NO155076B - Fiberoptisk kabel. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår fiberoptiske kabler og særlig fiberoptiske kabler til bruk ved varierende temperaturforhold omfattende forhold der omgivelsene brenner, hvor kabelen omfatter minst et optisk fiberelement, minst ett strekkelement, samt utenpå 1 iggende lag som tjener til beskyttelse mot flammer og mekanisk påkjenning.

Det er tidligere kjent kabler som tilfredsstiller forskjellige branntestspesifikasjoner.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å forbedre brannbestandigheten til fiberoptiske kabler. Dette oppnås ved å utforme kabelen i overensstemmelse med de nedenfor fremsatte patentkrav.

Det er fra fransk off. søkn. nr. 2.520.519 og europeisk off. søkn. nr. 32.761 kjent fiberoptisk kabel hvor flere av lagene i kabelen har omtrent samme utvidelseskoeffisient som de optiske fibre. Disse kabler inneholder imidlertid, - eller kan inneholde -, metal1 elementer og de er heller ikke spesielt egnet til å danne utgangspunkt for forbedring av brannbestandigheten.

Videre er fiberoptiske kabler f. eks. omtalt i Siemens telcom report 6 (1983) spesial Issue: "Optical Communications" og i US patent nr. 4.009.932. I Siemens-rapporten er det nevnt at man bare benytter SZ-snoing (side 35-36), hvilket vil si at avtrekksnel1 en vanligvis kun roterer om sin egen akse. Det vil igjen si at fiberen sannsynligvis vris vekselvis den ene eller den andre vei i takt med SZ-snoingen, uten ti 1bakedreining. Dette gir ikke noe godt utgangspunkt for å bedre brannbestandigheten.

I US patent nr. 4.009.932 er det nevnt at de spesi-elle elementene snos sammen innenfor en felles kappe, eventuelt at flere elementer kan snos utenpå en kjerne eller at flere fel 1 eselementer eventuelt kan snos utenpå en kjerne. En må anta at den optiske fiber ligger nøytralt inne i elementet. Det er imidlertid lite sannsynlig at elementene skulle være gitt full ti 1bakedreining i alle de tre viste utførelsene. Forøvrig synes det som Fig. 4 i US patentet antyder at elementene ikke er snodd helisk rundt kjernen, men med vekslende snoretning svarende til den såkalte SZ-snoing som er beskrevet i Siemens-rapporten. Patentet gjelder da heller ikke forbedring av brannbestandigheten.

Oet vesentligste ved den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en fiberoptisk kabel hvor kabelens forskjellige elementer er mest mulig fri for indre spenninger og spenninger i forhold til hverandre. Ved stigende temperaturer er det viktig at varmen, etter hvert som noen av kabelens elementer blir mer og mer forkullet, ikke fører til at det utløses spenninger slik at kabel elementene beveger seg i forhold til hverandre. Det er derfor viktig at kabelens elementer ikke bare har tilnærmet samme termiske lineære temperaturkoeffisi ent, men at både fiberelementene og eventuelle fyl 1 elementer er viklet rundt strekkelementet med tilnærmet full ti 1bakevridning. Viktig i denne sammenheng er det også at kabelkjernen holdes på plass av de utenpå!iggende glimmerlag som beholder sin form til tross for de høye temperaturer. De syntetiske armeringselementer beholder sin styrke lengst mulig ved at de er plassert mellom gl immerlagene. Sluttelig medvirker fyl 1 i ngen,med si 1 ikonbasert materiale til at konstruk-sjonens indre elementer, spesielt fiberelementene, holdes på plass under stigende temperaturer og ved brann.

Kabelen i henhold til foreliggende oppfinnelse har passert følgende testprogram: En modifisert IEC 331 prøve, del 1 av IEC 332, samt DIN 57472/VDE 0742, del 813.

Det er viktig å påpeke at de eksisterende IEC 331 testspesifikasjoner ikke er svært relevante for optiske kabler. Det er nemlig ikke relevant å teste hvorvidt kabelen beholder sin i solasjonsevne, da det er mer viktig å teste hvorvidt kabelen er i stand til overføring ay spesifikke informasjonssignaler i et frekvensområde opp til atskillige MHz. Vi måtte derfor modifisere de eksisterende testspesifi kasjoner ved å koble den fiberoptiske kabel inn i en si gnal overf øri ngskrets under branntest.i ngen . På denne måten var det mulig å overvåke endringer i dempingen av overføringen som en funksjon av temperaturen og tiden.

I den modifiserte IEC 331 prøve ble kabelen fastspent som spesifisert, og den ble utsatt for 750°C i tre timer uten at det ble oppdaget noen økning i dempingen av det over- førte signal. Testen ble avbrutt etter tre timer ved å påkjenne kabelprøven mekanisk inntil brudd. Dersom kabelen fikk være i ro, ville den trolig være driftssikker i ubestemt tid, da askene som dannes av de beskyttende lag, effektivt hindrer flammer i å nå inn til fi berkjernen.

I en spesiell branntest som omfattet flere ulike typer av kabler, så vel elektriske som fiberoptiske kabler, viste kabelen i henhold til foreliggende oppfinnelse seg å være den beste av de testede fiberoptiske kabler. I realiteten viste den seg å være meget bedre enn mange av de elektriske signalkabler av brannbestandig type som ble testet.

I det nevnte eksperiment ble kablene plassert på et stålbrett somer 5 m langt, og de ble utsatt for en brann som førte til at temperaturen hurtig steg til 1200°C. Vår fiberkabel ble i den ene enden forbundet med en fiberoptisk mottaker. En opptegningsanordning påviste en økning i dempingen som startet etter 25 min., og etter 28 min. ble kretsen brutt. Andre prøver av fiberoptiske kabler brøt sammen før 20 min. var gått.

Forskjellen i levetid kan synes neglisjerbar, men under brannforhold som opptrer i risikofylte områder slik som offshoreinstal1 asjoner, oljeanlegg, sykehus, tele-kommunikasjonssentraler, osv. kan en tilleggstid på 10 min. være av vital betydning.

De ovennevnte og andre formål og trekk ved opp-finnelsen vil klart fremgå av den følgende detaljerte beskrivelse av et utførelseseksempel, sammen med tegningen.

I en utførelse av foreliggende oppfinnelse omfatter kabelen 1 et glassfiberforsterket strekkelement 2 av plast, rundt hvilket flere elementer 3 er snodd. Disse elementene omfatter fiberoptiske elementer, og fy11 elementer som er fremstilt av et ikke-brennbart materiale, som f.eks. strenger av glassfiber. Hvert av de optiske fiberelementene er forsynt med primærbelegg av silikon (handels-navn Sylgard 184) og et sekundært belegg av nylon (Nylon 12).

Den snodde enheten, som inneholder det sentrale strekkelement 2 og de påviklede elementer 3, ble fylt med silikonfett (AEI M 494), som ble påført under snoprosessen.

Et valgfritt polyesterbånd 4 ble viklet rundt denne enheten slik at hver tørn delvis overlappet den foregående tørn, og på denne måten ble det fremstilt en fiberoptisk kabelkjerne som er helt fylt med silikonfett.

Over kabelkjernen ble det påført, også med overlapp, et lag av glimmerbånd 5 for å beskytte mot direkte kontakt med flammene.

Dernest ble det påført et belegg av syntetisk armering 6, bestående av Kevlar-fi bre påført med meget lang slaglengde. Over Kevlar-armeringen var det påført et ytterligere lag 7 med overlappende glimmerbånd for å beskytte armeringen.

Formålet med den syntetiske armeringen 6 er i tillegg til at den skal gi en effektiv mekanisk beskyttelse under håndtering og installasjon, a holde de to gl immerlagene 5 og 7 atskilt under en brann og effektivt medvirke til å gi flammebeskyttelse.

Eksperimenter har vist at oppbyggingen av glimmer-lagene 5 og 7 atskilt av et lag av syntetisk armering 6 på betydelig måte øker flammebestandigheten til kabelen.

Hvert lag av glimmerbånd e.l. kan også bestå av to eller flere viklinger av båndet med overlapp. 10-50 % overlapp antas å være passende.

Endelig blir den brannbeskyttede og armerte kabelkjerne innkapslet i en ekstrudert kappe 8 av et selvslukkende, halogenfritt materiale, som f.eks. silan tverrbundet polyetylen under handelsnavnet AEI 19407.

Som det vil fremgå av det ovenstående, er kabelen i henhold til foreliggende oppfinnelse fri fra alle metal-liske tråder, bånd og kapper. Dette antas å være en viktig egenskap ved kabelen, men også kombinasjonen av den silikonfylte kjerne, den kombinerte glimmer/Kevlar-armering og de ytre halogenfrie kapper som alt sammen bidrar til det

gode resultatet som oppnås.

Ved fornuftig og praktisk dimensjonering av kabelen vil det ikke være mulig å hindre at varme.når kabel kjernen. Kabelen som er beskrevet ovenfor, har en diameter på omkring 5 mm og vil ha en liten varmekapasitet slik at temperaturen i kjernen vil øke hurtig, dog litt forsinket på grunn av temperaturstigningen i omgivelsene.

Sammenlignet med kabler som inneholder metal1 -1edere , som f.eks. flerleder telefon- eller signalkab1 er, og hvor kabelen forblir sammenhengende så lenge som lederne er isolert fra hverandre og fra omgivelsene, er det et vitalt punkt i forbindelse med fiberoptiske kabler at fibrene må være beskyttet mot direkte kontakt med flammene. Dersom flammene når frem til fiberen, vil de signaloverførende egenskaper bli ødelagt. Øket f1ammebeskyttelse vil kunne fås ved flere vekslende lag som inneholder glimmer og Kevlar. Det ytterste glimmerlaget kan fortrinnsvis bestå av to overlappende glimmerbånd. Et viktig punkt er at alle lagene i kabelen gradvis vil omformes til aske, og dette vil hindre at flammene når frem til de optiske glassfibre.

I en alternativ utførelse av glimmer/Kevlar-konstruksjonen 5, 6, 7, og rommet under den ekstruderte kappen 8, også være fylt med silikonfett av den nevnte type eller andre typer.

For å bedre temperatur/tid-karakteristikken til kabelen kan det introduseres materialer som aluminium-hydroksyd eller andre stoffer som er i stand til å frigjøre krystallvann ved høye temperaturer i den ytre kappe. Slike materialer kan også introduseres i si 1 ikonfettmassen som. benyttes til å impregnere glimmer/Kevlar-1agene.

Det skal påpekes at konstruksjonen av kjernen kan varieres med hensyn på antall og utforming av det langs-gående strekkelement og de optiske elementer. Det er noe tvilsomt hvorvidt de optiske elementer kan innleires i eller plasseres løst i riller som utformes på overflaten av et styringslegeme som er laget av et isolasjonsmateriale. Slike riller kan være anbragt i spiralform eller på en oscillerende måte i forhold til legemets langsakse, og

kabelen vil da ha en såkalt åpen ri 11ekonstruksjon.

Utformingen av førings1egemet kan velges slik at risikoen

for at rillene skal bryte sammen omkring fibrene, blir minimalisert. En slik sammenfal 1 ing under brann kan forårsake uforutsette mekaniske spenninger i fiberelement-

ene slik at disse kan brekke.

Mens en utførelse av foreliggende oppfinnelse er

blitt beskrevet ovenfor, er det klart at man i stedet for glimmerbånd som beskrevet, kan benytte bånd eller belegg med tilsvarende egenskaper, som f.eks. glassfiberbånd impregnert med selvslukkende materiale som f.eks. slike basert pa et aluminiumhydroksyd-fy1t latex. Det kan også

benyttes andre syntetiske fibre i kombinasjon med eller som en erstatning for den nevnte Kevlar-armering, og endelig kan det benyttes forskjellige ti 1satsstoffer i silikonfett-

fyllingen. Den ytre kappen som i eksempelet er beskrevet fremstilt av polyetylen, kan også være fremstilt av alternative halogenfrie materialer.

Claims (5)

1. Fiberoptisk kabel til bruk ved varierende temperaturforhold omfattende forhold der omgivelsene brenner, hvor kabelen omfatter minst et optisk fiberelement (3), minst ett strekkelement (2), samt utenpåliggende lag som tjener til beskyttelse mot flammer og mekanisk påkjenning, karakterisert ved kombinasjonen av følgende hver for seg kjente trekk:

- alle lag og elementer i kabelen har tilnærmet samme termiske lineære utvidelseskoeffisient, - det eller de optiske fiberelementer (3) er viklet omkring ett eller flere sentrale strekkelementer (2) med full ti 1bakedreining i fibrene, - eventuelle fy11 elementer er også viklet omkring strekk-elementene med ti 1bakedreining, - kabelkjernen bestående av strekkelementer (2), av optiske fiberelementer (3) og av eventuelle fy11 elementer, er omgitt i det minste av ett eller flere lag av syntetiske armeringselementer (6) som vekselsvis er anbragt mellom to eller flere lag inneholdende glimmer (5, 7), og alle hulrom innenfor en utenpåliggende ekstrudert selvslukkende halogenfri kappe (8) er fylt med et silikon-basert materiale.

2. Kabel ifølge krav 1, karakterisert ved at syntetiske armeringselementer (6) er viklet eller flettet omkring kabelkjernen under den ytre kappen, med meget lang slaglengde.

3. Kabel ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at glimmeret foreligger i form av bånd viklet med 10-50 % overlapp.

4. Kabel ifølge krav 1, 2 eller 3, karakter-isertvéd at det ytterste lag av glimmer består av minst to lag glimmerbånd.

5. Kabel ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den fylte kabelkjernen (2, 3) er dekket med minst ett lag av poly-estertape (4) e.l. for å stabilisere kjernegeometrien og sikre en forlenget driftstid under høye temperaturbeting-elser.