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EP2294161B1 - Aderkonstruktion für kabel mit im brandfall geltendem isolations-/funktionserhalt - Google Patents

Aderkonstruktion für kabel mit im brandfall geltendem isolations-/funktionserhalt Download PDF

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Publication number
EP2294161B1
EP2294161B1 EP09757241A EP09757241A EP2294161B1 EP 2294161 B1 EP2294161 B1 EP 2294161B1 EP 09757241 A EP09757241 A EP 09757241A EP 09757241 A EP09757241 A EP 09757241A EP 2294161 B1 EP2294161 B1 EP 2294161B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
conductor
composition
insulation
fire
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP09757241A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2294161A1 (de
Inventor
Hermann-Josef Jansen
Benjamin Kluge-Engel
Michael Ingenhaag
Walter Sonnenschein
Michael Kittler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Prysmian Kabel und Systeme GmbH
Original Assignee
Prysmian Kabel und Systeme GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Prysmian Kabel und Systeme GmbH filed Critical Prysmian Kabel und Systeme GmbH
Publication of EP2294161A1 publication Critical patent/EP2294161A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2294161B1 publication Critical patent/EP2294161B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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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 invention relates to a wire for use in electrical cables with a conductor enclosing fire-resistant insulation on the basis of crosslinkable polymers with ceramic-forming additives, in which the insulation comprises a first layer consisting of a first composition and the first layer outside enclosing second layer consisting of a second composition, wherein the first and second compositions are adjusted so that the formation of a ceramic in the first layer and in the second layer adjusts at different temperatures.
  • Such a vein is in terms of technical background and in terms of the design of correspondingly fire-resistant and therefore the isolation and functional integrity of the wire or a cable constructed thereon in case of fire ensuring compositions for producing the insulation, for example in the DE 197 17 645 C2 described.
  • a layer produced from the correspondingly fire-resistant, adjusted composition is usually applied to the conductor, whereupon a further jacket of the conductor consisting of further insulation layers and / or layers of a suitably suitable jacket material is constructed.
  • the individual strands are usually grouped into multi-stranded or multi-stranded stranded souls, which are used for
  • the structure of a thermal stress forming a ceramic insulation for a cable is still in the generic EP 1 347 464 A1 described.
  • the known insulation consists of two layers comprising different, consisting of crosslinkable polymers and ceramic-forming additives containing compositions. There is an indication that variation in the addition of the glass forming additives can change the temperature range within which a ceramic layer forms.
  • an optical cable with an optical waveguide is known in the cable sheath an inner protective layer of a heat-resistant material such as glass and / or ceramic and / or mica is arranged such that it forms a tubular structure for the protection of the optical waveguide after a flame, wherein a second outer cladding layer of a fire-retardant material, in particular a FRNC material consists.
  • a jacket construction can not be sufficient for a high load in case of fire.
  • the invention has for its object to improve the insulation and functional integrity in case of fire in a vein mentioned above.
  • the invention provides for this purpose that the first and the second composition are set such that the formation of the ceramic in the composition forming the second outer layer in a temperature range between 200 ° C and 600 ° Celsius, and thus in a lower temperature range than in the inner first layer-forming composition having a ceramic formation in a temperature range above 600 ° Celsius.
  • the invention has the advantage that the formation of the ceramization of the second outer layer already begins in a lower temperature range and takes place when the temperature begins to rise in the event of fire, the conductor not reaching the upper temperature limit for the ceramization of the outer second layer with this layer, but by the inner first, a composition with a higher Keramleiterstemperatur Societyende and the conductor immediately enclosing first layer is isolated.
  • Ceramizing fillers are preferably used as ceramic-forming additives, as they are exemplarily cited in the closest prior art DE 197 17 645 C2 are described, either in pure form of the corresponding substances mentioned or in the form of mixtures of these substances, which can be set, for example by the use of suitable mixtures different ceramization of the ceramic-forming additives.
  • the ceramizing fillers also include their precursor compounds, that is to say substances which, for example, undergo the action of heat in the corresponding ceramizing fillers. By their use, different ceramification temperatures can be set for the ceramic-forming additives to be introduced in the two layers of the cable insulation.
  • the invention also encompasses the inclusion of the formation of glassy coatings on the ceramic surfaces forming on exposure to temperature by addition of suitable glass formers, as likewise disclosed in US Pat DE 197 17 645 C2 is described. As a result of this, in the end, those temperatures can be set at different levels at which the formation of the protective jacket takes place within the two layers of the core insulation in the case of a fire.
  • the invention can be realized with filled silicone compounds and EPR-based compounds with glass formers.
  • the invention is therefore to be realized with all known to one of ordinary skill and suitable for the respective requirements and to be selected in detail compositions, so that it does not depend on the concrete structure of the compositions for the formation of the two layers in the individual case.
  • the skilled person can resort to all known basic materials for the construction of the insulation, as long as he observes that in the two different layers forming compositions are each contained in different temperature ranges ceramizing additives.
  • the temperature ranges mentioned should be understood only as an example. Depending on the technical requirements of the fire resistance of cable insulation or wire insulation other temperature ranges for the ceramization of ceramic-forming additives can be selected in individual cases, for example, a ceramization temperature of 700 ° C in the outer second layer and a ceramization temperature of 900 ° C in the inner first layer.
  • a ceramization temperature of 700 ° C in the outer second layer and a ceramization temperature of 900 ° C in the inner first layer.
  • the person skilled in the art has different basic components, generally based on crosslinkable polymers, and different ceramic additives and mixtures thereof, as described.
  • At least one further layer of an insulating material and / or a jacket material is applied to the fire-resistant insulation.
  • the inner conductor may be formed as a bare or metallumhüllter copper conductor, also as einrähtiger, Hodrähtiger or finely stranded copper conductor.
  • an inner conductor 10 is enclosed by a first inner layer 11, wherein the inner first layer 11 is surrounded by a second, outer layer 12.
  • the two layers 11 and 12 each consist of different compositions based on crosslinkable polymers which, due to their ceramic-forming additives such as fillers and / or glass formers, have different temperature ranges of conversion from the elastomeric region to the ceramic region.
  • ceramic-forming additives such as fillers and / or glass formers
  • compositions can each be designed so that the insulation in the transition region support each other electrically and mechanically.
  • the temperature at which the ceramization of the fillers used in the outer second layer 12 begins in one embodiment of the invention at about 200 ° C, while the ceramization of the corresponding used different mineral fillers of the inner first layer 11 above 600 ° Celsius lies.

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  • Insulated Conductors (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Ader zur Verwendung in elektrischen Kabeln mit einer einen Leiter umschließenden feuerwiderstandsfähigen Isolierung auf der Basis von vernetzbaren Polymeren mit keramikbildenden Zusätzen, bei welchem die Isolierung eine erste Schicht bestehend aus einer ersten Zusammensetzung und eine die erste Schicht außen umschließende zweite Schicht bestehend aus einer zweiten Zusammensetzung aufweist, wobei die erste und die zweite Zusammensetzung derart eingestellt sind, dass sich die Bildung einer Keramik in der ersten Schicht und in der zweiten Schicht bei unterschiedlichen Temperaturen einstellt.
  • Eine derartige Ader ist hinsichtlich des technischen Hintergrundes sowie hinsichtlich der Ausgestaltung von entsprechend feuerwiderstandsfähigen und daher den Isolations- und Funktionserhalt der Ader bzw. eines darauf aufgebauten Kabels im Brandfall sicherstellenden Zusammensetzungen zur Herstellung der Isolierung beispielsweise in der DE 197 17 645 C2 beschrieben. Bei derartigen für elektrische Kabel eingesetzten bekannten Adern wird üblicherweise auf den Leiter eine aus der entsprechend feuerwiderstandsfähigen eingestellten Zusammensetzung hergestellte Schicht aufgebracht, worauf dann eine weitere Ummantelung der Ader bestehend aus weiteren Isolationsschichten und/oder Schichten aus einem entsprechend geeigneten Mantelmaterial aufgebaut ist. Die einzelnen Adern werden üblicherweise zu mehr- oder vieladrigen Verseilseelen gruppiert, die zur
  • Herstellung von elektrischen Kabeln mit einem verbesserten Verhalten im Brandfall hinsichtlich ihres Isolations- und Funktionserhalts verwendbar sind.
  • Der Aufbau einer bei Temperaturbeanspruchung eine Keramik bildenden Isolierung für ein Kabel ist weiterhin in der gattungsbildenden EP 1 347 464 A1 beschrieben. Die bekannte Isolierung besteht aus zwei Schichten, die unterschiedliche, aus vernetzbaren Polymeren bestehende und keramikbildende Zusätze enthaltende Zusammensetzungen aufweisen. Es ist ein Hinweis darauf gegeben, dass durch eine Variation in der Zugabe der glasbildenden Zusätze der Temperaturbereich verändert werden kann, innerhalb dessen sich eine Keramikschicht bildet.
  • Schließlich ist aus der DE 195 17 392 A1 ein optisches Kabel mit einem Lichtwellenleiter bekannt, in dessen Kabelmantel eine innere Schutzschicht aus einem hitzebeständigen Material wie Glas und/oder Keramik und/oder Glimmer derart angeordnet ist, dass sie nach einer Beflammung ein röhrenförmiges Gebilde für den Schutz des Lichtwellenleiters bildet, wobei eine zweite äußere Mantelschicht aus einem feuerhemmenden Material, insbesondere einem FRNC-Material, besteht. Ein derartiger Mantelaufbau kann für eine hohe Beanspruchung im Brandfall nicht ausreichend sein.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer eingangs genannten Ader den Isolations- und Funktionserhalt im Brandfall zu verbessern.
  • Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Anspruch 1; vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung aus den Unteransprüchen angegeben.
  • Die Erfindung sieht hierzu vor, dass die erste und die zweite Zusammensetzung derart eingestellt sind, dass sich die Bildung der Keramik in der die zweite äußere Schicht bildenden Zusammensetzung in einem Temperaturbereich zwischen 200° Celsius und 600° Celsius und damit in einem niedrigeren Temperaturbereich vollzieht als in der die innere erste Schicht bildenden Zusammensetzung mit einer Keramikbildung in einem Temperaturbereich oberhalb von 600° Celsius.
  • Mit der Erfindung ist der Vorteil verbunden, dass bei beginnender Temperatureinwirkung im Brandfall die Bildung die Keramisierung der zweiten äußeren Schicht bereits in einem niedrigeren Temperaturbereich einsetzt und sich vollzieht, wobei der Leiter bei Erreichen der oberen Temperaturgrenze für die Keramisierung der äußeren zweiten Schicht nicht in Berührung mit dieser Schicht steht, sondern dagegen durch die innere erste, eine Zusammensetzung mit einem höheren Keramisierungstemperaturbereich aufweisende und den Leiter unmittelbar umschließende erste Schicht isoliert ist. Wirkt bei durch eine fortdauernde Brandeinwirkung gegebenem weiteren Temperaturanstieg eine zunehmende Temperatur auf die erfindungsgemäße Aderkonstruktion ein, so kommt es im Anschluss an die Keramisierung der äußeren zweiten Schicht im weiteren Verlauf zu einer entsprechenden Keramisierung in der ersten inneren Schicht in dem für deren Zusammensetzung geltenden höheren Temperaturbereich, so dass dadurch nicht nur ein verbesserter absoluter Schutz des Leiters gegen die einwirkende Temperatur gegeben ist, sondern insbesondere auch die Zeitdauer des gesamten Keramisierungsprozesses über beide Schichten und damit des Schutzes des Leiters gegen Temperatureinwirkung verlängert ist.
  • Vorzugsweise kommen als keramikbildende Zusätze keramisierende Füllstoffe zum Einsatz, wie diese beispielhaft in der als nächstliegender Stand der Technik zitierten DE 197 17 645 C2 beschrieben sind, und zwar entweder in Reinform der entsprechend genannten Substanzen oder auch in Form von Mischungen dieser Substanzen, wobei sich beispielsweise durch den Einsatz von geeigneten Mischungen unterschiedliche Keramisierungstemperaturen der keramikbildenden Zusätze einstellen lassen. Ferner zählen zu den keramisierenden Füllstoffen auch deren Vorläuferverbindungen, dass heißt Substanzen, die beispielsweise unter Hitzeeinwirkung in die entsprechenden keramisierenden Füllstoffe übergehen. Auch durch deren Einsatz lassen sich unterschiedliche Keramisierungstemperaturen für die in den beiden Schichten der Kabelisolierung einzubringenden keramikbildende Zusätze einstellen.
  • Dabei umfasst die Erfindung auch die Einbeziehung der Bildung von glasigen Überzügen auf den sich bei Temperatureinwirkung bildenden keramischen Oberflächen durch Zugabe von geeigneten Glasbildnern, wie dies ebenfalls in der DE 197 17 645 C2 beschrieben ist. Auch hierdurch können letztlich diejenigen Temperaturen in unterschiedlicher Höhe eingestellt werden, bei denen sich innerhalb der beiden Schichten der Aderisolierung im Falle einer Feuereinwirkung die Bildung des Schutzmantels vollzieht.
  • Beispielsweise ist die Erfindung mit gefüllten Silikoncompounds und EPRbasierten Compounds mit Glasbildnern zu realisieren.
  • Insgesamt ist die Erfindung somit mit allen, dem Durchschnittsfachmann bekannten und für die jeweiligen Anforderungen geeigneten und im Einzelnen auszuwählenden Zusammensetzungen zu realisieren, so dass es auf den konkreten Aufbau der Zusammensetzungen für die Ausbildung der beiden Schichten im Einzelfall nicht ankommt. Der Fachmann kann dazu alle bekannten Grundmaterialien für den Aufbau der Isolierung zurückgreifen, solange er beachtet, dass in den die beiden unterschiedlichen Schichten ausbildenden Zusammensetzungen jeweils in unterschiedlichen Temperaturbereichen keramisierende Zusätze enthalten sind.
  • Die genannten Temperaturbereiche sollen dabei nur beispielhaft verstanden sein. In Abhängigkeit von den technischen Anforderungen an den Feuerwiderstand von Kabelisolierungen beziehungsweise Aderisolierungen können im Einzelfall auch andere Temperaturbereiche für die Keramisierung der keramikbildenden Zusätze ausgewählt werden, beispielsweise eine Keramisierungstemperatur von 700° Celsius in der äußeren zweiten Schicht und eine Keramisierungstemperatur von 900° Celsius in der inneren ersten Schicht. Für die Einstellung der Temperaturbereiche im Einzelnen stehen dem Fachmann dabei unterschiedliche Grundbestandteile, in der Regel auf der Basis von vernetzbaren Polymeren, und unterschiedliche keramische Zusätze und deren Mischungen, wie beschrieben, zur Verfügung.
  • Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass auf die feuerwiderstandsfähige Isolierung wenigstens eine weitere Schicht eines Isoliermaterials und/oder eines Mantelmaterials aufgebracht ist.
  • In einer an sich bekannten Weise kann der innere Leiter als blanker oder metallumhüllter Kupferleiter ausgebildet sein, ferner als eindrähtiger, mehrdrähtiger oder feindrähtiger Kupferleiter.
  • Wie sich aus der schematischen Darstellung einer erfindungsgemäßen Aderkonstruktion in der Zeichnung ergibt, wird ein innerer Leiter 10 von einer ersten inneren Schicht 11 umschlossen, wobei die innere erste Schicht 11 von einer zweiten, äußeren Schicht 12 umschlossen ist. Die beiden Schichten 11 und 12 bestehen jeweils aus unterschiedlichen Zusammensetzungen auf der Basis von vernetzbaren Polymeren, die aufgrund ihrer keramikbildenden Zusätze wie Füllstoffe und/oder Glasbildner unterschiedliche Temperaturbereiche der Umwandlung vom elastomeren Bereich hin zum keramischen Bereich aufweisen. Insbesondere durch die Zugabe von unterschiedliche Zersetzungs- bzw. Schmelzpunkte aufweisenden keramisierenden mineralischen Füllstoffen und/oder Glasbildern ist es möglich, die für die Realisierung der Erfindung erforderlichen unterschiedlichen Reaktionstemperaturen in den beiden für die Ausbildung der beiden Schichten 11 und 12 jeweils zusammengestellten Zusammensetzungen einzustellen. Dabei können die Zusammensetzungen jeweils so ausgelegt werden, dass sich die Isolationen im Übergangsbereich gegenseitig elektrisch und mechanisch unterstützen. So liegt die Temperatur, bei der die Keramisierung der eingesetzten Füllstoffe in der äußeren zweiten Schicht 12 beginnt, in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung bei circa 200° Celsius, während die Keramisierungstemperatur der entsprechend eingesetzten andersartigen mineralischer Füllstoffe der inneren ersten Schicht 11 oberhalb von 600° Celsius liegt.
  • Über diesen zwei Schichten 11 und 12 können weitere Schichten an Isolationsmaterial oder Mantelmaterial aufgebracht sein, um die Aderkonstruktion zu vervollständigen.

Claims (8)

  1. Ader zur Verwendung in elektrischen Kabeln mit einer einen Leiter (10) umschließenden feuerwiderstandsfähigen Isolierung auf der Basis von vernetzbaren Polymeren mit keramikbildenden Zusätzen, bei welchem die Isolierung eine erste Schicht (11) bestehend aus einer ersten Zusammensetzung und eine die erste Schicht (11) außen umschließende zweite Schicht (12) bestehend aus einer zweiten Zusammensetzung aufweist, wobei die erste und die zweite Zusammensetzung derart eingestellt sind, dass sich die Bildung einer Keramik in der ersten Schicht (11) und in der zweiten Schicht (12) bei unterschiedlichen Temperaturen einstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Zusammensetzung derart eingestellt sind, dass sich die Bildung der Keramik in der die zweite äußere Schicht (12) bildenden Zusammensetzung in einem Temperaturbereich zwischen 200° Celsius und 600° Celsius und damit in einem niedrigeren Temperaturbereich vollzieht als in der die innere erste Schicht (11) bildenden Zusammensetzung mit einer Keramikbildung in einem Temperaturbereich oberhalb von 600° Celsius.
  2. Ader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf die aus den beiden Schichten (11, 12) bestehende feuerwiderstandsfähigen Isolierung wenigstens eine weitere Schicht eines Isoliermaterials und/oder eines Mantelmaterials aufgebracht ist.
  3. Ader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter (10) aus Kupfer besteht.
  4. Ader nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter (10) als blanker Kupferleiter ausgebildet ist.
  5. Ader nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter (10) als metallumhüllter Kupferleiter ausgebildet ist.
  6. Ader nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupferleiter (10) eindrähtig ausgebildet ist.
  7. Ader nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupferleiter (10) mehrdrähtig ausgebildet ist.
  8. Ader nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupferleiter (10) feindrähtig ausgebildet ist.
EP09757241A 2008-05-30 2009-05-29 Aderkonstruktion für kabel mit im brandfall geltendem isolations-/funktionserhalt Active EP2294161B1 (de)

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