1) по п. 4, в котором по меньшей мере два прерывистых слоя (12a, 12b) представляют собой ленты, которые намотаны с противоположными направлениями наматывания.

7. Электрический кабель (1) по п. 2, в котором неорганический материал по меньшей мере одного прерывистого слоя (12a, 12b) представляет собой стекловолокно и/или слюду.

8. Электрический кабель (1) по п. 2, в котором слой керамифицирующегося полимера (13) выполнен из полимера, наполненного огнеупорными присадками.

9. Электрический кабель (1) по п. 2, в котором слой керамифицирующегося полимера (13) содержит силиконовую резину.

10. Электрический кабель (1) по п. 1, в котором неорганический материал каждого первого слоя (14a, 14c) барьера (14) содержит стекловолокно и слюду.

11. Электрический кабель (1) по п. 1, в котором первые слои (14a, 14c) содержат, соответственно, ленту, которая намотана вокруг всех проводников (10) с нахлестом, большим или равным 20%.

12. Электрический кабель (1) по п. 1, в котором второй слой (14b) содержит ленту из полиэстера, имеющую металлическую лицевую поверхность.

13. Электрический кабель (1) по п. 12, в котором металлическая лицевая поверхность выполнена из меди или алюминия.

14. Электрический кабель (1) по п. 12, в котором полиэстер второго слоя (14b) барьера (14) представляет собой полиэтилентерефталат.

15. Электрический кабель (1) по п. 1, в котором второй слой (14b) представляет собой ленту, которая намотана на радиально внутренний первый слой (14a) с нахлестом, большим или равным 20%.