DK146030B - Flammebestandig kabelkonstruktion - Google Patents

Description

l 146030

Den foreliggende opfindelse angår en flammebestandig kabelkonstruktion omfattende en eller flere elektriske ledere, hvor de enkelte ledere er isoleret med et isolationslag af varmebestandig gummi og omgivet af en termoplastisk elastomer, som er fyldt med aluminiumhydroxid, og som omsluttes af et lag glasfiber.og en ydre kappe bestående af et flammebestandigt halogenholdigt materiale eventuelt ethylenpropylengummi.

Kravene til den elektriske installation ombord på olieboreplatforme og/eller produktionsplatforme, som opererer udenfor kysten, er på mange måder strengere end ved sædvanlige installationer på landfaste arbejdssteder. Dette skyldes, at forholdene ved en eventuel brand ombord på sådanne platforme er betydeligt mere risikofyldte end ved tilsvarende forhold på land, og en intakt funktion af strømførende kabler, når der opstår brand, er derfor af meget stor vigtighed for en sikker redning af mandskabet på platformen. Dersom der opstår brand ombord på en platform, vil sandsynligvis mange af de vigtigste komponenter ombord være forbundet med kabler, som strækker sig gennem det eller de områder, der er antændt. Modstandsevnen mod brand for sådanne kabler er derfor meget vigtig, således at kablerne kan udføre deres funktioner så længe som muligt, uden at strømtilførsel, styringssystemer, kommunikationssystemer osv. bryder sammen og dermed lammer redningsarbejdet. Kabler, som benyttes til elektriske installationer på boreplatforme, må derfor konstrueres med tanke på, at de foruden at være modstandsdygtige mod flammer og varme heller ikke bidrager til at sprede ilden eller udvikle skadelige gasser ved ekstreme temperaturer.

Desuden skal kablerne konstrueres med sigte på, at der opnås robuste mekaniske egenskaber, således at de også under sædvanlige arbejdsforhold ombord på platformene forbliver funktionsdygtige gennem deres tiltænkte levetid.

Fra beskrivelsen til norsk patentansøgning nr. 754112 kendes en kabelkonstruktion af den indledningsvis angivne art, men denne kabeltype vil kun til en vis grad opfylde de krav, som stilles til den elektriske installation ombord på olieboreplatforme eller lignende. Således vil det kendte kabel ikke have en tilstrækkelig god isolation af enkeltlederen end sige udvise tilstrækkeligt robuste mekaniske egenskaber, hvad enten dette gælder under sædvanlige arbejdsforhold på platformene eller ved katastrofetilstande under brand.

Ifølge den foreliggende opfindelse er der tilvejebragt en flammebestandig kabelkonstruktion, som foruden at udvise meget stor modstandsevne mod påvirkning af brand også har gode mekaniske egen- 2 146030 skaber, hvilket gør den velegnet til installation på olieproduktions-platforme eller lignende fartøjer, som arbejder udenfor kysten.

Kabelkonstruktionen ifølge den foreliggende opfindelse er ejendommelig ved, at hver af lederne er omgivet af micatape, som ligger indenfor isolationslaget af varmebestandig gummi, og at den med glasfiber dækkede termoplastiske elastomer er omsluttet af en flettet metalarmering.

Den micatape, som omslutter hver af lederne, tjener som lederisolation under og efter en brand, idet micatapen under brand sin-trer sig til lederne og danner en meget effektiv isolation efter udbrænding. Under brand vil de micabeskyttede enkeltledere desuden blive beskyttet mod indtrængning af halogenet fra halogenholdigt materiale udenfor den termoplastiske elastomer på grund af vanddamptrykket, som udvikles fra aluminiumhydroxidet i elastomeren.

Den flettede metalarmering, som omgiver den termoplastiske med aluminiumhydroxid fyldte elastomer og glasfiberlaget tjener både til at give kablet robuste mekaniske egenskaber og til at holde pulverasken fra elastomeren på plads under og efter en brand.

Kabler udført ifølge den foreliggende opfindelse imødekommer de brandtekniske krav, som IEC stiller, samtidig med at de ved forsøg har vist, at deres brandtekniske egenskaber er langt bedre, end hvad der er tilfældet ved tidligere kendte kabler af lignende art.

Sammenlignet med sædvanlige kabler udviser kabelkonstruktionen ifølge opfindelsen intakte funktionsegenskaber under og efter en brand, selv under stærk vibration. Ligeledes er dannelsen af tyk røg, CO og HC1 under brand betydeligt reduceret.

Opfindelsen skal herefter forklares nærmere under henvisning til tegningen, der viser forskellige udføreisesformer for den flammebestandige kabelkonstruktion ifølge opfindelsen, idet fig. 1 er et perspektivisk billede af enden af en kabelkonstruktion udført ifølge den foreliggende opfindelse med dele af kablet skåret bort for at vise kabelkonstruktionens komponenter, fig. 2 et perspektivisk billede i lighed med fig. 1 af en anden udførelsesform for kabelkonstruktionen ifølge opfindelsen, 3 T46030 fig. 3 et billede i lighed med fig. 1 og 2 og visende en tredie udførelsesform for kabelkonstruktionen ifølge opfindelsen, fig. 4 i større målestok et tværsnit af en leder med tolagsisolation, fig. 5 i mindre målestok et skematisk tværsnit i et lederpar omgivet af et plastbånd, fig. 6 et skematisk tværsnit i et lederpar med egen jordleder og skærm, fig. 7 et skematisk tværsnit, som viser lederpar med separate jordledere og fælles skærm, fig. 8 et skematisk tværsnit, som viser to lederpar, som foruden egne jordledere også har en fælles jordleder og en fælles skærm, fig. 9 og lo alternative udførelsesformer for lederparrene og fig. 11 et tværsnit gennem en vilkårlig udførelsesform for kablet ifølge opfindelsen.

Den kabelkonstruktion, som er vist i fig. 1, og som generelt er betegnet med 1, omfatter isolerede enkeltledere 2, som er vist i større målestok i fig. 4. Som det fremgår af fig. 4, er enkeltlederne 2, som kan være fortinnet kobber, omgivet af en micatape 3 og et isolationslag 4 af varmebestandig gummi. To og to af lederne kan være snoet sammen i par og holdt adskilt fra de øvrige ledere ved hjælp af et plastbånd, som det er vist ved 5 i fig. 5 og 6, og sammen med hvert af de snoede lederpar kan der strække sig en jordleder 6, som det er vist i fig. 1 og fig. 6. For overskuelighedens skyld er plastbåndet 5 udeladt i fig. 1.

Omkring hvert lederpar og en jordleder 6 er der viklet et alu-miniumplastlaminat 7, der tjener som elektrisk skærm for de enkelte lederpar. Et sådant laminat er vist både i fig. 1 og fig. 6, og rundt om disse par af skærmede ledere er der viklet en fælles tape 8 (fig. 1) af polyester.

Udenpå tapen 8 er der lagt et lag 9 af termoplastisk elastomer, som er fyldt med aluminiumhydroxid, og udenpå dette lag er der viklet en uflettet glasfibermåtte lo, som sammen med den termoplastiske elastomer omsluttes af en flettet metalarmering 11. Kabelkonstruktionens yderkappe er betegnet med 12 og er fremstillet af klorsulfoneret polyethylen.

Forsøg har vist, at selv om et kabel, der er udført som beskrevet ovenfor, udsættes for brand, vil de elektriske egenskaber bibeholdes over meget lange tidsintervaller, selv ved meget høje temperaturer. Et kabel af lignende type som det ovenfor beskrevne har været udsat for flammeprøver ved temperaturer på henholdsvis 65o, 8oo og lloo°C. Under 4 146030 prøven blev kablet sat under spænding,‘og det viste sig, at for alle temperaturer var tiden,før kablet brød sammen elektrisk, mere end 3o minutter. Endvidere har et kabel udført i henhold til den foreliggende opfindelse været udsat for flammeprøver ifølge IEC 331, dvs. det blev udsat for en temperatur på 75o°C i tre timer. Under prøven var kablet påtrykt fuld driftsspænding. Hverken under flammeprøven eller den påfølgende spændingsprøve opstod der fejl i kablet.

Der er også blevet udført vibrationsprøver for et flammeprøve-kabel af den ovenfor beskrevne type, idet kabelprøveemner, efter at kablet havde gennemgået flammeprøven, blev placeret i et vibrationsapparat og i en time udsat for vibrationer i frekvensområdet lo-loo Hz, samtidig med at kabelprøveemnet blev sat under normal driftsspænding. Forsøgsresultaterne indikerede, at efter vibrationsprøven var der ingen elektriske fejl at spore.

Kabelprøveemnet blev derefter isolationsprøvet, hvilket viste en dielektrisk styrke på ca. 1-1,6 kV.

Under flammeprøven blev det observeret, at kabelprøveemnet brændte meget roligt. Der blev ikke observeret nogen betydelig grad af temperaturstigning i kablets indre, og der forekom heller ikke nogen opsvulmning af kablet. Dette skyldes, at den termoplastiske elastomer er fyldt med aluminiumhydroxid, som ved ca. 15o°C fordamper ^0 med påfølgende afkøling af de indenfor liggende kabelkomponenter.

Ved brand vil det termoplastiske materiale 9 og laget af uflet-tet glasfiber lo danne en pulveraske, som isolerer de elektriske ledere mod overtemperatur, samtidig med at det giver en god støtte for lederne. Pulverasken på sin side holdes på plads af metalarmeringen 11, som ligger mellem yderkappen 12 og den termoplastiske elastomer 9 med glasfibermåtten lo. løvrigt blev der under prøven observeret en forholdsvis lav røgudvikling.

Fra yderligere observationer, som blev gjort under prøverne, er det fastslået, at forbrændingsenergien af kablerne under prøverne er ca. lo% lavere end ved tilsvarende kendte kabler. Korrosionseffek-ten for de gasser, som udvikles ved moderate temperaturer, dvs. ved 15o-2oo°C, er betydeligt mindre ved kablet ifølge opfindelsen sammenlignet med kendte kabler. Ligeledes er udviklingen af CO for det nye kabel betydeligt lavere end for kendte kabler. Dette er også tilfældet med udviklingen af HC1 både ved 28o, 65o og looo°C.

Forsøg har vist, at også udviklingen af tæt røg under brand er betydeligt mindre véd kablet ifølge den foreliggende opfindelse sammenlignet med konventionelle kabelkonstruktioner.

løvrigt imødekommer kabelkonstruktionen ifølge opfindelsen alle de krav, som stilles ifølge IEC-normer inklusive IEC 331 (brandprøve 5 146030 for mineralisolerede kabler) .

Fortrinsvis vælges der som isolation for enkeltlederne; en syntetisk gummi, som f.eks. ethylenpropylengummi eller silikongummi.

Som nævnt er den som fyldkappe tjenende termoplastiske elastomer, som kan være en ethylenpropylenelastomer,fyldt med aluminiumhydroxid for opnåelse af de ønskede termiske egenskaber. Denne sammensætning er specielt udviklet for det foreliggende kabel og har et oxygenindex større end 35%. Denne fyldkappe skal foruden at give kablet en god mekanisk styrke også give støtte for enkeltlederne. Under brand virker fyldkappen som et kølende og varmeisolerende element overfor skærmlaminatet og enkeltiederne. Ældningsegenskaberne ved materialet er meget gode sammenlignet med f.eks. det ydre lag af klorsulfoneret polyethylen.

Ved kablet ifølge opfindelsen varetages den mekaniske beskyttelse ved metalarmeringen 11 og den ydre kappe 12 af klorsulfoneret polyethylen. Denne har et oxygenindex større end 35% og er den kabelkomponent, som producerer HC1, når kablet udsættes for flammer og højere temperaturer. Klorsulfoneret polyethylen har imidlertid gode egenskaber, hvad angår mekanisk styrke og modstandsevne mod olie. Ved at erstatte den ydre kappe 12 af klorsulfoneret polyethylen med en kappe af ethylenpropylengummi kan man reducere udviklingen af HC1 under brand.

løvrigt udviser kablet ifølge opfindelsen bøjeegenskaber og styrkeegenskaber, som gør det velegnet til installation i maritimt arbejdsmilieu.

I fig. 2 er der vist en anden udførelsesform for kabelkonstruktionen ifølge opfindelsen. Denne adskiller sig fra konstruktionen ifølge fig. 1 ved, at enkeltlederne 2', som er sammenholdt to og to ved respektive plastbånd 5', har et fælles plastbånd 13 og en fælles skærm 14 viklet rundt om. Mellem plastbåndet 13 og skærmen 14 er der anbragt en enkelt fælles jordleder 6'. Denne udførelsesform er nærmere anskuelig-gjort i fig. 9 og er at betragte som en skærmet snoet konstruktion.

I fig. 3 er der vist en tredie udførelsesform for kablet ifølge opfindelsen, og denne adskiller sig kun fra udførelsesformen i fig. 2 ved en anden anbringelse af enkeltlederne 2" . Disse er her anbragt vilkårligt, men omkring dem er viklet en tape 13' af polyester og en skærm 141. Mellem skærmen 14' og tapen 13 * er der som før anbragt en fælles jordleder 61'. Udførelsen er anskueliggjort nærmere i fig. lo. Det vil forstås, at forskellen mellem udførelserne i fig. 9 og lo er brugen af plastbånd 5' i fig. 9, medens dette er sløjfet ved udførelsen i fig. lo, idet de indre cirkler her repræsenterer den omkreds, de snoede lederpar vil optage.

I fig. 7 og 8 er der vist alternative udførelsesformer for, hvordan kabelparrene kan anbringes i henholdsvis fire eller to par in- 6 U6030 denfor en fælles skæm 15. I fig. 7 har'hvert par af enkeltlederne 2111 sin jordleder 16, medens der ved udførelsesformen ifølge fig. 8 desuden er en fælles jordleder 17. I fig. 7 og 8 betegner 16' en metalfolie, og i fig. 8 betegner 18 den omkreds, de enkelte par med jordleder vil optage i kablet. Eventuelt kan 18 betegne et plastbånd.

I fig. 11, som viser et forenklet tværsnit af en udførelsesform for kabelkonstruktionen ifølge opfindelsen, angiver som før 12 den ydre kappe af enten klorsulfoneret polyethylen eller ethylenpropylen-gummi, som omgiver den flettede armering 11. Denne omslutter på sin side isolationslaget 9 af termoplastisk elastomer. Dette lag fylder de eventuelle hulrum, som måtte forekomme mellem lederparrene, samtidig med at det danner et indre understøtningsmateriale for den ikke flettede måtte lo af glasfiber.

Dersom kabelkonstruktionen benyttes i forbindelse med et tre-lederkraftkabel, vil der blive benyttet tre ledere af den type, som er vist i fig. 4, og som er omgivet af micatape 3 omgivet af et lag 4 af varmebestandig gummi. De tre ledere snos sammen og bliver omsluttet af isolationslaget 9 af termoplastisk elastomer, som det er antydet i fig.

11. løvrigt udføres konstruktionen som vist i denne figur, dvs. med en ikke flettet måtte lo af glasfiber og en flettet armering 11, som på sin side er omgivet af den ydre kappe 12 af klorsulfoneret polyethylen eller ethylenpropylengummi.