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ITMI20121178A1 - Cavo elettrico resistente a fuoco, acqua e sollecitazioni meccaniche - Google Patents

Cavo elettrico resistente a fuoco, acqua e sollecitazioni meccaniche Download PDF

Info

Publication number
ITMI20121178A1
ITMI20121178A1 IT001178A ITMI20121178A ITMI20121178A1 IT MI20121178 A1 ITMI20121178 A1 IT MI20121178A1 IT 001178 A IT001178 A IT 001178A IT MI20121178 A ITMI20121178 A IT MI20121178A IT MI20121178 A1 ITMI20121178 A1 IT MI20121178A1
Authority
IT
Italy
Prior art keywords
layer
electric cable
layers
cable
barrier
Prior art date
Application number
IT001178A
Other languages
English (en)
Inventor
Riccardo Bucci
Alessandro Mazzucato
Antonio Scaglione
Carlo Soccal
Original Assignee
Prysmian Spa
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 Spa filed Critical Prysmian Spa
Priority to IT001178A priority Critical patent/ITMI20121178A1/it
Priority to ES13174246T priority patent/ES2698924T3/es
Priority to EP13174246.2A priority patent/EP2682951B1/en
Priority to DK13174246.2T priority patent/DK2682951T3/en
Priority to NZ612692A priority patent/NZ612692A/en
Priority to AU2013206638A priority patent/AU2013206638B2/en
Priority to RU2013130269A priority patent/RU2633702C2/ru
Priority to US13/934,682 priority patent/US9330818B2/en
Priority to CA2819954A priority patent/CA2819954C/en
Priority to BR102013017315-0A priority patent/BR102013017315B1/pt
Priority to MYPI2013002577A priority patent/MY165542A/en
Priority to CN201310421009.5A priority patent/CN103531283B/zh
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    • H01B7/17—Protection against damage caused by external factors, e.g. sheaths or armouring
    • H01B7/18—Protection against damage caused by wear, mechanical force or pressure; Sheaths; Armouring
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  • Insulated Conductors (AREA)

Description

DESCRIZIONE
“Cavo elettrico resistente a fuoco, acqua e sollecitazioni meccaniche"
La presente invenzione riguarda in generale il settore dei cavi elettrici. In particolare, la presente invenzione riguarda un cavo elettrico resistente a fuoco, acqua e sollecitazioni meccaniche.
Come à ̈ noto, un cavo elettrico resistente al fuoco (in inglese, "fire resistant") à ̈ un cavo configurato per essere in grado di continuare a funzionare con prestazioni elettriche accettabili anche quando, a causa di un incendio, esso à ̈ esposto per un certo periodo alla fiamma viva, raggiungendo temperature di 800 °C-900 °C o anche maggiori.
Cavi elettrici resistenti al fuoco sono impiegati, tra l'altro, per applicazioni navali o su piattaforme marine. In queste applicazioni à ̈ necessario garantire che, per un certo periodo successivo allo scoppio di un incendio, alcuni sistemi elettrici (illuminazione, sprinkler, sistemi di chiusura paratie, etc.) continuino a funzionare, come previsto ad esempio dalla normativa SOLAS "Safe Return to Port", capitolo 11-2/21.4 Questo consente di spegnere l'incendio, di evacuare l’area in sicurezza ed anche, eventualmente, di ricondurre la nave in porto.
Al fine di garantire l’operatività, oltre alla resistenza al fuoco, à ̈ necessario che i cavi elettrici presentino anche un'elevata impermeabilità all'acqua prodotta dai sistemi anti-ìncendio (quali spiinkler ed idranti) e/o dovuta ad eventuali allegamenti. È altresì necessario che i cavi elettrici siano in grado di preservare le proprie caratteristiche di resistenza al fuoco ed impermeabilità all'acqua anche in presenza delle intense sollecitazioni meccaniche (vibrazioni, urti, compressioni, etc.) alle quali sono tipicamente sottoposti durante le operazioni di spegnimento dell'incendio e di evacuazione.
EP 1 798 737 descrive un cavo elettrico resistente al fuoco che, soggetto a temperature di 750-930°C sia in grado di fornire corrente per un periodo di 1-2 ore. Nel cavo ciascun conduttore à ̈ avvolto da un nastro in fibra di vetro con uno strato di mica incollato su di esso. Esternamente ad esso sono previsti uno strato di fili intrecciati impregnati di una resina poliuretanica ed uno strato isolante elastomerico. I conduttori riuniti sono avvolti dalla combinazione di un nastro di rame ed un nastro di fibre di vetro che fornisce proprietà di resistenza all’acqua ed isolanti. Il cavo à ̈ completato da una guaina esterna in materiale termoplastico od elastomerico.
US 5,707,774 descrive un cavo elettrico resistente al fuoco in grado di sostenere temperature attorno ai 1000°C per almeno due ore. Il cavo comprende conduttori, ciascuno dei quali à ̈ rivestito da uno strato isolante in gomma siliconica ed uno strato intrecciato di materiale inorganico quale silice o ceramica. Esternamente ai conduttori sono previsti un ulteriore strato di alluminìo/polietilentereftalato, uno in gomma siliconica ed una guaina esterna in fibra di vetro intrecciata.
FR 2 573 910 descrive un rivestimento in grado di proteggere un cavo da fiamma e rotture dielettriche quando sottoposto a temperature di 800 °C-1000 °C per più di 15 minuti. Il rivestimento à ̈ detto essere anti-propagazione della fiamma, resistente a shock, vibrazioni e getti d’acqua. I! rivestimento comprende due o più strati di mica, uno strato di resina polimerica eventualmente caricata con particelle di composto inorganico refrattario, uno strato di fibre di vetro intrecciate impregnate di resina polimerica eventualmente caricata con particelle di composto inorganico refrattario ed una guaina esterna di resina polimerica eventualmente caricata con particelle di composto inorganico refrattario.
GB 1582580 descrive un cavo resistente al fuoco comprendente dei doppini, ciascuno dei quali à ̈ ricoperto da uno strato di mica, da un isolante comprendente gomma termostabile, uno strato di elastomero termoplastico caricato con idrossido di alluminio, uno strato in fibra di vetro, un'armatura metallica intrecciata ed una guaina esterna in materiale polietilenico o polipropilenico. Il cavo viene detto resistere a temperature di 650-1100°C per più di 30 minuti e, successivamente, a vibrazioni.
US 2002/0046871 descrive un cavo elettrico resistente al fuoco comprendente un conduttore metallico, un primo nastro in mica vetro avvolto con un sormonto del 50%, un secondo nastro in mica vetro avvolto anch'esso con un sormonto del 50% ed uno strato isolante in materiale plastico, ad esempio polietilene, con additivi ritardanti di fiamma.
La Richiedente ha constatato che nessuno dei cavi elettrici sopra descritti à ̈ contemporaneamente resistente al fuoco e impermeabile all'acqua anche in presenza di sollecitazioni meccaniche.
In particolare, nel cavo elettrico descritto da EP 1 798737 la combinazione di nastro di rame e nastro di fibre di vetro non garantisce una sufficiente protezione dalle sollecitazioni meccaniche anche eccezionalmente intense alle quali un cavo elettrico può trovarsi sottoposto durante le operazioni di soccorso a seguito di un incendio. Inoltre, lo strato isolante elastomerico in presenza di fiamma rammollisce per effetto dell'aumento della temperatura, o addirittura brucia. Il materiale rammollito o le ceneri prodotte dalla combustione sono collassabili e non in grado di sostenere gli strati più esterni del cavo, che subiscono un collasso strutturale. Essi quindi non sono più in grado di garantire l'impermeabilità all'acqua ed un'adeguata protezione da sollecitazioni meccaniche.
Anche nel cavo descritto da US 5,707,774 gli strati in gomma siliconica che racchiudono i conduttori rammolliscono aH'aumentare della temperatura e sono combustibili. In presenza di fiamma essi darebbero quindi luogo agli stessi inconvenienti di cui sopra. D'altro canto, gli strati esterni di questo cavo (strato in gomma siliconica e guaina esterna in fibra di vetro intrecciata) non garantisco né impermeabilità all'acqua, né adeguata protezione dalle sollecitazioni meccaniche in caso di fiamma.
Quanto al cavo descritto da FR 2 573 910, la guaina esterna di resina polimerica eventualmente caricata con particelle di composto inorganico refrattario ceramizza in presenza di fiamma dando luogo ad un residuo sì resistente al fuoco, ma non in grado di fornire adeguata protezione dalle sollecitazioni meccaniche dirette a seguito delle quali può divenire permeabile all'acqua.
Anche nel cavo descritto da GB 1582580 lo strato di elastomero termoplastico rammollisce all'alimentare della temperatura ed à ̈ combustibile. In presenza di fiamma esso darebbe quindi luogo agli stessi inconvenienti di cui sopra. D'altro canto, gli strati esterni di questo cavo (strato in fibra di vetro, armatura metallica intrecciata e guaina esterna in materiale polietileni o polipropilenico) non garantiscono impermeabilità all'acqua in presenza di fiamma.
Quanto al cavo elettrico descritto da US 2002/0046871, il suo strato esterno in materiale plastico (ad esempio polietilene, con additivi ritardanti di fiamma) non à ̈ in grado di conferire al cavo impermeabilità all'acqua in presenza di fiamma.
Alla luce di quanto sopra, la presente invenzione affronta il problema di fornire un cavo elettrico (in particolare, ma non esclusivamente, un cavo a bassa tensione) che sia resistente al fuoco, che sia impermeabile all'acqua e che sia in grado di sostenere sollecitazioni meccaniche intense.
In particolare, la presente invenzione affronta il problema di fornire un cavo elettrico (in particolare, ma non esclusivamente, un cavo a bassa tensione) che sia in grado di funzionare con prestazioni elettriche accettabili quando esposto ad una temperatura anche superiore a 1000°C, in presenza simultanea di acqua e sollecitazioni meccaniche, per un periodo di almeno 3 ore.
In vista di quanto sopra, la Richiedente ha realizzato un cavo elettrico comprendente materiale isolante inorganico stratificato in maniera discontinua a diretto contatto con il materiale conduttivo ed una barriera più esterna in materiale composito polimero-metallo. Il cavo à ̈ conformato in modo da comprendere, in posizione intermedia tra il materiale conduttivo e la barriera, esclusivamente strati discontinui e/o strati in materiali termicamente non collassabili. Preferibilmente, all'interno della barriera non à ̈ previsto alcuno strato continuo in materiale termoplastico o elastomerico non ceramizzante. Pertanto, la presente invenzione si riferisce ad un cavo elettrico comprendente:
almeno un conduttore;
una barriera disposta esternamente a detto almeno un conduttore, detta barriera comprendendo due primi strati comprendenti un materiale inorganico ed un secondo strato comprendente un materiale composito polimero-metallo, detto secondo strato essendo interposto tra detti due primi strati,
in cui detto cavo elettrico comprende, in posizione intermedia tra detto almeno un conduttore e detta barriera, esclusivamente strati discontinui e/o strati in materiali termicamente non collassabìli.
Nella presente descrizione e rivendicazioni, per “conduttore" si intende un elemento in materiale elettricamente conduttivo, quale alluminio o rame, in forma di barra piena o di insieme di fili riuniti.
Nella presente descrizione e rivendicazioni, l’espressione "cavo a bassa tensione" indica un cavo elettrico progettato per funzionare ad una tensione massima di 1 kV in corrente alternata.
Nella presente descrizione e rivendicazioni, l’espressione "strato discontinuo" indica uno strato il cui materiale à ̈ distribuito in modo da presentare interruzioni nella direzione assiale e/o nella direzione circonferenziale del cavo. Il materiale di tale strato discontinuo può essere, ad esempio, in forma di fili intrecciati, nastro avvolto o filamento avvolto.
Nella presente descrizione e rivendicazioni, l’espressione "strato continuo" indica uno strato in cui il materiale à ̈ distribuito sostanzialmente omogeneamente attorno allo strato sottostante, Tipicamente, uno strato continuo termoplastico o elasstomerico viene ottenuto per estrusione.
Nella presente descrizione e rivendicazioni, l’espressione "polimero ceramizzante†indica una composizione comprendente una matrice polimerica caricata con un materiale refrattario (ceramizzante) in grado di formare, ad una data temperatura, una struttura ceramica coerente (autosupportante). Detta composizione può inoltre comprendere additivi quali stabilizzanti e riempitivi anti-fiamma.
Inoltre, l’espressione “termicamente non collassabile" indica un materiale che, all'aumentare della temperatura, non presenta apprezzabili diminuzioni della sua consistenza e/o del suo volume rispetto alla consistenza ed al volume a temperatura ambiente,
Va osservato che il limite massimo di temperatura alla quale si richiede stabilità termica per i materiali del presente cavo tipicamente non va sostanzialmente a! di sopra dì circa 1100°C, temperatura alla quale si ha la fusione del conduttore in rame.
Secondo forme di realizzazione particolarmente vantaggiose della presente invenzione, ciascun conduttore del cavo ha un rivestimento isolante comprendente almeno uno strato discontinuo in materiale inorganico ed uno strato in polimero ceramizzante. Ancor più preferibilmente, il rivestimento isolante comprende almeno due strati discontinui in materiale inorganico. Nel caso in cui il rivenstimento isolante comprenda due strati discontinui in materiale inorganico ed uno strato in polimero ceramizzante, entrambi gli strati discontinui sono previsti in posizione radialmente interna rispetto allo strato in polimero ceramizzante.
Vantaggiosamente, lo strato discontinuo à ̈ in forma di un nastro avvolto con un sormonto uguale a o maggiore del 20%, o, meglio, maggiore del 30%.
Nel caso in cui siano presenti due o più strati discontinui in forma di nastri, essi sono preferibilmente avvolti con sensi di avvolgimento opposti. La presenza di due strati con sensi di avvolgimento opposti nel rivestimento isolante di ciascun conduttore aumenta vantaggiosamente la resistenza al fuoco fiamma del cavo elettrico e contemporanemente conferisce maggior sicurezza e robustezza all'insieme, ad esempio quando il cavo à ̈ sottoposto agli stress meccanici dovuti all'installazione.
Preferibilmente, il materiale inorganico dello strato discontinuo à ̈ fibra di vetro e/o mica, vantaggiosamente fibra di vetro e mica.
Un nastro di fibra di vetro e mica preferibilmente comprende un nastro in tessuto di fibra di vetro ed un nastro di mica incollati tra loro da un adesivo, ad esempio un adesivo siliconico.
Vantaggiosamente, lo strato in polimero ceramizzante à ̈ costituito da un polimero caricato con additivi refrattari quali ossidi di titanio, zirconio, magnesio, silicio, alluminio e/o calcio, silicati di magnesio, di alluminio e/o calcio. Preferibilmente, il polimero à ̈ scelto tra gomma siliconica, gomma etilenico-propilenica, etilene vinil acetato, etilene propilene diene monomero.
Il materiale inorganico di ciascuno primo strato della barriera preferibilmente comprende fibra di vetro e/o mica, più preferibilmente fibra di vetro e mica.
Ciascuno primo strato preferibilmente comprende un rispettivo nastro avvolto attorno a tutti i conduttori con un sormonto uguale a o maggiore del 20%.
I nastri dei due primi strati sono preferibilmente avvolti in sensi di avvolgimento opposti,
II secondo strato in materiale composito polimero-metallo preferibilmente comprende un nastro in poliestere avente una faccia metallizzata, vantaggiosamente in rame o alluminio.
Preferibilmente il poliestere del secondo strato della barriera à ̈ polietilentereftalato,
Vantaggiosamente, il nastro del secondo strato à ̈ avvolto sul primo strato radialmente interno con un sormonto uguale a o maggiore del 20%.
Tra il rivestimento isolante dei conduttori e la barriera, possono essere previsti uno o più strati discontinui, ad esempio uno schermo formato da un nastro in materiale composito polimero-metallo.
Nel caso in cui questo cavo elettrico sia sottoposto al fuoco, lo strato discontinuo in materiale inorganico e lo strato di polimero ceramizzante del rivestimento isolante presentano un comportamento stabile, ossia non rammoliscono e non collassano. In particolare, la polimero ceramizzante forma uno strato di ceneri compatte, aumentando leggermente il proprio volume. L'eventuale schermo posto in posizione ad essa radialmente esterna, grazie alla sua struttura discontinua, non ostacola la leggera espansione della polimero ceramizzante ed inoltre non ostacola l'eventuale propagazione di fumi lungo il cavo, un fatto che contribuisce a mantenere l’integrità del cavo nel suo complesso. La stabilità strutturale dell'intero cavo à ̈ quindi vantaggiosamente preservata anche in presenza di fuoco. In particolare à ̈ convenientemente preservata l'integrità della barriera che, grazie alla sua composizione a tre strati ed alla natura di questi strati, conferisce al cavo un'elevata impermeabilità all'acqua ed alle sollecitazioni meccaniche, anche in presenza di fuoco.
La presente invenzione verrà più illustrata in maggiore dettaglio grazie ai disegni acclusi, forniti a titolo esemplificativo e non limitativo, in cui:
- le Figure 1a e 1b sono rispettivamente una vista in prospettiva ed una vista in sezione di un cavo elettrico a bassa tensione secondo una prima forma di realizzazione della presente invenzione; e
- le Figure 2a e 2b sono rispettivamente una vista in prospettiva ed una vista in sezione di un cavo elettrico a bassa tensione secondo una seconda forma di realizzazione della presente invenzione.
Le Figure 1a e 1b mostrano un cavo elettrico 1 a bassa tensione secondo una prima forma di realizzazione della presente invenzione.
Il cavo elettrico 1 preferibilmente comprende uno o più conduttori, ad esempio tre conduttori 10. Ciascun conduttore 10 comprende una pluralità di fili metallici 11, in rame o in rame ricotto stagnato. Il conduttore 10 può essere, ad esempio, un conduttore di classe 2 o classe 5 definite dalla normativa IEC 602283a edizione 2004-11.
Attorno a ciascun conduttore 10 à ̈ previsto un rivestimento isolante formato da uno o più strati in materiali termicamente non collassabili fino ad una temperatura, ad esempio, di 1050°C.
Nel caso del cavo 1 di Figura 1 a, il rivestimento isolante di ciascun conduttore 10 comprende due strati discontinui 12a, 12b in materiale isolante inorganico, ad esempio fibra di vetro e/o mica. Gli strati discontìnui 12a, 12 b sono, preferibilmente, ciascuno in forma di un nastro avvolto sul conduttore 10. Vantaggiosamente, ciascuno di questi nastri à ̈ avvolto con un sormonto uguale a o maggiore del 30%. Un nastro di fibra di vetro e mica preferibilmente comprende un nastro in tessuto di fibra di vetro ed un nastro di mica incollati tra loro da un adesivo siliconico. I nastri in fibra di vetro e mica che formano gli strati discontinui 12a, 12b sono convenientemente avvolti con sensi di avvolgimento opposti.
Il rivestimento isolante del conduttore 10 comprende anche uno strato continuo 13 in polimero ceramizzante disposto in posizione radiamente esterna agli strati discontinui 12a, 12b. Ad esempio, lo strato 13 à ̈ costituito da un polimero caricato con additivi ceramizzanti (anche detti refrattari) quali ossidi di titanio, zirconio, magnesio, silicio, alluminio e/o calcio, silicati di magnesio, di alluminio e/o calcio. In particolare, lo strato 13 comprende una gomma siliconica ceramizzante. In alternativa alla gomma siliconica, à ̈ possibile prevedere, come base polimerica, gomma etilenico-propilenica EPR ("ethylene propylene rubber" in inglese), etilene vinil acetato (ÈVA), etilene propilene diene monomero (EPDM), Lo strato 13 à ̈ preferibilmente estruso sugli strati discontinui 12a, 12b.
Opzionalmente, come da Figura 1b, il rivestimento isolante del conduttore 10 può comprendere un ulteriore strato discontinuo 12c posto esternamente allo strato continuo 13, L'ulteriore strato discontinuo 12c à ̈ sostanzialmente analogo (come composizione e spessore) agli strati 12a, 12b.
Le larghezze degli strati discontinui 12a, 12b, 12c, il cui spessore à ̈ preferibilente compreso tra 0,08 e 0,20 mm, dipendono dal diametro sottostante il nastro (quello del conduttore 10, nel caso degli strati 12a, 12b; quello del conduttore 10 e degli strati 12a, 12b e 13, nei caso dello strato 12c) e dal sormonto e sono preferibilente comprese fra 6 e 60 mm. Lo spessore dello strato in polimero ceramizzante 13 dipende dalla sezione del conduttore 10 secondo quanto definito dalla normativa IEC 60092-353 3a edizione (2008-2), Tabella 1. Ad esempio, se la sezione del conduttore 10 ha area compresa tra 1,5 mm<2>e 16 mm<2>, lo spessore complessivo dello strato 13 à ̈ preferibilmente uguale a circa 1,0 mm.
I conduttori 10 sono preferibilmente cordati tra loro con un conveniente passo di riunione lungo la direzione assiale o longitudinale del cavo 1 ,
II cavo elettrico 1 comprende una barriera 14 che racchiude i conduttori 10 ed il loro rivestimente isolante.
Nell'esempio di Figura 1a, 1b, la barriera 14 comprende due primi strati in materiale inorganico 14a, 14c ed un secondo strato in materiale composito polimero-metallo 14b interposto tra i due primi strati 14a, 14c.
Ciascuno primo strato 14a, 14c preferibilmente comprende fibra di vetro e/o mica. In particolare, ciascuno primo strato 14a, 14c preferibilmente comprende un rispettivo nastro in fibra di vetro e/o mica, avvolto attorno ai conduttori 10 con un sormonto uguale a o maggiore del 20%. Il nastro di fibra di vetro e mica preferibilmente comprende un nastro in tessuto di fibra di vetro ed un nastro di mica incollati tra loro da un adesivo siliconico. I due nastri in fibra di vetro e mica che formano i due strati 14a, 14c sono preferibilmente avvolti in sensi di avvolgimento opposti. La larghezza di detti nastri dipende dal diametro dell’elemento sottostante e dal sormonto ed à ̈ preferibilmente compresa tra 20 mm e 80 mm, lo spessore à ̈ preferibilmente compreso tra 0,08 mm e 0,20 mm.
Il secondo strato in materiale composito polimero-metallo 14b preferibilmente comprende un nastro in poliestere (preferibilmente, polietilentereftalato o PET) avente una faccia metallizzata con rame (nastro Cu/PET) o alluminio (nastro AI/PET). Preferibilmente detto nastro nastro in materiale composito ha uno spessore complessivo compreso tra 0,036 e 0,060 mm. Il nastro Cu/PET o AI/PET Ã ̈ preferibilmente avvolto sullo strato 14a con un sormonto uguale a o maggiore del 20%.
Gli interstizi esterni ai conduttori 10 ed ai loro strati isolanti e racchiusi dalla barriera 14 possono essere lasciati vuoti oppure, come mostrato nelle Figure 1a e 1 b, possono essere riempiti almeno parzialmente con elementi di riempimento 15. Gli elementi di riempimento 15 preferibilmente comprendono un materiale polimerico senza alogeni a bassa emissione di fumi (in inglese "Low Smoke Halogen Free" o, in breve, LSFIF).
Facoltativamente, i conduttori, i loro strati isolanti e, nel caso, gli elementi di riempimento possono essere collettivamente avvolti da uno uno strato discontinuo in poliestere, ad esempio un nastro in polietilentereftalato (PET), o composito polimero-metallo, ad esempio un nastro in poliestere (preferibilmente PET) avente una faccia metallizzata con rame (nastro Cu/PET) o alluminio (nastro AI/PET). Nel caso di uno strato discontinuo composito polimero-metallo, esso può avere funzione di schermo.
Esternamente alla barriera 14, il cavo 1 comprende un'armatura metallica 16. L’armatura metallica 16 preferibilmente comprende una pluralità di fili metallici (in particolare, in rame o rame stagnato) intrecciati. L'armatura metallica 16 à ̈ preferibilmente conforme alla normativa IEC 60092-350, 3a edizione 2008-02 § 4.8.
Opzionalmente, il cavo elettrico 1 può comprendere un separatore 17 posto esternamente all'armatura metallica 16. Il separatore 17 preferibilmente comprende uno o più nastri in materiale sintetico preferibilmente poliestere (PET), avvolti sull’armatura 16.
Il cavo elettrico 1 comprende infine una guaina esterna 18. La guaina esterna 18 preferibilmente comprende un materiale termoplastico, più preferibilmente un materiale termoplastico o reticolato, ad esempio ÈVA, senza alogeni (ad esempio, un materiale termoplastico di tipo SHF1 oppure SHF2, eventualmente di tipo "mud resistant"). Lo spessore della guaina esterna à ̈ convenientemente conforme a quanto definito dalla normativa IEC 60092-353 3a edizione 2011-08 § 5.9.
Vantaggiosamente, il cavo elettrico 1 non comprende alcuno strato continuo combustibile collassabile ad una temperatura di 1000°C-1050°C internamente alla barriera 14. I materiali degli strati compresi tra i conduttori 10 e la barriera 14 (ossia fibra di vetro e/o mica per gli strati 12a, 12b, 12c e polimero ceramizzante per lo strato 13) sono infatti termicamente stabili e non collassabili quando sottoposti a temperature del ordine dei di 1000°C-1100°C anche per periodi tempo superiori alle 3 ore, fino anche a 6 ore.
Nel caso in cui il cavo elettrico 1 sia sottoposto a fuoco, gli strati 12a, 12b, 12c e 13 presentano un comportamento stabile, ossia non rammoliscono e non bruciano. In particolare, il polimero ceramizzante dello strato 13 ceramizza, aumenta leggermente il proprio volume. La stabilità strutturale dell'intero cavo elettrico 1 à ̈ quindi vantaggiosamente preservata in caso di incendio. In particolare, à ̈ vantaggiosamente preservata l'integrità della barriera 14 la quale, grazie alla sua composizione a tre strati 14a, 14b, 14c, conferisce al cavo elettrico 1 un'elevata impermeabilità all'acqua e resistenza alle sollecitazioni meccaniche, anche in presenza di elevate temperature dovute ad incendio.
Le Figure 2a e 2b mostrano un cavo elettrico 1’ a bassa tensione secondo una seconda forma di realizzazione della presente invenzione.
Il cavo elettrico 1' preferibilmente comprende una o più coppie di conduttori, ad esempio due coppie di conduttori 10'.
Ciascun conduttore 10’ preferibilmente comprende una pluralità 11' di fili metallici in rame o in rame ricotto stagnato. Il conduttore 10' può essere ad esempio un conduttore di classe 2 o classe 5 definite dalla normativa IEC 60228 3a edizione 2004-11.
Ciascun conduttore 10' à ̈ avvolto da un rivestimento isolante formato da uno o più materiali termicamente non collassabili fino ad una temperatura di, ad esempio, 1050°C.
Il rivestimento isolante di ciascun conduttore 10' à ̈ sostanzialmente analogo, per strati e materiali, al rivestimento isolante dei conduttori 10 del cavo elettrico 1 mostrato nelle Figure 1a e 1b, ossia comprende due strati discontinui 12’a, 12’b in materiale isolante inorganico, uno strato in una polimero ceramizzante 13' ed, opzionalmente, un ulteriore strato in fibra di vetro e mica 12c' posto esternamente allo strato in polimero ceramizzante 13’.
Le larghezze degli strati discontinui 12’a, 12’b, 12'c, il cui spessore à ̈ preferibilente compreso tra 0,08 e 0,20 mm, dipendono dal diametro sottostante il nastro (quello del conduttore 10’, nel caso degli strati 12'a, 12’b; quello del conduttore 10’ e degli strati 12’a, 12’b e 13', nel caso delio strato 12’c) e dal sormonto e sono preferibilente comprese fra 6 e 60 mm. Lo spessore dello strato in polimero ceramizzante 13 dipende dalla sezione del conduttore 10' secondo quanto definito dalla normativa IEC 60092-376 2a edizione 2003-05 tabella 2. Ad esempio, se la sezione del conduttore 11' ha area di 0,75 mm<2>oppure 1,0 mm<2>, lo spessore complessivo del suo rivestimento isolante (ossia dello strato 13') à ̈ preferibilmente uguale a circa 0,6 mm.
I conduttori 10' sono preferibilmente intrecciati a due a due, in modo da formare due coppie di conduttori. Le coppie sono poi a loro volta intrecciate tra loro. Secondo forme di realizzazione non mostrate nei disegni, il cavo può comprendere un numero di conduttori intrecciati tre a tre.
Secondo forme di realizzazione della presente invenzione, il cavo elettrico 1' comprende anche una barriera 14' posta esternamente alle coppie di conduttori 10'.
La barriera 14' à ̈ sostanzialmente analoga, per strati e materiali, alla barriera 14 del cavo elettrico 1 mostrato nelle Figure 1a e 1b, ossia comprende due strati di materiale inorganico 14a', 14c’ (preferibilmente, nastro in fibra di vetro e mica) ed uno strato in materiale composito polimerometallo 14b' (preferibilmente, nastro Cu/PET o nastro AI/PET) interposto tra i due strati di materiale inorganico 14a', 14c'.
Esternamente alla barriera 14', il cavo 1' preferibilmente comprende un'armatura metallica 16', un separatore 17’ opzionale ed una guaina esterna 18’, sostanzialmente simili all armatura metallica 16, al separatore 17 ed alla guaina esterna 18 del cavo elettrico 1 mostrato nelle Figure 1a e 1b.
Vantaggiosamente, anche il cavo elettrico 1' non comprende alcuno strato continuo combustibile collassabile ad una temperatura di 1000°C-1050°C internamente alla barriera 14’. I materiali degli strati compresi tra i conduttori 10’ e la barriera 14’ (ossia fibra di vetro e/o mica per gli strati 12'a, 12’b, 12’c e polimero ceramizzante per lo strato 13’) sono infatti termicamente stabili e non colìassabili quando sottoposti a temperature dell’ordine dei di 1000°C-1100°C anche per periodi tempo superiori alle 3 ore, fino anche a 6 ore. Analogamente al cavo 1 mostrato nelle Figure 1a e 1 b, anche il cavo 1' secondo la seconda forma di realizzazione della presente invenzione preserva quindi la propria stabilità strutturale e la propria impermeabilità all'acqua anche in presenza di fuoco.
Nel seguito, sono descritti i risultati di test di resistenza al fuoco in presenza di acqua e di sollecitazioni meccaniche, ai quali sono stati sottoposti alcuni cavi elettrici secondo forme di realizzazione della presente invenzione ed alcuni cavi comparativi.
Il set-up utilizzato per i test di resistenza al fuoco à ̈ sostanzialmente quello previsto dalla normativa IEC60331-1 o 2 ed. 1 2009-05. Tuttavia, diversamente da quanto previsto da questa normativa, i cavi elettrici sono stati esposti ad una temperatura superiore a 1000°C (fino a 1050°C) per un periodo compreso tra 180 minuti (3 ore) e 360 minuti (6 ore).
Durante il test di resistenza al fuoco, i cavi sono stati inoltre sottoposti ad una nebulizzazione di acqua (che simula il funzionamento degli sprinkler antincendio) e ad urti meccanici, secondo quanto previsto dalla normativa EN 50200:2006 Annex E. I cavi elettrici con diametro esterno maggiore di 20 mm sono stati sottoposti anche ad un getto di acqua (che simula sostanzialmente il getto di un idrante), conformemente a quanto previsto dalla normativa BS8491:2008, par. 5.5 e 5.6. Il set-up di test in questo modo ha riprodotto le condizioni estreme in cui i cavi elettrici possono trovarsi ad operare in caso di incendio.
Nel seguito, sono riportati i risultati dei test effettuati sui cavi comparativi e sui cavi secondo forme di realizzazione della presente invenzione.
Cavo comparativo A
La struttura del cavo comparativo A Ã ̈ la seguente:
- 10 coppie di conduttori con area di sezione di 1 mm<2>;
- rivestimento isolante di ciascun conduttore comprendente strato in fibre di vetro e mica, strato in gomma siliconica ceramizzante ed ulteriore strato in fibra di vetro e mica;
- schermo AI/PET su ciascuna coppia di conduttori isolati;
- guaina interna in EPR;
- barriera comprendente strato in fibra di vetro e mica, strato Cu/PET e strato in fibra di vetro e mica;
- armatura;
- guaina esterna in ÈVA.
Il cavo comparativo A Ã ̈ stato sottoposto per un periodo di 180 minuti ad una temperatura di 1000°C e ad una tensione di 150/250 V, in presenza di una nebulizzazione di acqua della portata di 0,8 l/min e di un getto di acqua della portata di 12 l/min.
Il cavo comparativo A non ha superato il test. In particolare, dopo alcuni minuti di esposizione alla temperatura di 1000°C, la guaina in EPR à ̈ bruciata, producendo un collasso strutturale della barriera. L'acqua à ̈ così penetrata nel cavo, causando un corto circuito dei conduttori.
Cavo comparativo B
La struttura del cavo comparativo B Ã ̈ la seguente:
- 10 coppie di conduttori con area di sezione di 1 mm<2>;
- rivestimento isolante di ciascun conduttore comprendente strato in fibre di vetro e mica e strato in gomma siliconica ceramizzante;
- schermo AI/PET su ciascuna coppia di conduttori isolati;
- guaina interna in EPR;
- barriera comprendente strato in fibra di vetro e mica, strato Cu/PET e strato in fibra di vetro e mica;
- armatura;
- guaina esterna in ÈVA.
il cavo comparativo B Ã ̈ stato sottoposto per un periodo di 180 minuti ad una temperatura di 1000°C e ad una tensione di 150/250 V, in presenza di una nebulizzazione di acqua della portata di 0,8 l/min ed di un getto di acqua della portata di 12 l/min.
Il cavo comparativo B non ha superato il test. In particolare, dopo alcuni minuti di esposizione alla temperatura di 1000°C, la guaina in EPR à ̈ bruciata, producendo un collasso strutturale della barriera. L'acqua à ̈ così penetrata nel cavo, causando un corto circuito dei conduttori.
Cavo comparativo C
La struttura del cavo comparativo C Ã ̈ la seguente:
- 19 conduttori con area di sezione di 1,5 mm<2>;
- rivestimento isolante di ciascun conduttore comprendente strato in fibre di vetro e mica e strato in gomma siliconica ceramizzante;
- schermo in AI/PET su ciascun conduttore isolato;
- guaina interna in EPR;
- barriera comprendente strato in fibra di vetro e mica, strato in Cu/PET e strato in fibra di vetro e mica;
- armatura;
- guaina esterna in ÈVA.
Il cavo comparativo C Ã ̈ stato sottoposto per un periodo di 180 minuti ad una temperatura di 1000°C e ad una tensione di 0,6/1 kV, in presenza di una nebulizzazione di acqua della portata di 0,8 l/min ed di un getto di acqua della portata di 12 l/min.
Il cavo comparativo C non ha superato il test. In particolare, dopo alcuni minuti dì esposizione alla temperatura di 1000°C, la guaina in EPR à ̈ bruciata, producendo un collasso strutturale della barriera. L'acqua à ̈ così penetrata nei cavo, causando un corto circuito dei conduttori.
Cavo D
La struttura del cavo secondo l'invenzione à ̈ la seguente:
- 10 coppie di conduttori con area di sezione di 1 mm<2>;
- rivestimento isolante di ciascun conduttore comprendente strato in fibre di vetro e mica, strato in gomma siliconica ceramizzante;
- schermo AI/PET su ciascuna coppia di conduttori isolati;
- barriera comprendente strato in fibra di vetro e mica, strato Cu/PET e strato in fibra di vetro e mica;
- nastro separatore in poliestere;
- armatura;
- guaina esterna in EVA a basse emissioni di fumi.
Il cavo à ̈ stato sottoposto per un periodo di 360 minuti ad una temperatura di 1050°C e ad una tensione di 150/250 V, in presenza di shock meccanico, di una nebulizzazione di acqua della portata di 0,8 l/min e di un getto di acqua della portata di 12 l/min.
Il cavo ha superato il test.
Cavo E
La struttura del cavo 2 secondo l’invenzione à ̈ la seguente:
- 19 conduttori con area di sezione di 1,5 mm<2>;
- rivestimento isolante di ciascun conduttore comprendente strato in fibre di vetro e mica e strato in gomma siliconica ceramizzante;
- barriera comprendente strato in fibra di vetro e mica, strato in Cu/PET e strato in fibra di vetro e mica;
- guaina interna in EPR;
- armatura;
- guaina esterna in ÈVA a basse emissioni di fumi.
Il cavo à ̈ stato sottoposto per un periodo di 360 minuti ad una temperatura di 1050°C e ad una tensione di 0,6/1 kV, in presenza di di shock meccanico, di una nebulizzazione di acqua della portata di 0,8 l/min e di un getto di acqua della portata di 12 l/min.
Il cavo ha superato il test.
I risultati dei test sopra riportati evidenziano quindi che solo i cavi elettrici nei quali la barriera a tre strati à ̈ combinata con l'assenza di qualsiasi strato continuo in materiale combustibile collassabile disposto internamente ad essa mostrano una elevata resistenza al fuoco e, nel contempo, una elevata impermeabilità all'acqua ed alle sollecitazioni meccaniche.
Nei cavi comparativi, infatti, nonostante la presenza della barriera che garantisce impermeabilità all'acqua ed alle sollecitazioni meccaniche in assenza di fuoco, la combustione della guaina interna in EPR in presenza di fuoco ha provocato un collasso della barriera, che ne ha compromesso la funzionalità. Nei cavi secondo forme di realizzazione della presente invenzione, invece, l'assenza di strati continui in materiale collassabile ha permesso di preservare l'integrità strutturale (e quindi anche la funzionalità) della barriera, anche in presenza di fuoco e di urti meccanici.

Claims (15)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Cavo elettrico (1) comprendente: almeno un conduttore (10); una barriera (14) disposta esternamente a detto almeno un conduttore (10), detta barriera (14) comprendendo due primi strati (14a, 14c) comprendenti un materiale inorganico ed un secondo strato (14b) comprendente un materiale composito polimero-metallo, detto secondo strato (14b) essendo interposto tra detti due primi strati (14a,14c), in cui detto cavo elettrico (1) comprende, in posizione intermedia tra detto almeno un conduttore (10) e detta barriera (14), esclusivamente strati discontinui e/o strati in materiali termicamente non collassabili.
  2. 2. Cavo elettrico (1) secondo la rivendicazione 1 in cui l'almeno un conduttore (10) del cavo elettrico (1) ha un rivestimento isolante comprendente almeno uno strato discontinuo (12a, 12b) in materiale inorganico ed uno strato in polimero ceramizzante (13).
  3. 3. Cavo elettrico (1) secondo la rivendicazione 2 in cui il rivestimento isolante comprende almeno due strati discontinui (12a, 12b) in materiale inorganico.
  4. 4. Cavo elettrico (1) secondo la rivendicazione 3 in cui detti almeno due strati discontinui (12a, 12b) sono previsti in posizione radialmente interna rispetto allo strato in polimero ceramizzante (13).
  5. 5. Cavo elettrico (1) secondo la rivendicazione 2 in cui l’almeno uno strato discontinuo (12a, 12b) à ̈ in forma di un nastro avvolto con un sormonto uguale a o maggiore del 20%.
  6. 6. Cavo elettrico (1) secondo la rivendicazione 4 in cui gli almeno due strati discontinui (12a, 12b) sono nastri avvolti con sensi di avvolgimento opposti.
  7. 7. Cavo elettrico (1) secondo la rivendicazione 2 in cui il materiale inorganico dell almeno uno strato discontinuo (12a, 12b) Ã ̈ fibra di vetro e/o mica.
  8. 8. Cavo elettrico (1) secondo la rivendicazione 2 in cui lo strato in polimero ceramizzante (13) Ã ̈ costituito da un polimero caricato con additivi refrattari.
  9. 9. Cavo elettrico (1) secondo la rivendicazione 2 in cui lo strato in polimero ceramizzante (13) comprende gomma siliconica.
  10. 10. Cavo elettrico (1) secondo la rivendicazione 1 in cui il materiale inorganico di ciascun primo strato (14a, 14c) della barriera (14) comprende fibra di vetro e mica.
  11. 11. Cavo elettrico (1) secondo la rivendicazione 1 in cui i primi strati (14a, 14c) comprendono rispettivamente un nastro avvolto attorno a tutti i conduttori (10) con un sormonto uguale a o maggiore del 20%.
  12. 12. Cavo elettrico (1) secondo la rivendicazione 1 in cui il secondo strato (14b) comprende un nastro in poliestere avente una faccia metallizzata.
  13. 13. Cavo elettrico (1) secondo la rivendicazione 12 in cui la faccia metallizzata à ̈ in rame o alluminio 14. Cavo elettrico (1) secondo la rivendicazione 12 in cui il poliestere del secondo strato (14b) della barriera (
  14. 14) Ã ̈ polietilentereftalato.
  15. 15. Cavo elettrico (1) secondo la rivendicazione 1 in cui il secondo strato (14b) Ã ̈ un nastro avvolto sul primo strato radialmente interno (14a) con un sormonto uguale a o maggiore del 20%.
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