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WO 2007/012703 PCT/FR2005/001988
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Câble de sécurité résistant au feu, sensiblement plat
La présente invention concerne un câble de sécurité résistant au
feu. Plus particulièrement, la présente invention concerne un câble
sensiblement plat résistant au feu, qui comprend au moins deux
conducteurs électriques qui sont adjacents les uns par rapport aux
autres.
Les câbles de sécurité sont notamment des câbles de transport
d'énergie ou de transmission de données, tels que pour des applications
de contrôle ou de signalisation.
Les câbles de sécurité résistant au feu doivent, pendant un =
incendie, maintenir une fonction électrique. De préférence, lesdits
câbles doivent en outre ne pas propager le feu. Lesdits câbles de
sécurité sont utilisés, par exemple, pour les éclairages des sorties de
secours et dans les installations d'ascenseurs.
Les câbles résistant au feu doivent répondre à des critères fixés
notamment par la norme française NF C 32-070. Selon cette norme, le
câble est déposé horizontalement dans un four tubulaire qui est monté
en température jusqu'à 920 C pendant 50 minutes. Le câble ne doit pas
présenter de court-circuit durant cette montée en température ainsi que
pendant 15 minutes à 920 C. Durant tout ce temps, pour simuler les
chutes d'objet lors d'un incendie, le câble est soumis périodiquement à
un choc par une barre métallique pour ébranler le câble.
Les câbles satisfaisant à l'essai défini par NF C 32-070,
paragraphe 2-3 appartiennent à la catégorie CR1.
Des critères similaires à ceux qui sont définis dans la norme
française NF C 32-070 sont également définis par des normes
internationales, telles que IEC 60331, ou des normes européennes,
telles que EN 50200.
Les documents JP 01-117204 et JP 01-030106 divulguent deux
câbles plats résistant au feu, lesdits câbles comprenant plusieurs
conducteurs entourés d'un isolant et d'une gaine extérieure de
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polyéthylène, la couche isolante de chaque conducteur électrique étant
constituée de rubans de mica.
Le demandeur a remarqué qu'un câble plat résistant au feu qui
est doté d'une couche isolante constituée de rubans de mica, présentait
plusieurs inconvénients. En particulier, un tel câble peut présenter un
déjoint (ou espace laissant apparaître le conducteur) au niveau de
l'enveloppe en ruban de mica, ce qui entraîne un défaut dans la
protection des conducteurs conduisant à un court-circuit.
Les câbles résistant au feu présentant une section transversale
sensiblement ronde sont également connus.
Par exemple, le document EP 942 439 décrit un câble de
sécurité, rond, résistant au feu et sans halogène, comportant au moins
un conducteur, un isolant autour de chaque conducteur et une gaine
extérieure, des espaces vides étant prévus entre ladite gaine et ledit
isolant de chaque conducteur électrique.
L'isolant de chaque conducteur est réalisé en une composition
formée d'une matière polymérique contenant au moins une charge
formatrice de céramique et apte à se transformer au moins
superficiellement en l'état de céramique à des hautes températures
correspondant à des conditions d'incendie.
La gaine extérieure est réalisée en une composition
polyoléfinique contenant au moins une charge d'hydroxyde métallique.
Le demandeur a remarqué qu'un câble résistant au feu ayant
une section transversale ronde présentait plusieurs inconvénients. Par
exemple, lors d'un incendie, un câble résistant au feu ayant une section
transversale ronde présente un risque élevé de pollution de la couche
isolante par les cendres résultant de la combustion de la gaine
extérieure. Le demandeur a noté que cela était notamment dû à la
disposition réciproque des éléments isolés. En effet, dans le cas d'un
câble comportant plus de deux éléments isolés, au moins un élément
isolé est superposé sur les autres de manière à assurer une section
transversale ronde du câble. Un élément isolé comprend généralement
un conducteur électrique et une couche isolante entourant ledit
conducteur.
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Dans le cas d'un câble résistant au feu ayant une section
transversale ronde, la gaine extérieure se transforme généralement,
sous l'action d'un feu, en cendres qui peuvent gêner la transformation
de la matière polymérique de l'isolant en céramique, entraînant
l'apparition de fissures dans l'isolation du conducteur.
En outre, la superposition des éléments isolés peut entraîner
une augmentation notable de la taille des fissures, résultant d'un
écrasement de(s) couche(s) isolante(s) contaminée(s) par lesdites
cendres. Ces inconvénients conduisent à une réduction de la protection
isolante par la ou les couche(s) isolante(s) du câble et à une
augmentation du risque de mise en court-circuit des conducteurs. Ces
risques concernent notamment les éléments isolés superposés.
En outre, ces cendres peuvent conduire à une augmentation de
la conductivité volumique et superficielle de l'isolation, ce qui nuit au
bon fonctionnement du câble.
De plus, les conducteurs électriques isolés (ou éléments isolés)
utilisés dans les câbles de sécurité ronds, résistant au feu, sont
généralement torsadés.
Le torsadage des éléments isolés conduit à l'existence de
multiples zones de contact entre lesdits éléments isolés, notamment à
partir de trois éléments, entraînant des risques de mise en court-
circuit, par exemple lorsque l'isolant présente des défauts dans sa
structure, comme des fissures qui peuvent se créer lors de la
transformation en céramique de l'isolant à haute température sur les
conducteurs.
Par ailleurs, lors d'un incendie, des objets tels qu'une poutrelle
ou des éléments d'une structure de bâtiment, peuvent tomber et venir
heurter le câble et ainsi endommager ce dernier et altérer la tenue
mécanique de l'isolant transformé en céramique, ou en cours de
transformation en céramique, de chaque élément. La chute d'un tel
objet peut conduire, dans le cas d'éléments torsadés, à ce qu'un
élément isolé soit comprimé entre ledit objet et un autre élément du
même câble, venant endommager l'isolant transformé en céramique ou
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en cours de transformation en céramique, et entraînant ainsi une mise
en court-circuit des deux conducteurs.
En outre, le torsadage des éléments de câble conduit
généralement à la formation de contraintes mécaniques qui restent à
l'intérieur du câble et se libèrent au cours d'un feu, ce qui peut
endommager le matériau d'isolation du câble lors de sa transformation
en couche céramique.
Il existe donc un besoin pour un câble résistant au feu
permettant de pallier les inconvénients présentés ci-dessus.
Selon l'invention, le demandeur a trouvé qu'un câble résistant
au feu qui est plat et dont la couche isolante est constituée à partir
d'au moins une matière polymérique apte à se transformer au moins
superficiellement en l'état de céramique à des températures élevées
dans les incendies permet de surmonter les inconvénients mentionnés
ci-dessus. En particulier, le demandeur a trouvé que le câble plat
résistant au feu selon la présente invention permet de pallier les
inconvénients d'un câble de section ronde et ceux d'un câble dont la
couche isolante est constituée de rubans de mica comme barrière à la
propagation du feu.
La présente invention a donc pour objet un câble de sécurité,
résistant au feu, comprenant :
- au moins deux conducteurs électriques,
- une couche isolante autour de chaque conducteur électrique pour
obtenir au moins deux éléments isolés, la couche isolante étant
constituée à partir d'au moins une matière polymérique apte à se
transformer au moins superficiellement en l'état de céramique à des
températures élevées dans les incendies, et
- une gaine extérieure entourant lesdits éléments isolés,
ledit câble présentant, en section droite, un profil extérieur
comprenant au moins deux faces sensiblement planes et sensiblement
parallèles entre elles,
les éléments isolés étant adjacents entre eux, côte à côte, et leurs axes
se trouvant dans un même plan qui est compris entre lesdites au moins
deux faces.
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Ce câble est de préférence sans halogène et non-propagateur
d'incendie. Par "câble sans halogène", on entend un câble dont les
constituants ne sont sensiblement pas halogénés. Encore plus
préférentiellement, les constituants ne comportent aucun composé
5 halogéné.
Comme cela a été mentionné ci-dessus, le câble résistant au feu
selon la présente invention est sensiblement plat, c'est-à-dire qu'il
comprend au moins deux faces sensiblement planes et sensiblement
parallèles entre elles, les éléments isolés étant adjacents entre eux et
leurs axes se trouvant dans un même plan qui est compris entre
lesdites au moins deux faces.
De préférence, la gaine du câble, en section droite, présente un
contour extérieur (ou profil extérieur) qui suit sensiblement la forme
de l'enveloppe des éléments isolés qui sont situés à l'intérieur de la
gaine du câble, leurs axes se trouvant dans un même plan. De manière
plus détaillée, la gaine du câble a de préférence une épaisseur qui est
sensiblement constante sur l'extrados des éléments isolés et qui peut
être réduite à une valeur minimale suffisante pour conférer au câble la
protection typique d'une gaine de câble.
De cette manière, le câble de la présente invention conduit à
une réduction de la quantité de matière de gaine utilisée pour la
réalisation du câble, notamment pour le câble à deux conducteurs. Cela
entraîne d'une part la réduction du coût de fabrication du câble, et
d'autre part une diminution de la durée d'incandescence, de l'énergie
calorifique dégagée lors d'un incendie et de la quantité de cendres
résultant de la combustion de la gaine. Ces aspects sont
particulièrement avantageux car le risque d'apparition de fissures
pouvant être provoquées par les cendres lors de la transformation en
céramique de l'isolant aux températures élevées d'un incendie peut
être réduit de manière importante.
D'autre part, pour les câbles à partir de trois conducteurs, la
surface extérieure de la gaine est plus grande dans la présente
invention, ce qui permet un meilleur échange thermique et une
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meilleure et plus rapide combustion de la gaine qui perturbera moins
la transformation en céramique de l'isolant lors de l'incendie.
La disposition particulière des éléments isolés telle que définie
dans l'invention, permet aussi d'augmenter la tenue électrique des
conducteurs en réduisant toute mise en court-circuit des conducteurs.
En effet, lors d'un incendie, cette disposition particulière des
éléments isolés permettant de limiter le nombre de zones de contact
entre les éléments isolés, en particulier pour un câble à partir de trois
éléments isolés, conduit également à une limitation des risques de
mise en court-circuit lors de la transformation en céramique de
l'isolant ou lorsque l'isolant est déjà sous forme de céramique.
De plus, le fait de ne plus avoir de torsadage des éléments
isolés, permet de supprimer les contraintes mécaniques résiduelles sur
chaque élément, dues à ce torsadage, qui pourraient se libérer durant
l'incendie et altérer l'intégrité du câble et surtout celle de l'isolant en
cours de transformation en céramique ou déjà sous forme de
céramique.
Cette disposition alignée d'éléments isolés dans un même plan
(c'est-à-dire la disposition consistant en ce que les éléments isolés
sont adjacents entre eux et côte à côte) permet en outre une fabrication
plus facile des câbles par suppression de l'étape de torsadage, ainsi
qu'un empilement de câbles, lors de leur installation, moins
encombrant que celui obtenu avec des câbles ronds.
Avantageusement, le câble selon la présente invention présente,
en section droite, un profil extérieur sensiblement rectangulaire, et
plus particulièrement deux faces sensiblement planes et sensiblement
parallèles au plan comprenant les axes des conducteurs, et deux
portions latérales sensiblement arrondies qui sont reliées auxdites
deux faces.
De préférence, comme cela est mentionné ci-dessus, le câble
résistant au feu, sensiblement plat de la présente invention, comprend
une gaine de câble ayant un contour extérieur qui épouse sensiblement
la forme de l'enveloppe des éléments isolés. Par exemple, pour un
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câble à deux conducteurs, le câble présente ainsi en section droite une
forme de "8".
Le matériau de la gaine extérieure comprend de préférence un
copolymère éthylène/alcool vinylique (ou EVA), un polysiloxane, une
polyoléfine telle qu'un polyéthylène, un poly(chlorure de vinyle) (ou
PVC), ou un de leurs mélanges. Le matériau de la gaine extérieure
peut comprendre en outre des charges minérales susceptibles de se
transformer en cendres résiduelles sous l'effet de températures élevées
d'un incendie, telles que de la craie, du kaolin, des oxydes métalliques
comme l'alumine hydratée, ou des hydroxydes métalliques comme
l'hydroxyde de magnésium, les oxydes ou hydroxydes métalliques
pouvant servir de charges ignifugeantes.
Le matériau de la gaine extérieure peut éventuellement être
expansé de manière à améliorer notamment la résistance au choc du
câble, choc auquel elle peut être soumis suite à la chute d'un objet
pendant l'incendie.
La gaine extérieure peut se présenter sous la forme d'une seule
couche ou de plusieurs couches de matière(s) polymérique(s), par
exemple, 2, 3 ou 4 couches. Par exemple, il est possible de doter le
câble d'une couche de gaine appropriée permettant de conférer une
fonction technique particulière, par exemple, pour absorber des chocs
accidentels sur le câble ou améliorer la résistance aux fluides du câble.
Dans les câbles de l'invention, la couche isolante est constituée
notamment à partir d'au moins une matière polymérique apte à se
transformer au moins superficiellement en l'état de céramique à des
températures élevées dans les incendies, notamment comprises dans
l'intervalle allant de 400 C à 1200 C. Cette transformation à l'état de
céramique de la matière polymérique de la couche isolante permet
d'assurer le maintien de l'intégrité physique du câble et son
fonctionnement électrique dans les conditions de l'incendie.
La matière polymérique de la couche isolante est de préférence
un polysiloxane tel qu'un caoutchouc de silicone réticulé. Le matériau
isolant peut comprendre en outre de préférence une charge formatrice
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de céramique sous l'effet des températures élevées des incendies, telle
que la silice ou des oxydes métalliques.
Selon un autre mode de réalisation de la présente invention, la
matière polymérique de la couche isolante peut être expansée. Cette
expansion permet notamment d'améliorer la résistance au choc du
conducteur isolé, choc auquel il peut être soumis lors d'un incendie
suite à la chute d'un objet tel qu'une poutrelle.
La couche isolante peut se présenter sous la forme d'une seule
couche ou de plusieurs couches de matière(s) polymérique(s), comme 2
ou 3 couches ou plus.
Une matière de bourrage peut en outre être comprise entre la
couche isolante de chaque conducteur et la gaine extérieure.
La matière du bourrage est de préférence choisie parmi un
copolymère éthylène/alcool vinylique (ou EVA), un polysiloxane, une
polyoléfine telle qu'un polyéthylène, un poly(chlorure de vinyle) (ou
PVC), ou un de leurs mélanges. La matière du bourrage peut
comprendre en outre des charges minérales susceptibles de se
transformer en cendres résiduelles sous l'effet de températures élevées
d'un incendie, telles que de la craie, du kaolin, des oxydes métalliques
comme l'alumine hydratée, ou des hydroxydes métalliques comme
l'hydroxyde de magnésium, les oxydes ou hydroxydes métalliques
pouvant servir de charges ignifugeantes.
Selon un mode particulier de l'invention, le câble comprend au
moins deux éléments isolés, chaque élément isolé comprenant une
couche isolante entourant un conducteur électrique, lesdits éléments
étant disposés côte à côte et séparés entre eux par un espace.
L'espace se trouve en position transversale par rapport aux axes
des conducteurs de câble. De préférence, ledit espace mesure environ
0,1 mm à environ 20 mm, mieux encore environ 1 mm à environ 3 mm.
Cet espace axial est de préférence rempli par la matière de la
= gaine telle que définie ci-dessus, ou par une matière polymérique apte
à se transformer au moins superficiellement en l'état de céramique à
des températures élevées dans les incendies, identique ou différente de
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celle utilisée dans la couche isolante, ou encore par une matière de
bourrage.
Dans le cas où ledit espace est rempli avec le matériau de la
gaine de câble, la gaine de câble est amenée, par exemple par
extrusion, de telle manière qu'elle entoure complètement les éléments
isolés. Ce mode de réalisation permet de limiter encore les risques de
mise en court-circuit évoqués ci-dessus.
Un autre mode de réalisation préféré consiste en ce que les
éléments isolés sont disposés les uns à côté des autres et sont
sensiblement en contact les uns avec les autres de sorte qu'aucun
espace n'est présent entre deux éléments isolés adjacents.
L'invention et les avantages qu'elle apporte seront mieux
compris grâce aux exemples de réalisation donnés ci-après à titre
indicatif et non-limitatif, et qui sont illustrés par les dessins annexés
sur lesquels :
La Fig. 1 représente une vue de côté d'un câble selon
l'invention.
La Fig. 2 représente une vue en coupe d'un câble à deux
conducteurs électriques, selon un premier mode de réalisation.
La Fig. 3 représente une vue en coupe d'un câble à trois
conducteurs électriques, selon un deuxième mode de réalisation.
La Fig. 4 représente une vue en coupe d'un câble à quatre
conducteurs électriques, selon un troisième mode de réalisation.
La Fig. 5 représente une vue en coupe d'un câble à deux
conducteurs électriques, selon un quatrième mode de réalisation.
La Fig. 6 représente une vue en coupe d'un câble à trois
conducteurs, selon un cinquième mode de réalisation.
La Fig. 7 représente une vue en coupe d'un câble à quatre
conducteurs, selon un sixième mode de réalisation.
Sur la Fig. 1 est représenté de manière schématique et partielle
un câble 1 présentant un axe de symétrie 2.
Le câble 1 selon un premier mode de réalisation, représenté sur
la Fig. 2, comprend deux conducteurs électriques 3, deux isolants 4 -
chacun des isolants 4 se trouvant autour de chaque conducteur 3 et
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formant ainsi deux conducteurs isolés (ou éléments) 5 - et une gaine
extérieure 6.
Les deux conducteurs isolés 5 sont disposés parallèlement l'un
par rapport à l'autre, et côte à côte dans le plan médian longitudinal P
5 du câble 1. Ils sont en contact l'un avec l'autre, ce qui conduit à ce
qu'aucun espace ne soit présent entre les éléments adjacents.
La gaine extérieure 6 est déposée sur les éléments isolés 5 et
entoure les éléments isolés 5 de manière à définir au moins deux faces
qui sont sensiblement planes, et parallèles entre elles et au plan
10 médian longitudinal P.
En section, le câble a une forme sensiblement rectangulaire, et
en particulier un profil présentant deux faces planes parallèles au plan
P qui contient les axes des deux conducteurs 3 et deux portions
latérales arrondies.
Le matériau de l'isolant 4 est de préférence un polysiloxane
comprenant notamment une charge de renforcement de type silice, et
l'isolant 4 comporte de préférence une seule couche de polysiloxane.
La gaine extérieure 6 est constituée de préférence par un EVA,
comprenant éventuellement des charges telles que des oxydes ou
hydroxydes métalliques.
Selon un autre mode de réalisation (non représenté) similaire à
celui représenté sur la Fig. 2 à l'exception de la forme de la gaine
extérieure 6 en section droite, la gaine extérieure 6 présente un
contour extérieur qui épouse sensiblement la forme de l'enveloppe des
éléments isolés 5 de sorte que le câble présente en section droite une
forme de "8".
Le câble de la Fig. 3 diffère de celui de la Fig. 2 en ce qu'un
élément isolé 5 supplémentaire est introduit à l'intérieur de la gaine
extérieure 6, l'axe de cet élément isolé 5 supplémentaire se trouvant
dans le plan médian longitudinal P du câble 1.
Le câble de la Fig. 4 diffère de celui de la Fig. 3 en ce qu'un
élément isolé 5 supplémentaire est introduit à l'intérieur de la gaine
extérieure 6, l'axe de ce conducteur isolé 5 supplémentaire se trouvant
dans le plan médian longitudinal P du câble 1.
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Le câble de la Fig. 5 diffère de celui de la Fig. 2 en ce qu'un
espace 7 sépare les deux éléments isolés 5 et en ce que le profil de la
gaine extérieure suit sensiblement l'enveloppe des couches isolantes 4.
Le câble de la Fig. 6 diffère de celui de la Fig. 5 en ce que
trois éléments isolés 5 sont représentés.
Le câble de la Fig. 7 diffère de celui de la Fig. 5 en ce que quatre
= éléments isolés 5 sont représentés.
Les espaces 7 sur les Fig. 5, 6 et 7 sont remplis de préférence
avec la matière de la gaine, comme un EVA. Ces espaces 7 mesurent
de préférence de 0,1 mm à 20 mm, mieux encore de 1 mm à 3 mm.
EXEMPLES
exemple 1
= On a testé deux
types câbles A et B selon la norme française
NF C 32-070.
Le câble A est un câble résistant au feu sensiblement plat selon
l'invention. Le câble B (comparatif) est un câble résistant au feu
identique au câble A à l'exception près que le câble B est rond.
Deux compositions différentes de cibles A et B ont été testées:
2 x 1.5 mm2 (composition 1) et 3 x 1.5 min2 (composition 2).
Selon la norme française NF C 32-070, un câble résistant au
feu doit supporter une tension d'environ 500 V lors de la montée en
température jusqu'à 920 C durant 50 minutes, puis à une température
constante d'environ 920 C pendant environ 15 minutes.
Tous les câbles testés ont satisfait à cette valeur minimale
requise par la norme.
On a ensuite testé les câbles en augmentant progressivement la
tension jusqu'à ce qu'un court-circuit se produise.
Les résultats de ces derniers essais ¨ qui sont regroupés dans
les tableaux 1 et 2 ¨ montrent que le câble plat de la présente
invention est capable de supporter des tensions plus élevées que celles
supportées par le câble rond comparatif.
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En effet, les données des tableaux montrent que les câbles A
selon l'invention supportent des tensions supérieures à celles
supportées par les câbles B, ou alors qu'ils supportent la même tension
mais pendant un laps de temps plus important que celui des câbles B.
Tableau 1
CÅBLE A
(invention)
Composition 1 Composition 2
16" série 65' à 500 V ok 65' à 500 V ok
5' à 600 V ok 5' à 600 V ok
5' à 700 V ok 5' à 700 V ok
5' à 800 V ok 2" à 800 V
4'30" à 900V
26' série 65' à 500 V ok 65' à 500 V ok
5' à 600 V ok 5' à 600 V ok
5' à 700 V ok 5' à 700 V ok
3'40" à 800 V 5' à 800 V ok
5' à 900 V ok
1'30" à 1000 V
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Tableau 2
CÅBLE B
(comparatif)
Composition 1 Composition 2
lère série 65' à 500 V ok 65' à 500 V ok
10" à 600 V 5' à 600 V ok
5' à 700 V ok
0" à 800 V
2ème série 65' à 500 V ok 65' à 500 V ok
5' à 600 V ok 5' à 600 V ok
2'26" à 700 V 5' à 700 V ok
5' à 800 V ok
0" à 900 V
