CN111161915A - 用于铁路应用的耐火信令电缆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于铁路应用的耐火信令电缆(1)，包括：电缆芯(2)，其包括：多个电导体(3)，每个电导体由防火屏障(3a)和阻燃低烟零卤聚合物绝缘层(3b)绝缘；芯包裹物(5)；金属筛网(7)，围绕并与电缆芯(2)直接接触；至少一个阻燃低烟零卤聚合物护套(8，9)，在相对于金属筛网(7)的径向外部位置中。

Description

用于铁路应用的耐火信令电缆
技术领域
本发明涉及信号电缆，特别是涉及用于铁路系统的耐火信令电缆。
背景技术
信令电缆在铁路网络中用于各种应用，包括例如信令装备中的光切换、轨道改变和通信。信令电缆被设计为使每个导体携带通常小于一安培的电流，以操作信号电路设备。
在铁路系统中，由于悬链线的电源电压(通常为25KV AC)产生的电磁场在平行铺设的信令电缆中感应出电流，这会损坏与之相连的装备并存在安全隐患。为了将这种影响减小到非危险水平，电缆设有金属屏蔽。这种屏蔽的保护效果被评级为“降低系数(reduction factor)”(rf)。降低系数是带有屏蔽的感应张力与没有屏蔽的感应张力之比。降低系数取决于用于屏蔽的材料、屏蔽的导电横截面以及干扰信号的频率。
信令电缆的关键方面是其在火灾情况下的性能。特别是在发生火灾的情况下，信令电缆应具有耐火性、阻燃性、低毒性和低烟密度特性。
例如，申请人开发了一种信令电缆，称为CCTSST-FR0.3，并在普睿司曼(Prysmian)集团的“Railway Infrastructure Cables”手册，2016年9月，第48页和具体的产品手册“CCTSST-FR0.3”，普睿司曼集团(2010)中进行了描述。信令电缆CCTSST-FR0.3包括多个实心铜导体，每个实心铜导体均由PE(聚乙烯)绝缘。电缆芯由两层或更多层塑料带包裹，依次由铜带筛网、LSZH(＝低烟零卤，下面将更详细介绍)、铠装(两层钢带)和LSZH外护套包围。在50Hz和110-320V/km时，电缆的降低系数≤0.3。这种电缆被说成是阻燃的。
阻燃电缆能够延迟火焰传播(例如，根据国际标准IEC 60332-3-22,2009-02)。但是，没有保护导体不受火焰的伤害，因此不能确保线路的正常运行。
铁路信令电缆也应当耐火。耐火电缆的结构使得在发生火灾时，导体受到保护，以使它们能够在一定时间内继续工作，例如，根据在火灾之下要求电路完整性的国际标准IEC60331-21(1999)。特别地，互锁系统需要电参数(诸如电阻、电容和衰减)保持稳定。
“Caledonian Railway Cables”(www.caledonian-cables.co.uk/DdFls/Railway％20Cables.pdf)2013年12月30日第107页示出了一种信令电缆(称为MD4耐火电信电缆)，该电缆根据国际标准IEC 60332-1和IEC 60332-3具有阻燃性、根据国际标准IEC60331确保火灾时的绝缘完整性，并具有抗感应性能。信令电缆包括多根实心铜导体，每根实心铜导体都用云母带和LSZH层绝缘。电缆芯由依次被LSZH内护套、铜带筛网、LSZH中间护套、铠装(两层钢带)和LSZH外护套包围的塑料带包裹。
发明内容
申请人已经观察到，为了使信令电缆具有阻燃性和耐火性，需要在电缆芯周围提供多个保护层。相对于金属筛网(例如，根据Caledonian的MD4电缆的结构)在径向内部位置存在一个或多个这种保护层可以使金属护套直径更大并改善(即，减小)降低系数。另一方面，这使得电缆更大、更重、更昂贵且制造复杂。
因此，申请人旨在提供一种阻燃和耐火的信令电缆，特别是用于铁路应用，该电缆维持低降低系数，同时具有足够简单和轻便的结构。
该目的通过包括以下的信令电缆来实现：
-电缆芯，包括：
о多根电导体，每根电导体由防火层和阻燃低烟零卤聚合物绝缘层绝缘；
о芯包裹物；
-围绕电缆芯并与电缆芯直接接触的金属筛网；
-在相对于金属筛网的径向外部位置中的至少一个阻燃低烟零卤聚合物护套。
申请人已经发现一种信令电缆，该信令电缆具有包括由云母和低烟零卤(LSZH)聚合物层绝缘的导体的电缆芯、与芯直接接触的铜筛网以及在相对于铜筛网的外部位置的两个LSZH聚合物层，该信令电缆根据国际标准IEC 60331-21是耐火的，根据国际标准IEC60332-3-24和IEC 60332-1-2是阻燃的，并且在50Hz和110-320V/km下降低系数≤0.3。
附图说明
通过以下参考附图作为示例给出的一些实施例的描述，其它特征和优点将变得更加明显，其中：
图1是根据本公开的实施例的信令电缆的截面图。
具体实施方式
为了本说明书和所附权利要求书的目的，除非另有说明，否则在所有情况下，表示量、数量、百分比等的所有数字都应理解为由术语“大约”修饰。而且，所有范围都包括所公开的最大点和最小点的任意组合，并且包括其中的任意中间范围，在此可以具体列举或可以不具体列举。
在上面提到的方面中的至少一个方面，本公开可以根据以下实施例中的一个或多个来实现，可选地组合在一起。
为了本说明书和所附权利要求的目的，词语“一”或“一个”应当被理解为包括一个或至少一个，并且单数也包括复数，除非明显意味着相反。这样做仅仅是为了方便并给出本公开的一般含义。
图1示出了根据本公开的信令电缆1的实施例。如本说明书的引言部分中所讨论的，信令电缆1适于铁路应用。
信令电缆1包括电缆芯2，其中多根电导体3缠绕在中心填充物4周围，并且芯包裹物5螺旋地或纵向地提供在电导体3和中心填充物4周围。
每根电导体3(由导电金属(诸如铜或铝)制成，以棒或双绞线的形式)通过防火屏障3a和阻燃剂LSZH聚合物绝缘层3b电绝缘。
根据实施例，防火屏障3a包括包裹在每根电导体3周围的至少一个云母带。在本说明书和权利要求书中，“云母带”是指包括附接到背衬层的云母薄片层的带。云母层通常由一种或多种类型的云母薄片(例如，白云母和/或金云母)形成，被布置以形成云母纸或片。云母层一般浸渍或涂覆有粘合剂(例如，硅树脂或弹性体、丙烯酸树脂和/或环氧树脂)。背衬层由支撑织物(例如，织造或非织造玻璃)形成。云母层一般通过相同的粘合剂键合到背衬层。
在实施例中，云母带3a以50％重叠的方式螺旋缠绕在每个导体3上。
根据实施例，阻燃绝缘层3b包括挤压在导体3上的LSZH聚合物材料。在实施例中，阻燃绝缘层3b的LSZH聚合物材料具有至少30％的极限氧指数(LOI)。
“LSZH(或LS0H)材料”代表“低烟零卤材料”并且也被称为HFFR，即，无卤阻燃材料。阻燃LSZH材料在燃烧时不会释放有毒烟雾。
在本说明书和随后的权利要求书中，极限氧指数(LOI)是在火灾的情况下支持聚合物燃烧的氧气的最小浓度，以百分比表示。LOI值越高，阻燃性越大。LOI值由标准化测试确定，诸如ASTM D2863-12(2012)
在实施例中，绝缘层3b的LSZH阻燃聚合物材料包括选自以下的聚合物：聚乙烯；乙烯与至少一种含3至12个碳原子的α-烯烃，以及可选地与至少一种含4至20个碳原子的二烯的共聚物；聚丙烯；丙烯与乙烯和/或至少一种含4至12个碳原子的α-烯烃的热塑性共聚物；乙烯与选自丙烯酸烷基酯、甲基丙烯酸烷基酯和羧酸乙烯酯的至少一种酯的共聚物，其中烷基和其中包括的羧基是直链或支链的，并且其中直链或支链的烷基可以包含1至8个，例如1至4个碳原子，而直链或支链的羧基可包括2至8个，例如2至5个碳原子；及它们的混合物。“α-烯烃”一般是指化学式CH2＝CH-R的烯烃，其中R是具有1至10个碳原子的直链或支链烷基。α-烯烃可以选自例如丙烯、1-丁烯、1-戊烯、4-甲基-1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、1-十二烯等。在实施例中，α-烯烃选自丙烯、1-丁烯、1-己烯和1-辛烯。可以用在用于本公开的绝缘层3b的阻燃LSZH聚合物材料中的聚合物的示例是：高密度聚乙烯(HDPE)(d＝0.940-0.970g/cm3)、中密度聚乙烯(MDPE)(d＝0.926-0.940g/cm3)、低密度聚乙烯(LDPE)(d＝0.910-0.926g/cm3)；线性低密度聚乙烯(LLDPE)和极低密度聚乙烯(VLDPE)(d＝0.860-0.910g/cm3)；聚丙烯(PP)；丙烯与乙烯的热塑性共聚物；乙烯/醋酸乙烯酯(EVA)共聚物；乙烯/丙烯酸乙酯(EEA)共聚物、乙烯/丙烯酸丁酯(EBA)共聚物；乙烯/α-烯烃橡胶，特别是乙烯/丙烯橡胶(EPR)、乙烯/丙烯/二烯橡胶(EPDM)；及它们的混合物。
在图1的实施例中，绝缘电导体3成组绞合，从而形成多个四线组(quad)6(例如，五个四线组6)，这些四线组6可以进而例如以螺旋方式绞股(strand)在中央填充物4周围。因此，图1的电缆1包括二十个导体。
在另一个未示出的实施例中，绝缘导体3可以以螺旋绞股的双绞合线的形式提供，或者可以例如围绕中央填充物4单独地螺旋绞股。
本公开的电缆可能包括的绝缘导体的数量根据所寻求的应用而变化，并且可以在例如从两个到两百个的范围内。
图1的电缆芯线2包括填充物4，其充当四线组6的虚拟芯。中央填充物4可以包括阻燃LSZH材料，例如，如参考绝缘体3b所述的材料，诸如LSZH聚合物。
在另一个未示出的实施例中，中央填充虚拟棒可以不存在。
电缆芯2包括芯包裹物5，该芯包裹物5保持由芯2的绝缘导体3形成的绞股四线组6。芯包裹物5可以包括一个或多个可燃带，例如塑料带，其纵向或螺旋地施加在绞股的四线组6上，以形成一个或多个重叠的层。例如，芯包裹物5可以由聚酯制成。
信令电缆1包括金属筛网7，例如铜筛网，其围绕电缆芯2并与其直接接触，特别是与芯包裹物5接触。由于金属筛网7与芯包裹物5直接接触，因此在它们之间没有提供中间层。根据实施例，金属筛网7包括波纹状(corrugated)或光滑的铜带，该铜带例如纵向地重叠地施加在电缆芯2上。可替代地，可以将铜带螺旋缠绕在电缆芯2上。
金属筛网7为电缆芯2提供防火保护，并具有针对电磁干扰获得期望的降低系数的作用。为此，金属筛网7取决于电缆结构而具有预定的厚度，特别是考虑到电缆芯中存在的绝缘导体的数量。金属筛网的厚度可以由技术人员确定。
本公开的信令电缆包括一个或多个相对于金属筛网位于径向外部位置的阻燃LSZH聚合物护套。要注意的是，相对于金属筛网，在径向内部位置上没有提供阻燃层或护套，因为如上面已经提到的，金属筛网与电缆芯直接接触。
根据图1的实施例，一个或多个阻燃LSZH聚合物护套包括：相对于金属筛网7处于径向外部位置的内部阻燃LSZH聚合物护套8，例如与金属筛网7直接接触；外部阻燃剂LSZH聚合物护套9相对于内部阻燃剂LSZH聚合物护套8位于径向外侧。
外部阻燃剂LSZH聚合物护套9可以是信令电缆1的最外层。在实施例中，可以在其上施加防鼠添加剂。
内护套和外护套的LSZH聚合物材料可以如参考绝缘层3b所述。
在图1的实施例中，信令电缆1包括铠装10，该铠装10例如位于内部8和外部9阻燃剂LSZH聚合物护套之间，例如直接与两者接触。根据实施例，铠装10包括一层或多层，例如两层，例如螺旋缠绕的镀锌钢带。铠装10还担当进一步的防火，并且在获得期望的降低系数方面具有作用。
根据本发明并且具有图1所描绘的结构的电缆具有例如表I中列出的维度。
表I
Figure BDA0002264983990000071
具有表I的特征和维度的电缆具有大约1670kg/km的重量和大约33.25mm的外径。
根据IEC 60331-21(1999)在300V的电压下对表I中所示的电缆测试180+15分钟，以确定其符合电路完整性防火标准。电缆通过了测试，显示没有导体击穿。
此外，上述电缆还通过了以下测试：垂直安装的电缆的垂直火焰蔓延(IEC 60332-3-24，2000)；单根绝缘电线或电缆的垂直火焰传播(IEC 60332-1-2，2004)；IEC60754-1无卤；IEC 60754-2无酸性物质；电缆燃烧的烟密度(IEC 61034-2,2005)。
已经测试了具有类似于图1的设计的电缆(根据DIN57472/VDE0472，1983)，以在50Hz和100V/km至350V/km的范围内测量其降低系数。结果列于表II。
表II
Figure BDA0002264983990000081

Claims (14)

1.一种信令电缆(1)，包括：
-电缆芯(2)，包括：
ο多个电导体(3)，每个电导体由防火屏障(3a)和阻燃低烟零卤聚合物绝缘层(3b)绝缘；
ο芯包裹物(5)；
-金属筛网(7)，围绕电缆芯(2)并与电缆芯(2)直接接触；
-至少一个阻燃低烟零卤聚合物护套(8，9)，相对于金属筛网(7)处于径向外部位置。
2.如权利要求1所述的信令电缆(1)，包括相对于金属筛网(7)处于径向外部位置的内部阻燃低烟零卤聚合物护套(8)以及相对于内部阻燃低烟零卤聚合物护套(8)处于径向外部位置的外部阻燃低烟零卤聚合物护套(9)。
3.如权利要求1所述的信令电缆(1)，还包括铠装(10)。
4.如权利要求3所述的信令电缆(1)，其中铠装(10)位于内部阻燃低烟零卤聚合物护套(8)和外部阻燃低烟零卤聚合物护套(9)之间。
5.如权利要求3所述的信令电缆(1)，其中铠装(10)包括一层或多层螺旋缠绕的镀锌钢带。
6.如权利要求1所述的信令电缆(1)，其中防火屏障(3a)包括包裹在每个导体(3)周围的云母带。
7.如权利要求1所述的信令电缆(1)，其中被绝缘的电导体(3)成组地绞合以形成多个四线组(6)。
8.如权利要求7所述的信令电缆(1)，其中四线组(6)是螺旋绞股的。
9.如权利要求1所述的信令电缆(1)，其中芯包裹物(5)包括一个或多个纵向或螺旋施加在被绝缘的电导体(3)之上的塑料带。
10.如权利要求1所述的信令电缆(1)，其中电缆芯(2)包括中央填充物(4)。
11.如权利要求10所述的信令电缆(1)，其中中央填充物(7)包括阻燃低烟零卤聚合物。
12.如权利要求1所述的信令电缆(1)，其中金属筛网(7)包括铜带。
13.如权利要求12所述的信令电缆(1)，其中金属筛网(7)包括在电缆芯(2)之上重叠地纵向施加的波纹状铜带。
14.如权利要求1所述的信令电缆(1)，其中防火屏障(3a)包括螺旋缠绕在每个导体(3)上并具有50％的重叠的云母带。
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