La présente invention concerne un câble
électrique de sécurité comprenant au moins deux
conducteurs électriques isolés et une gaine de
protection.
L'invention a trait plus particulièrement au
comportement des câbles électriques en présence du
feu pour limiter leur destruction.
La configuration rectiligne des câbles et leur
utilisation en nappes sont souvent un facteur de
transmission de feu, même s'ils ne sont que très
rarement à l'origine d'un incendie. Par ailleurs, la
combustion des câbles engendre des effets secondaires
qu'il est important de limiter également.
Ces phénomènes qui se traduisent par le
dégagement de gaz et fumées opaques et toxiques ont
incité les fabricants de câble à développer des
familles de câbles réalisés à partir de matériaux à
faible émission de fumées et à toxicité réduite en
cas de combustion. Plus récemment, pour réduire
encore les risques, les fabricants de câble ont
proposé des câbles sans halogène dont l'ignifugation
est en général obtenue par des charges donneuses
d'eau.
Toutefois, si l'emploi de matériaux ignifuges et
de préférence sans halogène est une garantie sérieuse
contre la formation de foyers secondaires, il est
indispensable qu'en cas d'incendie, certaines
installations électriques puissent continuer à
assurer le fonctionnement des équipements de sécurité
afin de permettre l'évacuation des personnes. L'un
des éléments essentiels qui permet à ces
installations de fonctionner est le câble électrique,
dit câble de sécurité.
Ces câbles de sécurité doivent présenter une
faible propagation au feu, et en plus assurer la
poursuite de la fonction électrique dans un incendie
naissant développant des températures très élevées.
Cette caractéristique est vérifiée par des essais
normalisés très sévères, détaillés plus loin, au
cours desquels la continuité électrique du câble doit
être préservée lorsqu'il est soumis pendant au moins
une demi-heure environ à une température au moins de
700°C environ.
Dans chacun de ces essais, un échantillon de
câble est soumis à une source de chaleur et on
vérifie que la fonction électrique relative à la
continuité des conducteurs et à l'absence de court-circuit
est assurée pendant toute la durée de
l'essai. L'essai retenu est destiné à sélectionner
des câbles susceptibles de continuer à assurer leur
fonction pendant une durée donnée d'une demi-heure à
une heure dans un incendie. En outre, il peut être
prévu de soumettre l'échantillon de câble à des chocs
mécaniques représentant ainsi la dégradation de
l'environnement au cours de l'incendie.
La spécificité des essais au feu, étant donné le
caractère multiple des paramètres influents, tels que
température, traction et choc, impose l'utilisation
de câbles dont la structure et les matériaux
d'isolation et de gainage sont particulièrement
étudiés.
L'invention ne concerne donc pas des câbles
électriques qui ne sont pas dits "câble de sécurité"
et qui satisfont des essais de propagation à la
flamme moins sévères, comme ceux de la norme DIN VDE
0472, au cours desquels un câble, comme celui décrit
dans la demande de brevet DE 43 32 914, est soumis à
une source de chaleur de 1 kW pendant une durée très
courte de 1 à 3 minutes.
Les structures les plus anciennes des câbles de
sécurité comprenaient des gaines isolantes minérales
ou composées de rubans textiles à base de mica et/ou
de fibres de verre, constituant des barrières de
résistance au feu autour des conducteurs électriques,
nécessitant une ou des étapes supplémentaires de
fabrication relativement longues et onéreuses.
Actuellement, comme montré à la figure 1, un
câble électrique de sécurité CAa comprend des
conducteurs isolés la et une gaine de protection
externe 3a. Chaque conducteur isolé 1a est composé
d'une âme conductrice électrique 11a en cuivre et
d'une gaine isolante 12a en élastomère silicone
réticulé. Les gaines 12a sont assemblées
hélicoidalement en un faisceau de 2, 3, 4, ou plus
conducteurs 1a. La gaine de protection externe 3a est
en élastomère silicone réticulé.
Au cours d'un essai destiné à vérifier la
résistance au feu du câble CAa, les gaines isolantes
et la gaine de protection soumises au flux thermique
de la source de chaleur sont pyrolisées et laissent
place en général à une gangue, c'est-à-dire à une
cendre présentant une intégrité mécanique dont le
rôle est d'éviter les courts-circuits entre
conducteurs et éventuellement avec l'armature pouvant
entourer la gaine de protection.
Des silicones spécifiques avec des charges par
exemple en hydroxyde métallique sont proposés pour
constituer la gaine de protection 3a afin de la
transformer en une gangue résiduelle.
Les câbles de sécurité ainsi conçus présentent
encore des coûts de fabrication élevés à cause des
matières en silicone et la réticulation de celles-ci
pour les gaines isolantes et la gaine de protection
ce qui nécessite au moins trois passes de fabrication
: l'isolation de chaque conducteur 11a par passage à
travers un tube de vulcanisation continue,
l'assemblage des conducteurs isolés 1a sur câbleuse,
et enfin le gainage externe des conducteurs isolés
par extrusion avec un nouveau passage dans un tube de
vulcanisation continue.
En outre, dans un câble CAa selon la technique
antérieure, la transformation de la composition de la
gaine isolante 12a, au moins superficiellement, à
l'état de céramique est fortement perturbée par la
présence d'eau dans la gaine de protection 3a
directement au contact de la gaine isolante, aux
premiers instants de la combustion du câble. L'action
combinée de la présence d'eau et l'effet des
températures élevées d'un incendie donne naissance à
des macro-fissures dans la gaine isolante qui peuvent
apparaítre pendant cette phase transitoire. La
transformation de composition entraíne une perte de
l'intégrité mécanique de la gaine isolante et une
diminution des propriétés diélectriques de celle-ci.
Le phénomène de court-circuit engendré par les macro-fissures
devient donc inéluctable dans un foyer
d'incendie.
L'objectif de l'invention est de fournir un
câble électrique de sécurité ayant une résistance à
la propagation de l'incendie et une continuité
électrique améliorées, tout en réduisant son coût de
fabrication par rapport aux câbles antérieurs.
Pour atteindre cet objectif, un câble électrique
de sécurité comprenant au moins deux conducteurs
électriques isolés et une gaine de protection, et
assurant une continuité électrique après une
exposition au moins d'une demi-heure environ à une
source de chaleur ayant une température au moins de
700°C environ, est caractérisé en ce qu'il comprend
une masse de bourrage comportant des charges anhydres
et interposée entre les conducteurs isolés et la
gaine de protection, chaque conducteur isolé a une
gaine isolante contenant des charges pouvant subir
une céramisation, et la gaine de protection est
ignifuge sans halogène et contient des charges
hydratées.
Comme on le verra par l'analyse ultérieure
d'essai, l'interposition d'une masse de bourrage
renfermant des charges anhydres entre les conducteurs
isolés et la gaine de protection contenant des
charges hydratées confère au câble de sécurité de
l'invention une résistance au feu et une continuité
électrique accrues. En effet, lors d'une élévation de
chaleur dans le câble due à un incendie, les charges
anhydres de la masse de bourrage absorbent l'eau
libérée par les charges hydratées de la gaine de
protection, tout en protégeant la céramisation de la
matière des gaines isolantes des conducteurs isolés
grâce à des charges minimales dans les gaines
isolantes, ce qui assure la continuité électrique
dans les conducteurs ainsi que la résistance à la
propagation de flamme.
La réduction en cendres de la gaine de
protection sous l'action du feu, génératrice d'eau,
ne perturbe plus la céramisation des gaines isolantes
grâce à l'interposition de la masse de bourrage selon
l'invention.
Typiquement les charges formatrices de céramique
sont minérales et noyées dans la matière de la gaine
isolante, par exemple de type oléfinique, ou à base
d'élastomère silicone.
Selon encore d'autres caractéristique du câble
de l'invention, les conducteurs isolés peuvent alors
être torsadés alternativement suivant des hélices
directes et rétrogrades, afin que le câble selon
l'invention soit réalisé dans une ligne de
fabrication SZ où les conducteurs isolés sont
assemblés simultanément avec une extrusion de la
masse de bourrage et de la gaine de protection.
D'autres caractéristiques et avantages de la
présente invention apparaítront plus clairement à la
lecture de la description suivante de plusieurs
réalisations préférées de l'invention en référence
aux dessins annexés correspondants dans lesquels :
- la figure 1 est une section d'un câble
électrique de sécurité déjà commenté selon la
technique antérieure ;
- la figure 2 est une section d'un câble
électrique de sécurité selon l'invention, à la même
échelle que celui dans la figure 1 ;
- la figure 3 est une vue en perspective d'un
câble électrique de sécurité de type armé selon
l'invention.
En référence à la figure 2, un câble électrique
de sécurité CA comporte deux conducteurs électriques
isolés 1, disposés au centre du câble et torsadés
ensemble autour de l'axe longitudinal AL du câble,
une masse de bourrage cylindrique 2 entourant
complètement les conducteurs isolés 1 et protégeant
thermiquement ceux-ci, et une gaine de protection
externe cylindrique 3 contenant entièrement la masse
de bourrage 2. Chaque conducteur isolé 1 est composé
d'une âme filaire conductrice électriquement 11 et
d'une gaine isolante individuelle 12. De préférence,
l'âme 11 des conducteurs est en cuivre quasiment
désoxydé ou tout au moins à faible teneur d'oxygène,
pour ne pas fragiliser les conducteurs et éviter leur
rupture pendant un incendie.
En variante, le câble électrique de sécurité
comprend plus de deux conducteurs isolés 1, par
exemple trois, quatre ou sept.
La gaine isolante 12 de chaque conducteur isolé
1 est en une matière contenant des charges pouvant
subir une céramisation, dites charges "céramisables",
telles que des charges minérales en silice, quartz,
kaolin, alumine, afin que la gaine isolante assure
une isolation suffisante lorsque toute la partie
organique de la gaine isolante a disparu, suite aux
phénomènes de combustion. La matière de la gaine
isolante est essentiellement oléfinique et comprend
de préférence un polymère renfermant par exemple une
polyoléfine, seule ou en mélange avec des charges
céramisables ; en variante, la matière de la gaine
isolante 12 comprend un élastomère silicone. Comme
polyoléfine, on peut citer le polyéthylène PE, le
polypropylène (PP), l'éthylène/propylène/caoutchouc
(EPR) ou éthylène/propylène/diène/monomère (EPDM), le
poly (éthylène/acétate de vinyle) (EVA), le poly
(éthylène/acrylate de butyle) EBA,
l'éthylène/acrylate d'éthyle EEA. La matière de la
gaine isolante 12 contient également une ou plusieurs
charges dont une partie au moins est céramisable, et
a ainsi la capacité de donner naissance à une gangue
présentant une certaine tenue mécanique sous l'effet
des températures élevées d'un incendie.
De préférence, la gaine isolante 12 contient des
additifs connus de l'homme du métier, tels
qu'antioxydants, lubrifiants, plastifiants, colorants
et un système de vulcanisation qui sera de préférence
à base de peroxyde.
La masse de bourrage 2 est solide sans halogène
et est essentiellement oléfinique. Elle est
constituée de préférence d'une polyoléfine ou d'un
copolymère de type oléfinique. Des exemples de
polymères utilisables sont par exemple le PE, l'EVA
ou l'EPR.
La masse de bourrage 2 contient de nombreuses
charges anhydres. Typiquement, la masse de bourrage
contient relativement 50% à 80% en poids de charges
anhydres. Les charges anhydres sont par exemple
constituées en l'un des composants suivants : craie,
kaolin, talc, dolomie, silice, magnésie, alumine,
sulfate de calcium.
La matière de la masse bourrage 2 contient
également des additifs tels que lubrifiants, anti-oxydants,
colorants, plastifiants et éventuellement
un système de vulcanisation pour certaines
réalisations.
De préférence, la matière de la masse de
bourrage 2 contient un agent de couplage, tel
qu'alcoxysilane, éventuellement directement lié au
polymère oléfinique constituant essentiellement la
masse de bourrage, assurant la cohésion entre les
charges et le polymère.
La gaine de protection externe 3 contient un
polymère essentiellement oléfinique, typiquement à
base d'oléfine ou de copolymère d'oléfine, associé à
des charges hydratées donneuses d'eau, en hydroxyde
métallique tel que l'hydroxyde d'aluminium ou
l'hydroxyde de magnésium, de façon à former une
matière ignifuge sans halogène qui retarde la
propagation du feu.
Avantageusement, la matière de la gaine de
protection 3 contient un ou des agents de couplage,
tels qu'alcoxysilane, entre les charges hydratées et
le polymère constituant essentiellement la gaine de
protection.
Ce renforcement de liaison du polymère avec les
charges hydratées est également obtenu par
l'introduction de polymères fonctionnalisés, tels que
des polymères à base d'acide acrylique ou d'anhydride
maléique, dans la matière de la gaine 3.
Additionnellement, la matière de la gaine 3 contient
des additifs, tels qu'antioxydants, lubrifiants,
plastifiants et colorants.
Bien qu'il soit possible de réticuler la matière
de la gaine de protection 3, celle-ci est de
préférence thermoplastique ce qui nécessite pas de
réticulation ; en effet, la réticulation de la gaine
requiert des opérations coûteuses, longues de
plusieurs heures, voire de plusieurs jours, telles
qu'étuvage ou bombardement électronique.
La composition du câble de sécurité CA selon
l'invention améliore considérablement son
comportement au feu et par conséquent retarde
l'apparition de courts-circuits dans le câble.
L'amélioration apportée par l'invention est
notamment en relation avec la céramisation de la
gaine isolante 12 des conducteurs 1 contenant des
charges céramisables, sous une température élevée
d'incendie. L'interposition de la masse de bourrage 2
faisant office de matelas séparateur adapté entre les
gaines isolantes céramisables 12 qui préservent la
fonction de continuité électrique, et la gaine de
protection ignifuge 3 qui assure la fonction de
résistance à la propagation de l'incendie, permet à
chacune des deux fonctions de se développer sans
qu'elles interfèrent l'une par rapport à l'autre.
La masse de bourrage 2 utilisée en phase
thermoplastique, ou bien réticulée, sans halogène
remplit les fonctions suivantes :
- barrière des charges anhydres dans la masse de
bourrage qui absorbent la vapeur d'eau dégagée
notamment par les charges hydratées dans la matière
de la gaine de protection externe 3 afin de ne pas
perturber la céramisation de la matière des gaines
isolantes 12 ;
- barrière thermique entre la matière de la
gaine 3 et la matière des gaines isolantes 12 afin de
réduire la durée au terme de laquelle les gaines
isolantes passent d'une structure organique à une
structure céramique ;
- formation d'une structure cohésive de cendres
lors de la combustion afin d'éviter la formation de
foyer secondaire lors d'un incendie.
L'interposition d'une matière de masse de
bourrage non perturbatrice du processus de
céramisation de chaque gaine isolante 12 confère un
avantage supplémentaire à l'invention qui est la
réduction de l'épaisseur de la gaine isolante 12. De
façon complémentaire, un taux de charges élevé et par
conséquent un faible pouvoir calorifique de la
matière de masse de bourrage entraínent une réduction
de l'épaisseur de la gaine de protection 3. Le gain
en quantité de matières utilisées pour la gaine
isolante 12 et la gaine de protection 3 réduit le
coût du câble, ainsi que le dégagement de fumées et
gaz toxiques.
Par rapport à la technique antérieure, des
câbles selon l'invention présentent également
l'avantage d'une fabrication plus facile.
En effet, la fabrication du câble électrique de
sécurité connu CAa (figure 1) constitué uniquement de
composants réticulés 12a et 3a nécessite au minimum
trois passes de fabrication, comme déjà dit.
A cause de la réticulation de la gaine externe
qui oblige le passage dans un tube, l'assemblage des
conducteurs isolés est dissocié de la formation de la
gaine. Pour cette raison, les câbles électriques de
sécurité connus ne sont jamais fabriqués au moyen
d'une ligne de fabrication dite SZ qui forme
alternativement des torsades de conducteurs isolés en
sens contraires, tantôt directes, tantôt rétrogrades,
et présentent des torsades toujours suivant un seul
sens.
Les gaines isolantes 12a des conducteurs isolés
la dans le câble connu CAa sont en outre en
élastomère silicone qui est relativement mou ce qui
produirait un écrasement des gaines isolantes dans
les transitions entre torsades de sens contraires si
le câble était fabriqué au moyen d'une ligne de
fabrication dite SZ. L'écrasement des gaines
isolantes au niveau des transitions engendreraient
des fissures dans celles-ci et ainsi réduiraient les
performances du câble électrique de sécurité connu.
Lorsque le câble CA selon l'invention comprend
une matière de bourrage 2 et une gaine de protection
3 qui sont thermoplastiques, il est fabriqué au moyen
d'une ligne d'extrusion dite SZ dans laquelle
pénètrent les conducteurs isolés 1 avec leurs gaines
isolantes réticulées 12 en continu. La fabrication du
câble avec la ligne SZ réalise avantageusement en une
seule étape l'assemblage par torsades des conducteurs
isolés 1 et la pose simultanée par extrusion de la
masse de bourrage thermoplastique 2 et de la gaine de
protection thermoplastique 3 autour des conducteurs
isolés 1.
En effet, le procédé de fabrication SZ présente
l'avantage de pouvoir effectuer l'assemblage des
conducteurs en tandem avec l'opération de gainage.
La spécificité du procédé de fabrication SZ
oblige à mettre immédiatement après le câblage la
gaine de protection 3 qui maintient l'assemblage des
conducteurs isolés dans la position convenue. Par
rapport à un assemblage classique de conducteurs
isolés en hélice à un seul sens, l'assemblage SZ qui
comporte des sens de torsade alternés des conducteurs
isolés, c'est-à-dire un tronçon de conducteurs isolés
avec des pas d'hélice direct, puis un tronçon de
conducteurs isolés avec des pas d'hélice rétrograde
et ainsi de suite, supprime l'étape intermédiaire
d'assemblage des conducteurs consommatrice de main
d'oeuvre dans le procédé de fabrication du câble.
En variante, l'extrusion de la masse de bourrage
2 et de la gaine de protection externe 3 est réalisée
sur des conducteurs isolés 1 regroupés sous forme
d'un assemblage hélicoïdal classique suivant un seul
sens hélicoïdal.
Selon d'autres variantes, un câble électrique de
sécurité CA1 selon l'invention est armé en recouvrant
le câble CA de la figure 1 d'une armature métallique
4 s'étendant autour de la gaine 3 suivant une hélice
ou plusieurs hélices parallèles ou croisées, comme
montrée à la figure 3, ou bien d'une armature ondulée
avec des ondulations transversales-circulaires, ou
longitudinales, ou bien encore hélicoïdales, et d'une
gaine finale ignifuge 5 entourant l'armature
hélicoïdale ou ondulée 4.
Afin de mieux comprendre l'intérêt d'un câble
selon l'invention, quelques exemples liés à des
résultats obtenus au sens de l'essai N° 3 de la norme
française NF C 32-070 sont présentés ci-après. Cet
essai réputé très sévère est appliqué à des câbles
électriques de sécurité qui sont soumis aussi bien à
de la chaleur qu'à des chocs, tout en étant traversés
par un courant électrique correspondant à une tension
de service des câbles.
L'appareillage d'essai comprend :
- un four, son alimentation et sa régulation,
- un dispositif de mesure des températures,
- un dispositif producteur de chocs mécaniques,
- un dispositif de contrôle électrique.
Un échantillon de câble soumis à l'essai a une
longueur de 1300 mm. Celui-ci est tendu
horizontalement dans un four horizontal entre deux
colliers de serrage aux extrémités de l'échantillon.
L'un des colliers est fixe et solidaire du bâti du
four. L'autre collier est mobile par rapport au bâti
du four et soumis à une force de traction
correspondant à une contrainte proportionnelle à la
section totale des âmes en cuivre des conducteurs
isolés de l'échantillon, pour maintenir l'échantillon
en position tendue.
Pour un câble non armé, l'échantillon de câble
est placé dans un tube d'acier. Le tube est fixé par
un support du côté opposé à un dispositif producteur
de chocs et maintenu à son autre extrémité
sensiblement dans l'axe du four. Le tube a un
diamètre tel qu'un jeu minimal de 3 mm existe entre
l'échantillon et l'intérieur du tube. Cependant,
l'échantillon est au contact du tube afin que le tube
qui supporte des chocs les transmette le long de
l'échantillon de câble en essai.
Le dispositif producteur de chocs est constitué
par une barre ronde en acier, de 600 mm de longueur,
pivotant autour d'un axe parallèle à celui de
l'échantillon de câble et à environ 200 mm de celui-ci.
Cet axe partage la tige en deux parties inégales,
l'une de longueur égale à 200 mm, l'autre de longueur
égale à 400 mm. Une came à trajectoire circulaire
vient abaisser la partie courte jusqu'à ce qu'elle
soit inclinée à 60° par rapport à l'axe horizontal de
l'échantillon. On choisit une barre dont le diamètre
est égal au diamètre extérieure du câble à 1 mm près.
La vitesse de rotation de la came est réglée de façon
que la fréquence des chocs soit de deux par minute.
L'âme de chacun des conducteurs isolés de
l'échantillon de câble est mise sous une tension
électrique d'essai qui dépend de la tension nominale
du câble typiquement comprise dans une plage de
100/170, 100/300, 300/500, 450/750 ou 600/1000 V.
Le four monte en température suivant un
programme thermique défini par une courbe
d'échauffement, température-temps, normative. Le four
monte rapidement en température pendant une première
demi-heure environ de manière à atteindre une
température de 600°C environ après 10 minutes environ
et une température au moins de 700°C après 30 mn
environ. Puis la température du four progresse de
700°C à 900°C environ pour atteindre une température
typiquement de 920°C ± 20°C au bout de 45 minutes
environ depuis le début de l'élévation de
température. Une fois cette température de 900°C
environ atteinte, le chauffage du four est limité de
façon à sensiblement stabiliser la température à
cette valeur pendant une période de stabilisation de
température minimale de 15 mn. En général, l'essai
est arrêté lorsqu'un court-circuit ou une
interruption de courant est détecté dans
l'échantillon de câble ce qui intervient avant la
durée minimale normative de 60 minutes (une heure)
pour un câble ne satisfaisant pas la norme, et bien
après la durée minimale normative pour un câble très
satisfaisant, comme le câble selon l'invention, qui
assure sa fonction de continuité électrique
particulièrement pendant la deuxième demi-heure à
plus de 700°C, sans qu'aucun court-circuit ou aucune
interruption de courant ne soit enregistré durant au
moins toute la période d'essai minimale d'une heure.
Pendant la période de stabilisation, on doit
veiller à ce que l'écart maximal entre un
thermocouple central au four et deux thermocouples
latéraux sensiblement aux extrémités du four reste au
plus égal à 40°K et l'écart maximal entre les deux
thermocouples latéraux reste au plus égal à 20°K.
Les exemples ci-dessous permettent de mieux
comprendre les avantages de l'invention.
Exemple 1 : câble de sécurité à 2 conducteurs de
1,5 mm2 selon la technique antérieure :
Le câble a la structure du câble CAa de type
bourré déjà décrite en référence à la figure 1.
Chaque âme conductrice de cuivre 11a d'une section
1,5 mm2 et donc de diamètre d = 1,38 mm est revêtue
d'une gaine isolante 12a en élastomère silicone
réticulé d'une épaisseur nominale e1a de 1 mm, soit
égale sensiblement à 3d/4. La gaine isolante 12a est
réticulée en silicone par le passage du conducteur
isolé 1a dans un tube vapeur de 80 m de longueur et à
une pression de 20 bars environ. En fonction de la
longueur de gaine isolante souhaitée, le conducteur
isolé 1a est collecté sur une bobine de réception
adéquate. La même opération est répétée une deuxième
fois en vue de réaliser l'autre conducteur isolé 1a
d'une autre couleur.
Les deux bobines de conducteur isolé ainsi
obtenues sont ensuite introduites dans une câbleuse
pour assembler les conducteurs isolés 1a selon une
forme hélicoïdale classique suivant un unique sens,
en un faisceau de deux conducteurs isolés torsadés,
enroulé autour d'une bobine réceptrice.
Finalement, la gaine de protection externe 3a en
un mélange élastomère réticulé d'une épaisseur
nominale e3a de 1 mm est extrudée sur les deux
conducteurs isolés assemblés 1a. De part de la nature
du mélange, l'opération de gainage externe est
strictement identique à l'opération d'isolation des
conducteurs.
Si l'essai N° 3 de la norme NF C 32-070 est
effectué sur quatre échantillons du câble CAa avec la
composition décrite ci-dessus, des courts-circuits
apparaissent après les durées suivantes :
Câble CAa | essai 1 | essai 2 | essai 3 | essai 4 |
11a en Cu et 12a en silicone ;
3a en silicone | 90 mn | 65 mn | 90 mn | 70 mn |
Exemple 2 : câble de sécurité à 2 conducteurs de
1,5 mm2 de type bourré :
L'essai est effectué sur un échantillon de câble
de sécurité CAa2 dont la structure de type bourré et
les dimensions sont analogues au câble CAa montré à
la figure 1. Le câble CAa2 est constitué de deux
conducteurs isolés 1a avec âme 11a en cuivre et gaine
isolante 12a en silicone, mais comporte une gaine de
protection externe thermoplastique ignifuge sans
halogène. Le câble CAa2 est fabriqué selon le procédé
SZ.
Bien que n'appartenant pas au domaine de
l'invention, le câble CAa2 donne des informations
complémentaires quant à l'apport de l'invention aux
performances des câbles de sécurité.
Quatre échantillons de câble CAa2 sont testés
selon les conditions d'essai N° 3 de la norme
française NF C 32-070. Les résultats enregistrés
montrent que ce type de câble conduit à un
affaiblissement des performances. Les durées de
chauffage à l'expiration desquelles apparaissent des
courts-circuits sont indiquées dans le tableau ci-après.
Câble CAa2 | essai 1 | essai 2 | essai 3 | essai 4 |
11a en Cu et 12a en silicone ;
gaine thermoplastique | 47 mn | 65 mn | 59 mn | 63 mn |
Par rapport au câble CAa, on constate une baisse
de performance avec en particulier les essais 1 et 3
qui sont non conformes au sens des sanctions de
l'essai N° 3 de la norme NF C 32-070, puisque des
courts-circuits apparaissent pendant la durée
minimale normative de 60 mn.
Exemple 3 : câble de sécurité CA à 2 conducteurs
de 1,5 mm2 selon l'invention :
L'exemple 3 concerne un échantillon de câble
électrique de sécurité CA selon l'invention,
illustrée à la figure 2. Il associe les trois
éléments caractéristiques de la présente invention à
savoir une gaine isolante silicone 12 contenant des
charges céramisables, une masse de bourrage
thermoplastique 2 comportant essentiellement des
charges anhydres, et une gaine de protection externe
3 thermoplastique, non réticulée, ignifuge sans
halogène, avec une fabrication de type ligne SZ.
Toutefois, comparativement aux câbles CAa et
CAa2, l'épaisseur e1 de la gaine isolante 12 est
réduite à 0,7 mm environ. Par exemple, la gaine
isolante 12 a une épaisseur e1 sensiblement égale à
la moitié du rayon interne de la gaine isolante,
c'est-à-dire sensiblement égale au rayon d/2 = 1,38/2
mm des âmes 11 des conducteurs isolés 1.
La phase d'assemblage des conducteurs isolés 1,
puis la mise sous la masse de bourrage 2 servant
d'écran thermique et sous la gaine de protection
externe 3 se déroule en une seule étape sur une ligne
de fabrication SZ équipée de deux extrudeuses, l'une
de diamètre D1 = 80 mm et de longueur 20 D1 et
l'autre de diamètre D2 = 120 mm et de longueur 24 D2.
La couche intermédiaire destinée à constituer la
masse de bourrage 2 présente une épaisseur e2 de 0,5
mm environ. Par exemple l'épaisseur e3 de la gaine de
protection 3 est réduite à 0,5 mm environ ; ainsi, la
masse de bourrage 2 et la gaine de protection 3 ont
des épaisseurs e2 et e3 sensiblement égales, de
préférence inférieures à l'épaisseur e1 de la gaine
isolante 12 de chaque conducteur isolé 1.
Lorsque quatre échantillons du câble CA selon
l'invention sont testés selon l'essai N° 3 de la
norme NF C 32-070, les résultats enregistrés montrent
une nette amélioration de la résistance au feu du
câble de sécurité, comme justifié par le tableau ci-après
où pour les échantillons du câble CA sont
présentées des durées de chauffage, expirant à
l'apparition de court-circuit, qui sont en moyenne
nettement plus longues que dans les deux tableaux
précédents :
Câble invention CA | essai 1 | essai 2 | essai 3 | essai 4 |
2 conducteurs :
11 en Cu et 12 en silicone ;
2 et 3 thermoplastiques | 90 mn | 120 mn | 105 mn | 95 mn |
Exemple 4 : câble de sécurité à 3 conducteurs de
1,5 mm2 selon l'invention :
Ce quatrième câble concerne un câble électrique
de sécurité analogue à celui CA montré à la figure 2,
mais comprenant trois conducteurs isolés 1 dont les
âmes 11 ont une section encore de 1,5 mm2. Des
échantillons de ce quatrième câble soumis aux
conditions d'essai N° 3 de la norme française NF C
32-070 conduisent à des résultats similaires à celles
du câble CA à deux conducteurs selon l'exemple 3.
Compte tenu des données expérimentales, le câble
CA selon l'invention montré à la figure 2, ou à la
figure 3, présente un comportement au feu nettement
meilleur que celui du câble connu CAa montré à la
figure 1. La composition de la masse de bourrage 2
constitue donc un paramètre déterminant pour
améliorer la tenue au feu des câbles de sécurité.
Le câble de sécurité selon l'invention présente
en outre le double avantage suivant :
(i)- de meilleures performances de résistance au
feu ; (ii)- réduction du coût de fabrication et du
dégagement de fumées et gaz grâce aux épaisseurs
faibles e2 et e3 de la masse de bourrage et de la
gaine de protection.
En plus de sa fonction d'assurer la continuité
de courant dans un foyer d'incendie, le câble de
sécurité est réputé non propagateur d'incendie. En
d'autres termes, lorsqu'il est enflammé, le câble
selon l'invention ne dégage pas de produits volatiles
inflammables en quantité suffisante pour donner
naissance à un foyer d'incendie secondaire.
Dans ce contexte, la qualité de réaction au feu
du câble selon l'invention au sens des exigences de
l'essai N° 2 de la norme française NF C 32-070 a été
évaluée.
Cet essai d'évaluation de propagation d'incendie
consiste à essayer des échantillons de câble selon
l'invention constitué par un ou plusieurs tronçons de
longueur au moins égale à 1600 mm sous l'effet de la
chaleur dans un four d'essai vertical en milieu
ventilé. L'essai est effectué dans une cabine vitrée
qui comporte à sa partie inférieure deux registres
dont la manoeuvre permet de faire varier la vitesse
d'écoulement de l'air de ventilation. La cabine est
ventilée au moyen d'un extracteur monté à la partie
supérieure de la cabine et dont la vitesse
d'écoulement de l'air à travers le four lorsque la
ventilation fonctionne, doit être égale à 120 m/mn ±
10 m/mn.
Le four d'essai peut coulisser sur un châssis
métallique qui comporte deux manchons d'amarrage
entre lesquels chaque échantillon de câble à essayer
est tendu verticalement suivant l'axe du four pendant
toute la durée de l'essai.
L'inflammation des gaz dégagés dans le four
pendant l'essai est provoquée ou entretenue au moyen
de deux brûleurs à gaz.
La durée totale de l'essai est de 30 minutes
quand le four est porté à une température comprise
entre 780°C et 880°C.
Une fois l'essai terminé et après retour de
l'échantillon de câble à la température ambiante, la
hauteur dégradée, image des traces de combustion, ne
doit pas excéder 800 mm.
Pour des échantillons des câbles de l'invention
à 2 et 3 conducteurs isolés selon les exemples
précédents 3 et 4, les hauteurs dégradées sont les
suivantes :
Câble CA | essai 1 | essai 2 | essai 3 | essai 4 |
11 en Cu et 12 en silicone ;
2 et 3 thermoplastiques | 100 mm | 150 mm | 210 mm | 230 mm |
Au niveau des hauteurs dégradées ayant subies
des brûlures, les câbles selon l'invention présentent
une bonne qualité de réaction au feu.
En outre, la masse de bourrage 2 remplissant
l'espace entre les gaines isolantes 12 des
conducteurs 1 et la gaine de protection fait office
également de barrière d'étanchéité longitudinale
quand le câble est installé dans des milieux humides.