SK286682B6

SK286682B6 - Electrical cable having a semiconductive water-blocking expanded layer

Info

Publication number: SK286682B6
Application number: SK935-2000A
Authority: SK
Inventors: Sergio Belli; Alberto Bareggi; Luigi Caimi; Luca Balconi
Original assignee: Prysmian Cavi E Sistemi Energia Srl
Priority date: 1997-12-22
Filing date: 1998-12-17
Publication date: 2009-03-05
Also published as: TR200001922T2; AU2274199A; SK9352000A3; RU2217826C2; IT1297001B1; ITMI972839A1; ZA9811632B; BR9814391A; AR017949A1; AU743935B2

Abstract

Electrical cable, in particular for medium or high-voltage power transmission or distribution, having a metal shield and a semiconductive water-blocking expanded layer. This layer exerts three main functions, the first one is to elastically and uniformly absorb radial forces of expansion and contraction of the cable coating layers due to thermal cycles of the cable during use, thus preventing deformations or breakages in the metal shield, the second one is to ensure electrical continuity between the cable core and the metal shield, the third one is to effectively avoid penetration and propagation of moisture and/or water along the cable core due, e.g., to possible ruptures in the metal shield. The third function is obtained by including in the expanded layer a water-swellable material.

Description

Oblasť technikyTechnical field

Predložený vynález sa týka elektrického kábla, predovšetkým pre stredno- a vysokonapäťové prenosy alebo rozvody, ktorý má polovodivú vodublokujúcu vrstvu. V ďalšom sa v predloženom vynáleze pod termínom „stredné napätie“ rozumie napätie medzi asi 1 kV až asi 30 kV, zatiaľ čo pod termínom „vysoké napätie“ sa rozumejú napätia vyššie ako 30 kV.The present invention relates to an electrical cable, in particular for medium- and high-voltage transmissions or wiring, having a semiconducting water-blocking layer. In the present invention, the term "medium voltage" refers to a voltage between about 1 kV to about 30 kV, while the term "high voltage" refers to voltages above 30 kV.

Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Káble pre stredno- a vysokonapäťové prenosy alebo rozvody vo všeobecnosti pozostávajú z kovového vodiča, ktorý je pokrytý prvou vnútornou polovodivou vrstvou, izolačnou vrstvou a vonkajšou polovodivou vrstvou. Pre niektoré použitia, predovšetkým ak sa požaduje vodotesnosť vzhľadom na exteriér, je kábel uzavretý vnútri kovového tienenia, obyčajne z hliníka alebo medi, pozostávajúceho z kontinuálnej trubice alebo kovovej fólie usporiadanej v trubici a zvarenej alebo utesnenej tak, že je vodotesná.Cables for medium- and high-voltage transmission or distribution generally consist of a metallic conductor that is covered with a first inner semiconducting layer, an insulating layer and an outer semiconducting layer. For some applications, especially when waterproofing to the exterior is desired, the cable is enclosed within a metal shield, usually of aluminum or copper, consisting of a continuous tube or metal foil arranged in the tube and welded or sealed to be waterproof.

V priebehu výroby, inštalácie alebo používania môže dôjsť v kovovom plášti k zlomom alebo prienikom, ktoré umožňujú prienik vlhkosti alebo dokonca aj vody dovnútra káblového jadra, so vznikom elektrochemických porúch v izolačnej vrstve, ktoré môžu spôsobiť poruchy izolácie.During manufacture, installation, or use, breakages or leaks may occur in the metal sheath, allowing moisture or even water to penetrate into the cable core, with electrochemical failure in the insulating layer, which may cause insulation failure.

Jedno z možných riešení tohto problému je uvedené v US patente č. 4 145 567. Tento spis opisuje vysokonapäťový kábel, ktorý má z vonkajšej strany okolo vonkajšej polovodivej vrstvy stlačiteľnú vrstvu zo speneného plastického materiálu, ktorá má zabrániť vonkajšej vlhkosti preniknúť do izolačnej vrstvy, a teda zabrániť vzniku elektrochemických porúch. Podľa uvedeného opisu kovové tienenie si výhodne udržiava isté napätie proti stlačiteľnej vrstve, takže žiaden vzduch alebo iná tekutina nemôže po povrchu preniknúť medzi stlačiteľnú vrstvu a kovové tienenie. Ako ďalšia poistka proti priechodu tekutiny po kábli môžu byť kovové tienenie so stlačiteľnou vrstvou spojené. Stlačiteľná vrstva je výhodne polovodivá.One possible solution to this problem is disclosed in U.S. Pat. This document discloses a high voltage cable having an outer layer around the outer semiconducting layer having a compressible layer of foamed plastics material to prevent external moisture from penetrating the insulating layer and thereby preventing electrochemical disturbances. According to the above description, the metal shield preferably maintains some tension against the compressible layer so that no air or other fluid can penetrate the surface between the compressible layer and the metal shield. As an additional safeguard against the passage of fluid through the cable, the metal shield can be connected to the compressible layer. The compressible layer is preferably semiconductive.

Trhliny v kovovom tienení môžu byť zapríčinené tepelnými cyklami, ktorým je kábel vystavený v dôsledku denných zmien intenzity prenášaného prúdu, ktorým zodpovedajú zmeny teploty kábla alebo medzi teplotou miestnosti a maximálnou pracovnou teplotou (napríklad medzi 20 °C a 90 °C) Tieto tepelné cykly zapríčiňujú dilatáciu a následnú kontrakciu povlakovej vrstvy kábla, spolu so súčasnými priečnymi silami vyvíjanými na kovovom tienení. V kovovom tienení teda môžu vznikať mechanické deformácie spolu so vznikom prázdnych priestorov medzi tienením a vonkajšou polovodivou vrstvou, ktoré spôsobujú nerovnomemosť elektrického poľa. Navyše tieto deformácie môžu viesť k trhlinám tienenia, predovšetkým pri jeho zváraní alebo pripájaní pomocou tesnenia, a teda tým spôsobujú zhoršenie funkčnosti tienenia.Cracks in metal shielding may be caused by thermal cycles to which the cable is subjected due to daily changes in the transmitted current intensity corresponding to changes in cable temperature or between room temperature and maximum operating temperature (for example between 20 ° C and 90 ° C). dilatation and subsequent contraction of the cable sheath, together with current transverse forces exerted on the metal shield. Thus, in the metallic shielding, mechanical deformations can occur together with the formation of voids between the shielding and the outer semiconducting layer, which cause an uneven electric field. In addition, these deformations can lead to screening cracks, especially when welding or bonding by means of a gasket, and thus cause a degradation of the screening functionality.

Možné riešenie tohto problému je opísané v US patente č. 5 281 757, podľa ktorého kovové tienenie má možnosť voľne sa pohybovať vzhľadom na susedné vrstvy a má prekrývajúce okrajové časti spolu spojené lepidlom, ktoré umožňuje prekrytým okrajovým častiam relatívny vzájomný pohyb v priebehu teplotných cyklov kábla. Medzi kovovým tienením kábla a jadrom kábla môže byť aplikovaná výplňová vrstva, ako je opísaná v uvedenom US patente č. 1 145 567. Ak sa to požaduje, výplňová vrstva môže byť vodou napučiavajúci pásik alebo vodou napučiavajúci prášok namiesto speneného plastického materiálu.A possible solution to this problem is described in U.S. Pat. No. 5,281,757, wherein the metal shielding has the ability to move freely relative to adjacent layers and has overlapping edge portions joined together by an adhesive that allows the overlapped edge portions to move relative to each other during cable temperature cycles. A filler layer may be applied between the metallic cable shield and the cable core as described in said U.S. Pat. If desired, the filler layer may be a water-swellable strip or a water-swellable powder instead of a foamed plastic material.

Ako sa ukázalo zo skúseností prihlasovateľa, konštrukcie káblov, ako sú opísané v US-4 145 567 a US-5 281 757, nie sú úplne uspokojivé. Po prvé, prítomnosť stlačiteľnej vrstvy medzi kovovým tienením a jadrom kábla podľa US-4 145 567 nie je dostatočná na efektívne vylúčenie prieniku a šírenia vlhkosti alebo vody po kábli. V skutočnosti na dosiahnutie vodoizolačného efektu sa v US-5 281 757 namiesto stlačiteľnej vrstvy navrhuje použiť vodou napučiavajúci pásik alebo prášok. Ale zavedenie vodou napučiavajúccho materiálu pod kovové tienenie môže zapríčiniť vážne elektrické problémy. V skutočnosti kovové tienenie okrem vytvárania bariéry proti prieniku vody a/alebo vlhkosti plní dôležité elektrické funkcie a musí byť v elektrickom kontakte s vonkajšou polovodivou vrstvou. Prvou funkciou kovového tienenia je skutočne vytvoriť homogénne radiálne elektrické pole v kábli a zároveň tieniť elektrické pole mimo kábla. Ďalšou funkciou je znášanie skratových prúdov.As has been shown by the Applicant's experience, cable designs as described in US-4,145,567 and US-5,281,757 are not entirely satisfactory. First, the presence of a compressible layer between the metal shield and the cable core according to US-4,145,567 is not sufficient to effectively prevent the penetration and spread of moisture or water along the cable. In fact, in order to achieve the waterproofing effect, it is proposed in US-5,281,757 instead of a compressible layer to use a water-swellable strip or powder. However, the introduction of water-swellable material under metallic shielding can cause serious electrical problems. In fact, metal shielding, in addition to providing a barrier to water and / or moisture penetration, fulfills important electrical functions and must be in electrical contact with the outer semiconductive layer. Indeed, the first function of the metal shield is to create a homogeneous radial electric field in the cable while shielding the electric field outside the cable. Another function is to tolerate short-circuit currents.

Prítomnosť izolačného materiálu ako aj vodou napučiavajúceho materiálu pod kovovým tienením nemôže zabezpečiť elektrickú kontinuitu medzi jadrom kábla a kovovým tienením. Ale z hľadiska výroby a prevádzky používanie vodou napúčajúcich pásikov alebo voľných vodou napúčajúcich práškov má množstvo nedostatkov. Predovšetkým použitie vodou napúčajúcich pásikov predstavuje značné zvýšenie nákladov a zníženie produktivity, pretože tieto pásiky sú drahé a predstavujú potrebu prídavného kroku obaľovania v procese výroby kábla. Na druhej strane prítomnosť voľne prúdiacich vodou napúčajúcich práškov spôsobuje výrobu a inštaláciu takéhoto kábla dosť ťažkopádnou.The presence of the insulating material as well as the water-swellable material under the metal shield cannot ensure electrical continuity between the cable core and the metal shield. However, in terms of production and operation, the use of water swelling strips or free water swelling powders has a number of drawbacks. In particular, the use of water-swellable strips entails a considerable increase in costs and a reduction in productivity, since these strips are expensive and represent the need for an additional coating step in the cable manufacturing process. On the other hand, the presence of free-flowing water-swellable powders makes the production and installation of such a cable rather cumbersome.

Napokon sú podľa súčasného stavu techniky známe káble, ktoré sú vytvorené tak, že oslabujú efekt teplotných cyklov v kovovom plášti a zároveň zabraňujú šíreniu vlhkosti a/alebo vody po kábli. Kábel takéhoto typu je vybavený vonkajšou polovodivou vrstvou s pozdĺžnymi drážkami tvaru V, ktoré sú naplnené vodou napučiavajúcim materiálom vo forme prášku. Geometria V-tvaru umožňuje na jednej strane zaistiť elektrický kontakt medzi polovodivou vrstvou a kovovým tienením, a na druhej strane napomáha elastickému obnoveniu tepelných dilatácii materiálom vytvárajúcim polovodivú vrstvu.Finally, cables are known according to the prior art which are designed to attenuate the effect of temperature cycles in the metal sheath while preventing the spread of moisture and / or water over the cable. A cable of this type is provided with an outer semiconducting layer with longitudinal V-shaped grooves, which are filled with a water-swellable powder material. V-shaped geometry makes it possible, on the one hand, to provide electrical contact between the semiconductive layer and the metal shield, and on the other hand, to aid in the elastic recovery of thermal dilatations by the semiconductive layer-forming material.

Ale výroba takýchto pozdĺžnych drážok zahŕňa použitie polovodivej vrstvy veľkej hrúbky (okolo 2 mm alebo viac), čím stúpajú náklady a celková váha kábla. Navyše požadovaná geometria polovodivej vrstvy sa vo všeobecnosti dosahuje pomocou presných procesov extrúzie, v ktorých sa používajú vhodne usporiadané dýzy. Podľa skúseností prihlasovateľa je vytváranie drážok nepravidelnej geometrie, v praktických podmienkach, nutné počas takého extrúzneho procesu. Tieto geometrické nepravidelnosti môžu mať za následok vznik nerovnomerného rozdelenia tlaku vyvíjaného na kovové tienenie a teda zabraňujú polovodivej vrstve účinne vykonávať jej funkciu elastickej absorpcie radiálnych síl.However, the production of such longitudinal grooves involves the use of a semiconductive layer of large thickness (about 2 mm or more), thereby increasing the cost and overall weight of the cable. Moreover, the desired geometry of the semiconducting layer is generally achieved by means of precise extrusion processes in which appropriately arranged nozzles are used. According to the Applicant's experience, the formation of grooves of irregular geometry, under practical conditions, is necessary during such an extrusion process. These geometric irregularities can result in an uneven pressure distribution exerted on the metal shielding and thus prevent the semiconducting layer from effectively performing its elastic absorption function of the radial forces.

Preto káble podľa uvedeného stavu techniky nemôžu efektívne zabezpečiť oba problémy, a to problém zabraňovania penetrácie a šírenia vlhkosti a/alebo vody dovnútra káblového jadra, a problém možných deformácií alebo poškodenia kovového tienenia vplyvom tepelných cyklov kábla, pri zachovaní spoľahlivého elektrického kontaktu medzi kovovým tienením a jadrom kábla.Therefore, the cables of the prior art cannot effectively provide both problems, namely the problem of preventing penetration and the propagation of moisture and / or water inside the core of the cable, and the problem of possible deformation or damage to metal shielding due to cable thermal cycles, cable core.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Prihlasovateľ v súčasnosti zistil, že uvedený problém môže byť účinne vyriešený vložením vrstvy expandovaného polymémeho materiálu majúceho polovodivé vlastnosti a obsahujúceho vodou napučiavajúci materiál pod kovové tienenie. Táto vrstva je schopná elasticky a rovnomerne absorbovať radiálne sily expanzie a kontrakcie vznikajúce vplyvom tepelných cyklov, ktorým je kábel vystavený počas prevádzky, pričom je zabezpečená nevyhnutná elektrická kontinuita medzi káblom a kovovým tienením. Okrem toho prítomnosť vodou napučiavajúceho materiálu rozptýleného vnútri expandovanej vrstvy je schopná účinne blokovať vlhkosť a/alebo vodu, a teda odpadá potreba použitia vodou napučiavajúcich pások alebo voľných vodou napučiavajúcich práškov.The Applicant has now found that this problem can be effectively solved by inserting a layer of expanded polymeric material having semiconducting properties and containing a water-swellable material under metal shielding. This layer is able to absorb elastically and evenly the radial forces of expansion and contraction due to the thermal cycles to which the cable is exposed during operation, while ensuring the necessary electrical continuity between the cable and the metal shield. In addition, the presence of a water-swellable material dispersed within the expanded layer is capable of effectively blocking moisture and / or water, and thus eliminates the need for the use of water-swellable tapes or free water-swellable powders.

Podľa prvého aspektu sa predložený vynález teda týka elektrického kábla obsahujúceho vodič, aspoň jednu izolačnú vrstvu, vonkajšie kovové tienenie a vrstvu expandovaného polymérneho materiálu umiestnenú pod týmto kovovým tienením, pričom podstatou vynálezu je, že vrstva expandovaného polymérneho materiálu je polovodivú a obsahuje vodou napučiavajúci materiál.Accordingly, in a first aspect, the present invention relates to an electrical cable comprising a conductor, at least one insulating layer, an outer metallic shield, and an expanded polymeric material layer positioned beneath the metallic shielding, wherein the layer of expanded polymeric material is semiconducting and contains water-swellable material.

V ďalšom bude termín „vrstva expandovaného polymémeho materiálu“ nahradený stručným termínom „expandovaná vrstva“.In the following, the term " expanded polymer material layer " will be replaced by the brief term " expanded layer ".

Pod pojmom „expandovaný polymémy materiál“, tak ako sa používa v predloženom opise vynálezu a nárokoch, sa rozumie polymémy materiál s vopred určeným percentuálnym množstvom „voľných“ priestorov vnútri materiálu, t. j. určitý priestor neobsadený polymérom, ale v polyméri uzatvoreným plynom alebo vzduchom.The term "expanded polymeric material" as used in the present specification and claims is a polymeric material having a predetermined percentage of "void" spaces within the material, i. j. some space not occupied by a polymer, but in a polymer enclosed by gas or air.

Vo všeobecnosti je množstvo voľných priestorov v expandovanom polyméri vyjadrené termínom stupeň expanzie (G), ktorý je definovaný nasledujúcim vzťahom:In general, the amount of voids in the expanded polymer is expressed by the degree of expansion (G), which is defined by the following relation:

G = (<Vd_e- 1). 100, kde;G = (<Vd _e -1). 100 where;

d₀ predstavuje hustotu expandovaním nespracovaného polymémeho materiálu a d_e predstavuje relatívnu hustotu polymémeho materiálu, meranú v expandovanom stave.d ₀ represents the density of the unprocessed polymeric material; and _e represents the relative density of the polymeric material measured in the expanded state.

Stupeň expanzie expandovanej vrstvy podľa predloženého vynálezu sa môže meniť v širokom rozsahu, ktorý závisí jednak od vlastností použitého polymémeho materiálu a jednak od hrúbky vrstvy, ktorá sa mieni dosiahnuť. Stupeň expanzie je vopred stanovený tak, aby bolo zaistené, že radiálne sily tepelnej expanzie a kontrakcie kábla budú elasticky absorbované a zároveň aby boli zachované polovodivé vlastnosti. Vo všeobecnosti stupeň expanzie môže byť v rozsahu od 5 % do 500 %, a výhodne od 10 % do 200 %.The degree of expansion of the expanded layer of the present invention may vary over a wide range, depending on both the properties of the polymeric material used and the thickness of the layer to be achieved. The degree of expansion is predetermined to ensure that the radial forces of thermal expansion and cable contraction are elastically absorbed while maintaining the semiconducting properties. Generally, the degree of expansion may range from 5% to 500%, and preferably from 10% to 200%.

Čo sa týka hrúbky expandovanej vrstvy podľa predloženého vynálezu, jej veľkosť je najmenej 0,1 mm; výhodne medzi 0,2 až 2 mm a najvýhodnejšie medzi 0,3 až 1 mm. Hrúbky menšie ako 0,1 mm sú v praxi len obtiažne vyrobiteľné a, v každom prípade, iba umožňujú obmedzenú kompenzáciu deformácie, kým hrúbky nad 2 mm, hoci v princípe nemajú funkčné nedostatky, sú značne nákladné a teda sa používajú len za odôvodnených špecifických požiadaviek.With regard to the thickness of the expanded layer according to the present invention, its size is at least 0.1 mm; preferably between 0.2 to 2 mm and most preferably between 0.3 to 1 mm. Thicknesses of less than 0.1 mm are difficult to produce in practice and, in any case, only allow limited deformation compensation, while thicknesses over 2 mm, although in principle do not have functional deficiencies, are very costly and therefore only used under justified specific requirements .

Podľa výhodného uskutočnenia elektrický kábel podľa predloženého vynálezu obsahuje kompaktnú polovodivú vrstvu umiestnenú medzi izolačným povlakom a expandovanou vrstvou.According to a preferred embodiment, the electrical cable of the present invention comprises a compact semiconducting layer disposed between the insulating coating and the expanded layer.

Pod termínom „kompaktná polovodivá vrstva“ sa rozumie vrstva vyrobená z neexpandovaného polovodivého materiálu, t. j. materiálu majúceho stupeň expanzie v podstate rovnajúci sa nule.The term "compact semiconductive layer" refers to a layer made of unexpanded semiconductive material, i. j. a material having a degree of expansion substantially equal to zero.

Podľa zistenia prihlasovateľa táto kompaktná polovodivá vrstva môže výhodne vykonávať funkciu zabraňovania čiastočných výbojov, a teda zabraňuje poškodeniu kábla zapríčinenému nerovnomemosťami povrchu alebo rozhrania medzi izolačným povlakom a expandovanou vrstvou. Táto funkcia môže byť splnená aj veľmi tenkými polovodivými vrstvami, a to okolo 0,1 mm alebo aj menej. Ale z praktického hľadiska je vhodná hrúbka 0,2 až 1 mm, a ešte vhodnejšia v rozsahu 0,2 až 0,5 mm.According to the Applicant's finding, this compact semiconductor layer can advantageously perform the function of preventing partial discharges and thus prevents damage to the cable caused by surface irregularities or the interface between the insulating coating and the expanded layer. This function can also be accomplished with very thin semiconducting layers, about 0.1 mm or less. However, from a practical point of view, a thickness of 0.2 to 1 mm, and more preferably in the range of 0.2 to 0.5 mm, is suitable.

Ako bolo spomenuté, expandovaná vrstva obsahuje vodou napučiavajúci materiál. Ako ukázali testy vykonané prihlasovateľom, expandovaná vrstva je schopná obsiahnuť veľké množstvo vodou napučiavajúceho materiálu a obsiahnutý vodou napučiavajúci materiál je schopný expandovať, ak expandovaná vrstva jc umiestnená v kontakte s vlhkosťou alebo vodou, a teda účinne vykonávať svoju vodotesniacu funkciu.As mentioned, the expanded layer comprises a water-swellable material. As the tests performed by the applicant have shown, the expanded layer is able to contain a large amount of water-swellable material and the contained water-swellable material is able to expand if the expanded layer is placed in contact with moisture or water and thus effectively perform its waterproof function.

Vo všeobecnosti je vodou napučiavajúci materiál vo forme časticového materiálu, predovšetkým vo forme prášku. Častice tvoriace vodou napučiavajúci materiál majú výhodne priemer nie väčší ako 250 pm a priemernú veľkosť priemeru častíc od 10 do 100 pm. Najvhodnejšie je, ak množstvo častíc, majúcich priemer od 10 do 50 pm, je aspoň 50 % hmota, vzhľadom na celkovú hmotnosť prášku.In general, the water-swellable material is in the form of particulate material, in particular in the form of a powder. The water-swellable material particles preferably have a diameter of not more than 250 µm and an average particle diameter of from 10 to 100 µm. Most preferably, the amount of particles having a diameter of from 10 to 50 µm is at least 50% by weight, based on the total weight of the powder.

Vodou napučiavajúci materiál vo všeobecnosti obsahuje homopolymér alebo kopolymér majúci hydrofilné skupiny pozdĺž polymémeho reťazca, napríklad: sieťované a aspoň čiastočne soli tvoriace polyakrylátové kyseliny (napríklad produkty Cabloc® od C.F.Stockhausen GmbH alebo Waterlock® od Grain Processing Co.); škrob alebo jeho deriváty v zmesi s kopolymérmi medzi akrylamidmi a akrylátali sodíka (napríklad produkty SGP Absorbent Polymér® od Henkel AG); sodná karboxymetylcelulóza (napríklad produkty Blanose® od Hercules Inc.).The water-swellable material generally comprises a homopolymer or copolymer having hydrophilic groups along the polymer chain, for example: cross-linked and at least partially salt-forming polyacrylate acids (for example, Cabloc® products from C.F.Stockhausen GmbH or Waterlock® from Grain Processing Co.); starch or derivatives thereof in admixture with copolymers between acrylamides and sodium acrylates (for example, SGP Absorbent Poly®® products from Henkel AG); sodium carboxymethylcellulose (e.g. Blanose® products from Hercules Inc.).

Na získanie efektívnej vodublokujúcej funkcie je množstvo vodou napučiavajúceho materiálu obsiahnuté v expandovanej vrstve vo všeobecnosti od 5 do 120 phr, a výhodne od 15 do 80 phr (phr = počet hmotnostných dielov vzhľadom ku 100 hmotnostných dielov základného polyméru).To obtain an effective water-blocking function, the amount of water-swellable material contained in the expanded layer is generally from 5 to 120 phr, and preferably from 15 to 80 phr (phr = number of parts by weight relative to 100 parts by weight of the base polymer).

Prehľad obrázkov na výkresochBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Obr.l predstavuje priečny rez jedným vyhotovením kábla podľa predloženého vynálezu, unipolámeho typu, na prenos stredno-voltových výkonov.Fig. 1 is a cross-sectional view of one embodiment of a cable of the present invention, of the unipolar type, for transmitting medium-voltage power.

Príklady uskutočnenia vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Tento kábel podľa vynálezu obsahuje vodič 1, vnútornú polovodivú vrstvu 2, izolačnú vrstvu 3, kompaktnú polovodivú vrstvu 4, expandovanú vrstvu 5, kovové tienenie 6 a vonkajší plášť 7.The cable according to the invention comprises a conductor 1, an inner semiconducting layer 2, an insulating layer 3, a compact semiconducting layer 4, an expanded layer 5, a metal shield 6 and an outer sheath 7.

Vodič 1 vo všeobecnosti pozostáva z kovových drôtov, výhodne medených alebo hliníkových, ktoré sú spolu spletené použitím bežných techník. Kovové tienenie 6, obyčajne z hliníka alebo medi, alebo tiež aj olova, je tvorené kontinuálnou kovovou rúrkou alebo fóliou vytvarovanou do tvaru rúrky a zvarenou alebo utesnenou použitím adhezívneho materiálu tak, že sa dosiahne vodotesnosť. Kovové tienenie 6 je obvykle potiahnuté vonkajším plášťom 7 obsahujúcim sieťovaný alebo nesieťovaný polymérny materiál, napríklad polyvinylchlorid (PVC) alebo polyetylén (PE).The conductor 1 generally consists of metal wires, preferably copper or aluminum wires, which are intertwined using conventional techniques. The metal shield 6, usually of aluminum or copper, or also of lead, is formed by a continuous metal tube or tube shaped into a tube and welded or sealed using an adhesive material so as to achieve water tightness. The metal shielding 6 is usually coated with an outer sheath 7 containing a crosslinked or non-crosslinked polymeric material, for example polyvinyl chloride (PVC) or polyethylene (PE).

Polymérny materiál, ktorý vytvára expandovanú vrstvu, môže byť ľubovoľným typom expandovateľného polyméru, ako napríklad; polyolefíny, kopolyméry rôznych olefmov, kopolyméry olefmov s etylénovo nenasýtenými estermi, polyestery, polykarbonáty, polysulfony, fenolové živice, močovinové živice a ich zmesi. Príkladmi vhodných polymérov sú: polyetylén (PE), predovšetkým polyetylén s nízkou hustotou (LDPE), polyetylén so strednou hustotou (MDPE), polyetylén s vysokou hustotou (HDPE), lineárny polyetylén s nízkou hustotou (LLDPE); polyetylén s ultranízkou hustotou (ULDPE); polypropylén (PP), elastomerické etylénpropylénové kopolyméry (EPR), alebo etylén-propylén-diénový terpolymér (EPDM), prírodný kaučuk, butylkaučuk, etylen-vinylesterové kopolyméry, napríklad etylén-vinylacetát (EVA), etylén-akrylátové kopolyméry, etylén-metylakrylátový (EMA) kopolymér, etylén-etylakrylátový (EEA) kopolymér, etylén-butylakrylátový (EBA) kopolymér, ctylén/alfa-olefínové termoplastické kopolyméry, polystyrén; akrylonitrilbutadiénstyrénové (ABS) živice, halogenované polyméry, predovšetkým polyvinylchlorid (PVC); polyuretán (PUR); polyamidy; aromatické polyestery ako polyetyléntereftalát (PET) alebo polybutyléntereftalát (PBT); ich kopolyméry alebo mechanické zmesi.The polymeric material that forms the expanded layer may be any type of expandable polymer, such as; polyolefins, copolymers of various olefins, copolymers of olefins with ethylenically unsaturated esters, polyesters, polycarbonates, polysulfones, phenolic resins, urea resins, and mixtures thereof. Examples of suitable polymers are: polyethylene (PE), in particular low density polyethylene (LDPE), medium density polyethylene (MDPE), high density polyethylene (HDPE), linear low density polyethylene (LLDPE); ultra low density polyethylene (ULDPE); polypropylene (PP), elastomeric ethylene-propylene copolymers (EPR), or ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), natural rubber, butyl rubber, ethylene-vinyl ester copolymers such as ethylene-vinyl acetate (EVA), ethylene acrylate copolymer (ethylene acrylate copolymer) EMA) copolymer, ethylene-ethylacrylate (EEA) copolymer, ethylene-butyl acrylate (EBA) copolymer, ethylene / alpha-olefin thermoplastic copolymers, polystyrene; acrylonitrile butadiene styrene (ABS) resins, halogenated polymers, especially polyvinyl chloride (PVC); polyurethane (PUR); polyamides; aromatic polyesters such as polyethylene terephthalate (PET) or polybutylene terephthalate (PBT); their copolymers or mechanical mixtures.

Výhodne polymémym materiálom je polyolefínový polymér alebo kopolymér na báze etylénu a/alebo propylénu, a je zvolený predovšetkým zo skupiny:Preferably, the polymeric material is a polyolefin polymer or a copolymer based on ethylene and / or propylene, and is preferably selected from:

(a) etylénové kopolyméry s etylénicky nenasýteným esterom, napríklad vinylacetát alebo butylacetát, v ktorom množstvo nenasýteného esteru je vo všeobecnosti medzi 5 až 80 % hmotn. , a výhodne medzi 10 až 50 % hmota.;(a) ethylene copolymers with an ethylenically unsaturated ester, for example vinyl acetate or butyl acetate, in which the amount of unsaturated ester is generally between 5 and 80% by weight; , and preferably between 10 to 50 wt%;

(b) elastomerické kopolyméry etylénu s aspoň jedným C₃-Ci₂ alfa olefmom a voliteľne diénom, výhodne kopolyméry etylén/propylénové (EPR) alebo etylén/propylén/diénové (EPDM), ktoré majú vo všeobecnosti nasledovné zloženie: 35 až 90 % molámych etylénu, 10 až 65 % molámych alfa-olefínu, 0 až 10 % molárnych diénu (napríklad 1,4-hexadién alebo 5-etyldién-2-norbomén);(b) elastomeric copolymers of ethylene with at least one C ₃ -C ₁₂ alpha olefin and optionally a diene, preferably ethylene / propylene (EPR) or ethylene / propylene / diene (EPDM) copolymers, generally having the following composition: 35 to 90 mol%; ethylene, 10 to 65 mol% of alpha-olefin, 0 to 10 mol% of diene (e.g. 1,4-hexadiene or 5-ethyldiene-2-norbomene);

(c) kopolyméry etylénu s aspoň jedným C₄-C|₂ alfa olefínom, výhodne 1-hexén, 1-oktén a podobné, a voliteľne diénom, vo všeobecnosti majúce hustotu medzi 0,86 až 0,90 g/cm³ a nasledovné zloženie: 75 až 97 % molámych etylénu, 3 až 25 % molámych alfa-olefínu, 0 až 5 % molámych diénu;(c) copolymers of ethylene with at least one C ₄ -C 6 _{2 with an} alpha olefin, preferably 1-hexene, 1-octene and the like, and optionally a diene, generally having a density of between 0.86 to 0.90 g / cm ³ and the following composition: 75 to 97 mol% ethylene, 3 to 25% alpha-olefin molar, 0-5% molar diene;

(d) polypropylén modifikovaný etylén/C₃-C₁₂ alfa-olefínovým kopolymérom, pričom hmotnostný pomer medzi polypropylénom a etylén/C₃-C₁₂ alfa-olefínovým kopolymérom je medzi 90/10 až 10/90, výhodne medzi 80/20 až 20/80.(d) an ethylene / C ₃ -C ₁₂ alpha-olefin copolymer modified polypropylene, wherein the weight ratio between the polypropylene and the ethylene / C ₃ -C ₁₂ alpha-olefin copolymer is between 90/10 to 10/90, preferably between 80/20 to 20/80.

Napríklad, do triedy (a) patria komerčné produkty Elvax® (Du Pont), Ľevapren® (Bayer) a Lotryl® (ElfAtochem), výrobky Dutral® (Enichem) alebo Nordel® (Dow-Du Pont) patria do triedy (b), výrobkami patriacimi do triedy (c) sú Engage® (Dow-Du Pont) alebo Exact® (Exxon), kým polypropylény modifikované etylén/alfa-olefínovými kopolymérmi sú komerčne dostupné pod obchodnými názvami Moplen® alebo Hifax® (Montell), alebo aj Fina-Pro® (Fina) a podobne.For example, class (a) includes the commercial products Elvax® (Du Pont), Levapren® (Bayer) and Lotryl® (ElfAtochem), Dutral® (Enichem) or Nordel® (Dow-Du Pont) products belong to class (b) , class (c) products are Engage® (Dow-Du Pont) or Exact® (Exxon), while polypropylenes modified with ethylene / alpha-olefin copolymers are commercially available under the trade names Moplen® or Hifax® (Montell), or else Fina-Pro® (Fina) and the like.

Z triedy (d) sú predovšetkým výhodné termoplastické elastoméry obsahujúce kontinuálnu matricu termoplastického polyméru, napr. polypropylén, a jemné častice (vo všeobecnosti majúce priemer rádovo 1 až 10 pm) vulkanizovaného elastomerického polyméru, napr. sieťovaného EPR alebo EPDM, rozptýlené v termoplastickej matrici. Elastomerický polymér môže byť obsiahnutý v termoplastickej matrici v nevulkanizovanom stave a potom dynamicky zosieťovaný v pracovnom procese pridaním vhodného množstva zosieťovacieho činidla. Alternatívne, elastomérový polymér môže byť vulkanizovaný oddelene a potom rozptýlený do termoplastickej matrice vo forme jemných častíc. Termoplastické elastoméry tohto typu sú opísané napr. v US-4 104 210 alebo EP-324 430. Tieto termoplastické elastoméry sú výhodné a ukázali sa zvlášť účinné pri elastickej absorpcii radiálnych sil počas tepelných cyklov kábla v celom rozsahu pracovných teplôt.Of class (d), thermoplastic elastomers comprising a continuous matrix of a thermoplastic polymer, e.g. polypropylene, and fine particles (generally having a diameter of the order of 1 to 10 µm) of the vulcanized elastomeric polymer, e.g. crosslinked EPR or EPDM dispersed in a thermoplastic matrix. The elastomeric polymer may be contained in the thermoplastic matrix in an unvulcanized state and then dynamically crosslinked in the process by adding an appropriate amount of crosslinking agent. Alternatively, the elastomeric polymer may be cured separately and then dispersed into the thermoplastic matrix in the form of fine particles. Thermoplastic elastomers of this type are described e.g. in US-4,104,210 or EP-324,430. These thermoplastic elastomers are preferred and have been shown to be particularly effective in elastically absorbing radial forces during cable thermal cycles over a range of operating temperatures.

Produkty známe zo stavu techniky na prípravu polovodivej polymémej kompozície sa môžu použiť nato, aby polymémemu materiálu dodali polovodivé vlastnosti. Predovšetkým sa môžu použiť elektrovodivé sadze, napríklad elektrovodivé retortové sadze alebo acetylénové sadze a pod. Plocha povrchu sadzí je vo všeobecnosti väčšia ako 20 m²/g, obyčajne medzi 40 až 500 m²/g. Výhodne sa môžu použiť vysokovodívé sadze, ktoré majú plochu povrchu najmenej 900 m²/g, ako aj napríklad retortové sadze komerčne známe pod obchodným názvom Ketjenblack® EC (Akzo Chemie NV).The prior art products for preparing the semiconducting polymer composition can be used to impart semiconducting properties to the polymer material. In particular, electroconductive carbon black, for example, electroconductive retort carbon black or acetylene carbon black and the like can be used. The surface area of the carbon black is generally greater than 20 m ² / g, usually between 40 and 500 m ² / g. Highly conductive carbon blacks having a surface area of at least 900 m ² / g as well as retort carbon blacks known commercially under the trade name Ketjenblack® EC (Akzo Chemie NV) can be advantageously used.

Množstvo sadzí, ktoré sa má pridať do polymémej matrice, sa môže meniť v závislosti od typu polyméru a použitých sadzí, stupňa expanzie ktorý sa má získať, expandovacieho činidla a podobne. Množstvo sadzí teda musí byť také, aby dodalo expandovanému materiálu dostatočné polovodivé vlastnosti, predovšetkým aby expandovaný materiál získal hodnotu objemového odporu, pri izbovej teplote, menej ako 500 Q.m, výhodne menej ako 20 Ω.ηι Typicky množstvo sadzí môže byť v rozsahu medzi 1 až 50 % hmotn., výhodne medzi 3 až 30 % hmotn., vzhľadom na hmotnosť polyméru.The amount of carbon black to be added to the polymer matrix may vary depending on the type of polymer and the carbon black used, the degree of expansion to be obtained, the expanding agent, and the like. Thus, the amount of carbon black must be such as to impart sufficient semiconducting properties to the expanded material, in particular to give the expanded material a volumetric resistance at room temperature of less than 500 Qm, preferably less than 20 µm. 50% by weight, preferably between 3 to 30% by weight, based on the weight of the polymer.

Kompaktná polovodivá vrstva, ktorá môže byť prítomná medzi izolačným plášťom a expandovanou vrstvou, ako aj vnútorná polovodivá vrstva, pričom obidve sú kompaktného typu, sú pripravené známymi technikami, predovšetkým extrúziou, polymérny materiál a sadze sú zvolené z uvedených pre expandovanú vrstvu.The compact semiconductive layer, which may be present between the insulating sheath and the expanded layer, as well as the inner semiconductive layer, both of the compact type, are prepared by known techniques, in particular extrusion, the polymeric material and the carbon black are selected from those for the expanded layer.

Izolačná vrstva je výhodne pripravená extrúziou polyolefínu vybraného z uvedených pre expandovanú vrstvu, predovšetkým polyetylénu, polypropylénu, etylén/propylénových kopolymérov a podobne. Po extrúzii je materiál výhodne zosieťovaný známymi technikami, napríklad použitím peroxidov alebo prostredníctvom silánov.Preferably, the insulating layer is prepared by extruding a polyolefin selected from those mentioned for the expanded layer, in particular polyethylene, polypropylene, ethylene / propylene copolymers and the like. After extrusion, the material is preferably crosslinked by known techniques, for example using peroxides or by silanes.

Expandovanú vrstva môže byť pripravená extrúziou polymémeho materiálu obsahujúceho polovodivé plnivo a vodoodolný materiál na jadre kábla, t. j. zostave vodiča 1, vnútornej polovodivej vrstvy 2, izolačnej vrstvy 3 a podľa voľby kompaktnej polovodivej vrstvy 6. Samotné jadro kábla môže byť vyrobené extrúziou, predovšetkým koextrúziou troch vrstiev podľa známych techník.The expanded layer can be prepared by extrusion of a polymeric material comprising a semiconductive filler and a waterproof material on the core of the cable, i. j. the conductor assembly 1, the inner semiconducting layer 2, the insulating layer 3 and, optionally, the compact semiconducting layer 6. The cable core itself can be produced by extrusion, in particular by coextrusion of three layers according to known techniques.

Polymérny materiál môže byť zmiešaný s polovodivým plnivom, vodou napučiavajúcim materiálom a ďalšími voliteľnými bežnými aditívami podľa spôsobov známych v tejto oblasti. Miešanie sa môže uskutočniť, napríklad, použitím vnútorného mixéra typu s tangenciálnymi rotormi (Banbury) alebo penetračnými rotormi, alebo alternatívne v kontinuálnych mixéroch, ako sú typy Ko-Kneader (Buss), alebo typu súhlasne rotujúcich alebo proti sebe rotujúcich dvojitých skrutiekThe polymeric material may be admixed with a semiconducting filler, a water-swellable material, and other optional conventional additives according to methods known in the art. Mixing can be accomplished, for example, by using an internal mixer of tangential rotor type (Banbury) or penetration rotor, or alternatively in continuous mixers such as Ko-Kneader (Buss), or type of co-rotating or counter-rotating double screws

Expanzia polyméru sa normálne vykonáva počas fázy extrúzie. Táto expanzia sa môže uskutočniť buď chemicky, pridaním vhodného množstva expandovacieho činidla, t. j. činidla schopného uvoľňovať plyn za špecifických tepelných a tlakových podmienok, alebo alternatívne, fyzikálne, vstrekovaním vysokotlakového plynu priamo do extrúdneho valca. Expandovacie činidlo sa výhodne pridáva do polymémeho materiálu len po pridaní plniva a ďalších aditív, ako je opísané v predchádzajúcom, a následným ochladením zmesi pod rozkladnú teplotu expandovacieho činidla, aby sa predišlo predčasnej expanzii polyméru. Predovšetkým sa expandovacie činidlo môže výhodne pridať k polymémej kompozícii počas extrúzie, napr. cez násypku extrudéra.The polymer expansion is normally performed during the extrusion phase. This expansion can be carried out either chemically, by adding a suitable amount of the expanding agent, i. j. agents capable of releasing gas under specific thermal and pressure conditions, or alternatively, physically, by injecting high pressure gas directly into the extruder cylinder. The expanding agent is preferably added to the polymeric material only after the addition of filler and other additives as described in the foregoing, followed by cooling the mixture below the decomposition temperature of the expanding agent to prevent premature expansion of the polymer. In particular, the expanding agent may advantageously be added to the polymer composition during extrusion, e.g. through the hopper of the extruder.

Príkladmi vhodných expandujúcich činidiel sú: azodikarbamid, para-toluénsulfonyl hydrazid, zmesi organických kyselín (napríklad kyseliny citrónovej) s uhličitanmi a/alebo diuhličitanmi (napríklad diuhličitan sodný) a pod.Examples of suitable expanding agents are: azodicarbamide, para-toluenesulfonyl hydrazide, mixtures of organic acids (e.g. citric acid) with carbonates and / or di-carbonates (e.g. sodium bicarbonate) and the like.

Príkladmi plynov, ktoré môžu byť vstrekované za vysokého tlaku do extrúzneho valca, sú: dusík, oxid uhličitý, vzduch, uhľovodíky s nízkym bodom varu, napríklad propán alebo bután, halogénové uhľovodíky, napríklad metylén chlorid, trichlórfluórmetán, l-chloro-l,l-difluoroetán a podobne alebo ich zmesi.Examples of gases that can be injected at high pressure into the extrusion cylinder are: nitrogen, carbon dioxide, air, low boiling hydrocarbons such as propane or butane, halogenated hydrocarbons such as methylene chloride, trichlorofluoromethane, 1-chloro-1,1,1 difluoroethane and the like or mixtures thereof.

Výhodne má dýza vo vytláčacej hlave priemer mierne menší ako je konečný priemer kábla s expandovaným plášťom, ktorý sa má získať, takže expanzia polyméru mimo extrudér dovoľuje dosiahnuť požadovaný priemer kábla.Preferably, the die in the extruder has a diameter slightly smaller than the final diameter of the expanded sheath cable to be obtained, so that the expansion of the polymer outside the extruder allows to achieve the desired cable diameter.

Zvolené teploty extrúzie hlavne závisia od povahy polymémej matrice, expandovacieho činidla a požadovaného stupňa expanzie. Obyčajne sa uprednostňuje teplota extrúzie, nie je nižšia ako 140 °C na dosiahnutie dostatočného stupňa expanzie.The extrusion temperatures selected mainly depend on the nature of the polymer matrix, the expanding agent, and the degree of expansion desired. Usually, an extrusion temperature is preferred, not less than 140 ° C to achieve a sufficient degree of expansion.

Expandovaný polymérny materiál môže alebo nemusí byť zosieťovaný. Zosieťovanie sa môže uskutočniť, po extrúzii a fáze expanzie, známymi technikami, predovšetkým zohrievaním v prítomnosti radikálového iniciátora, napríklad organického peroxidu, ako je dicumyl peroxid. Zosieťovanie sa môže vykonať aj prostredníctvom silánov, ktoré dovoľujú použiť polyméry zo spomínaných, predovšetkým polyolefín, ku ktorým sú kovalentne naviazané silánové jednotky obsahujúce aspoň jednu hydrolyzovateľnú skupinu, napríklad trialkoxysilánovú skupinu, a predovšetkým trimetoxysilánovú skupinu. Štepenie silánových jednotiek sa môže vykonať radikálovou reakciou so silánovými zložkami, napríklad metyl trietoxysilánom, dimetyldietoxysilánom, vinyldimetoxysilánom a podobne. Zosieťovanie sa vykonáva za prítomnosti vody a sieťujúcich katalyzátorov, napríklad organických titanátov alebo kovových karboxylátov. Zvlášť výhodným je dibutyltin dilaurát (DBTL).The expanded polymer material may or may not be crosslinked. The crosslinking can be carried out, after extrusion and the expansion phase, by known techniques, in particular by heating in the presence of a free radical initiator, for example an organic peroxide such as dicumyl peroxide. The crosslinking may also be carried out by means of silanes which allow the use of the polymers of the aforementioned, in particular polyolefin, to which silane units containing at least one hydrolysable group, for example a trialkoxysilane group, and in particular a trimethoxysilane group, are covalently bonded. The cleavage of silane units can be carried out by a radical reaction with silane components, for example methyl triethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, vinyldimethoxysilane and the like. Crosslinking is carried out in the presence of water and crosslinking catalysts, for example organic titanates or metal carboxylates. Particularly preferred is dibutyltin dilaurate (DBTL).

Keď už bola expandovaná vrstva vyrobená, kábel sa uzavrie do kovového tienenia. Podľa výhodného vyhotovenia, v neprítomnosti aplikovaných síl, priemer expandovanej vrstvy je väčší ako vnútorný priemer kovového tienenia, aby sa dosiahol, potom čo bolo aplikované kovové tienenie, vopred určený stupeň predkompresie expandovanej vrstvy. Táto predkompresia umožňuje dosiahnuť optimálny kontakt medzi expandovanou vrstvou a kovovým tienením a dovoľuje vyrovnanie všetkých zvyškových deformácií expandovanej vrstvy, alebo aj istý stupeň plastickej deformácie kovového tienenia, počas fázy tepelnej kontrakcie izolačnej vrstvy.Once the expanded layer has been made, the cable is enclosed in a metal shield. According to a preferred embodiment, in the absence of applied forces, the diameter of the expanded layer is greater than the inner diameter of the metal shield to achieve, after the metal shield, a predetermined degree of precompression of the expanded layer. This precompression makes it possible to achieve optimum contact between the expanded layer and the metal shield and allows any residual deformation of the expanded layer, or even a certain degree of plastic deformation of the metal shield, to be compensated during the thermal contraction phase of the insulating layer.

Ak sa to požaduje, kovové tienenie môže byť pokryté ochranným plášťom, ktorý sa môže získať napríklad extrúziou polymémeho materiálu, obyčajne polyvinyl chloridu alebo polyetylénu.If desired, the metal shield may be coated with a protective sheath, which may be obtained, for example, by extrusion of a polymeric material, usually polyvinyl chloride or polyethylene.

Predložený vynález bude v ďalšom opísaný na niekoľkých ílustrativnych príkladoch uskutočnenia.The present invention will now be described with reference to several illustrative examples.

Príklady 1 - 2Examples 1-2

Pripravili sa niektoré zmesi vhodné na vytvorenie expandovanej vrstvy podľa predloženého vynálezu. Kompozície sú uvedené v tabuľke 1 (v phr). Zložky zmesi sa spolu zmixovali v Banburyho uzavretom mixéri (pracovný objem 1,2 1), pričom sa vložil najskôr základný polymér, potom, po krátkom čase, sadze, vodou napučiavajúci prášok a ostatné aditíva (okrem expandujúceho činidla).Some compositions suitable for forming the expanded layer of the present invention have been prepared. The compositions are shown in Table 1 (in phr). The components of the mixture were mixed together in a Banbury sealed mixer (working volume of 1.2 L), initially introducing the base polymer, then, after a short time, carbon black, a water-swellable powder and other additives (except expanding agent).

Mixovanie sa vykonávalo asi 6 minút s konečnou teplotou extrakčného materiálu okolo 150 °C. Na konci mixovacieho procesu sa do zmesi pridalo expandujúce činidlo, materiál bol ochladený na asi 100 °C, aby nedošlo k predčasnému rozkladu expandujúceho činidla, ktorý by mohol viesť k nekontrolovanej expanzii polyméru. Následne bola zmes kompresné vyformovaná pri asi 160 °C s použitím rámu s veľkosťou 200 x 200 mm a hrúbkou 3 mm. Zmes sa pridávala po množstvách, tak aby sa získala počiatočná vrstva hrubá 1 mm, tak aby sa zanechal dostatočný priestor polyméru na expanziu. Na testovacej vzorke sa merali nasledovné charakteristiky:Mixing was performed for about 6 minutes with a final extraction material temperature of about 150 ° C. At the end of the mixing process, an expanding agent was added to the mixture, the material was cooled to about 100 ° C to avoid premature decomposition of the expanding agent, which could lead to uncontrolled polymer expansion. Subsequently, the mixture was compression molded at about 160 ° C using a 200 x 200 mm frame and a 3 mm thickness. The mixture was added in amounts to obtain an initial 1 mm thick layer, leaving sufficient space for the polymer to expand. The following characteristics were measured on the test sample:

- relatívna hustota, a potom, poznajúc hustotu neexpandovaného materiálu, bol vypočítaný stupeň expanzie podľa uvedeného vzorca;the relative density, and then knowing the density of the unexpanded material, the degree of expansion was calculated according to the above formula;

- merný objemový odpor pri izbovej teplote.- resistivity at room temperature.

Údaje sú uvedené v tabuľke 1.Data are shown in Table 1.

Niektoré vzorky boli umiestnené do vody, pričom bola pozorovaná stredná expanzia vodou napučiavajúceho prášku až po približne trojnásobok počiatočného objemu.Some samples were placed in water, with a moderate expansion of the water swellable powder up to approximately three times the initial volume observed.

Príklad 3Example 3

Bol vyrobený stredno-napätový kábel s použitím kompozície podľa príkladu 1, podľa štruktúrnej schémy znázornenej na obr. 1. Polyméma kompozícia bola pripravená podľa príkladu 1, ale bez pridania expandujúceho činidla na zabránenie predčasnej expanzie kompozície. Expandujúce činidlo bolo zavedené až počas extrúzie, ako je opísané v ďalšom.A medium-voltage cable was made using the composition of Example 1, according to the structural diagram shown in FIG. The polymer composition was prepared according to Example 1, but without the addition of an expanding agent to prevent premature expansion of the composition. The expanding agent was introduced only during extrusion as described below.

Jadro kábla, na ktoré bola umiestnená expandovaná vrstva, bolo tvorené vodičom z hliníka s prierezom 70 mm a pokryté nasledovnými vrstvami zosieťovaným peroxidom na reťazci:The core of the cable on which the expanded layer was placed consisted of a 70 mm aluminum conductor and covered with the following peroxide crosslinked layers on the chain:

- vnútorná polovodivá vrstva vyrobená z EPR obsahujúca sadze (hrubá 0,5 mm);- an inner semiconductive layer made of EPR containing carbon black (0.5 mm thick);

- izolačná vrstva vyrobená z EPR plnená kaolínom (hrubá 5,5 mm);an insulating layer made of EPR filled with kaolin (5.5 mm thick);

- vonkajšia polovodivá vrstva (kompaktná) vyrobená z EVA obsahujúca 35 % hmotn. N472 sadzí (hrúbka 0,5 mm).- an outer semiconducting layer (compact) made of EVA containing 35 wt. N472 carbon black (0.5 mm thick).

Na uloženie expandovanej vrstvy na toto jadro kábla (majúce vonkajší priemer okolo 23 mm) sa použil 80 mm jednoskrutkový extrudér v konfigurácii 25 D. Extrudér bol vybavený počiatočnou sekciou valcového tvaru s pozdĺžnymi ryhami, plniacim hrdlom zásobníkového typu a závitovkovou vytláčacou skrutkou s dlž kou 25 D. Hĺbka drážky skrutky bola 9,6 mm v dodávacej zóne a 7,2 mm v konečnom úseku, pri celkovom kompresnom pomere skutky okolo 1 : 1,33.An 80 mm single screw extruder in a 25 D configuration was used to place the expanded layer on this cable core (having an outside diameter of about 23 mm). The extruder was equipped with an initial cylindrical section with longitudinal grooves, a cartridge-type filler neck and a screw length 25 mm. D. The groove depth of the screw was 9.6 mm in the feed zone and 7.2 mm in the final section, at a total compression ratio of about 1: 1.33.

V smere extrudéra bola usporiadaná elektricky zohrievaná ortogonálna extrúzna hlava vybavená dopravníkovým pásom s dvojitým švíkom. Použila sa nasledovná zostava dýz: vrcholová dýza s priemerom 24 mm, kruhovo kompresná dýza s priemerom 24 mm. Vrcholová dýza bolo vybraná so zámerom umožnenia ľahkého priechodu povliekaného jadra, s priemerom približne o 1 mm väčším ako priemer jadra, ktoré sa má povliekať. Kruhová dýza bola, na druhej strane, zvolená s priemerom o málo menším ako konečný priemer, ktorý sa má dosiahnuť, aby sa zabránilo expandovaniu materiálu v extrúznej hlave.An electrically heated orthogonal extrusion head equipped with a double seam conveyor belt was arranged downstream of the extruder. The following nozzle assembly was used: top nozzle with a diameter of 24 mm, circular compression nozzle with a diameter of 24 mm. The top nozzle was selected to allow easy passage of the coated core, with a diameter approximately 1 mm larger than the diameter of the core to be coated. The circular nozzle, on the other hand, was chosen with a diameter slightly less than the final diameter to be achieved in order to prevent the material from expanding in the extrusion head.

Bol použitý nasledovný tepelný profil (°C) pre extrudér a extrúznu hlavu:The following temperature profile (° C) was used for the extruder and extrusion head:

Plniace hrdlo Filling throat Skrutka screw Zóna 1 Zone 1 Zóna 2 Zone 2 Zóna 3 Zone 3 Zóna 4 Zone 4 Zóna 5 Zone 5 Zóna 6 Zone 6 Ústie- Ústie- Hlava Head 20 20 neutrál neutral 160 160 170 170 180 180 185 185 190 190 195 195 200 200 200 200

Prietoková rýchlosť jadra, ktoré sa malo povliekať, bola daná ako funkcia požadovanej hrúbky expandovaného materiáfu. V našom prípade bofa použitá prenosová rýchlosť 1.2 m/min. Za týchto podmienok boli zistené nasledovné parametre·.The flow rate of the core to be coated was given as a function of the desired thickness of the expanded material. In our case, the transmission rate used is 1.2 m / min. Under these conditions, the following parameters were found.

rýchlosť rotácie extrudéra: extruder rotation speed: 1.2 ot/min.; 1.2 rpm; priemer polotovaru horúci: priemer polotovaru studený: blank diameter hot: blank diameter cold: 25,0 mm; 24,8 mm. 25.0 mm; 24.8 mm.

Polotovar bol chladený vzduchom. Priamy kontakt s chladiacou vodou sa nepoužil, aby nenastali problémy vedľajšieho znovu napučiavania vodu blokujúceho prášku. Získaný polotovar bol následne namotaný na cievku.The blank was air cooled. Direct contact with the cooling water was not used in order to avoid problems of secondary swelling of the water blocking powder. The obtained blank was then wrapped on a reel.

Materiál bol nanesený na jadro s hrúbkou okolo 1 mm. Tento materiál sa nechal chemicky expandovať, pridaním približne 2 % expandujúceho činidla Hydrocerol® CF 70 (karboxylová kyselina + bikarbonát sodný) do násypky extrudéra.The material was applied to a core about 1 mm thick. This material was chemically expanded by adding approximately 2% of the expanding agent Hydrocerol® CF 70 (carboxylic acid + sodium bicarbonate) to the hopper of the extruder.

Elektrická vodivosť a stupeň expanzie sa merali na vzorkách expandovanej vrstvy takto získanej. Bol nameraný stupeň expanzie približne 20 %.The electrical conductivity and the degree of expansion were measured on the expanded layer samples thus obtained. An expansion rate of about 20% was measured.

Rovnako boli vykonané testy expanzie materiálu v prítomnosti vody (vodublokujúci účinok): materiál bol napučiavaný, vplyvom prítomnosti vodou napučiavajúceho prášku, až do objemu okolo trojnásobku počiatočného objemu.Expansion tests of the material in the presence of water (water blocking effect) were also performed: the material was swelled, due to the presence of a water-swellable powder, up to a volume of about three times the initial volume.

Príklad 4Example 4

Ako základný materiál bol použitý termoplastický elastomér na získanie expandovanej vrstvy podľa predloženého vynálezu. Kompozícia je uvedená v tabuľke 1 (vrátane expandujúceho činidla, ktoré bolo pridané len počas extrúzie). Mixovanie sa vykonalo v rovnakom Banburyho mixéri, ako je opísané v príkladoch 1 - 2, pričom čas mixovania bol asi 10 minút a konečná teplota extrahovaného materiálu bola okolo 195 °C. Po miešaní bol materiál granulovaný a zatavený do plastických vreciek, aby sa zabránilo absorpcii vlhkosti.As the base material, a thermoplastic elastomer was used to obtain the expanded layer of the present invention. The composition is shown in Table 1 (including an expanding agent that was added only during extrusion). Mixing was carried out in the same Banbury mixer as described in Examples 1-2, wherein the mixing time was about 10 minutes and the final temperature of the extracted material was about 195 ° C. After mixing, the material was granulated and sealed into plastic bags to prevent moisture absorption.

Príklad 5Example 5

Bol vyrobený stredno-napäťový kábel s použitím polymémej zmesi podľa príkladu 4, podľa schémy uvedenej na obr. 1.A medium-voltage cable was produced using the polymer blend of Example 4, according to the scheme shown in FIG. First

Jadro kábla bolo tvorené hliníkovým vodičom majúcim priečny prierez 150 mm² a priemer 14,0 mm, a bolo pokryté nasledovnými vrstvami, zosieťovanými prostredníctvom peroxidu na priamkový reťazec:The core of the cable consisted of an aluminum conductor having a cross-section of 150 mm ² and a diameter of 14.0 mm, and was covered with the following layers, cross-linked by peroxide to a straight chain:

- vnútorná polovodivá vrstva: výrobok LE 0595 od Borealis (hrúbka 0,6 mm);- inner semiconducting layer: product LE 0595 from Borealis (0.6 mm thick);

- izolačná vrstva vyrobená z XLPE (hrúbka 4,65 mm);an insulating layer made of XLPE (4.65 mm thickness);

- vonkajšia polovodivá vrstva (kompaktná): výrobok LE 0595 od Borealis (hrúbka 0,4 mm).- outer semiconducting layer (compact): product LE 0595 from Borealis (thickness 0,4 mm).

Expandovaná vrstva bola uložená na toto jadro (vonkajší priemer približne 25,3 mm) extrúziou technikou opísanou v príklade 3, s použitím 30 mm jednoskrutkového extrudéra v konfigurácii 24 D, vrcholová dýza s priemerom 25,7 mm, kruhovo kompresná dýza s priemerom 26,1 mm a s nasledovným tepelným profilom.The expanded layer was deposited on this core (approximately 25.3 mm outside diameter) by extrusion as described in Example 3, using a 30 mm single screw extruder in a 24 D configuration, a 25.7 mm top nozzle, a 26 mm diameter circular compression nozzle, 1 mm and with the following thermal profile.

Plniace hrdlo Filling throat Skrutka screw Zóna 1 Zone 1 Zóna 2 Zone 2 Zóna 3 Zone 3 Ústie mouth Hlava Head 20 20 premenlivá variable 190 190 200 200 210 210 200 200 200 200

Expandujúce činidlo bolo pridané počas extrúzie cez násypku extrudéra. Prietoková rýchlosť bola 2,9 m/min., s rýchlosťou skrutky 56 ot./min. Hrúbka expandovanej vrstvy po extrúzii a ochladení bola 0,65 mm.The expanding agent was added during extrusion through the hopper of the extruder. The flow rate was 2.9 m / min, with a screw speed of 56 rpm. The thickness of the expanded layer after extrusion and cooling was 0.65 mm.

Takto získaný kábel bol potom obalený lakovaným hliníkovým povlakom (hrúbka: 0,2 mm) s použitím lepidla na spojenie prekrývajúcich sa okrajov. Prípadne sa extrúziou aplikuje vonkajší plášť z PVC.The cable was then coated with a lacquered aluminum coating (thickness: 0.2 mm) using an adhesive to join the overlapping edges. Alternatively, the outer sheath of PVC is applied by extrusion.

Dve trojmetrové časti finálneho kábla boli podrobené testovaniu prieniku vody pôsobením tepelných cyklov podľa Špecifikácie NF C 33-233 (Marec 1998). Po odstránení centrálnej časti (dĺžka: 50 mm) vonkajšie ho plášťa na dosiahnutie vonkajšej polovodivej vrstvy 4, vzorky kábla boli ponorené do vody a udržiavané pri izbovej teplote počas 24 hodín, a potom podrobené 10 tepelným cyklom, každý v trvaní 8 hodín (4 hodiny zohrievanie na 100 °C prietokom elektrického prúdu vodičom, a potom 4 hodiny ochladzovanie). Na konci testu sa nechala prenikať voda cez výrezy 20 cm na jednej strane a 25 cm na druhej strane, teda široko v rozsahu požiadaviek normy (na koncoch vzorky sa nemá objaviť žiadna voda).Two three-meter sections of the final cable were subjected to water penetration testing by thermal cycles according to NF Specification C 33-233 (March 1998). After removing the central portion (length: 50 mm) of the outer sheath to reach the outer semiconductive layer 4, the cable samples were immersed in water and kept at room temperature for 24 hours, and then subjected to 10 heat cycles, each 8 hours (4 hours) heating to 100 ° C by conducting an electric current, then cooling for 4 hours). At the end of the test, water was allowed to pass through the cut-outs of 20 cm on one side and 25 cm on the other side, thus broadly within the requirements of the standard (no water should appear at the ends of the sample).

Tabuľka 1Table 1

Príklad Example 1 1 2 2 4 4 Elvax® 470 Elvax® 470 100 100 - - Elvax® 2 65 Elvax® 2 65 — - 100 100 — - Profax®PF 814 Profax®PF 814 - - - - 20 20 Santoprene® RC8001 Santoprene® RC8001 - - — - 80 80 Ketjenblack® EC 300 Ketjenblack® EC 300 20 20 20 20 10 10 Irganox® 1010 Irganox® 1010 0,5 0.5 0,5 0.5 0,2 0.2 Irganox® PS802 Irganox® PS802 - - — - 0,4 0.4 Waterlock® 1550 Waterlock® 1550 40 40 40 40 25 25 Hydrocerol® CF70 Hydrocerol® CF70 2 2 2 2 2 2 d₀ (g/cm^J)d ₀ (g / cm ^J ) 1,15 1.15 1,15 1.15 1,012 1,012 d_e (g/cm^J)d _e (g / cm ^J ) 0,95 0.95 0,95 0.95 0,86 0.86 Stupeň expanzie (%) Degree of expansion (%) Objemový odpor (Ώ.ητ) Volume resistance (Ώ.ητ) <15 <15 <15 <15 2 2

Elvax® 470 (Du Pont): etylén/vinyl acetátový (EVA) kopolymér (18 % VA, index topenia 0,7);Elvax® 470 (Du Pont): ethylene / vinyl acetate (EVA) copolymer (18% VA, mp 0.7);

Elvax® 265 (Du Pont): EVA kopolymér (28 % VA, index topenia 3,0);Elvax® 265 (Du Pont): EVA copolymer (28% VA, mp 3.0);

Profax® PF 814 (Montell): izotaktický propylénový homoplymér (MFI = 3g/10'- ASTM D 1238);Profax® PF 814 (Montell): isotactic propylene homopolymer (MFI = 3g / 10'- ASTM D 1238);

Santoprene® RC8001 (Monsanto): termoplastický elastomér (89 % hmotn. vulkanizovaný EPR, 11 % hmotn. polypropylén);Santoprene® RC8001 (Monsanto): thermoplastic elastomer (89 wt% vulcanized EPR, 11 wt% polypropylene);

Ketjenblack® EC (Akzo Chemie): vysokovodivé retortové sadze;Ketjenblack® EC (Akzo Chemie): high conducting carbon black retort;

Waterlock® J55O (Grain Processing CO): spoločne zosieťovaná polyakrylítová kyselina (čiastočne tvoriaca soľ) (viac ako 50 % hmotn. častíc s priemerom medzi 10 až 45pm);Waterlock® J55O (Grain Processing CO): co-crosslinked polyacrylic acid (partially salt-forming) (more than 50% by weight of particles with a diameter between 10 to 45 µm);

Hydrocerol® CF70 (Boehringer Ingelheim): Karboxylová kyselina s diuhličitanom sodným expandujúce činidlo;Hydrocerol® CF70 (Boehringer Ingelheim): Carboxylic acid with sodium bicarbonate expanding agent;

Irganox® 1010: pentaerytryl-tetrakis (3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyfenyl) propionát (Ciba-Geigy);Irganox® 1010: pentaerythryl-tetrakis (3- (3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate (Ciba-Geigy);

Irganox® PS802 FL: distearyl tiodiprodionát (DSTDP) (Ciba-Geigy).Irganox® PS802 FL: distearyl thiodiprodionate (DSTDP) (Ciba-Geigy).

Claims

PATENT CLAIMS

An electrical cable comprising a conductor (1), at least one insulating layer (3), an outer metallic shield (6), and a layer of expanded polymeric material (5) located below the metallic shielding (6), characterized in that the expanded polymeric layer The material (5) is semiconductive and contains a water-swellable material.

Cable according to claim 1, characterized in that the expanded layer (5) has a predetermined degree of expansion of from 5 to 500% to provide elastic absorption of the radial forces of thermal expansion and contraction of the cable and to maintain semiconducting properties.

Cable according to claim 2, characterized in that the degree of expansion of the expanded layer (5) is between 10% and 200%.

Cable according to any one of the preceding claims, characterized in that the thickness of the expanded layer (5) is at least 0.1 mm.

Cable according to claim 4, characterized in that the thickness of the expanded layer (5) is between 0.2 and 2 mm.

Cable according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a compact semiconducting layer (4) disposed between the insulating coating (3) and the expanded layer (5).

The cable according to claim 6, characterized in that the compact semiconductor layer (4) has a thickness of 0.1 to 1 mm.

Cable according to claim 7, characterized in that the compact semiconductor layer (4) has a thickness of 0.2 to 0.5 mm.

Cable according to any one of the preceding claims, characterized in that the water-swellable material is in the form of a powder.

Cable according to claim 9, characterized in that the water-swellable material is in the form of a powder having a particle diameter of not more than 250 µm and an average particle diameter of from 10 to 100 µm.

Cable according to claim 10, characterized in that the amount of particles having a diameter of 10 to 50 µm in the water-swellable material is at least 50% by weight, based on the total weight of the powder.

Cable according to any one of the preceding claims, characterized in that the water-swellable material is a homopolymer or copolymer having hydrophilic groups along the polymer chain.

Cable according to any one of the preceding claims, characterized in that the water-swellable material is present in an amount of from 5 to 120 phr.

The cable of claim 13, wherein the water-swellable material is present in an amount of from 15 to 80 phr.

A cable according to any one of the preceding claims, characterized in that the polymer material forming the expanded layer (5) is an expanded polymer selected from the group consisting of: polyolefins, copolymers of various olefins, copolymers of olefins with ethylenically unsaturated ester, polyesters, polycarbonates, polysulfones, phenolic resins, urea resins, and mixtures thereof.

Cable according to claim 15, characterized in that the polymer material is an olefin polymer or a copolymer based on ethylene and / or propylene.

17. The cable of claim 16, wherein the polymeric material is selected from the group consisting of:

(a) ethylene-unsaturated ester copolymers, the amount of unsaturated ester being between 5 and 80% by weight;

(b) elastomeric copolymers of ethylene with at least one C ₃ to C ₁₂ alpha-olefin, and optionally a diene, having the following composition: 30 to 90 mol% of ethylene, 10 to 65 mol% of alpha-olefin and optionally up to 10 mol% of diene;

(c) copolymers of ethylene with at least one C ₄ to C ₁₂ alpha olefin and optionally a diene having a density between 0.86 to 0.90 g / cm ³ ;

(d) ethylene modified (C ₃ -C 12 ₎ alpha-olefin copolymer copolymers, wherein the weight ratio of polypropylene and ethylene / C ₃ -C ₁₂ alpha-olefin copolymers is between 90/10 to 10/90.

18. The cable of claim 17, wherein the polymeric material is a thermoplastic elastomer comprising a continuous matrix of thermoplastic polymer and fine particles of cured elastomeric polymer dispersed in the thermoplastic polymer.

Cable according to any one of the preceding claims, characterized in that the expanded layer (5) has a volume resistivity value for the expanded material at room temperature of less than 500 500πι.

Cable according to any one of the preceding claims, characterized in that the expanded layer (5) comprises from 5 to 80 wt. electro conductive carbon black.

Cable according to claim 20, characterized by an area of at least 20 m ² / g.

Cable according to claim 21, characterized by less than 900 m ² / g.

Cable according to claim 20, characterized in

10 to 70 wt.

A cable according to any one of the preceding claims, in the pandering layer (5) being obtained by extrusion.

The cable of claim 24, characterized by running the extrusion by adding an expansion agent.

A cable according to claim 24, characterized by a high pressure gas injection extrusion process.

Cable according to any one of the preceding claims, characterized in that the diameter of the expanded layer (5), in the absence of applied forces, is greater than the inner diameter of the metal shield (6).

by the fact that the electrically conductive carbon black has a surface, that the carbon black has a surface area of the lowest carbon black being present in an amount between that the expansion of the layer (5) is obtained in the riser The expansion of the layer (5) is obtained in the