IT201800010156A1 - Cavo di segnalazione ferroviario resistente al fuoco - Google Patents
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Description
“Cavo di segnalazione ferroviario resistente al fuoco”
ANTEFATTO TECNICO DELL’INVENZIONE
CAMPO TECNICO DELL’INVENZIONE
La presente invenzione è relativa ad un cavo di segnalazione, in particolare ad un cavo di segnalazione resistente al fuoco per sistemi ferroviari.
DESCRIZIONE DELLA TECNICA CORRELATA
I cavi di segnalazione vengono usati nelle reti ferroviarie per varie applicazioni, incluse, per esempio, la commutazione di luci in apparecchiature di segnalazione, il cambio di binari e le comunicazioni. I cavi di segnalazione sono progettati per trasportare corrente solitamente minore di un ampere per conduttore per far funzionare dispositivi a circuito di segnalazione.
Nei sistemi ferroviari, i campi elettromagnetici risultanti dalla tensione di alimentazione delle linee a catenaria (tipicamente 25 KV in CA) inducono corrente nei cavi di segnalazione disposti parallelamente, che può danneggiare le apparecchiature ad essi collegate e presentare un rischio per la sicurezza. Per ridurre questa influenza ad un livello non pericoloso, i cavi sono provvisti di una schermatura metallica. L’effetto protettivo di questa schermatura viene classificato come “fattore di riduzione” (rf). Il fattore di riduzione è il rapporto tra la tensione indotta con la schermatura e la tensione indotta senza schermatura. Il fattore di riduzione è dipendente dai materiali utilizzati per la schermatura, dalla sezione trasversale conduttiva della schermatura, come anche dalla frequenza del segnale di interferenza.
Un aspetto cruciale dei cavi di segnalazione è la loro prestazione in caso di incendio. In particolare, in caso di incendio, i cavi di segnalazione dovrebbero essere resistenti al fuoco, antifiamma, avere proprietà di bassa tossicità e bassa densità di fumo.
Per esempio, la Richiedente ha sviluppato un cavo di segnalazione, chiamato CCTSST-FR0.3 e descritto nella brochure “Railway Infrastructure Cables”, Prysmian Group, settembre 2016, pagina 48 e nel catalogo di prodotto specifico “CCTSST-FR0.3”, Prysmian Group, (2010). Il cavo di segnalazione CCTSST-FR0.3 comprende una pluralità di conduttori in rame pieni, ciascuno isolato con PE (polietilene). Il nucleo del cavo è avvolto da due o più strati di nastro di plastica circondati in sequenza da uno schermo a nastro di rame, una guaina interna LSZH (= a zero alogeni a fumo ridotto, che verrà descritta in maggior dettaglio sotto), un’armatura (due strati di nastro di acciaio) ed una guaina LSZH esterna. Il cavo ha un fattore di riduzione ≤ 0,3 a 50 Hz e 110-320 V/km. Questo cavo viene detto ignifugo.
Un cavo antifiamma è in grado di rallentare la propagazione della fiamma (in accordo con, per esempio, lo standard internazionale EC 60332-3-22, 2009-02). Comunque, i conduttori non sono protetti dalle fiamme, ed in questo modo non viene garantito il funzionamento delle linee.
I cavi di segnalazione ferroviari dovrebbero essere anche resistenti al fuoco. I cavi resistenti al fuoco sono strutturati in maniera che, in caso di incendio, i conduttori vengano mantenuti protetti in modo che possano continuare a funzionare per un determinato tempo, in accordo con, per esempio, lo standard internazionale IEC 60331-21 (1999) che richiede l’integrità del circuito in caso di fuoco. In particolare, i sistemi di interblocco richiedono che i parametri elettrici, come resistenza, capacità ed attenuazione, vengano mantenuti stabili.
Il documento “Caledonian Railway Cables” (www.caledoniancables.co.uk/DdFls/Railway%20Cables.pdf) pagina 107, Dicembre 2013, illustra un cavo di segnalazione (chiamato Cavo per Telecomunicazione Resistente al fuoco MD4) che è antifiamma in accordo con gli standard IEC 60332-1 e IEC 60332-3, garantisce l’integrità rispetto al fuoco in accordo con lo standard internazionale IEC 60331, e ha proprietà anti-induzione. Il cavo di segnalazione comprende una pluralità di conduttori di rame pieni, ciascuno isolato con un nastro in mica ed uno strato di LSZH. Il nucleo del cavo è avvolto da nastri in plastica circondati in sequenza da una guaina interna in LSZH, uno schermo di nastro in rame, una guaina LSZH intermedia, un’armatura (due strati di nastro d’acciaio) ed una guaina LSZH esterna.
SOMMARIO DELL’INVENZIONE
La Richiedente ha osservato che, allo scopo di conferire ad un cavo di segnalazione proprietà antifiamma e di resistenza al fuoco, si deve prevedere una pluralità di strati protettivi attorno al nucleo del cavo. La presenza di uno o più di tali strati protettivi in una posizione radiale interna rispetto allo schermo in metallo (in accordo con, per esempio, la struttura del cavo MD4 della Caledonian) può rendere maggiore il diametro della guaina di metallo e migliorare (cioè, diminuire) il fattore di riduzione. D’altra parte, ciò rende il cavo più grosso, più pesante e più costoso e complesso da produrre.
La Richiedente ha di conseguenza come obiettivo il prevedere un cavo di segnalazione antifiamma e resistente al fuoco, in particolare per applicazioni ferroviarie, che mantenga un basso fattore di riduzione ed allo stesso tempo una struttura sufficientemente semplice e leggera.
Si raggiuge questo obiettivo mediante un cavo di segnalazione comprendente:
- un nucleo del cavo comprendente:
o una pluralità di conduttori elettrici ciascuno isolato da una barriera contro il fuoco e da uno strato isolante polimerico a zero alogeni a fumo ridotto antifiamma; o un involucro del nucleo;
- uno schermo metallico che circonda ed a contatto diretto con il nucleo del cavo;
- almeno una guaina polimerica antifiamma a zero alogeni a fumo ridotto in una posizione radialmente esterna rispetto allo schermo metallico.
La Richiedente ha scoperto che un cavo di segnalazione con un nucleo del cavo comprendente conduttori isolati tramite mica ed uno strato polimerico a zero alogeni a fumo ridotto (LSZH), uno schermo in rame a contatto diretto con il nucleo e due strati polimerici LSZH in posizione esterna rispetto allo schermo in rame è resistente al fuoco in accordo con lo standard internazionale 60331-21, è antifiamma in accordo con gli standard internazionali IEC 60332-3-24 e IEC 60332-1-2 ed ha un fattore di riduzione ≤ 0,3 a 50 Hz e 110-320 V/km.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
Altre caratteristiche e vantaggi diverranno maggiormente evidenti dalla seguente descrizione di alcune forme di realizzazione fornita a titolo di esempio facendo riferimento alle allegate tavole di disegno, in cui:
la Figura 1 è una vista in sezione di un cavo di segnalazione in accordo con una forma di realizzazione della divulgazione.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA
Per lo scopo della presente descrizione e delle rivendicazioni allegate, tranne quando diversamente indicato, tutti i numeri che esprimono quantità, misure, percentuali, e così via, devono essere considerati come modificati in tutti i casi dal termine “circa”. Inoltre, tutti gli intervalli comprendono qualsiasi combinazione dei punti massimi e minimi divulgati e comprendono qualsiasi intervallo intermedio al loro interno, che potrebbe essere specificamente enumerato oppure no.
La presente divulgazione, in accordo con almeno uno dei suddetti aspetti, può essere implementata in accordo con una o più delle seguenti forme di realizzazione, opzionalmente combinate tra loro.
Per lo scopo della presente descrizione e delle rivendicazioni allegate, i termini “un” o “una” dovrebbero essere letti come comprendenti uno o almeno uno ed il singolare comprende anche il plurale a meno che non sia ovvio che si intenda altrimenti. Si fa ciò puramente per convenienza e per fornire un senso generale dell’invenzione.
La Figura 1 illustra una forma di realizzazione di un cavo di segnalazione 1 in accordo con la presente divulgazione. Il cavo di segnalazione 1 è adatto per applicazioni ferroviarie, come descritto nella parte introduttiva della presente descrizione.
Il cavo di segnalazione 1 comprende un nucleo del cavo 2 dove una pluralità di conduttori elettrici 3 sono avvolti attorno ad un materiale di riempimento centrale 4, ed un involucro del nucleo 5 è previsto longitudinalmente o ad elica attorno ai conduttori elettrici 3 ed al riempimento centrale 4.
Ciascuno dei conduttori elettrici 3 (che sono composti da un materiale elettricamente conduttivo come il rame o l’alluminio, sottoforma di una asticella o di fili intrecciati) è elettricamente isolato da uno strato a barriera contro il fuoco 3a e da uno strato isolante polimerico a zero alogeni a fumo ridotto LSZH antifiamma 3b.
In accordo con una forma di realizzazione, la barriera al fuoco 3a comprende almeno un nastro di mica avvolto attorno a ciascun conduttore elettrico 3. Nella presente descrizione e nelle rivendicazioni per “nastro in mica” si intende un nastro comprendente uno strato di fiocchi di mica attaccati ad uno strato di supporto. Lo strato di mica è tipicamente formato da uno o più tipi di fiocchi di mica (ad es., muscovite e/o flogopite), disposti per formare una carta o foglio di mica. Lo strato di mica è generalmente impregnato o rivestito con un agente legante (ad es., resina di silicone o elastomero, resina acrilica, e/o resina epossidica). Lo strato di supporto è formato da un tessuto di sostegno (ad esempio vetro intessuto o non intessuto). Lo strato di mica viene generalmente legato allo strato di supporto tramite lo stesso agente legante.
In una forma di realizzazione, il nastro di mica 3a è avvolto ad elica attorno a ciascun conduttore 3 con una sovrapposizione del 50%.
In accordo con una forma di realizzazione, lo strato isolante antifiamma 3b comprende un materiale polimerico LSZH, estruso sul conduttore 3. In una forma di realizzazione, il materiale polimerico LSZH dello strato isolante antifiamma 3b ha un indice limite di ossigeno (LOI) almeno del 30%.
Il “materiale LSZH (o LS0H)” significa “materiale a zero alogeni a fumo ridotto” ed è noto anche come HFFR, cioè materiale antifiamma senza alogeni. I materiali antifiamma LSZH non rilasciano fumi tossici quando bruciano.
Nella presente descrizione e nelle successive rivendicazioni, l’indice limite di ossigeno (LOI) è la concentrazione minima di ossigeno, espressa in percentuale, che consente la combustione di un polimero in presenza di fuoco. Più elevato è il valore del LOI, maggiore è la proprietà antifiamma. I valori del LOI vengono determinati mediante test standardizzati, come il ASTM D2863-12 (2012).
In una forma di realizzazione, il materiale polimerico antifiamma LSZH dello strato isolante 3b comprende un polimero selezionato tra: polietilene; copolimeri di etilene con almeno una α-olefina contenente da 3 a 12 atomi di carbonio, e facoltativamente con almeno un diene contenente da 4 a 20 atomi di carbonio; polipropilene; copolimeri termoplastici di propilene con etilene e/o almeno una α-olefina contenente da 4 a 12 atomi di carbonio; copolimeri di etilene con almeno un estere selezionato da acrilati di alchile, metacrilati di alchile e carbossilati di vinile, in cui i gruppi alchilici e carbossilici contenuti al suo interno sono lineari o ramificati, e in cui il gruppo alchilico lineare o ramificato potrebbe contenere da 1 a 8, per esempio da 1 a 4, atomi di carbonio, mentre il gruppo carbossilico lineare o ramificato potrebbe contenere da 2 a 8, per esempio da 2 a 5, atomi di carbonio; e loro miscele.
Per “α-olefina” si intende generalmente una olefina con formula CH2=CH-R, in cui R è un alchile lineare o ramificato avente da 1 a 10 atomi di carbonio. Si può selezionare la α-olefina, per esempio, tra propilene, 1-butene, 1-pentene, 4-metile-1-pentene, 1-esene, 1-ottene, 1-dodecene e simili. In una forma di realizzazione, la α-olefina viene selezionata tra propilene, 1-butene, 1-esene e 1-ottene. Esempi di un polimero che potrebbe essere utilizzato nel materiale polimerico antifiamma LSZH per lo strato isolante 3b in accordo con la presente divulgazione sono: polietilene ad alta densità (HDPE)(d=0,940-0,970 g/cm<3>), polietilene a media densità (MDPE)(d=0,926-0,940 g/cm<3>), polietilene a bassa densità (LDPE)(d=0,910-0,926 g/cm<3>), polietilene lineare a bassa densità (LLDPE) e polietilene a bassissima densità (VLDPE)(d=0,860-0,910 g/cm<3>); polipropilene (PP); copolimeri termoplastici di propilene con etilene; copolimeri di etilene/vinile acetato (EVA); copolimeri di etilene/etile acrilato (EEA), copolimeri di etilene/butile acrilato (EBA); gomme di etilene/α-olefina, in particolare gomme di etilene/propilene (EPR), gomme di etilene/propilene/diene (EPDM); e loro miscele.
Nella forma di realizzazione della Figura 1, i conduttori elettrici isolati 3 sono attorcigliati a gruppi in modo da formare una pluralità di bicoppie (quad) 6 (per esempio, cinque bicoppie 6), che possono essere, a loro volta, intrecciati ad elica, per esempio attorno al riempimento centrale 4. In questo modo, il cavo 1 della Figura 1 comprende venti conduttori.
In un’altra forma di realizzazione non illustrata, i conduttori isolati 3 potrebbero essere previsti sottoforma di coppie attorcigliate intrecciate ad elica, oppure possono essere attorcigliati ad elica individualmente, per esempio attorno al riempimento centrale 4.
Il numero di conduttori isolati eventualmente compresi nel cavo in accordo con la presente divulgazione varia in accordo con l’applicazione desiderata, e potrebbe, per esempio, andare da due a duecento.
Il nucleo del cavo 2 della Figura 1 comprende un riempimento 4 che agisce da nucleo fittizio per le bicoppie 6. Il riempimento centrale 4 può comprendere un materiale antifiamma LSZH, come un polimero LSZH, descritto con riferimento all’isolamento 3b.
In un’altra forma di realizzazione non illustrata, l’asta fittizia di riempimento centrale può non essere presente.
Il nucleo 2 del cavo comprende un involucro 5 del nucleo che mantiene le bicoppie intrecciate 6 formate dai conduttori isolati 3 del nucleo 2. L’involucro 5 del nucleo potrebbe comprendere uno o più nastri infiammabili, per esempio nastri in plastica, applicati ad elica oppure longitudinalmente sopra le bicoppie intrecciate 6 in modo da formare uno o più strati sovrapposti. Per esempio, l’involucro 5 del nucleo potrebbe essere fatto di poliestere.
Il cavo di segnalazione 1 comprende uno schermo metallico 7, per esempio uno schermo in rame, che circonda il nucleo 2 del cavo ed è a contatto diretto con quest’ultimo, specificamente con l’involucro 5 del nucleo. Dato che lo schermo metallico 7 è a contatto diretto con l’involucro 5 del nucleo, non è previsto alcuno strato intermedio tra di essi. In accordo con una forma di realizzazione, lo schermo metallico 7 comprende un nastro in rame, ondulato o liscio, applicato, per esempio, longitudinalmente con una sovrapposizione sopra il nucleo 2 del cavo. In alternativa, il nastro di rame potrebbe essere avvolto ad elica attorno al conduttore interno 2 del cavo.
Lo schermo metallico 7 fornisce al nucleo 2 del cavo una protezione dal fuoco e gioca un ruolo nell’ottenere il fattore di riduzione desiderato contro le interferenze elettromagnetiche. A tal scopo, lo schermo metallico 7 ha uno spessore prestabilito che dipende dalla struttura del cavo con particolare riguardo al numero di conduttori isolati presenti nel nucleo del cavo. Lo spessore dello schermo metallico può essere determinato dalla persona esperta.
Il cavo di segnalazione in accordo con la presente divulgazione comprende una o più guaine polimeriche antifiamma LSZH posizionati in una posizione radialmente esterna rispetto allo schermo metallico. Si deve evidenziare che non è previsto alcuno strato o guaina antifiamma in una posizione radialmente interna rispetto allo schermo metallico poiché, come già menzionato, quest’ultimo è a contatto diretto con il nucleo del cavo.
In accordo con la forma di realizzazione della Figura 1, l’una o più guaine polimeriche LSZH antifiamma comprendono una guaina polimerica LSZH antifiamma interna 8 in una posizione radialmente esterna rispetto allo schermo metallico 7, per esempio a contatto diretto con quest’ultimo, ed una guaina polimerica LSZH antifiamma esterna 9 in una posizione radialmente esterna rispetto alla guaina polimerica LSZH antifiamma interna 8.
La guaina polimerica LSZH antifiamma esterna 9 può essere lo strato più esterno del cavo di segnalazione 1. In una forma di realizzazione, si può applicare ad essa un additivo rodenticida.
Il materiale polimerico LSZH della guaina interna ed esterna può essere come descritto con riferimento allo strato isolante 3b.
Nella forma di realizzazione della Figura 1, il cavo di segnalazione 1 comprende un’armatura 10 posizionata, per esempio, tra la guaina polimerica LSZH antifiamma interna 8 e quella esterna 9, per esempio a contatto diretto con entrambe. In accordo con una forma di realizzazione, l’armatura 10 comprende uno o più, per esempio due, strati di nastro di acciaio zincato, per esempio avvolti ad elica. L’armatura 10 può anche agire da ulteriore protezione dal fuoco ed ha un ruolo nell’ottenere il fattore di riduzione desiderato.
Un cavo in accordo con la presente invenzione ed avente la struttura rappresentata nella Figura 1 ha, per esempio, le dimensioni riportate nella Tabella I Tabella I
Un cavo avente le caratteristiche e le dimensioni in accordo con la Tabella I ha un peso di circa 1670 kg/km ed un diametro esterno di circa 33,25 mm.
Il cavo illustrato nella Tabella I è stato testato per accertare la conformità dell’integrità del circuito con il fuoco in accordo con lo standard IEC 60331.21 (1999), ad una tensione di 300V per 180+15 minuti. Il cavo ha superato il test con esito positivo non presentando alcuna interruzione dei conduttori.
In aggiunta, il cavo di cui sopra ha superato anche i seguenti test: propagazione verticale della fiamma in cavi montati verticalmente (IEC 60332-3-24, 2000); propagazione verticale della fiamma per un unico filo o cavo isolato (IEC 60332-1-2, 2004); IEC 60754-1 Nessun alogeno; IEC 60754-2 Nessuna sostanza acida; densità del fumo dei cavi che bruciano (IEC 61034-2, 2005).
Un cavo con una struttura come quella della Figura 1 è stato testato (in accordo con lo standard DIN57472/VDE 0472, 1983) per misurare il suo fattore di riduzione a 50 Hz e da 100 V/km a 350 V/km. I risultati sono riportati nella Tabella II.
Tabella II
Claims (14)
- RIVENDICAZIONI 1. Cavo di segnalazione (1) comprendente: - un nucleo (2) del cavo comprendente: o una pluralità di conduttori elettrici (3) ciascuno isolato da una barriera contro il fuoco (3a) e da uno strato isolante polimerico a zero alogeni a fumo ridotto antifiamma (3b); o un involucro del nucleo (5); - uno schermo metallico (7) che circonda ed è a contatto diretto con il nucleo del cavo (2); - almeno una guaina polimerica antifiamma a zero alogeni a fumo ridotto (8, 9) in una posizione radialmente esterna rispetto allo schermo metallico (7).
- 2. Cavo di segnalazione (1) in accordo con la rivendicazione 1, comprendente una guaina polimerica a zero alogeni a fumo ridotto antifiamma interna (8) in una posizione radialmente esterna rispetto allo schermo metallico (7) ed una guaina polimerica a zero alogeni a fumo ridotto antifiamma esterna (9) in una posizione radialmente esterna rispetto alla guaina polimerica a zero alogeni a fumo ridotto antifiamma interna (8).
- 3. Cavo di segnalazione (1) in accordo con la rivendicazione 1, comprendente inoltre un’armatura (10).
- 4. Cavo di segnalazione (1) in accordo con la rivendicazione 3, in cui l’armatura (10) è posizionata tra la guaina polimerica a zero alogeni a fumo ridotto antifiamma interna (8) e quella esterna (9).
- 5. Cavo di segnalazione (1) in accordo con la rivendicazione 3, in cui l’armatura (10) comprende uno o più strati di nastro di acciaio zincato avvolto ad elica.
- 6. Cavo di segnalazione (1) in accordo con la rivendicazione 1, in cui la barriera antifuoco (3a) comprende un nastro di mica avvolto attorno a ciascun conduttore (3).
- 7. Cavo di segnalazione (1) in accordo con la rivendicazione 1, in cui i conduttori elettrici isolati (3) sono attorcigliati in gruppi in modo da formare una pluralità di bicoppie (6).
- 8. Cavo di segnalazione (1) in accordo con la rivendicazione 7, in cui le bicoppie (6) sono intrecciate ad elica.
- 9. Cavo di segnalazione (1) in accordo con la rivendicazione 1, in cui l’involucro del conduttore interno (5) comprende uno o più nastri di plastica applicati longitudinalmente o ad elica sui conduttori elettrici isolati (3).
- 10. Cavo di segnalazione (1) in accordo con la rivendicazione 1, in cui il conduttore interno (2) del cavo comprende un riempimento centrale (4).
- 11. Cavo di segnalazione (1) in accordo con la rivendicazione 10, in cui il riempimento centrale (4) comprende un polimero a zero alogeni a fumo ridotto antifiamma.
- 12. Cavo di segnalazione (1) in accordo con la rivendicazione 1, in cui lo schermo metallico (7) comprende un nastro di rame.
- 13. Cavo di segnalazione (1) in accordo con la rivendicazione 12, in cui lo schermo metallico (7) comprende un nastro di rame ondulato applicato longitudinalmente con una sovrapposizione sopra il conduttore interno (2) del cavo.
- 14. Cavo di segnalazione (1) in accordo con la rivendicazione 1, in cui la barriera antifuoco (3a) comprende un nastro di mica avvolto ad elica attorno a ciascun conduttore (3) con il 50% di sovrapposizione.
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