耐火多导体电缆的制作方法
本文中描述的示例性和非限制性实施例总体上涉及多导体电缆，并且更具体地涉及耐火同轴电缆。
背景技术：
诸如ul和nfpa等组织制定了可针对安全性和性能评估产品的标准。例如，ansi/ul2196测试涉及电路保护系统在火灾事件中的性能。作为另一示例，ansi/ul444测试适用于电话或用于现场客户系统的其他通信电路的单根或多根同轴电缆。此外，nfpa发布了有关火灾警报和信号、紧急服务通信以及建筑与结构安全规程的各种规程。通常，对于被认为定级为在预期幸免于火灾情况的电路中使用的同轴电缆，根据ul和nfpa测试、规程和标准，在暴露在测试火灾和消防水龙带射流的强速喷射之后，电缆必须达到或超过最低功能阈值。
技术实现要素：
以下概述仅意图是示例性的。本发明内容无意于限制权利要求的范围。
根据一个示例实施例，一种电缆包括：内部导体；围绕内部导体被布置的电介质；围绕电介质被环形地布置的外部导体；围绕外部导体的多个带，每个带在下面的带或外部导体之上并且周向地围绕下面的带或外部导体提供连续层，其中带之一是导体；以及包裹多个带的护套。
在另一示例实施例中，一种耐火多导体电缆包括：导体；覆盖导体的多个同心地布置的耐温带，其中耐温带之一是另一导体；以及被同心地布置以覆盖多个耐温带的保护套。导体包括：包括导线或管的第一导电材料；围绕第一导电材料被环形地布置的第二导电材料；以及被构造为绳索并且螺旋地缠绕在第一导电材料与第二导电材料之间的环形空间中的电介质。
在另一示例实施例中，一种用于多导体电缆的耐温覆盖物包括：覆盖多导体电缆的陶瓷或二氧化硅的第一带层；覆盖陶瓷或二氧化硅的第一带层的金属或金属合金的第二带层；覆盖金属或金属合金的第二带层的陶瓷或二氧化硅的第三带层；覆盖陶瓷或二氧化硅的第三带层的金属合金的第四带层；以及覆盖金属合金的第四带层的阻燃护套。耐温覆盖物耐热高达1850°f。
附图说明
结合附图，在以下描述中解释了前述方面和其他特征，其中：
图1是同轴电缆的一个示例实施例的透视剖视图；
图2是图1的同轴电缆的示意图；
图3是图1的同轴电缆的电介质的一个示例实施例的示意图；
图4是位于同轴电缆的内部导体与外部导体之间的电介质中的销孔的示意图；
图5a是同轴电缆的另一示例实施例的示意图；
图5b是没有护套的图5a的示例实施例的示意图；
图6a是同轴电缆的另一示例实施例的示意图；
图6b是没有护套的图6a的示例实施例的示意图；
图7是同轴电缆的另一示例实施例的示意图；
图8是同轴电缆的另一示例实施例的示意图；以及
图9是同轴电缆的另一示例实施例的示意图。
具体实施方式
词语“示例性”在本文中用来表示“用作示例、实例或说明”。本文中被描述为“示例性”或“示例”的任何实施例不必被解释为比其他实施例优选或有利。在本具体实施方式中描述的所有实施例均是示例性实施例，这些示例性实施例被提供以使本领域技术人员能够制造或使用本发明，而不限制由权利要求书限定的本发明的范围。
ansi/ul2196测试的目的是在电路系统被暴露于火灾中然后受到水流的机械冲击时评估系统。当前，发明人尚不知晓满足由ansi/ul2196测试设置的标准的工业中的同轴电缆(下文中称为“同轴电缆”或“电缆”)。对于满足由ansi/ul2196测试提出的要求的偏离包括：在建筑物自身内使用具有阻燃带材料的ul额定导管或者使用由耐火建筑材料制成的充气室并且电缆布线在充气室内部。为了满足由ansi/ul2196测试提出的要求，同轴电缆被包入昂贵的酚醛导管中。
然而，尽管包入酚醛导管中的同轴电缆可以满足ansi/ul2196测试，但是这种布置可能无法通过由nfpa制定的标准，特别是nfpa
已经尝试将电缆设计为符合由nfpa规定的规范，尽管这样的电缆不易制造并且对于预期应用也非常严格。这样的电缆使用由填充有矿物颗粒(陶瓷或玻璃)的热塑性化合物制成的绝缘材料或由陶瓷材料制成的插入式陶瓷盘。
本文中公开的电缆的示例实施例被预期为不仅能够在火灾情形中幸存，而且还满足或超过ansi/ul2196、nfpa
例如，在ansi/ul2196测试中，具有内部导体和外部导体的同轴电缆被暴露在火中两小时，然后是来自水龙带射流的强速喷射的机械冲击。外部导体上的焊接线中可能存在销孔。电缆在暴露于火中结束时的温度为1850°f。在施加水龙射流强速喷射并且将电缆在1850°f的温度下暴露于水后，压力将下降并且在电缆中产生真空。电缆外部的水将转化为蒸汽，该蒸汽会通过销孔被抽出(由于压力较低)，从而使蒸汽在陶瓷电介质周围冷凝。这种水(从蒸汽中冷凝)在陶瓷电介质上的存在将降低内部导体与外部导体之间的绝缘电阻。
前述机制可以基于理想气体定律：
pv＝mrt(等式1)
其中p＝压力，v＝电缆内部在内部导体与外部导体之间的空气量，t＝温度，m＝电缆内部的空气质量，以及r为常数。也可以适用以下关系式：
p2/p1＝t2/t1(等式2)
其中p1＝水龙射流前的压力，p2＝水龙射流后的压力，t1＝水龙射流前的温度，t2＝水龙射流后的温度。如等式1所示(其中p1＝1个大气压(1atm)，并且t1＝1283k(1850°f))，同轴电缆的外部和周围的压力为1atm，并且同轴电缆内部的压力为0.2大气压。如等式2所示，压降等于测试的水龙射流部分之前和之后的电缆温度之比。因此，温度的突然下降产生的真空v将迫使蒸汽和空气通过外部导体中的孔被吸入电缆中。在测试的水龙射流部分期间，外部导体周围缺乏保护措施也可能导致水渗透到电缆中。
参考图1和2，同轴电缆的一个示例实施例总体上在10示出，并且在下文中称为“电缆10”。电缆10可以是用于承载rf信号的rf电缆，或者可以是ac电缆(在柔性金属护套中的绝缘导体的组装件(例如，具有三个导体的三相电缆和地线))并且可以用于承载ac。
电缆10包括被电介质16隔开的内部导体12和外部导体14。内部导体12可以是延伸通过外部导体14的管状构造的实线或管。内部导体12可以是铜或铜合金。
内部导体12被电介质16包裹并且通过电介质16与外部导体14隔离，该电介质16在内部导体12与外部导体14之间的环形空间中至少沿着内部导体12的长度延伸。在常规构造中，同轴电缆中的电介质被设计为通过螺旋缠绕绝缘(或其他电介质方式)在内部导体与外部导体之间保持气隙，以在电缆中保持计算出的特性阻抗。但是，这样的电介质绝缘通常无法在极端的高温条件(诸如大约1850°f的温度)下幸存并且通常在300°f附近开始熔化，进而将使内部导体与外部导体短路。在发生这种情况时，通过电缆的通信将丢失。可以承受高温并且具有足够的强度来保持特性阻抗的介电材料的其他选择通常在常温下表现出高衰减。
在本文中的示例实施例中，为了防止在高温下内部导体12与外部导体14之间发生短路，电介质16可以由能够承受高温的材料制成，该材料被相应地布置在导体之间。而且，电介质可以与耐高温阻隔带一起使用并且被加护套以便保护电缆10的整体组装件。除了各种电介质绝缘材料以及护套材料的性能考虑，电缆10被构造为足够灵活以在安装时能够穿过狭窄的空间。
在本文中描述的示例实施例中，电介质16可以是被挤压成绳状并且螺旋地缠绕在内部导体12的长度周围以确保在内部导体12与外部导体14之间形成气隙且气隙在极端温度下被保持的材料。电介质的材料可以是陶瓷、二氧化硅(sio2)、硅酸盐(sio3，含有阴离子硅化合物的化合物，其可以是氧化物，但也包括六氟硅酸盐([sif6]2-)和其他阴离子)、或陶瓷和二氧化硅的混合物(例如，氧化铝和二氧化硅)。
外部导体14覆在电介质16之上，并且可以呈螺旋或环形波纹状。外部导体14的材料可以是铜、波纹铜或覆铜不锈钢(诸如304、316或a606钢带)。
电缆10还包括被依次层叠并且同心地布置在下面的阻隔带上的多个耐高温阻隔带或套管，其中最里面的阻隔带层叠在外部导体14之上。在层叠这些带时，下面的层被完全覆盖或至少基本完全被覆盖。最里面的阻隔带是第一阻隔带20，第一阻隔带20位于外部导体14的外表面上，围绕外部导体14的圆周并且在外部导体14的长度上延伸。第一阻隔带20包括陶瓷或二氧化硅(例如，陶瓷纤维、陶瓷氧化物纤维、sio2含量大于99.95％的无定形二氧化硅玻璃、铝硼硅酸盐、铝硅石、氧化铝等)以使外部导体14与火和水隔离。第一阻隔带20的材料可以具有耐火性以便不燃烧(例如，第一阻隔带20的材料可以耐火到1700℃)。
第二阻隔带24可以被设置在第一阻隔带20上，以在其整个长度上围绕第一阻隔带20(类似于第一阻隔带20)。第二阻隔带24可以包括铜、不锈钢或覆铜不锈钢。
类似于第一阻隔带20上的第二阻隔带24，第三阻隔带28可以被设置在第二阻隔带24上，第三阻隔带28包括附加的陶瓷或二氧化硅材料以将外部导体14以及下面的第一阻隔带20和第二阻隔带24与火和水隔离。
类似于下面的阻隔带，第四阻隔带32可以被设置在第三阻隔带28上，第四阻隔带32包括诸如不锈钢等金属合金。第四阻隔带32的材料可以用作接地导体。
护套38可以被同心地布置在第四阻隔带32上，以包裹内部导体12、外部导体14和电介质16、以及下面的阻隔带20、24、28和32。护套38可以包括阻燃性材料，并且可以被施加到或设置在第四阻隔带32上来为电缆10提供附加的机械强度和防火保护。在发生火灾时(由于ansi/ul2196测试或电缆10使用期间的火灾事件)，护套38将变成灰烬，并且第四阻隔带32的金属可能会因暴露于火和水而被损坏。下面的层(第一阻隔带20、第二阻隔带24和第三阻隔带28)可以被最小程度地损坏或者完全不遭受损坏。护套38还可以提供用于标记电缆10的表面。护套38的阻燃性材料可以是例如乙烯共聚物，诸如乙烯丙烯酸弹性体、聚氯乙烯(pvc)、聚偏二氟乙烯(pvdf)、阻燃聚乙烯(frpe)等。
参考图3，在一个示例实施例中，电介质16可以是包括芯40的混合绳索，该芯40的外径od1约为3mm，并且芯40包括二氧化硅或其他材料。芯40可以被包围、包绕或以其他方式包裹在包括陶瓷材料的外层44中。由被外层44围绕的芯40组成的混合绳索电介质16的总od2可以为约4.2mm至约4.6mm。
参考图1-3，诸如由陶瓷或二氧化硅材料制成的第一阻隔带20、第二阻隔带24和第三阻隔带28等阻隔带在位于外部导体14与金属第四阻隔带32之间时可以保护外部导体14、电介质16和内部导体12免于火和随后施加水的影响。陶瓷和/或二氧化硅阻隔带20、24、28和/或第四阻隔带32的厚度通常非常薄，使得由于施加有四个阻隔带20、24、28和32而导致的总od2尺寸的增加将非常小(通常为1毫米(mm)或更小)，并且通常将在ansi/ul2196测试期间为电缆10提供耐火、防氧化和防水保护。多个阻隔带的使用至少部分保护内部导体12免受氧化和水侵，因为阻隔带的(多种)陶瓷材料不燃烧，并且多个陶瓷带的组合提供基本上气密的阻挡，因此防止空气和水接触外部导体和内部导体12。
参考图4，位于内部导体12与外部导体14之间的电介质16的陶瓷材料可以经由外部导体14中的孔而暴露于水。如图所示，可以在电缆10的加工或组装过程中将焊缝52应用于外部导体14。在焊缝52和外部导体14的界面处的区域53(其是焊缝52的材料和外部导体14的材料的混合物)可以通过从电介质16延伸的裂缝或其他缺陷56来折衷，从而允许形成一个或多个销孔50。第一阻隔带20、第二阻隔带24、第三阻隔带28和第四阻隔带32中的至少一个以及护套38的存在可以防止在ansi/ul2196测试的水龙带部分期间通过销孔50的水侵。
在ansi/ul2196测试的初始阶段，电缆10在烤箱60中经受火焰两个小时。在电缆10在ul2196测试期间在烤箱60中经受火焰之后，对电缆10进行水龙射流强速喷射62。来自这样的强速喷射62的水通常对电缆10造成破坏并且瞬间变为水蒸气。被认为通过ansi/ul2196测试并且因此获取耐火性的电缆10将是在ansi/ul2196测试完成之后继续传导信号的电缆。
参考图5a，同轴电缆的另一示例实施例总体上在110示出，并且在下文中称为“电缆110”。电缆110可以是用于承载rf信号的rf电缆，或者可以是ac电缆(与前述示例实施例一样)。
电缆110包括被电介质116隔开的内部导体112和外部导体114。内部导体112可以是延伸通过外部导体114的管状结构的实线或管。内部导体112可以是铜或铜合金，外部导体114可以是波纹形式的铜或覆铜不锈钢。电介质116可以是陶瓷、二氧化硅或陶瓷和二氧化硅的混合物。
布置在下面的外部导体114之上的电阻性阻挡层包括第一阻隔带120，第一阻隔带120包含二氧化硅。第二阻隔带124可以被设置在第一阻隔带120上，第二阻隔带124包括铜、不锈钢或覆铜不锈钢。第三阻隔带128可以被设置在第二阻隔带上，第三阻隔带128包括附加的陶瓷或二氧化硅材料。在该示例实施例中，第三阻隔带128上的第四阻隔带132可以是波纹形式的不锈钢。尽管不锈钢具有抗腐蚀能力，但是也可以使用其他材料，诸如铜、铜合金不锈钢或覆铜不锈钢。第四阻隔带132中的波纹、以及外部导体114中的波纹有助于电缆110的弯曲和挠曲。第四阻隔带132上的护套138可以是例如乙烯丙烯酸弹性体、pvc、pvdf、frpe等。
参考图5b，电缆110可以在没有护套138的情况下形成和使用。
参考图6a，同轴电缆的另一示例实施例总体上在210示出，并且在下文中称为“电缆210”。在电缆210中，内部导体212、外部导体214和电介质216类似于先前的实施例。
在该示例实施例中，第一阻隔带220包括带形式的可陶瓷化硅树脂。第二阻隔带224可以被设置在第一阻隔带220上，第二阻隔带224包括铜、不锈钢或覆铜不锈钢。第三阻隔带228可以被设置在第二阻隔带上，第三阻隔带228包括另外的陶瓷或二氧化硅材料。在该示例实施例中，第三阻隔带228上的第四阻隔带232可以是波纹形式的不锈钢。尽管不锈钢具有抗腐蚀能力，但是也可以使用其他材料，诸如铜、铜合金不锈钢或覆铜不锈钢。第四阻隔带232中的波纹、以及外部导体214中的波纹有助于电缆210的弯曲和挠曲。第四阻隔带232上的护套238可以是例如乙烯丙烯酸类弹性体、pvc、pvdf、frpe等。
参考图6b，电缆210可以在没有护套238的情况下形成和使用。
参考图7，同轴电缆的另一示例实施例总体上在310示出，并且在下文中称为“电缆310”。在电缆310中，内部导体312、外部导体314和电介质316类似于先前的实施例。
在该示例实施例中，外部导体314上的第一阻隔带320包括二氧化硅。第二阻隔带324可以被设置在第一阻隔带320上，第二阻隔带324包括铜、不锈钢或覆铜不锈钢。第三阻隔带328可以被设置在第二阻隔带上，第三阻隔带328包括另外的陶瓷或二氧化硅材料。护套338可以被直接设置在第三阻隔带328上，护套338包括例如乙烯丙烯酸类弹性体、pvc、pvdf、frpe等。
参考图8，同轴电缆的另一示例实施例总体上在410示出，并且在下文中称为“电缆410”。在电缆410中，内部导体412、外部导体414和电介质416类似于先前的实施例。
在该示例实施例中，外部导体414上的第一阻隔带420包括二氧化硅。第二阻隔带424可以被设置在第一阻隔带420上，第二阻隔带424包括铜、不锈钢或覆铜不锈钢。护套438可以直接设置在第二阻隔带424上，护套438包括例如乙烯丙烯酸类弹性体、pvc、pvdf、frpe等。
参考图9，同轴电缆的另一示例实施例总体上在510示出，并且在下文中称为“电缆510”。在电缆510中，内部导体512、外部导体514和电介质516类似于先前的实施例。然而，该示例实施例示出了三芯电缆。
在该示例实施例中，第一阻隔带520包括带形式的可陶瓷化硅树脂。第二阻隔带524可以被设置在第一阻隔带520上，第二阻隔带524包括铜、不锈钢或覆铜不锈钢。第三阻隔带528可以被设置在第二阻隔带上，第三阻隔带528包括附加的陶瓷或二氧化硅材料。第三阻隔带528上的护套538可以是例如乙烯丙烯酸弹性体、pvc、pvdf、frpe等。
在一个示例实施例中，一种电缆包括：内部导体；围绕内部导体布置的电介质；围绕电介质被环形地布置的外部导体；围绕外部导体的多个带，每个带在下面的带或外部导体之上并且周向地围绕下面的带或外部导体提供连续层，其中带之一是导体；以及包裹多个带的护套。
内部导体可以包括铜或铜合金。电介质可以包括陶瓷、二氧化硅或陶瓷和二氧化硅的混合物。电介质可以包括沿着内部导体的长度螺旋地缠绕的绳索。外部导体可以包括铜、波纹铜或覆铜不锈钢。多个带可以包括第一带、第二带、第三带和第四带，这些带中的每个带基本上覆盖下面的带或外部导体。第一带可以包括陶瓷、二氧化硅或可陶瓷化硅树脂，第二带可以包括铜、不锈钢或覆铜不锈钢，第三带可以包括陶瓷或二氧化硅，并且第四带可以包括不锈钢。护套可以包括阻燃性材料。
在另一示例实施例中，一种耐火多导体电缆包括：导体；覆盖导体的多个同心地布置的耐温带，其中耐温带之一是另一导体；以及同心地布置以覆盖多个耐温带的保护套。导体包括：包括导线或管的第一导电材料；围绕第一导电材料被环形地布置的第二导电材料；以及被构造为绳索并且螺旋地缠绕在第一导电材料与第二导电材料之间的环形空间中的电介质。
电介质可以包括陶瓷、二氧化硅或陶瓷和二氧化硅的混合物。电介质可以被构造为螺旋地缠绕在第一导电材料上的绳索。多个同心地布置的耐温带可以包括：第一带，包括陶瓷、二氧化硅或可陶瓷化硅树脂；第二带，包括铜、不锈钢或覆铜不锈钢；第三带，包括陶瓷或二氧化硅；以及第四带，包括金属合金。护套可以包括乙烯共聚物、聚氯乙烯、聚偏二氟乙烯或耐火聚乙烯。多个同心地布置的耐温带可以保护导体免受氧化和水侵。第四带可以用作导体的接地导体。
在另一示例实施例中，一种用于多导体电缆的耐温覆盖物包括：覆盖多导体电缆的陶瓷或二氧化硅的第一带层；覆盖陶瓷或二氧化硅的第一带层的金属或金属合金的第二带层；覆盖金属或金属合金的第二带层的陶瓷或二氧化硅的第三带层；覆盖陶瓷或二氧化硅的第三带层的金属合金的第四带层；以及覆盖金属合金的第四带层的阻燃护套。耐温覆盖物耐热高达1850°f。
第二带层的金属或金属合金可以包括铜不锈钢或覆铜不锈钢。金属合金的第四带层可以包括不锈钢。护套可以包括乙烯共聚物、聚氯乙烯、聚偏二氟乙烯或耐火聚乙烯。
所使用的缩写列表：
ac交流电
frpe阻燃性聚乙烯
nfpa国家消防局
od：外径
pvc聚氯乙烯
pvdf聚偏二氟乙烯
rf射频
ul保险商实验室
应当理解，以上描述仅是说明性的。本领域技术人员可以设计出各种替代和修改。例如，各种从属权利要求中记载的特征可以以任何合适的组合彼此组合。另外，可以将来自上述不同实施例的特征选择性地组合成新的实施例。因此，本说明书旨在涵盖落入所附权利要求书范围内的所有这样的替代、修改和变化。
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