DE3034166A1 - Elektrisches kabel oder leitung mit verbessertem brandverhalten - Google Patents

Elektrisches kabel oder leitung mit verbessertem brandverhalten

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DE3034166A1
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DE19803034166
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Kurt 3012 Langenhagen Daue
Ferdinand Dr.rer.nat. 3006 Burgwedel Hanisch
Rolf 3000 Hannover Homeyer
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Kabelmetal Electro GmbH
Original Assignee
KM Kabelmetal AG
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/17Protection against damage caused by external factors, e.g. sheaths or armouring
    • H01B7/29Protection against damage caused by extremes of temperature or by flame
    • H01B7/295Protection against damage caused by extremes of temperature or by flame using material resistant to flame

Landscapes

  • Insulated Conductors (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Description

  • Elektrisches Kabel oder Leitung mit verbessertem Brandverhalten
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Kabel oder eine Leitung, insbesondere ein mehradriges Energiekabel, mit einer Aderisolierung, gegebenenfalls Innenmantel sowie einem Außenmantel aus vernetzbaren oder unvernetzbaren polymeren Werkstoffen.
  • Die Entwicklung von elektrischen Kabeln und Leitungen mit verbessertem Brandverhalten ist in neuerer Zeit zu einer vorrangigen Aufgabe vor allem auch in der Energieübertragungstechnik geworden. Da als zusätzliche Eigenschaft solcher Kabel und Leitungen die Halogenfreiheit der verwendeten Kunststoffe gefordert wird, um Nachfolgeschäden durch im Brandfall freiwerdenden Chlor-Wasserstoff zu vermeiden, haben sich statt der bisher üblichen Isolier- und Mantelmaterialien etwa auf Basis Polychloropren und Polyvinylchlorid in zunehmendem Maße solche auf Basis von vernetztem Polyäthylen, Äthylen-Propylen-Kautschuk sowie solche auf Basis anderer halogenfreier Copolymere von Polyolefinen durchgesetzt. Ein wesentlicher Nachteil der letztgenannten Werkstoffe ist allerdings, daß beim Verbrennen z. B. so isolierter Kabel und Leitungen durch ein starkes Stützfeuer Aschen bzw. Verbrennungsrückstände mit noch geringerer mechanischer Festigkeit entstehen als bei solchen Kabeln, bei denen Isolier- und Mantelmaterialien auf Basis Polyvinylchlorid oder Polychloropren Anwendung finden. Die Folge davon ist ein leichtes Abfallen von Ascheteilchen oder halbverbrannten Materialstücken von dem Kabel oder der Leitung unter Freilegung des unteren Aufbaus, etwa der Kabelseele oder, im Falle der Isolierung, unmittelbar des blanken Leiters. Dadurch wird -aber die Dauer des sog. Funktionserhaltes, d. h. der Zeit, während der ein Notbetrieb z. B.
  • zum Auslösen von Abschaltvorgängen noch aufrechterhalten werden kann, ganz erheblich vermindert. Hinzu kommt eine potentielle Erhöhung der Brandgefahr durch abtropfende oder abfallende und noch brennende Teile der Isolierung oder des Mantels.
  • Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu finden, auch bei solchen Kabeln und Leitungen mit halogenfreien Isolier- und Mantelmaterialien oder solchen, die durch den Aufbau besonders gefährdet sind, das Verhalten im Brandfalle zu verbessern und insbesondere die Dauer des Funktionserhaltes zu erhöhen.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß mindestens eine der im Kabel- oder Leitungsaufbau befindlichen Schichten aus polymerem Material solche Stoffe enthält, die bei Brandtemperaturen eine glasartige Überstruktur in der Asche bilden können. Damit ist eine wesentlich erhöhte mechanische Stabilität der Verbrennungsrückstände auch gegen Erschütterungen, Löschwasser und dergl. erreicht. Brennendes Isoliermaterial tropft vom Kabel oder von der Leitung nicht mehr ab, der Funktionserhalt im Brandfall wird verlängert. Nach der Erfindung ausgerüstete Polymerschichten neigen nicht oder nur in vernachlässigbarer Weise zum Aufblähen bei Brandtemperaturen, so daß der vor allem bei Konstruktionen mit Schirmen oder Geflechten hierdurch mögliche mechanische Druck auch auf den Unterbau, der seinerzeit zu einem Werfen der metallischen Leiter und damit zu einem frühen elektrischen Schluß zwischen unterschiedlichen, stromführenden Konstruktionselementen führen kann, vermieden ist.
  • Ist, wie in Weiterführung des Erfindungsgedankens vorgesehen, bei einem Kabel mit Innenmantel im Schichtenaufbau dieser mit den Stoffen zur Bildung einer glasartigen Überstruktur ausgestattet, dann ergibt sich als weiterer Vorteil, daß die mechanisch festen Verbrennungsrückstände gleichzeitig eine Wärmeisolierung für die darunter befindlichen elektrischen Adern bilden. Die wirkenden Brandtemperaturen werden durch diese Wärmeisolierung reduziert, die Aderisolierung weniger stark beansprucht und damit die sogenannte Flammenwidrigkeit eines solchen Kabels weiter verbessert. Das gleiche gilt selbstverständlich auch dann, wenn in der Kabelseele eine Füllmischung mit den beanspruchten Merkmalen vorgesehen ist.
  • In Durchführung der Erfindung hat es sich als zweckmäßig erwiesen, als eine glasartige Oberstruktur bildende Stoffe Glasfasern, -kugeln und dergl. zu verwenden. Diese Materialien können in die Polymermischung eingearbeitet werden. Bei der Einwirkung der im Brandfall herrschenden hohen Temperaturen von bis zu über 700° C und teilweisem Verbrennen des Polymeranteils durch das den Brand tragende Stützfeuer erweichen die Glasteilchen und bilden bei ausreichend hohem Füllgrad durch Berührung aneinander eine zusammenhängende, mechanisch relativ stabile Überstruktur in der Asche. Das Material- Asche und Gerüst - fällt nicht ab und bildet zudem einen weiteren Wärmeschutz für die darunter liegenden Konstruktionselemente. Diese Möglichkeit der Verbesserung des Brandverhaltens ist insbesondere geeignet für nicht zu vernetzende Polymermischungen, die im wesentlichen als Innenmäntel (Füllmischung) zur Rundung des Unterbaus dienen. Mengen an Glasteilchen von 30 bis 70 Gew % dürften für die Zwecke der Erfindung als ausreichend anzusehen sein.
  • Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit zur Durchführung der Erfindung ist die, wenn die eine glasartige Überstruktur bildenden Stoffe durch chemische Reaktion unter Brandeinwirkung erst entstehen. Bei dieser Variante sind die die Glasphase bildenden Füllstoffe also nicht unmittelbare Bestandteile der Mischung. Das kann mitunter Vorteile bei der Aufbereitung der Isoliermaterialien und der anschließenden Extrusion bringen. Solche Polymermischungen verhalten sich wie übliche mit bekannten Füllstoffen, sowohl hinsichtlich der Aufbereitbarkeit und Extrusionsfähigkeit oder sonstiger Umformbarkeit als auch vor allem im eigentlichen Anwendungsfall, nämlich während des Dauerbetriebes in der Praxis.
  • Die glasartigen Anteile entstehen erst im Brandfall, d. h. im Augenblick, da sie benötigt werden, und wenn das Produkt, Kabel oder Leitung, ohnehin zerstört wird und anschließend ersetzt werden muß.
  • Weitere Vorteile ergeben sich noch dadurch, daß durch eine geeignete Auswahl der verwendeten Füllstoffe nach Art und Dosierung die Eigenschaften des zu bildenden Glases im Brandfall beeinflußbar sind. Dadurch kann der Erweichungsbereich und die Bildungstemperatur des Glases oder glasartigen Produktes sowie die mechanischen Eigenschaften der Glasphase festgelegt werden. Letztere beziehen sich vor allem auf die Härte und Standfestigkeit des Glas-Asche-Rückstandes nach Verbrennung der organischen Anteile der Isoliermischung.
  • Als Stoffe, die durch chemische Reaktion im Brandfall eine glasartige Überstruktur bilden, kommen in Weiterführung der Erfindung z. B. Alkali- und/oder Erdalkalicarbonate, Sulfate, Nitrate sowie die Oxide z. B. von Bor und Silizium zur Anwendung. Dabei sind Siliziumoxid, Boroxid oder auch Phosphorpentoxid die eigentlichen Glasbildner, während die Alkalioxide als Flußmittel in Form ihrer Carbonate, Nitrate, Sulfate, die Erdalkalioxide oder auch Bleioxide dagegen als tabilisatoren der im Brandfall in der Asche entstehenden Glasschmelze dienen.
  • Die Erfindung sei an Hand des in der Fig. dargestellten mehradrigen elektrischen Energiekabels sowie der Mischungsbeispiele I bis III näher erläutert.
  • Das elektrische Kabel, beispielsweise geeignet für eine Übertragungsspannung von 1KV, besteht aus den mehrdrähtigen Leitern 1, 2 und 3, die jeder von der Isolierung 4 umgeben sind. Zur Zwickelfüllung im Kern dient die sogenannte Trense 5 zweckmäßig aus einem gummielastischen Werkstoff, die Rundung der aus den drei Adern bestehenden Seele übernimmt der Innenmantel 6 aus einer hochgefüllten Polymermischung, den äußeren mechanischen Schutz bildet der Außenmantel 7.
  • Zur Erhöhung der Dauer des Funktionserhaltes besteht der Innenmantel 6 z. B. aus der Mischung nach Beispiel I oder II. Das bringt den Vorteil einer erhöhten Wärmedämmung und damit Schutz für die darunter befindlichen Adern im Brandfalle mit sich. Die bereits erwähnten Vorteile - kein Abtropfen, höhere mechanische Stabilität der Verbrennungsrückstände - bleiben erhalten. Darüber hinaus ist es in Einzelfällen auch möglich, auf die bei einigen Konstruktionen schon übliche Glas-Glimmer-Bebänderung des Leiters zu verzichten. Das bringt weitere Vorteile durch die Erfindung mit sich, nämlich: erleichterte Montage, geringere Anzahl von Fertigungsarbeitsgängen, kleinere Abmessung im Kabel- oder Leitungsaufbau, Materialersparnis und damit kostengünstigere Herstellung.
  • Mischungsbeispiele: Beispiel: Mischung A ist eine übliche, Mischung B die nach der Erfindung abgewandelte Form. Letztere ist geeignet z. B. für eine unvulkanisierte Füllmischung, etwa als Innenmantel, mit Glasfüllstoff.
  • A B Äthylen-Propylen-Kautschuk 100 Teile 100 Teile Kreide 20-70 " 20-70 Kieselsäure 50-150" 50-150" Weichmacher 40-60 " 40-60 Alterungsschutzmittel und bis 5 " bis 5 Verarbeitungshilfen Glasfaser - 75 " Aschefestigkeit <10 200 Die sog. Aschefestigkeit bestimmt sich dabei in Anlehnung an VDE 0472 § 609 an Adern 1,5 mm² Kupfer, eindrähtig, Wanddicke ca. 1,0 mm mit einer Schneidenbreite von 0,7 mm und ist angegeben in pJ Belastungsgewicht. Die Prüflinge werden vor der Messung der Aschestandfestigkeit ca. 30 min. allseitig mit einem Bunsenbrenner befiammt (etwa 10000 C).
  • Beispiel II: Mischung A ist die übliche, Mischung B die nach der Erfindung abgewandelte Form . Diese ist geeignet für eine unvulkanisierte Füllmischung, z. B.
  • auch als Innenmantel, mit im Brandfall Glas bildenden Füllstoffen.
  • A B Äthylen-Propylen-Kautschuk 100 Teile 100 Teile Kreide 50-150 " 10-20 Kieselsäure 80-120 " 80-120 Weichmacher 40-60 " 40-60 " Alterungsschutzmittel und Verarbeitungshilfen bis 5 " bis 5 " Quarzmehl - 100-200 " Aluminiumoxid - AO.40 - 60 Natriumcarbonat 20 - 50 Borax - 20 - 50 " Aschefestigkeit t 10 >4000 Beispiel III: Auch hier ist die Mischung A eine übliche, die Mischung B eine Form mit den Merkmalen nach der Erfindung. Mischung 8 ist z. B geeignet für eine vernetzbare Isoliermischung mit im Brandfall Glas bildenden Füllstoffen.
  • A B Äthylen-Propylen-Kautschuk 100 Teile 100 Teile Kreide 100-120 " 10-20 " Kieselsäure 100-120 " 100-120 " A B Weichmacher 30-50 Teile 30-50 Teile Alterungsschutzmittel und Verarbeitungshilfen bis 10 " bis 10 Peroxid - 2-3 " 2-3 Quarzmehl - 70-100 " Aluminiumoxid - 30-40 " Natriumcarbonat - 20-30 " Borax - 10-20 " Aschefestigkeit c 10 ; 4000 Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die angegebenen Mischungsbeispiele beschränkt. Als Basismaterialien kommen neben den erwähnten z. B. auch solche auf Basis Styrol-Butadien-Kautschuk, Polyäthylen, Polyäthylen-Copolymere etc. in Frage.
  • Leerseite

Claims (5)

  1. Patentansprüche S Elekirisches Kabel oder Leitung, insbesondere mehradriges Energiekabel mit einer Aderisolierung, ggf. Innenmantel sowie einem AuBenmantel aus vernetzbaren oder unvernetzbaren polymeren IJerkstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der im Kabel- oder Lei- tungsaufbau befindlichen Schichten aus polymerem Material solche Stoffe enthält, die bei Brandtemperaturen eine glasartige Uberstruktur in der Asche bilden können.
  2. 2. Kabel oder Leitung nach Anspruch 1 mit einem Innenmantel im Schichtenaufbau, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Innenmantels die Stoffe zur Bildung einer glasartigen überstruktur enthält.
  3. 3. Kabel oder Leitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als eine glasartige Überstruktur bildende Stoffe Glasfasern, Glaskugeln oder dergl. dienen.
  4. 4. Kabel oder Leitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine glasartige Überstruktur bildenden Stoffe durch eine chemische Reaktion erst unter den Temperaturbedingungen eines Brandes entstehen.
  5. 5. Kabel oder Leitung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als eine glasartige. Überstruktur bildende Stoffe Boroxid und/oder Siliziumoxid, Alkali- und/oder Erdalkalicarbonate zusamnen mit Sulfaten oder Nitraten dienen.
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EP0373757A2 (de) * 1988-12-14 1990-06-20 Associated Electrical Industries Limited Feuerfester elektrischer Isolator
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