WO1995020227A1 - Feuerbeständiges elektrisches kabel - Google Patents

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WO1995020227A1
WO1995020227A1 PCT/CH1995/000007 CH9500007W WO9520227A1 WO 1995020227 A1 WO1995020227 A1 WO 1995020227A1 CH 9500007 W CH9500007 W CH 9500007W WO 9520227 A1 WO9520227 A1 WO 9520227A1
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cable
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plastic
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Inventor
Edouard Ammann
Original Assignee
Huber & Suhner Ag Kabel-, Kautschuk-, Kunststoff-Werke
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/17—Protection against damage caused by external factors, e.g. sheaths or armouring
    • H01B7/29—Protection against damage caused by extremes of temperature or by flame
    • H01B7/295—Protection against damage caused by extremes of temperature or by flame using material resistant to flame

Definitions

  • the present invention relates to a fire-resistant cable with functional integrity in the event of fire with a fire temperature profile according to the standard temperature-time curve (ETK) according to ISO 834, i.e. the temperature rises from 20 ° C to 822 ° C after 30 minutes, 925 ° C after 60 minutes, 986 ° C after 90 minutes to 1029 ° C after 120 minutes.
  • ETK standard temperature-time curve
  • Fire-resistant cables are used for the electrical installation of buildings with a high concentration of people and property. This applies both to the energy supply in cross sections from 1.5 to 400 mm 2 and to multi-core control and regulating cables with cross sections from 0.5 to 10 mm 2 .
  • the cable structure consists of at least one to a maximum of 7 bare copper conductors that are in
  • MI cables Magnesium oxide, spaced from one another, embedded and enclosed by a seamless copper tube.
  • MI cables meet the strict requirements and tests described in IEC publication 331 and in DIN 4102, part 12 E 120. MI cables are also resistant to mechanical influences and also rodent and termite damage.
  • a disadvantage is the complex installation technology due to the rigidity. Special tools must be used for laying, ie producing the bends or for removing the jacket or the insulation. The stripped ends must be tied with adhesive tape in order to hold the insulation together.
  • the cable length is limited by the manufacturing process. MI cables with a diameter of 20 mm, for example 4 x 25 mm 2 , can only be produced in lengths of a maximum of 82 m, MI cables with a diameter of 40 mm, for example 1 x 400 2 , can only be produced in lengths of a maximum of 36 m.
  • fire-resistant cables with functional integrity in the event of a fire are known, the conductors of which are wrapped with a plurality of glass fabric tapes coated with mica and insulated with silicone rubber.
  • the cores produced in this way are wrapped individually or in a twisted band with glass fabric tape and enclosed with a protective jacket made of a halogen-free, flame-retardant plastic mixture.
  • level " E 120 With these cables, the requirements of IEC publication 331 and DIN 4102, part 12, level " E 120 can also be met.
  • the advantage of these cables lies in the simple processing, ie the cables can meet the well-known installation technology, laid, stripped or stripped, connected and spliced. Cables with large cross sections and with diameters of up to 40 mm can be efficiently produced in large lengths.
  • the object of the present invention is to create a fire-resistant cable which guarantees the function maintenance in the event of fire, as required by IEC 331 and DIN 4102, part 12 E 120, and additionally prevents rodent and termite damage is protected, but also installed in the conventional way, ie stripped and stripped, as well as connected and spliced.
  • This object is achieved according to the invention by an electrical cable with the features specified in claim 1.
  • FIG. 1 shows a schematic cross section of the cable
  • FIG. 2 shows a side view with a longitudinally cut metal jacket.
  • the electrical cable according to FIG. 1 comprises at least one copper conductor 1 which is coated with at least one mica tied tape 2 of glass fabric or high-strength, stretched polyethylene of about 0.05 mm thickness and overmolded in the extrusion process with a halogen-free plastic 3, which is filled with mineral filler.
  • Chalk, diatomaceous earth or mica are suitable as mineral fillers.
  • the insulating layer 3 can also consist of silicone rubber.
  • One or more such cores stranded into a bundle are extrusion-coated with a jacket 4 made of halogen-free, flame-retardant plastic, which contains at least 60 parts by weight (GT) of mineral filler.
  • GT parts by weight
  • Suitable materials for plastic and filler are the same as for plastic 3.
  • a protective jacket 6 made of metal which consists of a corrugated steel strip transverse to the cable axis or a corrugated non-magnetic metal strip, e.g. Copper, is formed in the thickness of 0.1 to 0.5 mm.
  • the longitudinal edges of this tape are overlapped and connected to one another by gluing, soldering or welding, preferably by means of a hot melt adhesive.
  • an additional, preferably ceramic, cal material, such as ceramic fibers, existing tape 5 are introduced lengthways.
  • the plastic insulation 3 and the plastic jacket 4 meet the requirements placed on cable materials with regard to electrical and mechanical properties.
  • the cable materials used are halogen-free.
  • no corrosive gases are released.
  • the gases of the "insulation and jacketing materials generated during the incineration of the organic constituents escape of the metal shell, which opens at an elevated temperature by melting the hot-melt adhesive or the solder by the current in the longitudinal direction parting line.
  • the metal shell is with In the case of a welded corrugated jacket, the metal strip must be provided with cutouts The cutouts 8 in the form of small, round holes or longitudinal slots are punched into the metal tape before the jacket is formed.
  • a thin protective jacket made of plastic or a protective coating can be applied over the jacket as corrosion protection 7.
  • the protective jacket 7 can e.g. extruded around the cable as a tube made of the same materials as the plastic 3 or the jacket 4, but with less filler.
  • the cable described is light and can be laid without special tools and still provides protection against rodent and termite.
  • the metal jacket also protects the cable from direct contact with flames. It also provides very good mechanical protection. example 1
  • the outer diameter of the cable is 50 ⁇ 3 mm.
  • the cable can be manufactured in great lengths up to 1000 m.
  • Copper wires 1 with a 0.8 mm diameter are wrapped with mica-coated tapes 2 and insulated with halogen-free plastic 3 filled with 60 GT mineral material. In each case two such wires are twisted into pairs and 5 such pairs into a bundle. Four such bundles are stranded over a core and wrapped with aluminum-coated plastic tape. A jacket 4 is extruded therefrom from a halogen-free polyolefin copolymer mixture filled with 60 parts by weight of mineral material.
  • This cable which complies with the standard VDE 0815 type JE-HCH5X 4 x 2 x 0.8 ⁇ with additional functional integrity FE 180 corresponds, is surrounded by a metal jacket 6, formed from perforated and corrugated steel strip with a thickness of 0.2 mm.
  • the outer diameter of the cable is 40 ⁇ 3 mm.
  • the cable can be manufactured in lengths up to 1000 m.
  • the fire test according to IEC 331 with functional integrity under an electrical voltage of 300/500 V for 180 minutes was carried out successfully.

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  • Insulated Conductors (AREA)

Abstract

Das Kabel hat mindestens einen Leiter (1), welcher jeweils von mit Glimmer beschichteten Bändern (2) und einer isolierenden Polymerschicht (3) umgeben und mit einem Mantel (4) aus mit anorganischem Material gefülltem Polymer eingebettet ist. Ein metallischer Schutz in Form eines Metallmantels (6) wird aus gewelltem Stahlband aufgebracht, womit eine gute Biegbarkeit des Kabels gewährleistet und Schutz gegen Nagetiere und Termitenfrass erreicht ist. Das Kabel ist feuerbeständig und gewährleistet den Funktionserhalt im Brandfall für eine bestimmte Zeit bei Temperaturen von 850 °C.

Description

Feuerbeständiges elektrisches Kabel
Die vorliegende Erfindung betrifft ein feuerbeständiges Kabel mit Funktionserhalt im Brandfall mit Brandtemperaturverlauf nach der Einheitstemperaturzeitkurve (ETK) nach ISO 834, d.h. der Temperaturanstieg verläuft von 20° C über 822° C nach 30 Minuten, 925° C nach 60 Minuten, 986° C nach 90 Minuten bis 1029° C nach 120 Minuten.
Feuerbeständige Kabel werden für die elektrische Installation von Gebäuden mit hoher Personen- und Sachwertkonzentration ein¬ gesetzt. Dies gilt sowohl für die Energiezuleitung in Quer¬ schnitten von 1,5 bis 400 mm2 als auch für vieladrige Steuer- und Regelleitungen mit Querschnitten ab 0,5 bis 10 mm2.
Für die genannte Anwendung sind seit Jahren sogenannte "Mineral insulated cables (MIC)" im Einsatz. Der Kabelaufbau besteht aus mindestens einem bis maximal 7 blanken Kupferleitern, die in
Magnesiumoxyd, voneinander distanziert, eingebettet und von ei¬ nem nahtlosen Kupferrohr umschlossen sind. MI-Kabel erfüllen die strengen Anforderungen und Prüfungen, die in der IEC-Publi- kation 331 und in DIN 4102, Teil 12 E 120 beschrieben sind. MI-Kabel sind zudem widerstandsfähig gegen mechanische Einflüs¬ se und auch gegen Nagetier- und Termitenfrass.
Nachteilig ist die durch die Steifigkeit bedingte, aufwendige Installationstechnik. Zum Verlegen, d.h. Herstellen der Biegun¬ gen oder zum Entfernen des Mantels bzw. der Isolation müssen Spezial erkzeuge eingesetzt werden. Die abgemantelten Enden müssen mit Klebband abgebunden werden, um die Isolation zusam¬ menzuhalten. Bei grösseren Leiterquerschnitten ist die Kabel¬ länge durch das Herstellverfahren begrenzt. MI-Kabel mit 20 mm Durchmesser, z.B. 4 x 25 mm2, können nur in Längen von maximal 82 m, MI-Kabel mit 40 mm Durchmesser, z.B. 1 x 4002 nur in Län¬ gen von maximal 36 m hergestellt werden.
Im weiteren sind feuerbeständige Kabel mit Funktionserhalt im Brandfall bekannt, deren Leiter mit mehreren, mit Glimmer be¬ schichteten Glasgewebebändern umwickelt und mit Silikonkaut¬ schuk isoliert sind. Die so hergestellten Adern werden einzeln oder im Verseilverband mit Glasgewebeband umwickelt und mit einem Schutzmantel aus einer halogenfreien, flammwidrigen Kunststoffmischung umschlossen. Mit diesen Kabeln können die Anforderungen der IEC-Publikation 331 und DIN 4102, Teil 12, Stufe" E 120 ebenfalls erfüllt werden. Der Vorteil dieser Kabel liegt in der einfachen Verarbeitung, d.h. die Kabel können nach der allgemein bekannten Installationstechnik verlegt, abgeman- telt bzw. abisoliert, angeschlossen und gespleisst werden. Ka¬ bel mit groεsen Querschnitten und mit Durchmessern bis 40 mm können rationell in grossen Längen hergestellt werden.
Der Nachteil dieser Kabel liegt in der Unbeständigkeit gegen Nagetiere und Termiten.
Ausgehend von di&sem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein feuerbeständiges Kabel zu schaffen, das den Funktionserhalt im Brandfall, wie ihn IEC 331 und DIN 4102, Teil 12 E 120 verlangt, gewährleistet und zusätz¬ lich gegen Nagetier- und Termitenfrass geschützt ist, das aber auch nach der herkömmlichen Art und Weise installiert, d.h. ab- gemantelt und abisoliert, sowie angeschlossen und gespleisst werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein elektrisches Kabel mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen umschrieben.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Darin zeigt:
Figur 1 Einen schematischen Querschnitt des Kabels, und Figur 2 eine Seitenansicht mit längsgeschnittenem Metallman¬ tel.
Das elektrische Kabel nach Figur 1 umfasst mindestens einen Kupferleiter 1, der mit mindestens einem mit Glimmer beschich- teten Band 2 aus Glasgewebe oder hochfestem, gerecktem Poly¬ äthylen von etwa 0,05 mm Dicke ummantelt und darüber im Extru- sionsverfahren mit einem halogenfreien Kunststoff 3, der mit mineralischem Füllstoff gefüllt ist, umspritzt wird. Als wärme¬ beständiger, halogenfreier, flammwidriger, vernetzter oder un- vernetzter Kunststoff 3 eignet sich insbesondere ein Verschnitt von Polymeren oder Mischpolymeren auf der Basis des Ethylens, vorzugsweise EVA, EPR oder PE. Als mineralischer Füllstoff eignet sich z.B. Kreide, Kieselgur oder Glimmer. Vorzugsweise werden mindestens 60 Gewichtsteile Füllstoff eingesetzt, d.h. mindestens 37,5 Gewichtsprozent. Stattdessen kann die isolie¬ rende Schicht 3 auch aus Silikonkautschuk bestehen.
Eine oder mehrere solcher zu einem Bündel verseilte Adern wer¬ den mit einem Mantel 4 aus halogenfreiem, flammwidrigen Kunst¬ stoff, der mindestens 60 Gewichtsteile (GT) mineralischen Füll¬ stoff enthält, im Extrusionsverfahren umspritzt. Geeignete Ma¬ terialien für Kunststoff und Füllstoff sind dieselben wie für den Kunststoff 3.
Darüber liegt ein Schutzmantel 6 aus Metall, der aus einem quer zur Kabelachse gewellten Stahlband oder einem gewellten nicht magnetischen Metallband, z.B. Kupfer, in der Dicke von 0,1 bis 0,5 mm geformt wird. Die Längsränder dieses Bandes werden über¬ lappt und miteinander durch Kleben, Löten oder Schweissen ver¬ bunden, vorzugsweise mittels eines Heisssch elzklebers.
Zwischen Kunststoffmantel 4 und Metallmantel 6 kann als zusätz¬ liche Wärmedämmung ein aus anorganischem, vorzugsweise kerami- schem Material, z.B. Keramikfasern, bestehendes Band 5 längs eingebracht werden.
Die Kunststoffisolation 3 und der Kunststoffmantel 4 erfüllen die an Kabelwerkstoffe bezüglich elektrischen und mechanischen Eigenschaften gestellten Anforderungen. Die verwendeten Kabel¬ werkstoffe sind halogenfrei. Im Brandfall werden keine korrosi¬ ven Gase freigesetzt. Die bei der Verbrennung der organischen Bestandteile der "Isolations- und Mantelmaterialien entstehenden Gase entweichen durch die in Längsrichtung laufende Trennfuge des Metallmantels, die sich bei erhöhter Temperatur durch Schmelzen des Heissklebers oder des Lotes öffnet. Für zusätz¬ liche Abführung der Brandgase wird der Metallmantel mit Ausspa¬ rungen versehen. Bei geschweisstem Wellmantel muss das Metall¬ band mit Aussparungen versehen werden. Die Aussparungen 8 in Form von kleinen, runden Löchern oder Längsschlitzen werden vor dem Formen des Mantels in das Metallband eingestanzt.
Ueber den Mantel kann als Korrosionsschutz 7 ein dünner Schutz¬ mantel aus Kunststoff oder eine Schutzlackierung aufgebracht werden. Der Schutzmantel 7 kann z.B. als Schlauch aus den glei¬ chen Materialien wie der Kunststoff 3 oder der Mantel 4, jedoch mit weniger Füllstoff, um das Kabel herum extrudiert werden.
Das beschriebene Kabel ist leicht und ohne Spezialwerkzeuge verlegbar und gewährt trotzdem Schutz gegen Nagetier- und Ter- mitenfrass. Der Metallmantel schützt das Kabel ausserdem vor der direkten Berührung mit Flammen. Er ergibt zudem einen sehr guten mechanischen Schutz. Beispiel 1
4 Kupferleiter 1 ä 95 mm2 nach IEC 228, Klasse II, die jeweils mit einem glimmerbeschichteten Band 2 und mit einem halogen¬ freien, vernetzten, mit 80 GT Mineralstoffen gefüllten Kunst¬ stoff 3 isoliert sind, werden miteinander verseilt und mit ei¬ nem Mantel 4 aus einer mit 60 GT gefüllten halogenfreien, flammwidrigen und vernetzten Polyolefin-Copolymer-Mischung um¬ spritzt. Dieses Kabel, das der Norm VDE 0266, Teil 6, Bauart NHXHX FE 180 entspricht, wird mit einem Metallmantel 6, geformt aus gewelltem Stahlband mit einer Dicke von 0,2 mm umgeben. Da¬ rüber wird ein Schutzmantel 7 aus flammwidrigem, halogenfreiem Kunststoff extrudiert. Der Aussendurchmesser des Kabels beträgt 50 ± 3 mm. Das Kabel kann in grossen Längen bis zum 1000 m her¬ gestellt werden. Die nach der Norm IEC 331 durchgeführten Brandtests mit Funktionserhalt unter einer elektrischen Span¬ nung von 600/1000 V während einer Dauer von 180 Minuten wurden mit Erfolg bestanden.
Beispiel 2
Kupferdrähte 1 mit 0,8 mm Durchmesser werden mit glimmerbe¬ schichteten Bändern 2 umwickelt und mit halogenfreiem, mit 60 GT Mineralstoff gefülltem Kunststoff 3 isoliert. Jeweils zwei solcher Adern werden zu Paaren und 5 solche Paare zu einem Bün¬ del verseilt. Vier solcher Bündel werden über einen Kern ver¬ seilt und mit aluminiumkaschiertem Kunststoffband umwickelt. Darüber wird ein Mantel 4 aus einer mit 60 GT Mineralstoffan¬ teilen gefüllten, halogenfreien Polyolefin-Copolymer-Mischung extrudiert. Dieses Kabel, das der Norm VDE 0815 Bauart JE-HCH5X 4 x 2 x 0,8 φ mit zusätzlichem Funktionserhalt FE 180 ent¬ spricht, wird mit einem Metallmantel 6, geformt aus gelochtem und gewelltem Stahlband mit einer Dicke von 0,2 mm umgeben. Der Aussendurchmesser des Kabels beträgt 40 ± 3 mm. Das Kabel kann in Längen bis zu 1000 m hergestellt werden. Der Brandtest nach IEC 331 mit Funktionserhalt unter einer elektrischen Spannung von 300/500 V während 180 Minuten wurde mit Erfolg durchge¬ führt.

Claims

Patentansprüche
1. Feuerbeständiges Kabel mit Funktionserhalt im Brand¬ fall mit einem oder mehreren Leitern (1), welche jeweils mit einer inneren, isolierenden Schicht aus mindestens einer Lage mit anorganischem Material, insbesondere Glimmer, belegtem Trä¬ gerband (2) und einer äusseren, isolierenden Schicht (3) aus halogenfreiem, flammwidrigem Kunststoff isoliert sind, von ei¬ nem mit anorganischem Füllstoffen versehenen gemeinsamen Mantel (4) aus halogenfreiem, flammwidrigem Kunststoff umgeben sind und von einem metallischen Schutzmantel (6) umschlossen sind.
2. Kabel nach Anspruch 1, wobei die äussere, isolie¬ rende Schicht (3) aus Silikonkautschuk besteht.
3. Kabel nach Anspruch 1, wobei die äussere, isolieren¬ de Schicht (3) aus einem mit mindestens 60 Gewichtsteilen Mine¬ ralstoffen gefüllten, wärmebeständigen, halogenfreien, flamm¬ widrigen, vernetzten Kunststoff aus einem Verschnitt von Poly¬ meren oder Mischpolymeren auf der Basis des Ethylens, vorzugs¬ weise EVA, EPR oder PE besteht.
4. Kabel nach Anspruch 1, wobei die äussere isolierende Schicht (3) aus einem mit mindestens zu 60 Gewichtsteilen Mine¬ ralstoffen gefüllten, halogenfreien, unvernetzten Kunststoff aus einem Verschnitt von Polymeren oder Mischpolymeren auf der
Basis des Ethylens, vorzugsweise EPR, EVA oder PE besteht.
5. Kabel nach einem der Ansprüche 1-4, wobei der ge¬ meinsame Mantel (4) aus einem mit mindestens 60 Gewichtsteilen Mineralstoffen gefüllten, halogenfreien, flammwidrigen, ver¬ netzten Kunststoff aus einem Verschnitt von Polymeren oder Mischpolymeren auf der Basis des Ethylens, vorzugsweise EPR, EVA, PE besteht. -
6. Kabel nach einem der Ansprüche 1-4, wobei der ge¬ meinsame Mantel (4) aus einem mit mindestens 60 Gewichtsteilen Mineralstoffen gefüllten, halogenfreien, flammwidrigen, unver- netzten Kunststoff aus einem Verschnitt von Polymeren oder Mischpolymeren auf der Basis des Ethylens, vorzugsweise EPR, EVA oder PE besteht.
7. Kabel nach einem der Ansprüche 1-6, wobei der metal¬ lische Schutzmantel (6) aus quer zur Kabelachse gewelltem Stahlband oder gewelltem nichtmagnetischem Band mit einer Dicke von 0,1 bis 1 mm besteht.
8. Kabel nach einem der Ansprüche 1-7, wobei das zum metallischen Schutzmantel (6) geformte metallische Band mit kleinen, gleichmässig über die Bandbreite verteilten Aussparun¬ gen (8) perforiert ist.
9. Kabel nach Anspruch 7 oder 8, wobei das zum Schutz¬ mantel (6) geformte Band an seinen Längsrändern überlappt ist und die überlappten Längsränder miteinander verbunden sind.
10. Kabel nach Anspruch 9, wobei die überlappten Längs¬ ränder miteinander verklebt sind, vorzugsweise mittels eines Heissschmelzklebers.
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