ES2576640T3

ES2576640T3 - Cable eléctrico resistente a la propagación de un arco eléctrico

Info

Publication number: ES2576640T3
Application number: ES08161480.2T
Authority: ES
Inventors: Jean-Pierre Ferlier; Pascal Clouet; Rui Manuel Da Silva
Original assignee: Nexans SA
Current assignee: Nexans SA
Priority date: 2007-09-21
Filing date: 2008-07-30
Publication date: 2016-07-08
Anticipated expiration: 2028-07-30
Also published as: RU2008131702A; US7750246B2; EP2040267A1; FR2921511A1; FR2921511B1; BRPI0803759A2; RU2467421C2; CN101393780A; CN101393780B; US20090090552A1; EP2040267B1

Abstract

Cable eléctrico que comprende: - un conductor eléctrico rodeado por una primera capa que comprende al menos un enrollamiento de una cinta de mica, estando la indicada cinta de mica compuesta por partículas de mica depositadas por mediación de un aglutinante polimérico sobre un soporte, - una segunda capa que comprende al menos un enrollamiento de una cinta de poliimida, y - una tercera capa que comprende al menos un enrollamiento de una cinta de politetrafluoretileno (PTFE), siendo la primera capa tratada térmicamente a una temperatura de al menos 400ºC, y la relación R de la masa linéica de PTFE sobre la suma de las masas linéicas del aglutinante polimérico y de la poliimida es tal que: - R es superior o igual a 2 cuando la sección del conductor eléctrico es como máximo igual a 0,2 mm2, de preferencia comprendida entre 0,1 y 0,2 mm2, - R es superior o igual a 4 cuando la sección del conductor eléctrico es estrictamente superior a 0,2 mm2 y estrictamente inferior a 0,6 mm2, - R es superior o igual a 6 cuando la sección del conductor eléctrico es igual a 0,6 mm2, - R es superior o igual a 12 cuando la sección del conductor eléctrico es estrictamente superior a 0,6 mm2, de preferencia como máximo 3 mm2, calculándose la relación R a partir de las masas iniciales respectivas: - de PTFE procedente de la o de las cintas de PTFE (tercera capa), - de aglutinante polimérico procedente de la o de las cintas de mica (primera capa), y - de poliimida procedente de la o de las cintas de poliimida (segunda capa), estando las masas de PTFE, de aglutinante polimérico y de poliimida definidas como sigue: - la masa de PTFE >= (superficies ocupadas por la(s) cinta(s) de PTFE no sinterizadas) x (densidad del PTFE), - la masa de aglutinante polimérico >= (masa de la o de las cinta(s) de mica) x (contenido en aglutinante polimérico (%) de la o de las cintas de mica), con masa de la o de las cinta(s) de mica >= (superficies ocupadas por la(s) cinta(s) de mica) x (densidad de la mica), y - la masa de poliimida >= (superficie ocupada por la cinta de poliimida) x (densidad de la poliimida) x (contenido en poliimida (%) de la cinta de poliimida).

Description

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DESCRIPCION

Cable electrico resistente a la propagacion de un arco electrico

La presente invencion se refiere a un cable electrico, y se aplica tipicamente pero no exclusivamente a los cables electricos utilizados en aeronautica, por ejemplo a bordo de los aviones.

Este tipo de cable electrico debe cumplir con numerosos criterios necesarios para su utilizacion en la aeronautica, particularmente cuando se le ubica en las condiciones de un incendio.

Por ejemplo, un criterio de seguridad es permitir al cable electrico continuar funcionando a temperaturas elevadas del orden de los 1100oC durante un periodo de tiempo mmimo, generalmente del orden de 5 a 15 minutos, sin fusion de su conductor electrico, ni propagacion del incendio, asf como resistir a vibraciones y a proyecciones de agua o de fluidos extintores, asegurando la continuidad de suministro electrico de los circuitos y conservando una resistencia de aislamiento minima a la llama, generalmente del orden de los 10.000 ohms.

Otros criterios pueden igualmente ser tenidos en cuenta como el peso y el diametro de dicho cable que no deben ser excesivos, la temperatura maxima de utilizacion en servicio permanente, que debe ser la mas elevada posible, en general del orden de los 260oC durante al menos 20.000 horas, y marcabilidad de dicho cable con el fin de permitir su identificacion.

Un criterio mas reciente requiere un buen funcionamiento del cable electrico de seguridad cuando se monta con otros cables electricos para constituir un conjunto de cables.

El documento FR 2.573.910 describe un cable electrico para la aeronautica que comprende un conductor electrico rodeado por una primera capa constituida por dos enrollamientos de una cinta de mica.

Esta primera capa se recubre con una segunda capa de polfmero termoestable que puede estar constituida por ejemplo bien sea por una cinta de politetrafluoretileno (PTFE), o por una resina poliimida.

Finalmente, esta segunda capa esta recubierta con una capa intermediaria de fibras de vidrio, asf como con una capa exterior de la misma naturaleza que la segunda capa.

No obstante, incluso si este cable electrico de la tecnica anterior cumple con los criterios de seguridad enunciados mas arriba, no cumple correctamente con otro criterio de seguridad que es el de la resistencia a la propagacion de arco electrico segun las normas NF EN 3475-604 (metodo de evaluacion de la resistencia a la propagacion del arco electrico en seco) y EN 2346-005 (norma que define los rendimientos mmimos de una cable electrico aeronautico resistente al fuego y a la propagacion del arco electrico).

Este criterio de seguridad permite garantizar una resistencia suficiente del aislante de dicho cable con el fin de evitar el desencadenamiento y la propagacion de arcos electricos entre los cables electricos por una parte y/o entre los cables electricos y una estructura conductora por otra parte.

Se puede igualmente citar el documento WO 00/74075 que describe un cable electrico que comprende un conductor electrico rodeado por una primera capa que comprende al menos un enrollamiento de una cinta de mica, y una segunda capa que comprende al menos un enrollamiento de un a cinta de PTFE.

El problema tecnico a resolver, por el objeto de la presente invencion, es proponer un cable electrico que permita evitar los problemas del estado de la tecnica ofreciendo particularmente una resistencia a la propagacion de arco electrico que cumpla con las exigencias de la norma EN 2346-005 para el ensayo de propagacion del arco NF EN 3475-604 manteniendo propiedades de comportamiento al fuego y de funcionamiento a la llama optimas segun las normas NF EN 3475-408 y prEN 3475-417.

La solucion del problema tecnico planteado reside, segun la presente invencion, en que el cable electrico comprenda:

- un conductor electrico rodeado por una primera capa que comprende al menos un enrollamiento de una cinta de mica, estando la indicada cinta de mica compuesta por partfculas de mica depositadas por mediacion de un aglutinante polimerico sobre un soporte,

- una segunda capa que comprenda al menos un enrollamiento de una cinta de poliimida, y

- una tercera capa que comprenda al menos un enrollamiento de una cinta de politetrafluoretileno (PTFE),

siendo la primera capa tratada termicamente a una temperatura de al menos 400oC, y

siendo tal la relacion R de la masa lineica de PTFE sobre la suma de las masas lineicas del aglutinante polimerico y de la poliimida que:

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◦ R es superior o igual a 2 cuando la seccion del conductor electrico es como maximo igual a 0,2 mm2, de preferencia comprendida entre 0,1 y 0,2 mm2,

◦ R es superior o igual a 4 cuando la seccion del conductor electrico es estrictamente superior a 0,2 mm2 y estrictamente inferior a 0,6 mm2,

◦ R es superior o igual a 6 cuando la seccion del conductor electrico es igual a 0,6 mm2,

◦ R es superior o igual a 12 cuando la seccion del conductor electrico es estrictamente superior a 0,6 mm2, de preferencia como maximo 3 mm2.

La Firma solicitante ha descubierto de forma sorprendente que para una gama de secciones de conductores electricos dados, un tratamiento termico espedfico de la primera capa combinado con una relacion R de la masa lineica de PTFE sobre la suma de las masas lineicas del aglutinante polimerico y de la poliimida permite resistir a la propagacion de arco electrico en seco en mas del 75%, segun las normas NF EN 3475-604 y EN 2346-005.

Ademas, el cable electrico mantiene ventajosamente una muy buena resistencia al fuego y asegura la continuidad de suministro electrico de los circuitos de forma optima, presentando un peso y un diametro relativamente bajos, con el fin de cumplir con los criterios requeridos en la aeronautica.

En un modo de realizacion preferido, el tratamiento termico de la primera capa se realiza durante un tiempo t superior en al menos el 30% del tiempo t0 necesario para el desgasificado de la primera capa, de preferencia el indicado tiempo t es de al menos 1 minuto.

Segun una caractenstica preferida, la cinta de mica comprende como maximo una cantidad del 20% en peso de aglutinante polimerico, de preferencia la cinta de mica comprende una cantidad del 13% en peso de aglutinante polimerico.

A tftulo de ejemplo preferido, el aglutinante polimerico es una resina de silicona.

Segun otra caractenstica preferida, el porcentaje de recubrimiento de una cinta de mica sobre si misma en su enrollamiento y/o de una cinta de poliimida sobre si misma en su enrollamiento es como maximo del 49%.

Este porcentaje permite ventajosamente garantizar una relacion R optimizada y mejorar asf la resistencia a la propagacion de arco electrico combinandolo con la cantidad minima adaptada de PTFE.

Segun otra caractenstica preferida, la segunda capa comprende un unico enrollamiento de una cinta de poliimida.

Segun otra caractenstica preferida, la tercera capa comprende al menos dos enrollamientos de una cinta de PTFE.

Estas caractensticas preferidas permiten ventajosamente minimizar la cantidad de aglutinante polimerico y de poliimida y por consiguiente aumentar la relacion R para mejorar la resistencia a la propagacion de arco electrico del cable electrico manteniendo su peso y su diametro finales y sus propiedades de resistencia al fuego.

En un modo de realizacion particularmente ventajoso, las partfculas de mica son del tipo flogopita.

Gracias a este tipo de partfculas, se obtiene una mejor resistencia de aislamiento a la llama.

En otro modo de realizacion, la cinta de poliimida comprende una capa de poliimida recubierta por cada una de sus caras por un revestimiento de copolfmero de etileno propileno fluorado (FEP).

Los revestimientos de FEP permiten obtener la adhesion entre los recubrimientos y/o los enrollamientos respectivamente de la o de las cinta(s) de poliimida por una parte, y la adhesion de la segunda capa con la tercera capa por otra parte.

Segun este modo de realizacion, la segunda capa se trata termicamente a una temperatura superior a la temperatura de fusion de las capas de FEP.

La tercera capa puede igualmente ser tratada termicamente a una temperatura superior a los 340oC permitiendo asf el sinterizado del PTFE y la adhesion entre los recubrimientos y/o los enrollamientos respectivamente de la o de las cinta(s) de PTFE.

Ventajosamente, el tratamiento termico de la segunda capa puede ser realizado simultaneamente con el tratamiento termico de la tercera capa.

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En otro modo de realizacion, el cable electrico comprende ademas una capa exterior (superficial) apta para ser marcada.

A tftulo de ejemplo particularmente ventajoso, la tercera capa comprende ademas la indicada capa exterior, siendo esta ultima de preferencia una cinta de PTFE que comprende pigmentos blancos de dioxido de titanio.

Otro objeto de la presente invencion es un conjunto electrico que comprende al menos un cable electrico tal como el definido anteriormente.

De preferencia, el conjunto reagrupa varios cables electrico segun la presente invencion, formando los indicados cables electricos un conjunto recubierto por un forro de proteccion del tipo de proteccion mecanica bien conocido por el experto en la materia.

A tftulo de ejemplo, el forro de proteccion comprende uno o varios trenzados metalicos de cobre o de acero.

El indicado forro de proteccion puede igualmente recubrirse por un trenzado de material textil resistente a la abrasion y no propagador de la llama, por ejemplo del tipo poliamida aromatica.

Otras caractensticas y ventajas de la presente invencion apareceran a la luz de los ejemplos que siguen en referencia a la figura unica adjunta, siendo los indicados ejemplos y figura dados a tftulo ilustrativo y en modo alguno limitativo.

La figura 1 representa de forma esquematica una estructura, en perspectiva, de un cable electrico 1 conforme a la presente invencion.

Este cable electrico 1 comprende un conductor electrico 2, por ejemplo de cobre o en aleacion de cobre recubierto con una capa de mquel, cuya masa comprende al menos un 27% de mquel, generalmente del tipo de hebras multiples.

El mencionado conductor electrico 2 esta rodeado por una primera capa 3, comprendiendo la indicada primera capa 3 al menos un enrollamiento de una cinta de mica, de preferencia un unico enrollamiento de una cinta de mica.

La cinta de mica esta tfpicamente compuesta por partfculas (o laminillas) de mica depositadas por mediacion de un aglutinante polimerico sobre un soporte del tipo de fibras de vidrio generalmente tejidas pero que pueden ser no tejidas.

La mica puede ser del tipo muscovita o flogopita, y a tftulo de ejemplo, el aglutinante polimerico puede ser del tipo resina de silicona, poliimida, poliamida-imida o cualquier otro tipo de poftmero termoestable.

Seguidamente, la primera capa 3 es rodeada por una segunda capa 4, comprendiendo la indicada segunda capa 4 al menos un enrollamiento de una cinta de poliimida, de preferencia un unico enrollamiento de una cinta de poliimida.

Finalmente, la segunda capa 4 es rodeada por una tercera capa 5, comprendiendo la indicada tercera capa 5 al menos un enrollamiento de una cinta de PTFE, estando de preferencia la cinta de PTFE exenta de pigmentos.

La capa exterior (superficial) de la tercera capa 5 puede ventajosamente comprender una capa de PTFE pigmentada, siendo el pigmento por ejemplo dioxido de titanio, con el fin de permitir el marcado por laser UV de la superficie de esta capa exterior.

Tfpicamente, los enrollamientos sucesivos de las cintas se encuentran en sentido invertido para evitar el desencintado en la fabricacion de dicho cable.

De preferencia, el porcentaje de recubrimiento de cada cinta de mica sobre si misma y de cada cinta de poliimida sobre si misma es de como maximo el 49% (coeficiente de recubrimiento Kr como maximo 0,49).

Este porcentaje de recubrimiento permite ventajosamente garantizar una relacion R (masa lineica de PTFE sobre la suma de las masas lineicas de aglutinante polimerico y de poliimida) optimizada y adaptada a la seccion del conductor electrico (alma electrica), o en otras palabras limitar las masas lineicas de las primera y segunda capas, y permite asf mejorar la resistencia a la propagacion de arco electrico del cable electrico.

En la fabricacion del cable electrico segun la presente invencion, la colocacion de las segunda y tercera capas puede comprender una etapa de tratamiento termico.

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Despues de la colocacion (o encintado) de la primera capa, el conductor electrico asf aislado se trata termicamente en un horno a una temperatura de al menos 400oC. Es la etapa de degradacion termica de la cinta de mica, particularmente de su aglutinante polimerico.

A tttulo de ejemplo, este tratamiento termico se realiza durante un tiempo t superior a al menos un 30% en el tiempo to necesario para el desgasificado de la indicada cinta.

El tiempo to necesario para el desgasificado esta generalmente determinado experimentalmente y el desgasificado se realiza tfpicamente a una temperatura de aproximadamente 340oC.

Mas particularmente, to es determinado a partir del momento en que las capas depositadas por encima de la capa a desgasificar no «forman ampollas» ya bajo el efecto de los gases que se liberan cuando se tratan termicamente («coccion») las capas superiores a una temperatura de al menos 340oC.

Asf, el desgasificado permite limitar los compuestos volatiles residuales en la primera capa, pudiendo estos compuestos crear defectos de aislamiento en etapas ulteriores de tratamiento termico como por ejemplo el tratamiento termico de las segunda y tercera capas.

Por otro lado, de forma particularmente ventajosa, este tratamiento termico permite igualmente facilitar la obtencion de una resistencia suficiente (superior al 75%) en la propagacion de arco electrico del cable electrico cuando la temperatura es de al menos 400oC.

A tftulo de ejemplo no limitativo, un conductor electrico de una seccion de 0,6 mm2, aislado con una primera capa que comprende un solo enrollamiento de una cinta de mica se pasa por un horno de 8 metros de largo con seis zonas de calentamiento de longitud identica, presentando las seis zonas de calentamiento respectivamente las temperaturas sucesivas siguientes: 340oC - 400oC - 400oC - 450oC - 450oC - 450oC.

El tiempo necesario para el desgasificado de la cinta de mica es tipicamente de 40 segundos (to), o sea una velocidad de paso por el horno de 8 metros de longitud de 12 metros por minuto.

Tomando al menos un 30% de to, se obtiene como mmimo un tiempo t de aproximadamente 1 minuto, o sea una velocidad de paso por el horno de 8 metros por minuto.

Asf, durante un minuto (t) en el horno descrito anteriormente, la cinta de mica alcanza al menos la temperatura de 400oC.

Con un paso por el indicado horno durante 40 segundos (to), la cinta de mica solo puede alcanzar una temperatura del orden de los 340oC.

Despues de la colocacion (o encintado) de la segunda capa, cuando la cinta de poliimida comprende una capa de poliimida recubierta por cada una de estas caras con una capa de un copolfmero de etileno propileno fluorado (FEP), el conductor electrico asf aislado puede ser tratado termicamente en un horno a una temperatura superior a la temperatura de fusion de las capas externas de FEP de la cinta de poliimida.

Tfpicamente, esta temperatura de fusion es superior a los 260oC. Es la etapa de termosoldadura de la segunda capa.

Despues de la colocacion (o encintado) de la tercera capa, el conductor electrico asf aislado puede ser tratado termicamente en un horno a una temperatura superior a la temperatura de fusion del PTFE, a saber a una temperatura de 342oC para obtener el sinterizado del PTFE.

De forma particularmente preferida, las etapas de encintado de las segunda y tercera capas se realizan una a continuacion de la otra y son seguidas de una unica etapa de tratamiento termico de las segunda y tercera capas a una temperatura superior a los 340oC, mas particularmente igual a los 342oC.

Las segunda y tercera capas son asf simultaneamente tratadas termicamente.

Por esta unica etapa de tratamiento termico que comprende la etapa de termosoldadura de la poliimida y la etapa de sinterizado del PTFE, se asegura la adhesion de todos los espesores de cintas respectivamente de las segunda y tercera capas entre si (recubrimientos y enrollamientos) asf como la adhesion entre la segunda y la tercera capas.

Por ultimo, el cable electrico puede comprender ventajosamente una capa exterior que permite el marcado, de preferencia el marcado por laser UV, del cable electrico segun la presente invencion.

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Esta capa exterior puede rodear la tercera capa, pero la misma puede estar comprendida en la tercera capa como tal, o en otras palabras la capa exterior es igualmente un enrollamiento de una cinta de PTFE, siendo este ultimo no obstante marcable mediante laser UV.

Tfpicamente, es una cinta de PTFE pigmentado, que comprende de preferencia pigmentos blancos de dioxido de titanio en una cantidad como maximo del 5% en peso de dicha cinta de PTFE.

Es preferible no sobrepasar este valor del 5%, incluso minimizarlo, pues la presencia de pigmentos de dioxido de titanio puede ser nefasta respecto a la resistencia en la propagacion del arco electrico.

Con el fin de mostrar las ventajas de los cables electricos segun la presente invencion, las Tablas 1a y 1b dadas a continuacion detallan diferentes estructuras de cables electricos cuya resistencia a la propagacion de arco electrico en seco asf como la relacion R de masa lineica del PTFE sobre la suma de las masas lineicas del aglutinante polimerico y de la poliimida han sido estudiados.

Las Tablas 1a y 1b presentan de alto en bajo la sucesion de las diferentes cintas de las primera, segunda y tercera capas que constituyen el cable electrico (o hilo electrico aislado).

Las primera, segunda y tercera capas de los cables electricos DW24A a DW14C referenciados en las Tablas 1a y 1b han sido tratadas termicamente conforme al procedimiento de fabricacion descrito anteriormente, salvo la primera capa del cable electrico DW20A.

Los detalles del tratamiento de la primera capa, los coeficientes de recubrimiento Kr asf como los espesores de las diferentes cintas se mencionan igualmente en las Tablas 1a y 1b.

El origen de los diferentes constituyentes de las Tablas 1a y 1b es el siguiente.

La cinta de mica es una cinta Cablosam 366 20-80, comercializada por la Sociedad Von Roll-Isola, con un espesor del orden de 0,1 mm.

Esta cinta comprende partfculas de mica flogopita y una cantidad del 13% en peso de aglutinante polimerico del tipo de resina silicona, o en otras palabras comprende 17 g/m2 de resina de silicona para una masa total de la cinta de mica de 130 g/m2.

La cinta de poliimida (o cinta poliimida con adhesivo fluorado) es una cinta de poliimida 616, comercializada por la Sociedad DuPont de Nemours. Estas cintas de poliimida comprenden una pelfcula de poliimida de 0,025 mm de espesor revestida por cada una de sus caras por una capa de resina FEP de 0,0015 a 0,0025 mm de espesor. La cantidad de poliimida es igual al 76,5% en peso de dicha cinta.

La cinta de PTFE no sinterizada y no marcable con laser UV asf como la cinta de PTFE no sinterizada y marcable por UV de color blanco son comercializadas particularmente por la Sociedad Plastic Omnium 3P.

Tabla 1a

Cable electrico: DW24A DW20A DW20B DW20C DW20D

Conductor electrico: Cable trenzado (multihebras) de 19 hilos de cobre de 0,12 mm de diame- tro cada uno Cable trenzado (multihebras) de 19 hilos de cobre de 0,20 mm de diametro cada uno

Seccion del conductor electrico (mm2): 0,25 0,6

: 1 Cinta de Mica de espesor 0,1 mm que ha experimentado un tratamiento termico a mas de 400oC Kr=53% - Kr=37% Kr=37% Kr=37%

Primera capa: 1 Cinta de Mica de espesor 0,1 mm que ha experimentado un tratamiento termico a mas de 400oC Kr=26% - - - -

: 1 Cinta de Mica de espesor 0,1 mm que ha experimentado un tratamiento termico a mas de 340oC - Kr=37% - - -

Segunda capa: 1 Cinta de poliimida con un espesor de 0,030 mm Kr=30%

: 1 Cinta PTFE 1 cinta PTFE UV de espesor 0,064 mm Kr = 53% 1 cinta PTFE no UV con espesor de 0,076mm Kr=53% 1 cinta PTFE no UV con espesor de 0,076 mm Kr=53% 1 cinta PTFE no UV con espesor de 0,064 mm Kr=53% 1 cinta PTFE no UV con espesor 0,076 mm Kr=53%

Tercera capa: 1 Cinta PTFE - 1 cinta PTFE UV con espesor 0,064 mm Kr=53% 1 cinta PTFE UV con espesor de 0,064 mm Kr=53% 1 cinta PTFE no UV con espesor 0,064 mm Kr=53% 1 cinta PTFE no UV con espesor de 0,076 mm Kr=53%

: 1 cinta PTFE - - - 1 cinta PTFE UV con espe- sor de 0,064 mm Kr=53% 1 cinta PTFE UV con espe- sor de 0,076 mm Kr=53%

Peso del cable electrico (g/m): 4,9 8,9 8,9 9,9 10,8

Diametro del cable electrico (mm): 1,59 a 1,68 1,80 a 1,84 1,80 a 1,84 2,00 a 2,05 2,12 a 2,17

Tabla 1b

Cable electrico: DW14A | DW14B | DW14C

Conductor electrico: Cable trenzado (multihebras) de 37 hilos de cobre de 0,25 mm de diametro cada uno

Seccion del conductor electrico (mm2): 1,8

Primera capa: 1 Cinta de Mica de espesor 0,1 mm que ha experimentado un tratamiento termico a mas de 400oC Kr=49% Kr=35% Kr=49%

1 Cinta de Mica de espesor 0,1 mm que ha experimentado un tratamiento termico a mas de 400oC: - Kr=30% -

1 Cinta de Mica de espesor 0,1 mm que ha experimentado un tratamiento termico a mas de 340oC: - - -

Segunda capa: 1 Cinta de poliimida con un espesor de 0,030 mm Kr = 30%

Tercera capa: 1 Cinta PTFE 1 Cinta PTFE no UV con un espesor de 0,100 mm Kr = 53% 1 Cinta PTFE no UV con un espesor de 0,100 mm Kr = 53% 1 Cinta PTFE no UV con un espesor de 0,100 mm Kr = 53%

1 Cinta PTFE: 1 Cinta PTFE UV con un espesor de 0,076 mm Kr = 53% 1 Cinta PTFE no UV con un espesor de 0,100 mm Kr = 53% 1 Cinta PTFE no UV con un espesor de 0,100 mm Kr = 53%

1 Cinta PTFE: - 1 Cinta PTFE UV con un espesor de 0,076 mm Kr = 53% 1 Cinta PTFE no UV con un espesor de 0,076 mm Kr = 53%

Peso del cable electrico (g/m): 23,4 28,3 26

Diametro del cable electrico (mm): 2,72 a 2,80 3,3 a 3,43 3,10 a 3,18

Las Tablas 2a y 2b dadas a continuacion presentan la relacion R de la masa lineica de PTFE sobre la suma de las masas lineicas de resina de silicona y de poliimida asf como la resistencia a la propagacion del arco electrico en 5 seco de los diferentes cables electricos de las Tablas 1a y 1b.

Tabla 2a

Cable electrico: DW24A DW20A DW20B DW20C DW20D

Danado colateral: 13% 44% 20% 16% 4%

Resistencia a la propagacion del arco electrico: 87% 56% 80% 84% 96%

Relacion R: 3,44 8,1 8,1 11,9 14,9

Tabla 2b

Cable electrico: DW14A DW14B DW14C

Danado colateral: 67% 20% 12%

Resistencia a la propagacion del arco electrico: 33% 80% 88%

Relacion R: 9,1 13 15,5

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La relacion R de la masa lineica de PTFE sobre la suma de las masas lineicas de aglutinante polimerico y de poliimida se calcula a partir de las masas iniciales respectivas:

- de PTFE procedente de la o de las cintas de PTFE (tercera capa),

- de aglutinante polimerico procedente de la o de las cintas de mica (primera capa), y

- de poliimida procedente de la o de las cintas de poliimida (segunda capa).

Los espesores, las composiciones y las construcciones de estas cintas asf como los coeficientes de recubrimiento Kr son bien entendido tomadas en cuenta en el calculo de la relacion R.

Mas particularmente, la masa de cada una de las capas de PTFE (cinta(s) de PTFE), de aglutinante polimerico (cinta(s) de mica), y de poliimida (cinta(s) de poliimida) se obtiene calculando la superficie ocupada por cada una de las capas y multiplicandola por la densidad de cada capa, respectivamente.

Asf, se tienen las ecuaciones siguientes:

Masa de PTFE:

Masa de PTFE = (superficies ocupadas por la(s) cinta(s) de PTFE no sinterizadas) x (densidad = 1,62)

La masa de PTFE se calcula antes de la operacion de coccion llamada de «sinterizado» que conduce a una contraccion del 25% del espesor radial de PTFE no sinterizado.

Masa de aglutinante polimerico:

Masa de la o de las cinta(s) de mica = (superficies ocupadas por la(s) cinta(s) de mica) x (densidad = 1,30)

La masa de aglutinante polimerico se deduce de la masa de la o de las cinta(s) de mica multiplicando esta por el contenido de la cinta de mica en aglutinante polimerico, contenido que es indicado por el proveedor.

Masa de aglutinante polimerico = (masa de la o de las cinta(s) de mica) x (contenido en

aglutinante polimerico (%) de la o de las cintas de mica)

Masa de poliimida:

La masa de poliimida se calcula multiplicando la masa de la cinta de poliimida que comprende en cada superficie una capa de adhesivo fluorado (FEP), y multiplicado esta masa por el contenido en poliimida de dicha cinta.

Masa de poliimida = (superficie ocupada por la cinta de poliimida) x (densidad = 1,50)

x (contenido en poliimida (%) de la cinta de poliimida con adhesivo fluorado = 76,5%)

Por ultimo, la superficie ocupada por una capa se calcula substrayendo de la superficie del cfrculo de diametro igual al diametro exterior (De) de la indicada capa, la superficie del cfrculo de diametro igual al diametro interior (Di) de la indicada capa segun la formula siguiente:

Superficie ocupada por una capa

4 ^ C

Para la primera capa de aislamiento, el diametro interior es igual al diametro del conductor.

El diametro exterior de la capa es igual a la suma del diametro interior y de 2 veces el espesor radial (ER) de la capa, a saber:

De = Di + 2 x ER.

El espesor radial (ER) de una capa encintada se facilita por la ecuacion siguiente:

Espesor de la cinta en mm

ER =

1 - (recubrimiento Kr de la cinta en %)

5 A tftulo de ejemplo, el calculo de la relacion R respecto al cable electrico DW20D se detalla a continuacion, siendo el

metodo de calculo identico para los demas tipos de cables electricos DW descritos en las tablas 1a y 1b.

Diferentes normas respecto a los indicados cables electricos DW, bien conocidos por el experto en la materia, precisan el diametro del conducto electrico en funcion de su seccion, del numero de hilos conductores asf como del diametro de cada uno de los indicados hilos, y del grado de compactado de los indicados hilos conductores.

10 A tftulo de ejemplo, segun la norma EN 2346-005, el diametro del conductor electrico de los cables electricos referenciados en las tablas 1a y 1b se detalla en la tabla 3 dada a continuacion.

Tabla 3

Cable electrico: Seccion del conductor electrico (mm2) Numero de hilos conductores Diametro de cada hilo conductor (mm) Diametro maximo del conductor electrico (mm)

DW24: 0,25 19 0,12 0,62

DW20: 0,60 19 0,20 1,04

DW14: 2,0 37 0,25 1,82

Otro ejemplo de dicho diametro, conforme a la norma NF EN4434, se detalla en la tabla 4 dada a continuacion. 15 Tabla 4

Cable electrico: Seccion del conductor electrico (mm2) Numero de hilos conductores Diametro de cada hilo conductor (mm) Diametro minimo del conductor electrico (mm) Diametro maximo del conductor electrico (mm)

DW24: 0,25 19 0,12 0,555 0,585

DW20: 0,60 19 0,20 0,94 0,97

DW14: 2,0 37 0,25 1,69 1,73

Los diametros de los conductores DW24, DW20 y DW14 de las tablas 1a y 1b son los mencionados respectivamente en la columna «Diametro maximo del conductor electrico» de la tabla 4 segun la norma EN 4434, siendo los indicados diametros facilitados a tftulo ilustrativo y en modo alguno limitativo.

20: Diametro del conductor : 0,97 mm

: La primera capa:

: Espesor de la cinta de mica = 0,100 mm

: Recubrimiento Kr de la cinta de mica = 37%

: Densidad de la cinta de mica = 1,30

25: Contenido en aglutinante polimerico de la cinta de mica = 13%

: Diametro interior de la capa de mica = 0,97 mm

: Superficie del cftculo de diametro 0,97 mm = 0,7390 mm2

: Espesor radial de la cinta de mica = 0,1587 mm


: = 0,100/(1 -0,37)

30: Diametro exterior de la capa de mica = 1,2875 mm


: = 0,97 + 2 x 0,1587

5

10

15

20

25

30

Superficie del drculo de diametro 1,2875 mm = Superficie de la capa de cinta de mica =

Masa de la capa de cinta de mica =

Masa de aglutinante polimerico de la cinta de mica =

La segunda capa:

Espesor de la cinta de poliimida con adhesivo fluorado =

Recubrimiento Kr de la cinta de poliimida con adhesivo fluorado Densidad de la cinta de poliimida con adhesivo fluorado =

Contenido en poliimida de la cinta de poliimida con adhesivo fluorado = Diametro interior de la capa de poliimida con adhesivo fluorado = Superficie del drculo de diametro 1,2875 mm =

Espesor radial de la cinta de poliimida con adhesivo fluorado =

Diametro exterior de la capa de poliimida con adhesivo fluorado =

Superficie del cfrculo de diametro 1,3745 mm =

Superficie de la capa de cinta de poliimida con adhesivo fluorado =

Masa de la capa de cinta de poliimida con adhesivo fluorado =

Masa de poliimida de la cinta de poliimida con adhesivo fluorado =

La tercera capa:

Espesor de la primera cinta de PTFE no sinterizada =

Recubrimiento Kr de la primera cinta de PTFE no sinterizada =

Densidad de la primera cinta de PTFE no sinterizada =

Diametro interior de la capa de la primera cinta de PTFE no sinterizada = Superficie del cfrculo de diametro 1,5362 mm =

Espesor radial de la primera cinta de PTFE no sinterizada =

Diametro exterior de la capa de la primera cinta de PTFE no sinterizada =

1.3018 mm2 0,5629 mm2

= 1,3018 -0,7390 0,731

= 0,5629 x 1,30 0,0951

= 0,7319 x 0,13

0,030 mm = 30%

1,53

76,5%

1,2875 mm

1.3018 mm2 0,0435 mm

= 0,03048/(1 -0,30)

1.3745 mm

= 1,2875 + 2 x 0,0435

1.4839 mm2 0,1821 mm2

= 1,4839 - 1,3018 0,2786

= 0,1821 x 1,53 0,2131

= 0,2786 x 0,765

0,076 mm 53%

1,62

1.3745 mm

1.4839 mm2 0,1617 mm

= 0,076/(1 -0,53) 1,6980 mm

5

10

15

20

25

30

= 1,3745 + 2 x 0,1617

Superficie del drculo de diametro 1,6980 mm = 2,2643 mm2

Superficie de la capa de la primera cinta de PTFE no sinterizada = 0,7804 mm2

= 1,8536 - 1,4839

Masa de la capa de la primera cinta de PTFE no sinterizada = 1,2643

= 0,7804 x 1,62

Espesor de la segunda cinta de PTFE no sinterizada 0,076 mm

Recubrimiento Kr de la segunda cinta PTFE no sinterizada = 53 %

Densidad de la segunda cinta de PTFE no sinterizada = 1,62

Diametro interior de la capa de la segunda cinta de PTFE no sinterizada = 1,6980 mm Superficie del drculo de diametro 1,6980 mm = 2,2643 mm2

Espesor radial de la segunda cinta de PTFE no sinterizada = 0,1617 mm

= 0,076/(1 -0,53)

Diametro exterior de la capa de la segunda cinta de PTFE no sinterizada = 2,0214 mm

= 1,6980 + 2 x 0,1617

Superficie del drculo de diametro 2,0214 mm = 3,2090 mm2

Superficie de la capa de la segunda cinta de PTFE no sinterizada = 0,9447 mm2

= 3,2090 -2,2643

Masa de la capa de la segunda cinta de PTFE no sinterizada = 1,5304

= 0,9447 x 1,62

Espesor de la tercera cinta de PTFE no sinterizada = 0,076 mm

Recubrimiento Kr de la tercera cinta de PTFE no sinterizada = 53%

Densidad de la tercera cinta de PTFE no sinterizada = 1,62

Diametro interior de la capa de la tercera cinta de PTFE no sinterizada = 2,0214 mm

Superficie del cfrculo de diametro 2,0214 mm = 3,2090 mm2

Espesor radial de la tercera cinta de PTFE no sinterizada = 0,1617 mm

= 0,076/(1 -0,53)

Diametro exterior de la capa de la tercera cinta de PTFE no sinterizada = 2,3448 mm

= 2,0214 + 2 x 0,1617

Superficie del cfrculo de diametro 2,3448 mm = 4,3180 mm2

Superficie de la capa de la tercera cinta de PTFE no sinterizada 1,1090 mm2

= 4.3180 -3,2090

Masa de la capa de la tercera cinta de PTFE no sinterizada = 1,7966

= 1,1090 x 1,62

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Masa total de PTFE 1,2643 + 1,5304 + 1,7966 4,5913

Relacion R para el cable electrico DW20D

R = 4,5913 / (0,0951 + 0,2131) = 14,9

Cada cable electrico de las Tablas 1a y 1b experimento el ensayo de resistencia a la propagacion de arco electrico en seco segun el metodo de ensayo de la norma NF EN 3475-604.

Este ensayo permitio producir, de un modo controlado, los efectos de fallos que son representativos de lo que puede suceder en su utilizacion cuando un haz de cables electricos esta danado por desgaste de forma que arcos electricos se desencadenan entre los cables electricos y/o entre cables electricos y la estructura conductora.

Este ensayo consistio en someter sucesivamente 18 haces de 7 cables electricos cada uno (con una longitud de 0,5 m) a 6 intensidades diferentes de corriente de cortocircuito, 3 de los 18 haces se sometieron a ensayo a una misma intensidad para la reproductibilidad del ensayo.

Por cada haz de 7 cables, dos cables electricos se danaron voluntariamente y pusieron en cortocircuito, o sea un total de 18 x 5 = 90 cables electricos para los cuales se midio el danado colateral.

Para cumplir con la exigencia de la norma EN 2346-005, es preciso que menos un 25% (danado colateral) de estos 90 cables electricos esten danados o identicamente que la resistencia a la propagacion del arco sea al menos de un 75% (resistencia propagacion de arco electrico = 100 - danado colateral).

El dano colateral es la relacion entre el numero de cables electricos danados por el arco electrico y el numero total de cables electricos que no han sido voluntariamente danados sometidos al ensayo.

Asf, de los 90 cables electricos, es necesario que al menos 67 cables electricos resistan a la propagacion de arco electrico en seco.

Para ello, el dano colateral de la capa exterior de 5 cables electricos es primeramente controlado de forma visual.

Luego, los 5 cables colaterales del haz se sometieron a un ensayo de comportamiento en tension en el agua segun el metodo de la norma EN 3475-302, durante un tiempo y a un valor de tension electrica alternativo definidos por la norma EN 2346-005.

Los resultados de las Tablas 2a y 2b demuestran claramente que los cables electricos segun la invencion (DW24A, DW20B, DW20C, DW20D, DW14B DW14C) presentan una resistencia a la propagacion de arco electrico de al menos un 75%, incluso mismo de al menos un 90% segun las prescripciones de la norma NF EN 3475-604.

Resultados identicos fueron igualmente obtenidos con un cable electrico de construccion identica al cable DW20B, pero con una seccion de conductor electrico de 0,34 mm2 (DW22) para una relacion R superior o igual a 4.

Se observo asf que la temperatura mas elevada del tratamiento termico de la primera capa de los cables electricos segun la presente invencion favorece la obtencion de una bastante mejor resistencia a la propagacion de arco electrico.

Por ejemplo, se obtuvo un 80% en resistencia a la propagacion de arco electrico para DW20B, contrariamente al cable electrico DW20A con el cual se obtuvo un 56%.

Otros ensayos respecto a la resistencia al fuego fueron igualmente realizados segun los metodos de las normas NF EN 3475-408 y prEN 3475-417.

Aparece claramente que los cables electricos segun la presente invencion presentan una resistencia al fuego superior a las exigencias requeridas por la norma EN 2346-005, a saber la resistencia de aislamiento del cable electrico a la llama durante 15 minutos (segun NF EN 3475-408) o durante 5 minutos (segun prEN 3475-417) debe ser superior a 10 000 Ohms.

Por ejemplo, el ensayo de resistencia al fuego NF EN 3475-408 realizado en el cable electrico DW20D de la Tabla 1a proporciona una resistencia de aislamiento comprendida entre 64 000 y 242 000 ohms.

Por ejemplo, el ensayo de resistencia al fuego prEN 3475-417 realizado en el cable electrico DW20D de la Tabla 1a segun diferentes configuraciones de conjunto electrico proporciona una resistencia de aislamiento comprendida entre 54 000 y 2 300 000 ohms.

Paralelamente, se deduce con ello que el tratamiento termico de la primera capa segun la presente invencion no es nefasto para el comportamiento al fuego de dicho cable.

La presente invencion no se limita a los ejemplos de cables electricos que acaban de describirse y se refiere en general a todos los cables electricos que se puedan considerar a partir de las indicaciones generales proporcionadas 5 en la exposicion de la invencion.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

REIVINDICACIONES

1. Cable electrico que comprende:

- un conductor electrico rodeado por una primera capa que comprende al menos un enrollamiento de una cinta de mica, estando la indicada cinta de mica compuesta por partfculas de mica depositadas por mediacion de un aglutinante polimerico sobre un soporte,

- una segunda capa que comprende al menos un enrollamiento de una cinta de poliimida, y

- una tercera capa que comprende al menos un enrollamiento de una cinta de politetrafluoretileno (PTFE), siendo la primera capa tratada termicamente a una temperatura de al menos 400oC, y

la relacion R de la masa lineica de PTFE sobre la suma de las masas lineicas del aglutinante polimerico y de la poliimida es tal que:

◦ R es superior o igual a 2 cuando la seccion del conductor electrico es como maximo igual a 0,2 mm2, de preferencia comprendida entre 0,1 y 0,2 mm2,

◦ R es superior o igual a 4 cuando la seccion del conductor electrico es estrictamente superior a 0,2 mm2 y estrictamente inferior a 0,6 mm2,

◦ R es superior o igual a 6 cuando la seccion del conductor electrico es igual a 0,6 mm2,

◦ R es superior o igual a 12 cuando la seccion del conductor electrico es estrictamente superior a 0,6 mm2, de preferencia como maximo 3 mm2,

calculandose la relacion R a partir de las masas iniciales respectivas:

◦ de PTFE procedente de la o de las cintas de PTFE (tercera capa),

◦ de aglutinante polimerico procedente de la o de las cintas de mica (primera capa), y

◦ de poliimida procedente de la o de las cintas de poliimida (segunda capa),

estando las masas de PTFE, de aglutinante polimerico y de poliimida definidas como sigue:

◦ la masa de PTFE = (superficies ocupadas por la(s) cinta(s) de PTFE no sinterizadas) x (densidad del PTFE),

◦ la masa de aglutinante polimerico = (masa de la o de las cinta(s) de mica) x (contenido en aglutinante polimerico (%) de la o de las cintas de mica), con masa de la o de las cinta(s) de mica = (superficies ocupadas por la(s) cinta(s) de mica) x (densidad de la mica), y

◦ la masa de poliimida = (superficie ocupada por la cinta de poliimida) x (densidad de la poliimida) x (contenido en poliimida (%) de la cinta de poliimida).
2. Cable electrico segun la reivindicacion 1, caracterizado por que el tratamiento termico de la primera capa se realiza durante un tiempo t superior en al menos el 30% al tiempo t0 necesario para el desgasificado de la primera capa, de preferencia el indicado tiempo t es de al menos 1 minuto.
3. Cable electrico segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado por que la cinta de mica comprende como maximo una cantidad del 20% en peso de aglutinante polimerico, de preferencia la cinta de mica comprende una cantidad del 13% en peso de aglutinante polimerico.
4. Cable electrico segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el aglutinante polimerico es una resina de silicona.
5. Cable electrico segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el porcentaje de recubrimiento de una cinta de mica sobre si misma durante su enrollamiento y/o de una cinta de poliimida sobre si misma en su enrollamiento es de como maximo un 49%.
6. Cable electrico segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la segunda capa comprende un solo enrollamiento de una cinta de poliimida.
7. Cable electrico segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la tercera capa comprende al menos dos enrollamientos de una cinta de PTFE.
8. Cable electrico segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las partfculas de mica son del tipo flogopita.

5 9. Cable electrico segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la cinta de

poliimida comprende una capa de poliimida recubierta por cada una de sus caras por un revestimiento de copolfmero de etileno propileno fluorado (FEP).
10. Cable electrico segun la reivindicacion 9, caracterizado por que la segunda capa se trata termicamente a una temperatura superior a la temperatura de fusion de las capas de fEp.

10 11. Cable electrico segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la tercera capa

se trata termicamente a una temperatura superior a los 340oC.
12. Cable electrico segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que cumple con las exigencias de la norma EN 2346-005 respecto a la resistencia a la propagacion de arco electrico para el ensayo de propagacion del arco NF EN 3475-604 y las exigencias de las normas Nf EN 3475-408 y prEN 3475-417.

15 13. Conjunto de cables electricos que comprende al menos un cable electrico tal como se ha definido segun una

cualquiera de las reivindicaciones anteriores.