CN1267390A - 同轴电缆 - Google Patents

Abstract

一种同轴电缆,在暴露于火中时能保持其电完整性。由于通常为铜的内导体芯(10)和绝缘的环绕层(12)的膨胀率不同,已知的同轴电缆遇热时会变形。在芯(10)与绝缘层(12)之间加一材料层(11)来防止高温时发生变形。该层既通过融化形成一润滑层,又通过起变形的物理阻挡作用来防止变形。

Description

同轴电缆

本发明涉及防火电缆，且尤其涉及防火同轴电缆。

存在着这样的情况，诸如闭路电视监视系统等一些系统需要在人们撤离发生火灾的建筑物这一危急时刻保持工作。迄今，设计CCTV系统同轴电缆主要考虑的是其电子性能。已知的同轴电缆在常规情况下提供了令人满意的性能，但在意外失火时就难以保持这样好的性能了。另外，闭路电视监视系统可以起保护生命和指引消防工作的重要作用，这在失火时是非常必要的，但往往这时该系统是失灵的。

通常为防火而设计的同轴电缆包括一导体，一绝缘材料的环绕层，防火带，一导体材料的屏蔽层和一外护套。在使用时，这种同轴电缆常常被牢固地定位在墙、天花板、地板上或电缆管道中等等。这些紧固装置一般都牢固地固定在缆线的外表面。

在火灾的条件下，同轴电缆的温度可以迅速地升高到很高的值，通常有800-950℃，这会使同轴电缆的组件发生热膨胀。每个组件将按照其膨胀系数发生膨胀，于是由不同材料制成的每个组件将有不同的膨胀率。内导体通常是由铜制成的并且要发生膨胀。非金属材料的绝缘体也会膨胀，但局限在编织物之内，由此使压力提高。这些以及事实上同轴电缆沿其长度牢固地按间隔固定，可以导致同轴电缆的变形。

已知一种特殊类型的变形是扭曲或绞结。这种情况出现在由于外部膨胀的绝缘层紧密包裹着导体芯从而使导体芯的纵向膨胀受到阻碍或妨碍的时候。由于屏蔽层紧紧地包裹着绝缘层，并由于同轴电缆紧固在其外部，所以绝缘层的不能膨胀。扭曲效应表明，沿着暴露在很高温度(英国标准BS 6387的C类定标为950℃)下的同轴电缆一部分长度上出现均匀间隔的变形。每个变形包括导体芯的一Z形绞结(见图2)。可以理解，这种变形将损害电缆(为获得高性能而同心安置导体、绝缘体和屏蔽层)的同心性，并导致同轴电缆性能的丧失。

根据本发明，提供一种包括一电导体、一电绝缘材料的环绕层和一围绕该绝缘材料的导电材料屏蔽层的同轴电缆；该电缆包括一与导体相邻并允许该导体在失火条件下纵向膨胀的材料层。

由于允许该导体的表面相对于绝缘材料体移动，所以该材料层允许导体纵向移动。

该电缆可以包括一在火中分解而留下绝缘残余物的材料层。

在本发明同轴电缆的一优选实施例中，与导体相邻并允许该导体纵向膨胀的材料层包括一在失火时导体/绝缘体交界面常常出现的温度条件下融化的材料层。优选的材料会在180-200℃温度范围融化。

失火时融化的优选材料是聚合材料，如聚乙烯或聚丙烯或聚丁烯等。这一层还可以称为覆盖层，并可融化成一熔融材料层而起到润滑剂的作用，使电导体没有扭曲或绞结地纵向膨胀。

熔融材料层可以用各种方法涂覆在导体上，但优选的是通过挤压。

聚合材料层适宜在低温未融化状态时具有高的介电(如1.56至3.1左右)。

与芯相邻的材料层可以包括一带层。该带可以是其上有云母薄层的玻璃纤维带；这种带通常称为云母带。该带层并不紧紧地粘覆在导体上而妨碍导体/带交界表面之间的滑动。

该带可以用遇到失火早期温度时即失效的硅胶粘覆在导体上，于是该带在常温下与导体紧密接合，在失火早期与导体不紧密接合从而不妨碍其纵向膨胀。

该带层与芯之间还适宜电和热均绝缘。

该带层允许导体纵向膨胀，并额外地形成弹性体实际阻挡层，以控制或抑制导体的径向膨胀。对最高温度区间扭曲膨胀的抑制可以使整个膨胀/变形发生偏离，由此在最高温度区任何一端点处将发生相当长度导体的轻微径向膨胀或变形，但同轴电缆的同心率将仍然保持基本不变。

最好，当发生失火事故时，在火中分解的材料层的燃烧产物被作为灰烬保留在导体芯的周围。

最好，该灰烬具有的介电强度等于或大于未燃烧绝缘体的介电强度。

最好，该绝缘材料包括无机材料，并由这些材料构成高温分解的余留物。最好，该绝缘材料是聚合物，其主要聚合物组分是硅酮。优选的硅酮是聚二甲基硅氧烷。

在火中分解的材料层可以是固体型材(solid in section)或者可以包含一些空隙或细孔。空隙或细孔例如可以通过在同轴电缆制造过程中对绝缘层进行发泡而形成。通过采用泡沫材料，空气或其它气体将被引入到绝缘材料层中。这可以提高介电质量和因而改善电缆的信号传输性能。另一方面，通过采用具有较低介电常数的绝缘材料，可以减小绝缘材料的厚度，从而在保持其传输性能的同时减小同轴电缆的直径。

与芯相邻的绝缘材料也可以是发泡的，以提高其介电性能和获得较低的电容。

根据一优选实施例，允许芯纵向膨胀的材料层有助于常温下的介电强度，而在火中分解的材料层所余留的绝缘剩余物提供了后期即高温时的电绝缘性。

重要的是，在平常使用和失火时，绝缘材料层均具有1.5至3.1之间的介电强度。最好该介电强度将在1.5和2.26之间。可分解的材料层，如硅酮橡胶，尽管在低温时介电性(大约3.1)很差，但在分解时将形成具有高介电强度(即有较低的介电常数)的灰烬层，该灰烬层在失火的情况下起绝缘层的作用。还要注意，允许导体膨胀的材料层，如聚乙烯，在普通电缆用途中提供了高介电强度(大约1.56至2.26的介电常数)的绝缘层，尽管已经知道在失火后期当该层已融化或完全分解时它并不提供绝缘性。

包含绝缘的硅酮橡胶的已知同轴电缆，在失火早期可能会因为硅酮橡胶分解时形成了水而损失其电性能。在优选实施例中，与导体相邻的材料层将起阻挡层的作用，以防由于生成水而失去电性能。

该屏蔽层可由一层或多层置于绝缘材料层周围的金属网和/或金属带或箔构成。在优选的实施例中，屏蔽层由网状导线构成，优选为普通软铜、镀银或镀锡铜线。

最好，用网线绝缘的芯的有效区域为60％至96％。

在一优选实施例中，一多孔的含硅材料层被安置在绝缘材料层与屏蔽层之间。含硅材料有助于在失火时将绝缘层的燃烧产物保持在芯的周围。含硅材料层可由任何适用的含有二氧化硅或硅酸盐的多孔材料构成。适用材料的例子包括二氧化硅纤维，玻璃纤维和矿物纤维。玻璃纤维带尤其适宜，且可以螺旋地缠绕在绝缘芯周围。

多孔含硅材料的表面适宜直接接触绝缘层。

优选该带为具有空隙的编织带，以允许空气和气体的膨胀和/或扩展。玻璃带层，其数量和结构(如织物孔隙尺寸等)将取决于绝缘材料的量。某些形式和结构的带层可以反射热，这将加强电缆的特性。还可以添加其它类型的提高电缆热性能的材料。

优选地是，电缆可以有一覆盖在屏蔽层上的外绝缘层。该环绕层可以是另一玻璃带层和/或塑料材料层，如含PVC的化合物，但优选的材料是阻燃物。可以采用作为真正阻燃物的聚合物，或用附加成分改性而赋予了阻燃特性的聚合物组合。

优选地是，环绕层材料是燃烧时不产生很大烟雾或烟气的一种。优选地是采用不含卤族元素的材料。以OHLS为商标出售的由聚乙烯中的水合矾土与聚乙烯共聚的组合物组成的材料尤其适用。

可以有选择地加上另外的层，如铠装层，以进一步对电缆提供物理保护。

现在参考附图描述本发明的实施例，其中：

图1是本发明同轴电缆部分切掉的透视图；和

图2表示已遭受扭曲的传统电缆的剖面图。

首先参见图2，它表示了一传统的电缆，其包括一导体10，一绝缘层12和一铜网层14。该电缆已经历过火烧，而且由于导体10在失火最初阶段的膨胀受到阻碍，而在电缆的点21处发生了扭曲。

在图1中，同轴电缆1包括一普通软铜的电导体10。其它适用材料的例子是镀铜的钢，镀银的铜和镀锡的铜。与导体相邻的是一层聚乙烯11。聚乙烯层11被一硅酮绝缘层12包围，而该硅酮绝缘层又由一玻璃带层13包围，而且是螺旋地缠绕在绝缘层12上。

铜网层14分布在玻璃带层13的周围，一网状的铜线层围绕在铜网层14周围。层14和15应该覆盖玻璃带层13至少85％的区域。第二玻璃带层16围绕着网层15。同轴缆具有适宜为阻燃材料的塑料外护套17，该材料产生的烟雾和烟气较少且限制卤族元素。由DeltaCrompton Cables Limited公司以OHLS为商标标识的材料是适用的。

根据本发明的电缆具有称为覆盖层的聚乙烯层11。在失火时，聚乙烯融化而提供一润滑剂流体层，该流体层能使电导体无变形地纵向膨胀。覆盖层的厚度在0.1与0.3mm之间；足够的聚乙烯确保在失火早期覆盖层融化时导体完全被流体层包围。

由层11，12和13提供的多层系统还用于粘连和衬垫缆芯并防止扭曲。

在第二实施例中，聚乙烯层11由玻璃带层11代替，它通过允许导体纵向膨胀并衬垫和物理地连接同轴电缆而防止出现扭曲和绞结，最终防止导体芯的变形。

在失火时，硅酮绝缘层12分解而形成固态的灰烬并继续绝缘导体芯10。该灰烬具有等于或低于硅酮橡胶的介电常数。

实例

根据本发明的电缆按下列尺寸制造：

             分层                         总OD

  固体铜芯0.6mm普通软                  0.6mm

  聚乙烯覆盖层0.2mm径向厚度            1.0mm

  硅酮橡胶绝缘层1.7mm径向厚度          4.4mm

  玻璃带19mm重叠25％                   4.82mm

  铜网16圈×8端头                      5.55mm

  OHLS外护套1.3径向厚度                8.15mm

上述电缆经过了电容、阻抗、插入损耗和速比的测试，并给出令人满意的结果。

常温(20℃)下的值为如下：

                                     常温下

  芯0.6mmPS的电阻                    61Ω/km

      电容                           73pf/m

      阻抗                           75Ω

      RLR                            ＞10dB’s

      衰减                           ＜3.5dB/100m在10MHz下

      速比                            0.614

      介电常数                        2.65

该电缆经过下述测试：

测试1：BS6387 Cat C，W和Z的火焰测试，Cat.C是在300Vac和25mA下将电缆加热到950℃持续三小时；Cat W是将电缆加热到650C持续30分钟，(其中15分钟有水加到电缆上)；Cat Z是将电缆加热到950℃持续15分钟(每隔30秒加一物理撞击)。

测试2：视频连接，如上所述持续三小时的BS6387 Burn Cat C，没有图象损失。

然后对电缆进行火焰测试。第一测试根据BS6387 Cat C，W和Z进行。让300V交流电压和25mA的电流通过该电缆，同时在950℃持续三小时。该电缆在测试中一直通有该电流，而没有受损。然后进行Cat.W和Cat.Z测试也没有受损。第二测试根据BS6387 BurnCat C进行，它包括让视频连接信号通过950℃温度下的电缆，并持续三小时。该信号在整个测试中一直没有图象损耗地保持着。在燃烧期间，当硅酮绝缘材料分解时，存在的返回损耗比仅仅造成负损害。经比较，传统的数据通信/同轴电缆在相同的测试条件下在16秒的测试时间内已完全损坏。表现出的电缆扭曲仅仅是很轻微的。

本发明的同轴电缆可以用于在失火时需要继续工作的应用场合，如CCTV、数据缆线和其它应用。

Claims (28)

1.一种同轴电缆，包括一电导体，一电绝缘材料的环绕层和一围绕该绝缘材料的导电材料屏蔽层，其中该电缆包括一与导体相邻的材料层，它在失火的条件下允许导体纵向膨胀。

2.根据权利要求1的电缆，其中与导体相邻的材料层包括一在失火达到的温度条件下融化的材料。

3.根据权利要求2的电缆，其中与导体相邻的材料层在180-200℃温度范围融化。

4.根据前述任意一权利要求的电缆，其中与导体相邻的材料层包括一聚合材料层。

5.根据权利要求4的电缆，其中的聚合材料是聚乙烯或聚丙烯或聚丁烯中的一种。

6.根据权利要求4或65的电缆，其中的聚合材料层在未融化状态时具有1.56至3.1的介电常数。

7.根据前述任意一权利要求的电缆，其中与导体相邻的材料层是挤压加到导体上的。

8.根据权利要求1的电缆，其中与芯相邻的材料层包括一带层。

9.根据权利要求8的电缆，其中所述的带是其上具有云母薄层的玻璃纤维带。

10.根据权利要求8或9的电缆，其中所述带层与芯电和热都绝缘。

11.根据前述任何一权利要求的同轴电缆，进一步包括一在火中分解并留有绝缘残留物的材料层。

12.根据权利要求11的电缆，其中在火中分解并留有绝缘残留物的材料层的燃烧产物，是在失火时作为灰烬保留在导体芯周围。

13.根据权利要求12的电缆，其中该灰烬具有等于或超过电绝缘材料层的介电强度。

14.根据权利要求11至13任意一权利要求的电缆，其中该绝缘残留物具有1.5至3.10的介电常数。

15.根据权利要求11至14任意一权利要求的电缆，其中在火中分解的材料层包括一热解时可形成残留物的无机材料。

16.根据权利要求15的电缆，其中该无机材料为硅酮橡胶。

17.根据权利要求11至16任意一权利要求的电缆，其中在火中分解的材料层是固体型材。

18.根据权利要求11至16任意一权利要求的电缆，其中在火中分解的材料层包括一些细孔。

19.根据权利要求11至18任意一权利要求的电缆，其中与导体相邻允许导体芯纵向膨胀的材料层在正常工作温度时有助于介电强度，同时在火中分解并留有绝缘残留物的材料层在诸如失火等比较高温度时提供电绝缘。

20.根据前述任意一权利要求的电缆，其中该屏蔽层是一层或多层围绕着绝缘材料层设置的金属网，和/或金属带或箔。

21.根据权利要求20的电缆，其中该屏蔽层是由网状导线构成的。

22.根据权利要求21的电缆，其中该导线是一或多根普通软铜线、镀银或镀锡的铜线。

23.根据前述任意一权利要求的电缆，进一步包括一位于电绝缘层与屏蔽层之间的多孔含硅材料层。

24.根据权利要求23的电缆，其中多孔含硅材料层是玻璃纤维带。

25.根据权利要求23或24的电缆，其中多孔含硅材料的表面直接与绝缘层接触。

26.根据权利要求24的电缆，其中玻璃纤维带是编织带。

27.根据前述任意一权利要求的电缆，进一步包括一覆盖在屏蔽层上的外绝缘层。

28.根据权利要求27的电缆，其中环绕层的材料是一种在燃烧时不产生很多烟雾或烟气的材料。

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