JP7026668B2

JP7026668B2 - 耐火ケーブル

Info

Publication number: JP7026668B2
Application number: JP2019215744A
Authority: JP
Inventors: 英明岡崎; 淑豪茂木
Original assignee: Fuji Electric Cable Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Cable Co Ltd
Priority date: 2019-11-28
Filing date: 2019-11-28
Publication date: 2022-02-28
Anticipated expiration: 2039-11-28
Also published as: JP2021086764A

Description

本発明はビルや地下街などの防災設備の電気配線に使用される耐火ケーブルに関する。

ビルや地下街などの防災設備の電気配線として使用される耐火ケーブルは、その耐火性能や電気特性、構造や寸法などの基準が消防庁告示により規定されており、たとえば、耐火性能は、現行の「消防庁告示第１０号」では、ＪＩＳＡ１３０４に定める火災曲線（８４０℃－３０分）の温度条件下でも給電が可能なことが基準とされている。
このような耐火性能の基準を満たす耐火ケーブルとして、たとえば、導体上に耐火テープを巻き付けて耐火層を形成し、その上にポリエチレンなどからなる絶縁体を押出し被覆し絶縁体層を形成し、さらにその上に塩化ビニル樹脂や難燃化ポリエチレンなどからなるシースを形成したものが知られている。

このような耐火テープを用いた耐火ケーブルにおいては、導体と耐火テープとの密着力が弱いために、絶縁体層を押出被覆した後に、導体がケーブル端面より外に突き出る、いわゆる「導体突出し」現象が生ずることがあった。これは、絶縁体層が押出し後硬化する際に収縮することによるもので、導体との密着力の弱い耐火テープが、収縮する絶縁体層に引っ張られ、その結果内部の導体が露出する、というものである。
導体突出し現象を防止すべく、本出願人は特許文献１において導体と耐火テープとの間にシリカ粉末からなる無機粉末層を形成し、導体と耐火テープとの隙間を低減して（導体と耐火テープとの接触面積を増やし摩擦力を増加させて）導体突出し減少を防止している。

特許第４８０９０６９号公報

ところで耐火ケーブルは、衝撃や張力による断線などから電線を保護するため電線管内に収められ敷設されることがある。その性能・試験方法も消防庁告示第１０号「耐火電線の基準」に規定されており、これを受け日本電線工業会規格（ＪＣＳ）は耐火ケーブルの製品規格としてＪＣＳ４５０６を制定し、その規格においてＦＰ（露出配線用）とＦＰ－Ｃ（露出配線および電線管配線用）とを明示している。
特に、耐火ケーブルが電線管内に敷設されると、火災時において電線管内に酸素がほとんど供給されない状態で燃焼が進むため、電線管内の有機物が不完全燃焼し炭化物となって残留する場合が多い。炭化物は導電性を有するため、当該炭化物は火災時の耐火ケーブルの電気特性を低下させる可能性がある。

したがって本発明の主な目的は、導体突出し現象を防止しながら電線管に敷設された場合に火災時の電気特性の低下を抑制しうる耐火ケーブルを提供することにある。

上記課題を解決するため本発明によれば、
導体上に耐火層および絶縁体層を順に被覆した耐火絶縁線心を有し、複数本の前記耐火絶縁線心を撚り合わせた耐火ケーブルにおいて、
前記耐火層は耐火テープおよびガラスヤーンで構成され、前記耐火テープが前記導体上に縦添えされかつ前記ガラスヤーンが前記耐火テープの外周に巻き付けられ、
前記ガラスヤーンの巻き付け方向と前記耐火絶縁線心の撚り合わせ方向とが一致しており、電線管に敷設されることを特徴とする耐火ケーブルが提供される。

本発明によれば、導体突出し現象を防止しながら電線管に敷設された場合に火災時の電気特性の低下を抑制することができる。

耐火ケーブルの断面図である。耐火層の概略構成を示す斜視図である。耐火ケーブルの概略構成を示す斜視図である。耐火試験（露出試験）の概要を示す図である。耐火試験（電線管試験）の概要を示す図である。

以下、本発明の好ましい実施形態にかかる耐火ケーブルについて説明する。
なお、本明細書では、数値範囲を示す「～」の記載に関し下限値および上限値はその数値範囲に含まれる。

図１は耐火ケーブルの断面図である。
図１に示すとおり、耐火ケーブル１は、導体１０上に耐火層２０および絶縁体層３０を順に被覆した耐火絶縁線心４０を、複数本（図１の例では４本）撚り合わせ、その外周に共通のシース５０を一括被覆した構造を有している。

導体１０は銅から構成されている。

図２に示すとおり、耐火層２０はマイカテープ２２とガラスヤーン２４とで構成され、マイカテープ２２が導体１０に縦添えされ、ガラスヤーン２４がマイカテープ２２に巻き付けられている（ガラスヤーン２４の粗巻きで押え巻が施されている。）。
耐火層２０は主に、マイカテープ２２で構成されこれが高温での絶縁性能を発揮するようになっている。マイカは暗緑色を呈する天然鉱物で（日本語では雲母という。）、電気絶縁性、耐熱性に優れている。マイカそのものは鉱物であるがテープ状にすることにより、良好な可撓性を持つようになり、ケーブル化に適した材料となる。
マイカテープ２２はガラスクロスにマイカを接着したガラスマイカテープであってもよいし、ポリエチレンなどからなるプラスチックフィルムにマイカを接着したプラスチックマイカテープであってもよい。
耐火層２０は導体１０の外周に断面円形状に形成されている。

絶縁体層３０は、塩化ビニル樹脂、ポリオレフィンなどの押出しにより形成される。
ポリオレフィンとしては、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、中密度ポリエチレン（ＭＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、超低密度ポリエチレン（ＶＬＤＰＥ）、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、エチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン・アクリル酸エチル共重合体（ＥＥＡ）、エチレン・アクリル酸メチル共重合体（ＥＭＡ）、エチレン・プロピレン共重合体、エチレン・プロピレン・ジエン三元共重合体、エチレン・ブテン共重合体などが挙げられる。また、メタロセン触媒によりエチレンにプロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキセン、オクテンなどのα‐オレフィンや環状オレフィンなどを共重合させたものなども使用することができる。これらは単独または混合して使用される。耐火性能、環境保全性などの観点からは、なかでも、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）の使用が好ましく、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）の単独使用が特に好ましい。
絶縁体層３０を形成するポリエチレンなどの絶縁材料には、酸化防止剤、紫外線安定剤などの添加剤が必要に応じて添加されていてもよい。ただし、難燃剤は電気特性、耐水性などを低下させることからその使用は好ましくない。
絶縁体層３０は耐火層２０の外周に断面円形状に形成されている。

シース５０は、塩化ビニル樹脂、ポリオレフィン、これらの樹脂に難燃剤を配合することにより難燃性を付与した難燃性ポリマーなどの押出しにより形成される。
ポリオレフィンとしては、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、中密度ポリエチレン（ＭＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、超低密度ポリエチレン（ＶＬＤＰＥ）、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、エチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン・アクリル酸エチル共重合体（ＥＥＡ）、エチレン・アクリル酸メチル共重合体（ＥＭＡ）、エチレン・プロピレン共重合体、エチレン・プロピレン・ジエン三元共重合体、エチレン・ブテン共重合体などが挙げられる。また、メタロセン触媒によりエチレンにプロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキセン、オクテンなどのα‐オレフィンや環状オレフィンなどを共重合させたものなども使用することができる。これらは単独または混合して使用される。また、難燃性ポリマーに配合される難燃剤としては、酸化アンチモン、酸化モリブデンなどの金属酸化物、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムなどの金属水和物、ハロゲン系難燃剤、赤リンなどのリン系難燃剤などが挙げられる。
シース５０を形成する材料（シース材料）としては、なかでも、塩化ビニル樹脂、難燃性ポリエチレン、ポリエチレンとエチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン・アクリル酸エチル共重合体（ＥＥＡ）、エチレン・アクリル酸メチル共重合体（ＥＭＡ）などのエチレン系コポリマーとの混合ポリマーに難燃剤を配合したものが、難燃性、耐火性能、耐外傷性、耐候性などの観点から、好ましい。また、環境保全性の観点からは、ノンハロゲン系難燃剤、例えば、水酸化アルミニウムや水酸化マグネシウムなどの金属水和物により難燃化したポリエチレンまたはポリエチレンとエチレン系コポリマーとの混合ポリマーがより好ましい。さらに、端末処理の際の被覆（シース）除去性の観点からは、難燃性ポリエチレンが好ましい。
シース材料には、必要に応じて、架橋剤、架橋助剤、酸化防止剤、滑材などが添加されていてもよい。また、シース材料は、電子線や有機過酸化物などで架橋してもよい。

耐火ケーブル１では、耐火層２０の巻き付け方向（Ａ）と耐火絶縁線心４０の撚り合わせ方向（Ｂ）とが同じであり一致している。
図２および図３に示すとおり、耐火ケーブル１では、耐火層２０のガラスヤーン２４の巻き付け方向Ａと耐火絶縁線心４０の撚り合わせ方向Ｂとが同じであり一致している。ここでは、ガラスヤーン２４の巻き付け方向Ａが右巻きで、耐火絶縁線心４０の撚り合わせ方向Ｂも右撚りである。ガラスヤーン２４の巻き付け方向Ａは左巻きであってもよく、その場合は耐火絶縁線心４０の撚り合わせ方向Ｂも左撚りとなる。
なお、耐火層２０はマイカテープ２２のみで構成され、マイカテープ２２が導体１０に巻き付けられ（重ね巻きされ）てもよい。かかる場合、マイカテープ２２の巻き付け方向Ａと耐火絶縁線心４０の撚り合わせ方向Ｂとを一致させる。

次に、耐火ケーブル１の製造方法について説明する。

はじめに、導体１０上にマイカテープ２２を１枚縦添えし、これをガラスヤーン２４で押え巻きし耐火層２０を形成する。かかる工程ではガラスヤーン２４の巻き付け方向Ａを右巻きとする。
その後、耐火層２０の外側に絶縁材料を押し出し被覆し絶縁体層３０を形成し、耐火絶縁線心４０を形成する。
その後、耐火絶縁線心４０を複数本撚り合わせる。かかる工程では、耐火層２０のガラスヤーン２４の巻き付け方向Ａに合わせて耐火絶縁線心４０の撚り合わせ方向Ｂを設定する。ガラスヤーン２４の巻き付け方向Ａが右巻きであるため、耐火絶縁線心４０の撚り合わせ方向Ｂを右撚りとする。
その後、耐火絶縁線心４０の当該撚り合わせ体を押出機に送り出し、その外周にシース材料を押し出し被覆してシース５０を形成する。
このような工程の処理を実行することにより耐火ケーブル１を製造することができる。

以上の本実施形態によれば、耐火層２０のガラスヤーン２４の巻き付け方向Ａと耐火絶縁線心４０の撚り合わせ方向Ｂとが一致しているため、耐火絶縁線心４０の撚り合わせによりガラスヤーン２４の締め付けが強くなり、導体突出し減少が防止される。
併せて耐火試験における電線管試験でも、耐火層２０のガラスヤーン２４の巻き付け方向Ａと耐火絶縁線心４０の撚り合わせ方向Ｂとが一致しているため、耐火絶縁線心４０の撚り合わせによりガラスヤーン２４の締め付けが強くなり、導体１０と耐火層２０との間に異物が混入しにくい。そのため電線管内の有機物が不完全燃焼し炭化物となって残留した場合であっても、当該炭化物の、耐火ケーブル１の導体１０と耐火層２０との間への混入が防止され、絶縁性能が低下するのが抑制される。
以上から、耐火ケーブル１によれば、導体突出し現象を防止しながら電線管に敷設された場合に火災時の電気特性の低下を抑制することができる。

（１）サンプルの作製
（１．１）サンプル１
直径約１．２ｍｍの銅導体上に約０．１８ｍｍ厚のプラスチックマイカテープを１枚縦添えし、ガラスヤーンで押え巻して外径約１．８ｍｍの耐火層を形成した。ガラスヤーンの巻き付け方向は「右巻き」とし、ピッチは４ｍｍとした。
その後、耐火層の外側に、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）を押し出し被覆し、外径約２．６ｍｍの絶縁体層を形成した。
その後、かかる耐火絶縁線心を４本撚り合わせた。耐火絶縁線心の撚り合わせ方向は「左撚り」とし、ガラスヤーンの巻き付け方向とは異ならせた。撚りピッチは１４０ｍｍとした。
なお、後述の導体突出し試験において４本の耐火絶縁線心を互いに識別するため、絶縁体層を白（Ｗ）、赤（Ｒ）、透明（Ｎ）、黄（Ｙ）にそれぞれ着色した。
その後、耐火絶縁線心の撚り合わせ体を押出機に送り出し、その外周に難燃性ポリエチレン（酸素指数（ＪＩＳＫ７２０１）２７）を押し出し被覆して、外径約８．２ｍｍのシースを形成した。

（１．２）サンプル２
サンプル１において、耐火絶縁線心の撚り合わせ方向を「右撚り」に変更してガラスヤーンの巻き付け方向と一致させた。それ以外はサンプル１と同様の手法および材料で耐火ケーブルを製造した。

（２）サンプルの試験および測定
（２．１）導体突出し試験１
直線状態の各サンプルにおいて端末を４０ｃｍおよび１００ｃｍほど切断し（切り出し）その切断片のシースを約５０ｍｍ除去した。当該各サンプルを常温（２３℃）で１時間および２４時間放置し導体の突出し量を測定した。切断片が４０ｃｍで１時間放置後の測定結果を表１に、切断片が１００ｃｍで２４時間放置後の測定結果を表２にそれぞれ示す。

（２．２）導体突出し試験２
把状態（たば状態；ケーブル長が２００ｍのケーブルを内径２５０ｍｍで巻いた状態）の各サンプルにおいて端末を１００ｍｍほど切り出しその切断片のシースを約５０ｍｍ除去した。当該各サンプルを常温（２３℃）で２４時間放置し導体の突出し量を測定した。測定結果を表３に示す。
なお、「把状態」たる耐火ケーブルは巻かれているぶん歪みが大きくなり導体の突出し量が大きくなると想定されたため、本試験を実施した。

（２．３）耐火試験
消防庁告示第１０号に基づく耐火試験（室温から３０分間で８４０℃に達する。）を行い、その耐火試験中およびその耐火試験直後の絶縁抵抗を測定した。絶縁抵抗は１線心当たりの測定結果を示している。測定結果を表４に示す。
本試験では、図４および図５に示すとおり、露出試験と電線管試験との２種の試験を実施した。露出試験（図４）では１．３ｍのケーブルを被試験体として使用し、ケーブル自重の２倍の荷重をかけながら耐火試験を実施した。電線管試験（図５）では１．３ｍのケーブルを被試験体として使用し、これを長さ４００ｍｍの金属製電線管に挿入して電線管の両端をロックウールで充填し、耐火試験を実施した。
併せて、耐火試験終了後に、サンプルに対し電圧を印加していき当該サンプルが絶縁破壊を起こす電圧値（破壊電圧）も測定した。測定結果を表４に示す。

（３）まとめ
表１～表３に示すとおり、導体突出し試験１、２では、サンプル２はサンプル１より導体の突出し量が明らかに少なかった。ガラスヤーンの巻き付け方向と耐火絶縁線心の撚り合わせ方向とを一致させることが、導体の突出しを抑制するのに有用であることがわかった。
他方、表４に示すとおり、耐火試験では電線管試験においてサンプル２はサンプル１より絶縁抵抗および破壊電圧が高く維持されていた。これはケーブルの導体と耐火層との間に対し炭化物が混入するのが防止されたためであり、ガラスヤーンの巻き付け方向と耐火絶縁線心の撚り合わせ方向とを一致させることは、耐火試験において絶縁性能が低下するのを抑制するのにも有用であることがわかった。

Ａ巻き付け方向
Ｂ撚り合わせ方向
１耐火ケーブル
１０導体
２０耐火層
２２マイカテープ
２４ガラスヤーン
３０絶縁体層
４０絶縁線心
５０シース

Claims

導体上に耐火層および絶縁体層を順に被覆した耐火絶縁線心を有し、複数本の前記耐火絶縁線心を撚り合わせた耐火ケーブルにおいて、
前記耐火層は耐火テープおよびガラスヤーンで構成され、前記耐火テープが前記導体上に縦添えされかつ前記ガラスヤーンが前記耐火テープの外周に巻き付けられ、
前記ガラスヤーンの巻き付け方向と前記耐火絶縁線心の撚り合わせ方向とが一致しており、電線管に敷設されることを特徴とする耐火ケーブル。