DE2800688C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein feuerbeständiges elektrisches Kabel, bestehend aus einem oder mehreren Einzelleitern, wobei diese eine wär­ mebeständige Gummiisolierung aufweisen, einer darüber angeordneten ersten Isolierung aus Gummi sowie einer weiteren, aus halogenhaltigen Polymeren be­ stehenden Ummantelung, wobei zwischen diesen Isolierungen gegebenenfalls eine Glasfaserschicht vorgesehen ist.

Ein solches Kabel kann sowohl im Bereich des Fernmeldewesens als auch der Energieversorgung verwendet werden.

Die Erfordernisse, denen die elektrische Installation an Ölbohrplattformen und/oder Ölförderplattformen zu genügen hat, sind in mancher Hinsicht strenger als die bei herkömm­ lichen Installationen an Festlandanlagen. Der Grund hierfür liegt darin, daß die Betriebsbedingungen im Zusammenhang mit einem möglichen Brand auf solchen Plattformen wesent­ lich gefährlicher sind als im Zusammenhang mit entsprechen­ den Betriebsbedingungen am Festland, und eine vollkommene Funktion der stromführenden Kabel bei Brandausbruch ist des­ halb für eine sichere Rettung der Mannschaft auf den Plattfor­ men von großer Wichtigkeit. Wenn auf einer Plattform ein Feuer ausbrechen sollte, werden viele der wichtigsten Bestand­ teile an Bord vermutlich über Kabel angeschlossen sein, die sich durch die in Brand stehende Zone oder Zonen erstrecken. Die Feuerbeständigkeit derartiger Kabel ist deshalb sehr wichtig, damit die Kabel ihre Funktion solange wie möglich durchführen können, ohne daß Stromversorgung, die Steuer­ systeme, die Fernmeldesysteme usw. zusammenbrechen und hier­ bei die Rettungstätigkeit unterbinden. Während Kabel entwor­ fen werden, die für die elektrische Installation an Ölplatt­ formen verwendet werden, muß deshalb vor Augen gehalten werden, daß sie neben ihrer Feuer- und Hitzebeständigkeit auch nicht zur Verbreitung des Feuers oder zur Entwicklung schädlicher Gase bei extremen Temperaturen beitragen dürfen.

Zusätzlich müssen die Kabel so entworfen werden, daß man das Augenmerk auf die Erreichung robuster mechanischer Eigen­ schaften richtet, so daß sie selbst während herkömmlicher Arbeitsbedingungen auf den Plattformen während ihrer vorbe­ stimmten Lebenserwartung betriebsfähig bleiben.

In der DE-OS 14 65 108 wird ein Kabel mit einem Leiter aus einer Isolierung aus anorganischem Material und einem Gummi, einem hierüber angeordneten Innenmantel mit aufgebrachtem Verstärkungs­ material und einem halogenierten Polymer-Außenmantel beschrieben, wobei die inneren und äußeren Teilstücke durch separate Strangpreß­ formlingen gebildet sind, d. h. Innen- und Außenmantel keine Ein­ heit darstellen. In der US-PS 32 06 542 werden Kabel beschrieben, die Außenhüllen aus Butylkautschuk und chlorsulfoniertem Poly­ äthylen aufweisen. In der US-PS 40 41 237 werden Kabel beschrieben, die Isolierschichten aus verschiedenen Polymeren, sowie eine Metall­ panzerung und eine Ummantelung aus chloriertem Polyäthylen auf­ weisen. Die US-PS 38 23 255 beschreibt ein Kabel, das mit Glimmer­ band und polymeren Materialien isolierte Leiter umfaßt, die von einer Innenummantelung und einer Außenummantelung aus strangge­ preßtem Halogen enthaltendem Polymeren besteht.

Das vorstehend erwähnte mechanisch verstärkte Kabel der DE-OS 14 65 108 soll eine besonders große Umfangsfestigkeit auf­ weisen, so daß ein Bruch und die dadurch bedingte Möglichkeit eines Flammenausbruchs verhindert werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein feuerbeständiges elektrisches Kabel zur Verfügung zu stellen, das an Orten mit erhöhter Brandgefahr wie beispiels­ weise auf Ölplattformen, verwendet werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein feuerbeständiges elektrisches Kabel der eingangs genannten Art gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß

• - jeder Einzelleiter innerhalb der Isolierungsschicht von einem Glimmerband umgeben ist,
• - die erste Isolierung aus mit Aluminiumhydroxid gefüllten thermopla­ stischen Elastomeren besteht und
• - diese von einer geflochtenen Metallpanzerung umgeben ist.

Das erfindungsgemäße Kabel entspricht bezüglich der Feuerbeständigkeit den Be­ dingungen, die von der IEC gefordert werden, wobei Experimente bewiesen haben, daß das Kabel Feuerbeständigkeitseigenschaften aufweisen, die die bereits be­ kannter Kabel ähnlicher Art übertreffen.

Verglichen mit herkömmlichen Kabeln, bietet das erfindungsgemäße Kabel unge­ störte Betriebseigenschaften während und nach einem Brand selbst während star­ ker Erschütterungen bzw. Schwingungen. In ähnlicher Weise ist die Entwicklung von dichtem Rauch, CO oder HCl während des Brandes wesentlich verringert.

Ein besonderer Gesichtspunkt der Erfindung liegt in der Verwendung des Kabels in der Fernmeldetechnik oder bei der Energieübertragung. Das halogenhaltige Polymer der äußeren Ummantelung kann beispielsweise chlorsulfoniertes Poly­ äthylen oder Äthylen-Propylen-Gummi sein. Bei der Verwendung als Dreileiter- Strom- bzw. Kraftstromkabel sind die Leiter innerhalb der Schicht aus thermo­ plastischem Elastomer verdrillt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben; es zeigt

Fig. 1 eine Perspektivansicht des Endes eines Kabels, wobei Teile hiervon zum Zeigen der Bestandteile des Aufbaus weggeschnitten sind,

Fig. 2 eine Perspektivansicht eines anderen Kabels ähnlich Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht ähnlich der in Fig. 1 und 2 als weiteres Ausführungsbeispiel,

Fig. 4 in größerem Maßstab einen Querschnitt eines Leiters mit einer Zweischicht-Isolierung,

Fig. 5 in kleinerem Maßstab einen schematischen Querschnitt durch ein Leiterpaar, das von einem Kunststoffband umgeben ist,

Fig. 6 einen schematischen Querschnitt durch ein Leiterpaar mit ihrem eigenen Erd- bzw. Null-Leiter und mit Abschirmung,

Fig. 7 einen schematischen Querschnitt, der Leiter­ paare darstellt, die jeweils individuell einen Erd- bzw. Null-Leiter und eine gemeinsame Abschirmung aufweisen,

Fig. 8 einen schematischen Querschnitt, der zwei Leiterpaare darstellt, die nicht nur ihren eigenen Erd- bzw. Null-Leiter, sondern auch einen gemeinsamen Null-Leiter und eine gemein­ same Abschirmung aufweisen,

Fig. 9 und 10 Alternativausführungsbeispiele der Leiterpaare und

Fig. 11 einen Querschnitt durch ein willkürlich gewähltes Ausführungsbeispiel.

Das in Fig. 1 dargestellte Kabel 1 umfaßt isolier­ te Einzelleiter 2, die in größerem Maßstab in Fig. 4 gezeigt sind. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, sind die Einzelleiter 2, die geglühtes Kupfer sein können, von einem Glimmerband 3 und einer Isolierschicht 4 aus wärmebeständigem Gummi umge­ ben. Die Leiter können zu zweien zu Leiterpaaren verdrillt sein und von den anderen Leitern mittels eines Kunststoffbandes getrennt sein, wie dies mit dem Bezugszeichen 5 in Fig. 5 und 6 dargestellt ist, und zusammen mit jedem der verdrillten Leiterpaare kann sich ein Null-Leiter 6 erstrecken, wie dies in Fig. 1 und 6 dargestellt ist. Dieser Null-Leiter kann auch weggelassen werden, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist. Aus Gründen der Übersicht ist das Plastikband 5 in Fig. 1 weg­ gelassen.

Rund um jedes Leiterpaar und einen Null-Leiter 6 ist ein Aluminium-Kunststoff-Laminat 7 gewickelt, das als eine elek­ trische Abschirmung für die einzelnen Leiterpaare dient. Ein derartiges Laminat ist sowohl in Fig. 1 als auch in Fig. 6 dargestellt und rund um diese abgeschirmten Leiterpaare ist ein gemeinsames Polyesterband 8 gewickelt (Fig. 1).

Außerhalb des Bandes 8 ist eine Schicht 9 aus thermoplasti­ schem Elastomer abgelagert, das mit Aluminiumhydroxid gefüllt ist, und an der Oberseite dieser Schicht ist eine ungefloch­ tene Glasfibermatte 10 herumgewickelt, zusammen mit der das thermoplastische Elastomer von einer geflochteten Metall­ panzerung 11 umgeben wird. Die äußere Ummantelung des Kabels ist mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet und ist aus chlorsulfoniertem Polyäthylen hergestellt.

Experimente haben gezeigt, daß im Brandfalle die elektrischen Eigenschaften des Kabels über sehr lange Zeiträume selbst bei sehr hohen Temperaturen aufrechterhalten werden. Ein Kabel einer Art ähnlich der oben beschriebenen wurde Flammtests bei Temperaturen von 650°C, 800°C bzw. 1100°C ausgesetzt. Während des Tests wurde das Kabel unter Zugspan­ nung gesetzt, und es zeigte sich, daß für alle Temperaturen die Zeit, die bis zum elektrischen Zusammen­ bruch des Kabels verstrichen war, größer als 30 Minuten war. Ferner wurde ein Kabel, wie oben beschrieben, einem Flammtest entsprechend IEC 331 ausgesetzt, d. h. 750°C für einen Zeitraum von 3 Stunden. Während des Versuchs befand sich das Kabel unter voller Betriebszugspannung. Weder während des Flamm­ tests noch während des nachfolgenden elektrischen Spannungs­ tests traten irgendwelche Fehler auf.

Für ein flammengeprüftes Kabel der oben beschriebenen Art wurden auch Vibrationsexperimente durchgeführt, wobei Kabel­ proben nach dem Flammtest in eine Vibrationsvorrichtung eingesetzt wurden und für eine Stunde einer Schwingung im Frequenzbereich von 10 bis 100 Hz ausgesetzt wurden, wobei die Kabelprobe gleichzeitig der normalen elektrischen Be­ triebsspannung ausgesetzt wurde. Die Versuchsergebnisse zeigten an, daß keinerlei elektrische Fehler nach dem Vibrationstest gefunden werden konnte.

Bei der Kabelprobe wurde anschließend die Isolierung ge­ prüft, die eine dielektrische Durchschlagsfestigkeit von etwa 1 bis 1,6 kV ergab.

Während des Flammtests wurde beobachtet, daß die Kabelprobe sehr gleichmäßig brannte. Es wurde kein wesentlicher Tem­ peraturanstieg im Inneren des Kabels beobachtet, noch er­ eignete sich irgendeine Aufbauchung des Kabels. Dies ist darauf zurück­ zuführen, daß das thermoplastische Elastomer mit einem Aluminium­ hydroxid aufgefüllt ist, das bei etwa 150°C H₂O verdampft, mit einer nachfolgenden Abkühlung der Kabelbestandteile, die innerhalb hiervon angeordnet sind.

Während des Brandes bilden das thermoplastische Material 9 und die Schicht aus ungeflochtenen Glasfasern 10 eine pulverige Achse, die die elektrischen Leiter gegen übermäßige Temperaturen isoliert, wobei die Achse auch eine hervorragende Abstützung für die Leiter bietet. Die pulveri­ ge Asche wird ihrerseits durch die Metallpanzerung 11 an Ort und Stelle gehalten, die zwischen der äußeren Umdrillung 12 und dem thermoplastischen Elastomer 9 zusammen mit der Glasfasermatte 10 angeordnet ist. Im übrigen wurde eine verhältnismäßig geringe Rauchentwicklung während des Versuchs beobachtet.

Aus weiteren Beobachtungen, die während des Versuchs gemacht wurden, zeigte sich, daß die Verbrennungsenergie des Kabels etwa 10% kleiner ist als die entsprechender bekannter Kabel. Die Korrosionswirkung der Gase, die bei mäßigen Temperaturen, d. h. bei 150 bis 200°C erzeugt werden, ist wesentlich geringer verglichen mit bekannten Kabeln. In ähnlicher Weise ist die Erzeugung von CO wesentlich geringer. Dies ist auch der Fall bei der Er­ zeugung von HCl sowie bei 280, als auch bei 650 und 1000°C.

Experimente haben auch gezeigt, daß die Entwicklung dichten Rauches während des Feuers viel geringer ist, verglichen mit herkömmlichen Kabeln.

Im übrigen entspricht das beschriebene Kabel allen Bedingungen, die von den IEC-Normen gefordert werden, inklusive IEC 331 (Flammprobe für Kabel mit Mineralisolierung).

Vorzugsweise wird ein synthetischer Gummi, wie etwa Äthylen-Propylen-Gummi oder Silikongummi, als Isolierung für die einzelnen Leiter gewählt.

Wie erwähnt, ist das thermoplastische Elastomer, das als eine Füll-Ummante­ lung dient, und das ein Äthylen-Propylen-Elastomer sein kann, mit Aluminium­ hydroxid gefüllt, um die gewünschten Wärmeeigenschaften zu erreichen. Diese Zusammensetzung ist speziell für das erfindungsgemäße Kabel entwickelt und weist eine Sauerstoffkennziffer auf, die höher ist als 35%. Diese Füll-Ummantelung soll neben ihrer Wirkung, die dem Kabel eine gute mechanische Festigkeit ver­ leiht, auch eine Abstützung für die einzelnen Leiter bieten. Während des Bran­ des wirkt die Füll-Ummantelung als Kühl- und Wärmeisolierelement für das Abschirmlaminat und die einzelnen Leiter. Die Alterungseigenschaften des Ma­ terials sind sehr gut, verglichen z. B. mit der Außenschicht aus chlorsul­ foniertem Polyäthylen.

Der mechanische Schutz wird von der Metall­ panzerung 11 und der Außenummantelung 12 aus chlorsulfoniertem Polyäthy­ len aufrechterhalten. Die Außenummantelung weist eine Sauerstoffkennziffer auf, die höher ist als 35%, und sie ist das Kabelbestandteil, das HCl er­ zeugt, wenn das Kabel Flammen und erhöhten Temperaturen ausgesetzt ist. Chlorsulfoniertes Polyäthylen weist allerdings gute Eigenschaften be­ züglich mechanischer Festigkeit und Ölbeständigkeit auf. Durch Ersetzen der äußeren Ummantelung 12 aus chlorsulfoniertem Polyäthylen durch ei­ ne Ummantelung aus Äthylen-Propylen-Gummi kann die Erzeugung von HCl wäh­ rend des Brandes verringert werden.

Zusätzlich bietet das beschriebene Kabel Biegeeigenschaf­ ten und Festigkeitseigenschaften, die es sehr geeignet für Installationen in einer Arbeitsumgebung zur See machen.

Ein anderes Ausführungsbeispiel des Kabel­ aufbaus ist in Fig. 2 gezeigt und unterscheidet sich vom Auf­ bau gemäß Fig. 1 darin, daß die einzelnen Leiter 2′, die zu zweien mittels entsprechender Kunststoffbänder 5′ zusammen­ gehalten werden, ein gemeinsames Kunststoffband 13 sowie eine gemeinsame Abschirmung 14 aufweisen, die wiederum gewickelt ist. Ein einziger gemeinsamer Erd- bzw. Null-Leiter 6′ ist zwischen dem Kunststoffband 13 und der Abschirmung 14 ange­ ordnet. Dieses Ausführungsbeispiel ist ferner in Fig. 9 dar­ gestellt und wird als ein abgeschirmter, verdrillter Aufbau angesehen.

In Fig. 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel dargestellt, und dieses unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 lediglich in einer unterschiedlichen Anordnung der einzelnen Leiter 2, 2′. Diese sind hier beliebig angeordnet, aber um sie herum ist ein Band 13′ aus Polyester und eine Abschirmung 14′ herumgewickelt. Zwischen Abschirmung 14′ und dem Band 13′ befindet sich, wie vorher, ein gemeinsamer Null-Leiter 6′′. Das Ausführungsbei­ spiel ist ferner in Fig. 10 dargestellt. Es wird darauf hin­ gewiesen, daß der Unterschied zwischen den Ausführungsbeispie­ len der Fig. 9 und 10 in der Verwendung des Kunststoffbandes 5′ in Fig. 9 liegt, während dieses beim Ausführungsbeispiel der Fig. 10 weggelassen ist, wobei die inneren Kreise den Umfang darstellen, der von den verdrillten Leiterpaaren eingenommen wird.

In Fig. 7 und 8 sind weitere Ausführungsbeispiele dafür dar­ gestellt, wie die Kabelpaare zu vier bzw. zu zwei Paaren innerhalb einer gemeinsamen Abschirmung 15 angeordnet sein können. In Fig. 7 weist jedes Paar der individuellen Leiter 2′′′ seinen eigenen Null-Leiter 16 auf, während beim Ausfüh­ rungsbeispiel gemäß Fig. 8 ein gemeinsamer Erdleiter 17 hin­ zugefügt ist. In Fig. 7 und 8 bezeichnet das Bezugszeichen 16′ eine Metallfolie, und in Fig. 8 bezeichnet das Bezugs­ zeichen 18 den Umfang, der im Kabel durch die individuellen Paare mit Null-Leiter eingenommen wird. Falls gewünscht, kann das Bezugszeichen 18 ein Kunststoffband bezeichnen.

In Fig. 11, die einen vereinfachten Querschnitt eines Aus­ führungsbeispiels darstellt, bezeichnet das Bezugszeichen 12, wie vorher, die äußere Umhüllung entweder aus chlorsulfoniertem Polyäthylen oder Äthylen-Propylen-Gummi, die die geflochtene Panzerung 11 umgibt. Diese umgibt ihrerseits die Isolierschicht 9 aus thermoplastischem Elastomer. Diese Schicht füllt die möglichen leeren Räume, die zwischen den Leiterpaaren vorliegen können, wobei die Schicht ein Material zum Zusam­ menbacken für die nicht-geflochtene Glasmatte 10 bildet.

Wenn das Kabel als Dreileiter-Kraftstromkabel verwendet wird, dann werden drei Leiter der Art, die in Fig. 4 dargestellt ist, und die von einem Glimmerband umgeben sind, das von einer Schicht aus wärmebeständiger Gummiisolierung eingeschlos­ sen ist, miteinander verdrillt und vom thermoplastischen Elastomer 9 umgeben, von der nicht geflochtenen Glasmatte 10, der geflochtenen Panzerung 11 und der äußeren Umman­ telung 12, wie in Fig. 11 dargestellt ist. Irgendwelche Null-Leiter und Abschirmungen können dann weggelassen werden.

Claims (1)

1. Feuerbeständiges elektrisches Kabel, bestehend aus einem oder mehreren Einzelleitern (2), wobei diese eine wärmebeständige Gummiisolierung (4) auf­ weisen, einer darüber angeordneten ersten Isolierung (9) aus Gummi sowie einer weiteren, aus halogenhaltigen Polymeren bestehenden Ummantelung (12), wobei zwischen diesen Isolierungen gegebenenfalls eine Glasfaserschicht (10) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß

   • - jeder Einzelleiter (2) innerhalb der Isolierungsschicht (4) von einem Glimmerband (3) umgeben ist,
   • - die erste Isolierung (9) aus mit Aluminiumhydroxid gefüllten thermoplastischen Elastomeren besteht und
   • - diese von einer geflochtenen Metallpanzerung (11) umgeben ist.