BG64658B1

BG64658B1 - Кабел с удароустойчиво покритие

Info

Publication number: BG64658B1
Application number: BG103792A
Authority: BG
Inventors: Sergio Belli; Luigi Caimi; Alberto Bareggi; Luca Balconi
Original assignee: Pirelli Cavi E Sistemi S.P.A.
Priority date: 1997-05-15
Filing date: 1999-10-08
Publication date: 2005-10-31
Also published as: US20030066675A1; UA46901C2; BG103792A; IS5221A; US6768060B2; US6501027B1

Abstract

Кабелът за ниско или високо напрежение с такова покритие е защитен ефективно от увреждания, причинени от случайни удари, и е с намалено тегло и размери. Той включва три проводника (1), всеки от които е облечен с вътрешно полупроводящо покритие (2), изолационен слой (3), външен полупроводящ слой (4) и метална решетка (5). С цел получаване на кабел с кръгло сечение пространството между проводниците (1) и около тях е изпълнено с експандиран полимерен материал (10), който е покрит с външна полимерна обвивка (6).

Description

(54) КАБЕЛ С УДАРОУСТОЙЧИВО ПОКРИТИЕ

Област на техниката

Настоящото изобретение се отнася до покритие за кабели, което може да предпази кабела от случайни удари.

Предшестващо състояние на техниката

Случайните удари върху кабела, които могат да настъпят например през време на тяхното транспортиране, полагане и пр., могат да причинят серия от структурни увреждания на кабела, включително деформация на изолационния слой, отделяне на изолационния слой от полупроводящия слой, и подобни; това увреждане може да причини промяна в електрическия градиент на изолационното покритие, с последващо намаляване на капацитета на изолация на това покритие.

В кабелите, които са текущо търговско достъпни, например в тези за пренасяне на енергия с ниско или средно напрежение, обикновено се използват кабели с метална оплетка, способна да противостои на такива удари, с оглед да се защитят кабелите от възможни увреждания, причинени от случайни удари. Металната оплетка може да бъде във формата на обвиваща лента или тел (обикновено направени от стомана) или алтернативно, във формата на метален лист (най-общо направен от олово или алуминий); тази метална оплетка на свой ред се покрива с външно полимерно покритие. Пример за такава кабелна структура е описан в US 5 153 381.

Заявителят е наблюдавал, че наличието на описаната по-горе метална оплетка има известен брой недостатъци. Например, прилагането на такава метална оплетка включва една или повече допълнителни фази в приготвянето на кабела. Присъствието на метална оплетка увеличава значително теглото на кабела, в допълнение към поставянето на проблеми с околната среда, тъй като ако е необходимо да бъде заменен, кабел, конструиран по такъв начин, не е лесен за премахване.

В JP 7-320550 е описан домакински кабел с удароустойчиво покритие 0,2-1,4 mm в де белина, поставено между изолационната и външната обвивка. Това удароустойчиво покритие е неекспандиран полимерен материал, съдържащ полиуретанова смола като главна съставка.

Използването на експандирани полимерни материали в кабелни конструкции е известно за различни цели.

Например, DE заявка № Р 15 15 709 се описва използването на междинен слой между външната пластмасова обвивка и вътрешната метална обвивка на кабела, с оглед да се увеличи устойчивостта на външната пластмасова обвивка към ниски температури. В този документ не се споменава за защита на вътрешната структура на кабела със споменатия междинен слой. В действителност, такъв междинен слой трябва да компенсира еластичните напрежения, породени във външната пластмасова обвивка, дължащи се на понижения в температурата и може да се състои от хлабаво разположени стъклени влакна или на материал, който може да бъде или експандиран или да включва кухи стъклени сфери.

Друг документ, DE № G 81 03 947.6, описва електрически кабел за използване за връзки вътре в апарати и машини, който има специфична механична устойчивост и еластичност. Кабелът е специално конструиран за навиване на макари и е достатъчно еластичен с оглед да възстановява своята линейна структура след поставянето на макарата. Този вид кабел е специфично насочен да устоява на механични натоварвания от статичен тип (като тези, породени през време на прокарването около макарата) и негова главна характеристика е еластичността. За специалистите от областта е очевидно, че този вид кабели съществено се различава от кабели с метална оплетка за пренасяне или разпределяне на енергия с ниско или средно напрежение, които са по-малко еластични, но трябва да бъдат способни да се съпротивляват на динамични натоварвания дължащи се на удари с известна сила върху кабела.

В кабелите за сигнална трансмисия от коаксиален или тип усукана двойка, е известно да се използват експандирани материали с оглед да се изолира проводящ метал. Коаксиалните кабели са обикновено предвидени да носят сигнали с висока честота, като коаксиални кабели за TV (CATV) (10-100 MHz), спътникови кабели (до

GHz), коаксиални кабели за компютри (над 1 MHz); традиционните телефонни кабели носят обикновено сигнали с честоти около 800 Hz.

Целта на използването на експандиран изолатор в такива кабели е да се увеличи скоростта на предаване на електрическите сигнали, с оглед да се приближи идеалната скорост на трансмисия на сигналите в провеждащ във въздуха метал (която е близка до скоростта на светлината). Основанието за това е, че в сравнение с неекспандираните полимерни материали, експандираните най-общо имат по-ниска диелектрична константа (К), която е пропорционално по-близка до тази на въздуха (К=1), колкото по-висока е степента на експандиране на полимера.

Например, в US 4 711 811 е описан кабел за пренасяне на сигнали, който има като изолатор експандиран флуорополимер (дебелина 0,050,076 mm) покрит с филм от етилен/тетрафлуоретилен или етилен/хлоротрифлуороетиленов съполимер (дебелина 0,013- 0,254 mm). Както е описано в този патент, целта на експандирания полимер е да изолира проводника, докато целта на филма от неекспандиран полимер, който покрива експандирания полимер, е да подобри механичните качества на изолацията, по-специално чрез придаване на необходимата здравина на натиск, когато изолирани проводници са преплетени да образуват така наречената “усукана двойка”

В ЕР 442 346 е описан кабел за пренасяне на сигнали с изолационен слой на база експандиран полимер, поставен директно около проводника; този експандиран полимер има ултрамикроклетъчна структура с обем на порите поголям от 75 % (отговарящ на степен на експандиране по-голяма от 300 %). Ултрамикроклетьчната структура на този полимер трябва да бъде такава, че той да се свива най-малко с 10 % под натоварване от 6,89 х 10⁴ Ра и да се възстановява най-малко 50 % от първоначалния му обем след отстраняване на натоварването; тези стойности отговарят приблизително на типичните стойности на здравина на натиск, която материалът трябва да има, за да се съпротивлява на натиска през време на усукването на кабелите.

Във WO 1993/015512, която също се отнася до кабел за пренасяне на сигнали с експандирано изолационно покритие, се заявява, че чрез покриване на експандирания изолатор със слой от неекспандиран изолационен термопластичен полимер (както е описано например в гореспоменатия US 4711811) се получава изискваната якост на натиск, като обаче по такъв начин се намалява скоростта на разпространяване на сигнала. Във WO1993/015512 е описан коаксиален кабел с двоен слой от изолационно покритие, където двата слоя се състоят от експандиран полимерен материал, като вътрешният слой се състои от микропорест политетрафлуороетилен (PTFE), а външният слой се състои от експандиран полимер със затворени пори, в частност перфлуороалкокситетрафлуороетиленови (РРА) полимери. Изолационното покритие, на база експандиран полимер се получава чрез екструзия на PFA полимер върху вътрешния слой на PTFE изолатора, като се инжектира Фреон 11 З-газ като експандиращо средство. Съгласно подробностите, дадени в описанието, този експандиран изолатор със затворени пори дава възможност да се поддържа висока скорост на предаването на сигналите. В тази патентна заявка той е дефиниран като устойчив на натиск, въпреки че не са дадени цифрови данни относно тази здравина на натиск. В описанието се подчертава фактът, че такова покритие на проводници с изолатор от два слоя може да бъде усукано. Съгласно тази патентна заявка, увеличението в обема на порите на външния експандиран слой дава възможност да се получи увеличение на скоростта на предаване, като с това поражда малки промени в капацитета на това покритие да се противопоставя на натиска на вътрешния експандиран слой.

Както се вижда от горепосочените документи, главната цел на използването на експандирани полимерни материали с “отворени пори” като изолационни покрития за кабели за предаване на сигнали е да се увеличи скоростта на предаване на електрическия сигнал. Тези експандирани покрития имат недостатъка, че притежават недостатъчна якост на натиск. Няколко експандирани материали също са дефинирани генерично като “резистентни на натиск”, тъй като те трябва да осигуряват не само висока скорост на предаване на сигналите, но също и достатъчно съпротивление на силите на натиск, които типично се пораждат, когато два проводника покрити с посочените експандирани изолации се усукват заедно; в съгласие с това, също и в то усукват заедно; в съгласие с това, също и в този случай, приложеното натоварване е от статичен тип.

По такъв начин, докато от една страна е необходимо за тези изолационни покрития, направени от експандиран полимерен материал за кабели за предаване на сигнали, да притежават характеристики такива, че да могат да понасят относително умерено натоварване на натиск (като това, което възниква, когато два кабела се усукват заедно, от друга страна, в никой известен на заявителя документ не е споменато за никакъв тип на ударна якост, който може да бъде осигурен чрез покритие от експандиран полимер. Нещо повече, въпреки че такова покритие с експандиран полимер предизвиква по-висока скорост на предаване на сигнала, това се счита за помалко изгодно, отколкото покритие, направено от подобен неекспандиран материал, що се отнася до якостта на натиск, както е съобщено във WO 1993/ 015512.

Техническа същност на изобретението

Задачата на изобретението е да се създаде кабел с удароустойчиво покритие, който да притежава повишена удароустойчибост, като се избегне използването на защитна метална оплетка в структурата на кабела.

Тази задача е решена с кабел за пренасяне на енергия, съдържащ

а) проводник;

в) най-малко един слой компактно изолационно покритие, разположено около проводника; и

с) покритие от експандиран полимерен материал, разположено около компактното изолационно покритие, при което полимерният материал, преди експандиране, има модул на еластичност при стайна температура поне 200 МРа и степен на експандиране от около 20 % до около 3000%.

Съгласно предпочитан аспект на изобретението модулът на еластичност е между 400 МРа и 1800 МРа, като стойностите между 600 МРа и 1300 МРа са специално предпочитани.

Съгласно предпочитан аспект на изобретението, полимерният материал има степен на експандиране от около 20% до около 3000%, за предпочитане от около 30 до около 500 %, като степента на експандиране от около 50 до около 200 % е особено предпочитана.

Съгласно предпочитано изпълнение на изобретението покритието от експандиран полимерен материал има дебелина 0,5 mm, за предпочитане между 1 и 6 mm, по-специално между 2 и 4 mm.

Съгласно предпочитан аспект на изобретението експандираният полимерен материал е избран от полиетилен (РЕ), полиетилен с ниска плътност (LDPE), полиетилен със средна плътност LLDPE), полиетилен с висока плътност (HDPE) и полиетилен с ниска линейна плътност (LLDPE); полипропилен (РР); етилен-пропилен каучук (ЕРК), етилен-пропилен съполимер (ЕРМ), етилен-пропилен-диенов термополимер (ЕРВМ); естествен каучук; бутилкаучук; съполимер етилен/винилацетат (EVA); полистирен; съполимер етилен/акрилат, съполимер етилен/метилакрилат (ЕМА), съполимер етилен/етилакрилат (ЕЕА), съполимер етилен/бутилакрилат (ЕВА); съполимер етилен/а-олефин; акрилонитрил-бутадиен-стиренови смоли (ABS); халогениран полимер, поливинилхлорид (PVC); полиуретан (PUR); полиамид; ароматен полиестер, полиетилен терефталат (РЕТ), полибутилен терефталат (РВТ); и съполимери или механични смеси от тях.

Съгласно друг предпочитан аспект, този полимерен материал е полиолефинов полимер или съполимер на база РЕ и/или РР, за предпочитане модифициран с етилен-пропиленов каучук, в който тегловното съотношение PP/EPR е между 90/10 и 50/50, за предпочитане между 85/ 15 и 60/40, в частност около 70/30.

Съгласно друг предпочитан аспект, този полиолефинов полимер или съполимер на база РЕ и/или РР съдържа също предварително количество вулканизиран каучук в прахообразна форма, за предпочитане между 10 и 60% от теглото на полимера.

Съгласно друг предпочитан аспект, този кабел освен това съдържа външна полимерна обвивка, която за предпочитане е в допир с покритието от експандиран полимер, като обвивката за предпочитане има дебелина по-голяма от 0,5 mm, за предпочитане между 1 и 5 mm.

Друг аспект на настоящото изобретение се отнася до метод за придаване на ударна якост на вътрешната структура на кабел за пренасяне на енергия, който включва разполагане на покритие от експандиран полимерен материал около вътрешната структура. При това полимерният материал преди експандиране има модул на еластичност при стайна температура най-малко 200 МРа и степен на експандиране от около 20 до около 3000%.

Съгласно предпочитан аспект на този метод експандираното покритие се покрива с външна полимерна обвивка.

Друг аспект на настоящето изобретените се отнася до метод за определяне на ударна якост на кабел, съдържащ най-малко едно изолационно покритие, който се състои в

а) измерване на средната якост на обелване на изолационния слой;

в) подлагане на кабела на удар с предварително определена енергия;

c) измерване якостта на обелване на изолационния слой в точката на удара;

d) проверяване дали разликата между средната якост на обелване и якостта на обелване в точката на удара е по-малка от предварително определена стойност.

Съгласно предпочитан аспект, якостта на обелване се измерва между слоя на изолационното покритие и слоя на външното полупроводящо покритие.

За предпочитане разликата между средната якост на обелване и тази, измерена в точката на удара, е по-малка от 25%.

Заявителят е установил, че полимерният материал трябва да бъде избран така, че да има достатъчно висок модул на еластичност, измерен преди неговото експандиране, така че да се постигне свойството на желаната удароустойчивост и да се избегнат възможни увреждания във вътрешната структура на кабела, дължащи се на нежелани удари върху външната му повърхност. В настоящето описание терминът “удар” обхваща всички динамични натоварвания от дадена енергия, способни да предизвикат съществени увреждания в структурата на обичайните кабели без метална оплетка, докато те имат пренебрежими ефекти върху структурата на обичайните кабели с метална оплетка. Като указание за такъв удар може да се счита удар от около 20-30 J, произведен от V-образен секач със заоблени ръбове, с радиус на кривина от около 1 mm, върху външната обвивка на кабела.

Заявителят е установил, че експандираният полимерен материал, използван като покритие за кабели съгласно изобретението, осигурява ударна якост, която е по-добра от тази, получена, като се използва подобно покритие на база на същия полимер, който не е експандиран.

В настоящото изобретение под термина “степен на експандиране на полимера” трябва да се разбира, че експандирането на полимера е определено по следния начин:

G (степен на експандиране) = (άθ/de - 1). 100, където d_oe плътността на неекспандирания полимер (тоест полимер със структура, която по същество не съдържа вакуумен обем) и / d_e е видимата плътност, измерена за експандирания полимер.

За целите на настоящето описание под термина “експандиран полимер” трябва да се разбира полимер, в чиято структура процентът на обема на порите (тоест пространството, незаето от полимера, а от газ или въздух) е обикновено по-голям от 10% от общия обем на този полимер.

В настоящото изобретение под термина “якост на обелване” трябва да се разбира силата, необходима да се отдели (обели) слой от покритието на проводника или от друг слой на покритието. В случай на отделяне на два слоя от покритието един от друг, тези слоеве са обикновено изолационният слой и външният полупроводящ слой.

Обикновено изолационният слой на кабелите за пренасяне на енергия има диелектрична константа (К), по-голяма от 2. Нещо повече, обратно на кабелите за пренасяне на сигнали, в които параметърът “електрически градиент” няма никакво значение, електрическите градиенти в порядъка от около 0,5 кУ/mm за ниско напрежение, до около 10 кУ/тт, за високо напрежение, се прилага в кабелите за пренасяне на енергия. Така в тези кабели се избягва наличието на нехомогенност в изолационното покритие (например празни обеми), която може да породи локални изменения в диелектричната стабилност с последващо намаляване на капацитета на изолация. Този изолационен материал по такъв начин обикновено е компактен полимер материал, в който под термина “компактен изолатор” трябва да се разбира изолационен материал, който има диелектрична стабилност най-малко 5 кУ/mm, за по-голяма от 40 KV/mm за кабели за пренасяне на енергия със средно високо напрежение. Обратно на експандирания полимер материал, този компактен материал по същество не съдържа вакуумен обем в структурата си, в частност този материал има плътност от 0,85 g/cm³ или повече.

В настоящото изобретение под термина “ниско напрежение” трябва да се разбира напрежение до 1000 V (обикновено по-голямо от 100 V). Терминът “средно напрежение” трябва да се разбира за напрежение от около 1 до 30 kV, а под термина “високо напрежение” трябва да се разбира напрежение над 30 kV. Такива кабели за пренасяне на енергия обикновено работят при номинални честоти от 50 или 60 Hz.

Въпреки че в хода на описанието използването на покритие от експандиран полимер се илюстрира в подробности във връзка с кабели за пренасяне на енергия, в които това покритие може изгодно да замени металната оплетка, използвана обичайно в такива кабели, за специалистите в областта е ясно, че това експандирано покритие може изгодно да се използва във всеки тип кабел, за който е необходимо да се осигури подходяща защита срещу удар. По-специално дефиницията на кабели за пренасяне на енергия включва не само тези за типа “ниско или средно напрежение”, но също и кабели за пренасяне на енергия “високо напрежение”.

Кабелите с покритие съгласно изобретението имат различни предимства в сравнение с обичайните кабели с метална оплетка, като например по-лесна обработка, намалено тегло и размери на готовия кабел и намалено въздействие върху околната среда по отношение на рециклирането на кабела, след като неговият работен цикъл е свършил.

Пояснения за приложените фигури

Изобретението може да бъде разбрано подобре с помощта на следните фигури, от които:

Фигура 1 показва кабел за пренасяне на енергия съгласно предшестващото състояние на техниката от триполюсен тип, с метална оплетка;

Фигура 2 - първото примерно изпълнение на кабел съгласно изобретението от триполюсен тип;

Фигура 3 - второ примерно изпълнение на кабел съгласно изобретението от еднополюсен тип.

Фигура 1 е схема на напречното сечение на кабел за пренасяне на енергия със средно напрежение съгласно предшестващото състояние на техниката от триполюсен тип с метална оплетка. Този кабел съдържа три проводника 1, всеки облечен с вътрешно полупроводящо покритие 2, изолационен слой 3, външен полупроводящ слой 4 и метален екран 5. За опростяване тази полузавършена структура се дефинира в останалата част на описанието като “жило”. Трите жила са събрани заедно и звездообразните пространства между тях са запълнени с пълнежен материал 9 (най-общо еластомерни смеси, полипропиленови влакна и подобни) с оглед да се направи струюурата на напречното сечение кръгла, като цялото на свой ред е обвито с външна полимерна покривка 8, оплетка от метални жици 7 и външна полимерна обвивка.

Фигура 2 е схема на напречното сечение на кабел съгласно изобретението, също от триполюсен тип за пренасяне на енергия със средно напрежение. Този кабел се състои от три проводника 1, всеки облечен с вътрешно полупроводящо покритие 2, изолационен слой 3, външен полупроводящ слой 4 и метална решетка 5; звездообразните пространства между жилата са напълнени в този случай с устойчив на удар експандиран полимерен материал 10, който на свой ред е покрит с външна полимерна обвивка 6. В експандираното полимерно покритие 10, е посочен също (с пунктирана линия) кръгов венец 10а, който отговаря на минималната дебелина на покритието от експандиран полимер, в близост до външната повърхност на жилата.

Фигура 3 е диаграма на напречното сечение на кабел съгласно изобретението, от еднополярен тип, за пренасяне на енергия със средно напрежение. Този кабел се състои от централен проводник 1, облечен с вътрешно полупроводящо покритие 2, изолационен слой 3, външен полупроводящ слой 4, метална решетка 5, слой от експандиран полимерен материал 10 и външна полимерна обвивка 6. В този случай на еднополярен кабел, представен на фиг. 3, тъй като жилото има кръгло напречно сечение, кръговият венец 10а посочен в случая на триполярен кабел съвпада със слоя от експандиран полиме6 рен материал 10.

Тези фигури очевидно показват само няколко от възможните изпълнения на кабели, при които настоящото изобретение може да се използва изгодно. Ясно е, че на тези изпълнения могат да бъдат направени подходящи модификации, известни в областта, без никакви ограничения за приложението на настоящото изобретение, включено в тях. Например, с позоваване на фиг.2, звездообразните пространства между жилата могат да бъдат напълнени по-рано с обичаен пълнежен материал, като така се получава полуобработен кабел с напречно сечение, отговарящо приблизително на кръговото напречно сечение на съдържащо се в кръговия венец 10а; след това е благоприятно възможно върху този полуобработен кабел в областите с напречно сечение да се екструдира слоя от експандиран материал 10, в дебелина отговаряща приблизително на кръглия венец 10а и след това външната обвивка 6. Алтернативно, жилата могат да бъдат снабдени с напречен сектор по такъв начин, че когато тези жила се свържат заедно, се получава кабел с приблизително кръгово напречно сечение, без да е нужно да се използва пълнежен материал за звездообразните области; слоят от устойчив на удар експандиран полимерен материал 10, тогава се екструдира над така събраните жила, последван от външната обвивка 6.

В случая на кабели за пренасяне на енергия с ниско напрежение, структурата на тези кабели обикновено ще съдържа единствено изолационното покритие, поставено директно в допир с проводника, който на свой ред е покрит с покритие от експандиран полимерен материал и с външна обвивка.

На специалистите от областта са известни други решения и те са способни да оценят найудобното решение, на база например на стойността, типа на разполагане на кабела (въздушен, поставен в тръби, заровен директно в почвата, в сгради, под морето и пр.), температурата на опериране с кабела (максимални и минимални температури, температурни порядъци на околната среда) и подобни.

Удароустойчивото покритие от експандиран полимер може да се състои от всеки тип на експандиращ се полимер като например полиолефини, полиолефинови съполимери, олефин/ес терни съполимери, полиестери, поликарбонати, полисулфони, фенолни смоли, карбамидни смоли и смеси от тях.

Примерите за подходящи полимери са полиетилен (РЕ), в частност РЕ с ниска плътност (LDPE), полиетилен със средна плътност (MDPE), РЕ с висока плътност (HDPE) и РЕ с ниска линейна плътност (LLDPPE); полипропилен (РР); етилен-пропиленов каучук (EPR), в частност етилен-пропиленов съполимер (ЕРМ) или етилен-пропилен-диенов термополимер (EPDM); естествен каучук; бутилкаучук; етилен/ винилацетат (EVA) съполимер; полистирен; етилен/акрилатен съполимер в частност етилен/метилакрилат (ЕМА) съполимер, етилен/етилакрилатен съполимер (ЕЕА), етилен/бутилакрилатен съполимер (ЕВА); съполимер етилен/а-олефин; акрилонитрил-бутадиен-стиренови (ABS) смоли; халогенирани полимери, в частност поливинилхлорид (PVC); полиуретан (PUR); полиамиди; ароматни полиестери като полиетилен терефталат (РЕТ) или полибутилен терефталат (РВТ); и съполимери или механични смеси от тях. За предпочитане се използват полиолефинови полимери или съполимери, в частност тези базирани на РЕ и/или РР смесени с етилен-пропиленови смоли. Изгодно може да се използва полипропилен, модифициран с етилен-пропиленов каучук (EPR), като тегловното съотношение PP/EPR е между 90/10 и 50/50, за предпочитане между 85/ 15 и 60/40, като тегловоното съотношение от около 70/30 е специално предпочитано.

Съгласно друг аспект на настоящото изобретение, заявителят е наблюдавал още, че е възможно да се смеси механично полимерният материал, който е подложен на експандиране, в частност в случая на олефинови полимери, специално полиетилен или полипропилен, с предварително определено количество каучук в прахообразна форма, например вулканизиран естествен каучук.

Типично тези прахове се образуват от частици с размери между 10 и 1000 т, за предпочитане между 300 и 600 pm. Изгодно могат да се използват вулканизирани каучукови отпадъци от преработката на гуми. Процентът на каучук в праха може да бъде в порядъка от 10 % до 60 % от теглото спрямо полимера, който ще се експандира, за предпочитане между 30 % и 50 %.

Полимерният материал за експандиране, който се използва или без по-нататъшна обработка или се използва като експандираща се основа в сместа с прахообразния каучук, трябва да има такава стабилност, че след като се експандира, да осигурява известен магнитуд от желана удароустойчивост, така че да защитава вътрешната част на кабела (тоест слоят на изолатора и полупроводящия слой, които могат да бъдат налични) от увреждания вследствие на случайни удари, които могат да настъпят. В частност, този материал трябва да има достатъчно висок капацитет да поема енергията на удара, така че да предаде на разположения под него изолационен слой количество енергия, което е такова, че изолационните свойства на разположените под него покрития да не се променят извън предварително определена стойност. Основанието за това, както е илюстрирано в по-големи подробности в описанието, което следва е, че заявителят е наблюдавал, че в кабели, подложени на удар, се наблюдава разлика между средната стойност и стойността измерена в точката на удара, на якостта на обелване на разположените отдолу изолиращи покрития; тази якост на обелване може да бъде измерена между изолиращия слой и външния полупроводящ слой. Разликата в якостта е пропорционално по-голяма, колкото по-голяма е ударната енергия, предадена на разположените отдолу слоеве; в случая, когато якостта на обелване е измерена между изолиращи я слой и външния полупроводящ слой, е преценено, че защитното покритие предлага достатъчна защита на вътрешните слоеве, когато разликата в якостта на обелване в мястото на удара спрямо средната стойност е по-малко от 25 %.

Заявителят е наблюдавал, че полимерен материал, избран от тези изброени по-горе, е особено подходящ за тази цел, като този материал има преди експандирането модул на еластичност при стайна температура по-голям от 200 МРа, за предпочитане най-малко 400 МРа, измерен съгласно ASIM стандарт D790. Тъй като излишната твърдост на експандирания материал може да направи завършения продукт труден за работа, предпочита се да се използва полимерен материал, който има модул на елестичност при стайна температура, по-малко от 2000 МРа. Полимерни материали, които са особено подходящи за тази цел са тези, които имат преди експандирането модул на еластичност между 400 и 1800

МРа, като полимерен материал с модул на еластичност при стайна температура между 600 и 1500 МРа е особено предпочитан.

Тези стойности на модула на еластичност могат да бъдат характеристики на специфичен материал или могат да бъдат резултат от смесването на два или повече материали, които имат различни модули, смесени в такова съотношение, че да се получи желаната стойност на устойчивост на материала. Например, полипропиленът, който има модул на еластичност по-голям от 1500 МРа, може да бъде подходящо модифициран с подходящи количества етилен-пропиленов каучук (ЕРК), който има модул от около 100 МРа, с цел понижаване на неговата твърдост по подходящ начин.

Примерите за тьрговскодостъпни полимерни съединения са:

полиетилен с ниска плътност: Riblene FL 30 (Enichem);

полиетилен с висока плътност: DGDK 3364 (Union Caride);

полипропилен: PF 814 (Montell);

полипропилен, модифициран с EPR: Moplen EP-S 30R, 33R и 81R (Montell); Fina-Pro 5660G, 4660G, 2660S и 3660S (Fina-Pro).

Степента на експандиране на полимера и дебелината на покриващия слой трябва да бъдат такива, че да осигуряват в комбинация с външната полимерна обвивка, съпротивление на типични удари, които настъпват през време на обработка и полагане на кабела.

Както е споменато по-горе, “степента на експандиране на полимера” се определя по следния начин:

G (степен на експандиране) = (d(/d_e - 1). 100 където (Ιθ означава плътността на неекспандирания полимер и d_e означава видимата плътност, измерена за експандирания полимер.

Заявителят е наблюдавал, че доколкото позволява поддържането на характеристиките на удароустойчивост, за еднаква дебелина на експандирания полимер е за предпочитане да се използва полимерен материал, който има висока степен на експандиране, тъй като по този начин е възможно да се ограничи количеството на използвания полимерен материал, с предимства както по отношение на икономия, така и на намалено тегло на завършения продукт.

Степента на експандиране е много променлива, както като функция от използвания специфичен полимерен материал така и като функция от дебелината на покритието, което е предвидено да се използва; най-общо тази степен на експандиране може да бъде в порядъка от 20 до 3000 %, за предпочитане от 30 до 500 %, като степен на експандиране между 50 и 200 % е особено за предпочитане. Експандираният полимер най-общо има структурата със “затворени пори”.

Заявителят е наблюдавал, че отвъд известна степен на експандиране, капацитетът на полимерното покритие да притежава изискваната ударна якост намалява. Наблюдавано е, че възможността за получаване висока степен на експандиране на полимера чрез поддържане на висока ефективност на защита срещу удари може да бъде в корелация със стойността на модула на еластичност на полимера, който трябва да се експандира. Основание за това е, че заявителят е наблюдавал, че модулът на полимерния материал намалява, докато степента на експандиране на този материал се увеличава, приблизително съгласно следната формула: Ε₂/Ε₂ = (р₂/р,)², където:

Е₂ означава модул на еластичност на полимера в най-високата степен на експандиране;

Е, означава модул на еластичност на полимера при най-ниската степен на експандиране р₂ означава видимата плътност на полимера при най-висока степен на експандиране и р, означава видимата плътност на полимера при най-ниска степен на експандиране;

Като указание, за полимер с модул на еластичност от около 1000 МРа, изменение на степента на експандиране от около 25 до 100 % води до намаляване на стойността на модула на еластичност на материала наполовина. Полимерни материали, които имат висок модул на еластичност, могат следователно да бъдат експандирани до по-голяма степен, отколкото полимерни материали, които имат ниски стойности на модула, без това да намалява способността на покритието да се съпротивлява на удар.

Друга променлива, която е отговорна за повлияване на якостта на удар на кабела, е дебелината на експандираното покритие; минималната дебелина, която е способна да осигури ударна якост, която е желана да се получи с такова покритие, ще зависи главно от степента на експандиране и от модула на еластичност на този полимер. Най-общо, заявителят е наблюдавал, че за един и същ полимер и за една и съща степен на експандиране, чрез увеличаване на дебелината на експандираното покритие е възможно да се постигнат по-високи стойности на ударна якост. Обаче, с цел използване на ограничено количество покриващ материал, като с това се намаляват както разходите и размерите на крайния продукт, дебелината на слоя от експандиран материал, изгодно е на минимума дебелина, която се изисква да се осигури желаната удароустойчивост. В частност, за кабели от типа за средно напрежение, е наблюдавано, че дебелина на експандираното покритие от около 2 mm обикновено е способна да осигури достатъчно съпротивление на нормални удари, на които кабелите от този тип биват подлагани. За предпочитане дебелината на покритието е по-голяма от 0,5 mm, в частност между около 1 ппп и около 6 mm, като дебелина между 2 mm и 4 mm е особено за предпочитане.

Заявителят е наблюдавал, че е възможно да се определи до разумно приближение взаимозависимостта между дебелината на покритието и степента на експандиране на полимерния материал, за материали с различни стойности на модула на еластичност, така че дебелината на експандираното покритие е подходящо оразмерена като функция на степента на експандиране и модула на полимерния материал, в частност за дебелина на експандирано покритие от около 24 mm. Такава взаимозависимост може да бъде изразена както следва:

V.d_e 2: N където:

V означава обема на експандирания полимерен материал за линеен метър от кабела ( т³/ т), като този обем е отнесен спрямо кръгов венец, определен от минималната дебелина на експандираното покритие, отговарящо на кръговия венец (10а) на фиг. 2 за многополярни кабели или на покритието (10) дефинирано на фиг. 3 за еднополярните кабели;

d_e означава видимата плътност, измерена за експандирания полимерен материал (Kg/m³); и

N е резултатът от продукта на две от го респоменатите стойности, който трябва да бъде по-голям от или равен на:

0,03 за материали с модул > 1000 МРа,

0,04 за материали с модул от 800 - 1000 МРа,

0,05 за материали с модул от 400 - 800 МРа,

0,06 за материали с модул < 400 МРа.

Параметърът V се отнася към дебелината (S) на експандираното покритие по следното съотношение:

V = π (2R, S + S²) където R, означава вътрешния радиус на кръговия венец (10а).

Параметърът d_e е свързан със степента на експандиране на полимерния материал с предишното съотношение:

G = (d₀/de - 1).100

Въз основа на горното съотношение, за експандирано покритие с дебелина около 2 mm, поставено върху кръгово сечение на кабел с диаметър от около 22 mm, за различни материали, имащи различни модули на еластичност при стайна температура (Mf), е намерено, че това покритие трябва да има минимум видима плътност от около:

0,40 g/cm³ за LDPE (Mf около 200);

0,33 g/cm³ за 70/30 PP/EPR смес (Mf от около 800);

0,26 g/cm³ за HDPE (Mf около 1000);

0,20 g/cm³ за РР (Mf около 1500).

Тези стойности на видима плътност на експандирания полимер отговарят на максимална степен на експандиране от около:

130 % за LDPE (d_o=O,923)

180 % за смес PP/EPR (d₀ = 0,890)

260 % за HDPE (d₀ = 0,945 )

350 % за РР (d₀ = 0.900).

Подобно, за дебелина на експандираното покритие от около 3 mm, поставено върху кабел с идентични размери, са получени следните стойности на минималната видима плътност:

0,25 g/cm³ за LDPE;

0,21 g/cm³ за смес PP/EPR;

0,17 g/cm³3a HDPE;

0,13 g/cm³3a РР; което отговаря на максимална степен на експандиране от около:

270 % за LDPE;

320 % за смес PP/EPR;

460 % за HDPE;

600 % за РР.

Резултатите, показани по-горе сочат, че с оглед да се оптимизират характеристиките на ударна якост на експандирано покритие с предварително определена дебелина, трябва да се вземат предвид както характеристиките на механична якост на материала (в частност неговия модул на еластичност), така и степента на експандиране на споменатия материал. Обаче стойностите, определени чрез прилагане на горните съотношения не трябва да се считат като ограничаващи обхвата на настоящото изобретение. В частност, максималната степен на експандиране на полимерите, която има модул на еластичност, близък до горните граници на интервалите, определени за изменението на числото N (тоест400, 800 и 1000 МРа) може в действителност да бъдат дори по-големи от изчисленото съгласно горното съотношение; така например, слой от РР/ EPR с дебелина около 2 mm (с Mf от около 800 МРа) все още е способен да осигурява желаната защита срещу удар дори със степен на експандиране от около 200 %.

Полимерът обикновено се експандира през време на фазата на екструзия; това експандиране може да настъпи химически посредством прибавяне на подходящо “експандиращо средство”, тоест такова, което е способно да образува газ при определени условия на температура и налягане или може да настъпи физически посредством инжектиране на газ под високо налягане директно в цилиндъра за екструзия.

Примери за подходящи химически “експандери” са азодикарбоамид, смеси от органични киселини (например лимонена киселина) с карбонати и/или хидрогенкарбонати (например натриев хидрогенкарбонат).

Примери за газове, които се инжектират под високо налягане в екструзионния цилиндър, са азот, въглеводород диоксд, въздух и нискокипящи въглеводороди като пропан и бутан.

Защитната външна обвивка, която покрива слоя от експандиран полимер, може удобно да бъде от нормално използвания тип. Материали за външно покритие, които могат да се използват, са полиетилен (РЕ), в частност РЕ със средна плътност (MDPE) и РЕ с висока плътност (HDPE), поливинилхлорид (PVC), смеси от елас10 томери и подобни. За предпочитане се използват MDPE или PVC. Полимерният материал, който образува тази външна обвивка, има модул на еластичност между около 400 и около 1200 МРа, за предпочитане между около 600 МРа и около 1000 МРа.

Заявителят е наблюдавал, че наличието на външна обвивка съдейства за осигуряване на покритие с желаните характеристики на ударна якост, в комбинация с експандираното покритие. Това съдействие на обвивката за ударна якост за една и съща дебелина на експандираното покритие нараства, когато степента на експандиране на полимера, който образува това експандирано покритие нараства. Дебелината на тази външна обвивка за покритие, нараства. Дебелината на тази външна обвивка за предпочитане е поголяма от 0,5 mm, в частност между 1 и 5 mm, за предпочитане между 2 и 4 mm.

Приготвянето на кабел с ударна якост съгласно изобретението е описано с позоваване на диаграмата на кабелната структура на фигура 2, в която, обаче звездообразните пространства между жилата, които трябва да бъдат покрити, е изпълнено не директно с експардирания полимер 10, а по-скоро с обичаен пълнител; експандираното покритие след това се екструдира над този полуобработен кабел, за да се образува кръгов венец 10а около този полуобработен кабел и след това се покрива с външната полимерна обвивка 2. Приготвянето на кабелните жила, тоест събирането на проводниците 4, вътрешния полупроводящ слой 9, изолатора 5, външния полупроводящ слой 8 и металната решетка 4 се извършва както е известно в областта, например посредством екструзия. Тези жила след това се сплитат заедно и звездообразните пространства се напълват с обичаен пълнежен материал (например еластомерни смеси, полипропиленови влакна и подобни), типично посредством екструзия на пълнителя върху сплетените жила, така че да се получи полузавършен кабел с кръгово напречно сечение. Покритието с експандиран полимер 10 след това се екструдира върху пълнежния материал. За предпочитане, матрицата на екструдиращата глава има диаметър малко по-малък от крайния диаметър на кабела с експандирано покритие, с оглед да се позволи на полимера да се експандира навън от екструдера.

Наблюдавано е, че при еднакви условия на екструзия (като скорост на въртене на винта, скорост на линията на екструзия, диаметър на главата на екструдера и подобни) температурата на екструзия е една от променливите на процеса, която има значително влияние върху степента на експандиране. За температури на екструзия по-ниски от 160°С, е трудно да се получи достатъчна степен на експандиране; температурата на екструзия за предпочитане е най-малко 180°С, в частност около 200°С. Обикновено увеличаването на температурата на екструдиране отговаря на по-висока степен на експандиране.

Възможно е да се контролира в известна степен и степента на експандиране на полимера чрез въздействие върху скоростта на охлаждане, тъй като чрез подходящо забавяне или ускоряване на охлаждането ако полимерът, който образува експандираното покритие е на изхода на екструдера, е възможно да се увеличава или намалява степента на експандиране на полимера.

Както е посочено, заявителят е наблюдавал, че е възможно да се определи количествено ефекта на удара върху кабелното покритие посредством измерване на якостта на обелване на покриващите слоеве на кабела, като се оценяват разликите между средната стойност на тази якост на обелване и стойността измерена в точката на удара. По-специално, за кабели от типа за средно напрежение със структура, състояща се от вътрешен полупроводящ слой, изолационен слой и външен полупроводящ слой, якостта на обелване (и на съответната разлика) може изгодно да бъде измерена между слоя на външния полупроводящ материал и изолиращия слой.

Заявителят е наблюдавал, че ефектите от особено тежки удари, на които кабелът може да бъде подложен, по-специално кабел за средно напрежение с метална оплетка, могат да бъдат възпроизведени посредством тест за определяне на ударна якост, основаващ се на Френски стандарт HN 33-S-52, отнасящ се до кабели с метална оплетка за пренасяне на енергия с високо напрежение, който позволява енергия на удара върху кабела от около 72 J.

Якостта на обелване на покриващия слой може да бъде измерена съгласно Френски стандарт HN 33-S-52, съгласно който се измерва силата, която е необходимо да бъде приложена, за да се отдели външният полупроводящ слой от изолиращия слой.

Заявителят е наблюдавал, че чрез непрекъснато измерване на тази сила в точките, където настъпва ударът, се измерват пиковете на силата, което сочи промяната в кохезионните сили между два слоя. Наблюдавано е, че тези промени са най-общо свързани с намаляване капацитета на изолация на покритието. Промяната е пропорционално по-голяма, колкото по малка е устойчивостта на удар, осигурена от външното покритие (което в случая на настоящото изобретение се състои от експандирано покритие и външна обвивка. Размерът на промяната на тази сила, измерена в точките на удара спрямо средната стойност, измерена по дължината на кабела, дава указание за степента на защита осигурена от защитното покритие. Най-общо, промяната в якостта на обелване до 20-25 % спрямо средната стойност се счита за приемлива.

Характеристиките на експандираното покритие (материал, степен на експандиране, дебелина), които могат изгодно да се използват заедно с подходяща защитна външна полимерна обвивка, могат да бъдат подходящо избрани съобразно защитата срещу удар, която е предвидено да се осигури за намиращата се под нея структура на кабела и зависи също от характеристиките на използвания специфичен материал за изолатор и/или полупроводник, като твърдост на материала, плътност и подобни.

Както може да бъде преценено от настоящото описание, кабелът от изобретението е особено подходящ да замества обикновените кабели с метална оплетка, благодарение на изгодните свойства на експандираното полимерно покритие в сравнение с металната оплетка. Неговата употреба не трябва да се ограничава до такова специфично приложение. Кабелът съгласно изобретението може изгодно да се използва във всички приложения, където е желан кабел с подобрени удароустойчиви свойства. По-специално удароустойчивият кабел съгласно изобретението може да замести обичайните кабели без метална оплетка във всички приложения, където досега използването на кабели с метална оплетка е било изгодно, но е било обезкуражаващо поради недостатъците на металната оплетка.

Примери за изпълнение на изобретението

Няколко илюстриращи примери са дадени тук по-долу с оглед да се опише изобретението с допълнителни подробности.

Пример 1

Приготвяне на кабел с експандирано покритие.

За да се оцени ударната якост на експандирано полимерно покритие съгласно изобретението, се приготвят различни опитни образци чрез екструдиране на различни дебелини от няколко полимера с различна степен на експандиране върху жилото на многожичен проводник около 14 mm дебелина, покрит със слой 0,5 mm полупроводников материал, слой от 3 mm изолираща смес на база EPR и следващ слой от 0,5 mm “лесно оголващ се” полупроводников материал на база EVA, допълнен с въглеродни сажди за обща дебелина на жилото от около 22 mm.

Като полимерен материал за експандиране се използват полиетилен с ниска плътност (LDPE), полиетилен с висока плътност (HDPE), полипропилен (РР), 70/30 тегловно, механична смес от LDPE и фино разпратен вулканизиран естествен каучук (размер на частиците 300-600 pm) (PE-прах), РР модифициран с EPR каучук (PP-EPR като смес 70/30 тегловно); тези материали се идентифицират в следващия текст чрез буквите А до Е и са описани подробно в следващата таблица:

	Материал	Търговско наименование и производител	Модул (MPa)
А	LDPE	Riblene FL 30 - Enichem	260
В	HDPE	DGDK 3364 - Union Carbide	1000
е	РР	PF 814 - Montell	1600
D	PP-EPR	FINA-PRO 3660S	1250
Е	РЕ/прах	Riblene FL 30

Полимерът се експандира химически, алтернативно като се използват две различни екс пандиращи съединения (СЕ), като те се идентифицират както следва:

	Съединение	Търговско наименование и производител
CE1	азодикарбоамид	Sarmapor РО - Sarma
CE2	карбоксилна киселинахидрогенкарбонат	Hydrocerol CF 70 - Boehringer Ingelheim

Полимерът, който трябва да се експандира и експандиращото съединение се зареждат (в съотношения) посочени в таблица 2) в 80 mm - 25 D едновинтов екструдер (Bandera); този екструдер е снабден с предаващ винт с резба, характеризиращ се с дълбочина в крайната зона

9,6 mm. Екструзионната система се състои от поансон, осигуряващ гладко пропускане на жилото, което се покрива (най-общо с диаметър, който е около 0,5 mm по-голям от диаметъра на жилото за покриване) и матрица, на която диаметърът е избран така, че да има размер около 2 mm по-малко от диаметъра на кабела с експандираното покритие; по този начин екструдира- ният материал се експандира на изхода на екструзионната глава вместо вътре в тази глава или вътре в екструдера. Скоростта на пропускане на жилото за покриване (скорост на екструзионната линия) се наглася като функция на желаната дебелина на експандирания материал (виж таблица 2). На разстояние от около 500 mm от екструзионната глава е охлаждащата тръба (съдържаща студена вода), за да се спре експандирането и да се охлади екструдирания материал. След това кабелът се навива на макара.

Съставът на сместа полимерен материал/ експандер и условията на екструдиране (скорост, температура) се менят подходящо, както е описано на таблица 2 по-долу.

Таблица 2: Експандираща смес и условия на екструзия

Кабел №	Материал + % и вид на експандера	Скорост на екструдиране (rev/min)	⁽’Температура на екструдиране (°C)	Скорост на линията (m/min)
1	А+2%СЕ1	6,4	165	3
2	А+2%СЕ1	11,8	190-180	2
3	А+2%СЕ1	5,5	190-180	3
4	А+2%СЕ1	6,8	190-180	2
5	А+2%СЕ1	6,4	165	1,5
6	А+0,8%СЕ2	5,7	225-200	2
7	С+0,8%СЕ2	3,7	200	2
8	С+0,8%СЕ2	6,3	200	2
9	Е+0,8%СЕ2	4,9	225-200	1,8
10	В+1,2%СЕ2	8,2	225-200	2
11	D+2%CE2	8	225-200	2

^(|): Температурата на екструзия се отнася за цилиндъра и екструзионната глава. Когато е дадена само една стойност, тези температури са идентични. В началната зона на екструдера температурата е около 150°С.

Проба 1 не се подлага на експандиране, както може да се предположи, понеже температурата на екструдера е твърде ниска (165°С) и подобно, по същите съображения проба 5 се подлага на ограничено експандиране (само 5 %).

Кабелът с експандирано покритие след това се покрива с обичайната обвивка от MDPE (СЕ 90 -Materie Plastiche Bresciane) с променлива дебелина (виж таблица 3) посредством обичайни методи на екструзия, като по този начин се получават образци от кабели с характеристиките, дефинирани в таблица 3; кабел №1, в кой30 то полимерът не е подложен на експандиране, се взема за сравнително неекспандирано полимерно покритие. В таблица 3 за сравнителни цели са посочени характеристиките на кабел без експандиран пълнеж и покрит само с външна 3 5 обвивка (кабел № 0).

Таблица 3: Характеристики на покритието

Кабел №	Степен на експандиране на пълнежа (%)	Дебелина на пълнежа (mm)	Дебелина на обвивката (mm)
0	-	0	3
1	0	1	3
2	31	4,3	3
3	61	1	3
4	48	2,5	3
5	5	3	3

Кабел №	Степен на експандиране на пълнежа (%)	Дебелина на пълнежа (mm)	Дебелина на обвивката (mm)
6	35	2	2
7	52	2	2
8	29	3	2,2
9	23	2,5	2
10	78	4	2
11	82	4	2

По подобен начин на описания по-горе, като се използва полимерно покритие с модул на еластичност около 600 МРа, състоящо се от полипропилен, модифициран с около 30 % EPR каучук, се приготвят други 6 образци на кабели, както е посочено в таблица 4 (примери 12-17); Таблица 4 дава също два сравнителни примера на кабели с експандирано покритие, но на които липсва външната обвивка (примери 16а и 17а).

Таблица 4: Характеристики на покритието

Кабел Кг	Степен на екструдиране на пълнежа (%)	Дебелина на пълнежа (mm)	Дебелина на обвивката (mm)
12	71	3	1,9
13	22	2	2
14	167	3	1,8
15	124	2	2
16	56	2	2
16а	56	2	-
17	84	2	2
17а	84	2	-

Пример 2

Тестове за ударна якост

С оглед да се прецени ударната якост на кабелите, приготвени съгласно пример 1, се извършват тестове на удар върху кабела с последваща оценка на увреждането. Ефектите от удара се оценяват както посредством визуален анализ на кабела, така и посредством измерване на промяната на якостта на обелване на слоя от полупроводящ материал в точката на удара. Тестът на удар се основава на Френски стандарт NH 33-S52, който осигурява енергия на удара върху кабела от около 72 J, която се получава чрез пускане на 27 kg тегло от височина 27 cm. За настоящия тест, такава енергия на удара се получава от 8 kg тегло, пуснато от височина 97 cm. Удрящият край на теглото е снабден с V-образна, със заоблен ръб (1 mm радиус на кривината) глава за отрязване. За целите на настоящото изобретение ударната якост се оценява с единствен удар.

За пробите 6-12 тестът се повтаря втори път на разстояние от около 100 mm от първия.

Якостта на обелване се измерва съгласно Френски стандарт HN 33-S-52, съгласно който се измерва силата, необходима да се приложи, 5 с оглед да се отдели външния полупроводящ слой от изолиращия слой. Чрез измерване на тази сила непрекъснато се измерват пикове на силата в точките, в иоито настъпва удара. За всяка проба за теста, в точката на удара, се измерва “положителен” пик на силата, отговарящ на увеличение на силата (спрямо средната стойност), изискващо се да се отделят двата слоя и “отрицателен” пик на силата (намаление спрямо средната стойност). От разликата между максимума (FmaJ и минимума (F_miin) на измерените пикове на силата, се получава максималната промяна на ударната якост на обелване в точката на удара.

По такъв начин се изчислява промяната в ударната якост на обелване чрез определяне на процентното съотношение между гореспоменатата разлика (F_max- F_mjin) и измерената средна якост на обелване, измерена за кабела ( F о), съгласно следното съотношение:

% на промяна = 100 (F^ -F_mln) / F^<>

Размерът на промяна на тази сила, измерена в точките на удара, спрямо средната стойност, измерена по дължината на кабела, по такъв начин дава указание за степента на защита осигурена от експандиранто покритие. Най-общо промени до около 20-25 % се считат за приемливи. В таблица 5 са дадени стойностите на промените в ударната якост на обелване за пробите 0-17 а.

Таблица 5: % на промяна на якостта на обелване

Кабел	1-ви опит	2-ри опит
0	62	78
1	40	-
2	18	-
3	27	-
4	13	-
5	21	-
6	17	23
7	9	12
8	4	5
9	19	15
10	9,8	12,5
11	4,3	2,5
12	7	14
13	16	17
14	14	12
15	10	10
16	16	18
16а	30	55
17	15,5	13
17а	116	103

Както се вижда в таблица 3, за проба 1 (за която не е получено експандиране), процентът на промяна на якостта на обелване е крайно висок; това сочи, че неекспандиран полимер има решаващо по-нисък капацитет да поема удари- 5 те, отколкото слой с идентична дебелина от същия полимер, който е експандиран (виж проба 3, с 61 % експандирано покритие). Проба 3 показва промяна в якостта на обелване, която е леко над гранична стойност от 25 %; ограничената ударна якост, получена от пробата, може да бъде присъща главно на дебелина от само около 1 mm на експандираното покритие, отнесено към 2-3 mm дебелина на другите проби.

Проба 5 с дебелина на експандираното покритие 3 mm има висока стойност на якост на обелване поради ниската степен на експандиране на полимера (5 %), като по такъв начин показва ограничената ударна якост, осигурявана от покритие с ниска степен на експандиране. Проба 4, въпреки че има дебелина на експандирания материал, която е по-малка от тази на проба 5 ( 2,5 mm срещу 3 пил), независимо от това има по-висока ударна якост, с промяна на якостта на обелване от 13 % в сравнение с 21 % за проба 5, като с това показва факта, че по-висока степен на експандиране осигурява по-висока ударна якост.

При сравняване на проба 13 с проба 15, се вижда как нарастване в степента на експандиране на полимера (от 22 на 124 %) за една и съща дебелина на слоя на експандирания материал и на външната обвивка,води до увеличение в ударната якост на покритието (като се отива от 16-17 % до 10 % изменение на якостта на обелката). Тази тенденция се потвърждава чрез сравняване на проба 16 с проба 17. При сравняване на пробите 16а и 17а (без външна обвивка) със съответните проби 16 и 17, може да се види как съдействието, осигурено от външната обвивка за защита от удар нараства, когато нараства степента на експандиране.

Пример 3

Тест за сравняване на ударната якост с кабел с метална оплетка

Кабел № 10 се изпитва спрямо обичаен кабел с метална оплетка, с оглед да се провери ефикасността на ударната якост на слоя с експандирано покритие.

Кабелът с метална оплетка има същото жило както кабел № 10 (т.е. многожичен проводник с дебелина около 14 mm покрит със слой 0,5 mm полупроводящ материал, слой от 3 mm изолираща смес на база EPR, и друг слой от 0,5 mm “лесно оголващ се” полупроводящ материал на база EVA, допълнен с въглеродни сажди, за обща дебелина на жилото от около 22 mm). Жило се окръглява отвътре навън на кабела чрез:

a) слой пълнежен материал с дебелина около 0,6 mm на база каучук;

b) обвивка от PVC с дебелина около 0,6 mm;

c) 2 стоманени ленти с дебелина 0,5 mm всяка за метална оплетка;

d) външна обвивка от MDPE с дебелина около 2 mm.

За сравнителния тест се използва динамична машина от типа “падащо тегло” (CEAST, mod. 6758). Две постановки на опити се извършват чрез пускане на 11 kg тежест от височина 50 cm (енергия на удара около 54 J) и 20 cm (енергия на удара около 21 джаула) респективно; тежестта е снабдена в удрящия край с полусферична глава с радиус около 10 mm.

Получената като резултат деформация на кабела е показана на фиг. 4 и 5 (50 cm и 20 cm височина съответно), където кабелът съгласно изобретението е посочен с а), докато обичайният кабел с метална оплетка е означен с Ь).

Измерва се деформацията на жилото с оглед да се прецени увреждането на структурата на кабела. По-високи деформации на полупроводящата-изолираща-полупроводяща обвивка по-вероятно причиняват електрически дефекти в изолационните свойства на кабела. Резултатите са посочени в таблица 6.

Таблица 6: % на намаляване на дебелината на полупроводящия слой след удар.

	В обичаен кабел с метална оплетка	В кабел № 10
Удар от 50 cm височина	41%	26,5%
Удар от 20 cm височина	4,4%	2,9%

Както се вижда от резултатите, дадени на таблица 6, кабелът съгласно изобретението показва дори по-добри резултати на ударна якост, отколкото обичайния кабел с метална оплетка.

Claims

Патентни претенции

1. Кабел за пренасяне на енергия, съдържащ

а) проводник;

в) най-малко един слой компактно изолационно покритие, разположено около проводника; и

с) покритие от експандиран полимерен материал, разположено около компактното изолационно покритие, характеризиращ се с това, че полимерният материал преди експандиране, има модул на еластичност при стайна температура поне 200 МРа и степен на експандиране от около 20 % до около 3000%.
2. Кабел съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че модулът на еластичност е между 400 МРа и 1800 МРа.
3. Кабел съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че модулът на еластичност е между 600 МРа и 1500 МРа.
4. Кабел съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че степента на експандиране на полимерния материал е от около 30% до около 500%.
5. Кабел съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че степента на експандиране на полимерния материал е от около 50% до около 200%.
6. Кабел съгласно някоя от предходните претенции 1 до 5, характеризиращ се с това, че покритието от експандиран полимерен материал има дебелина 0,5 mm.
7. Кабел съгласно някоя от предходните претенции 1 до 5, характеризиращ се с това, че покритието от експандиран полимерен материал има дебелина между 1 и 6 mm.
8. Кабел съгласно някоя от предходните претенции 1 до 5, характеризиращ се с това, че покритието от експандиран полимерен материал има дебелина между 2 и 4 mm.
9. Кабел съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че експандираният полимерен материал е избран от полиетилен (РЕ), полиетилен с ниска плътност (LDPE), полиетилен със средна плътност (MDPE), полиетилен с висока плътност (HDPE) и полиетилен с ниска линейна плътност (LLDPE); полипропилен (РР); етилен-пропилен каучук (ЕРК), етилен-προ пилен съполимер (ЕРМ), етилен-пропилен-диенов термополимер (EPDM); естествен каучук; бутилкаучук; съполимер етилен/винилацетат (EVA); полистирен; съполимер етилен/акрилат, съполимер етилен/метилакрилат (ЕМА), съполимер етилен/ етилакрилат (ЕЕА), съполимер етилен/бутилакрилат (ЕВА); съполимер етилен/а-олефин; акрилонитрил-бутадиен-стиренови смоли (ABS); халогениран полимер, поливинилхлорид (PVC); полиуретан (PUR); полиамид; ароматен полиестер, полиетилен терефталат (РЕТ), полибугилен терефталат (РВТ); и съполимери или механични смеси от тях.
10. Кабел съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че експандираният материал е полиолефинов полимер или съполимер на база РЕ и/или РР.
11. Кабел съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че експандираният полимерен материал е полиолефинов полимер или съполимер на база РЕ и/или РР, модифициран с етилен-пропиленов каучук.
12. Кабел съгласно претенция 11, характеризиращ се с това, че експандираният полимерен материал е полипропилен, модифициран с етилен-пропиленов каучук (EPR), като тегловното съотношение PP/EPR е между 90/10 и 50/ 50.
13. Кабел съгласно претенция 12, характеризиращ се с това, че тегловното съотношение PP/EPR е между 85/15 и 60/40.
14. Кабел съгласно претенция 12, характеризиращ се с това, че тегловното съотношение PP/EPR е около 70/30.
15. Кабел съгласно претенция 12, характеризиращ се с това, че полиолефиновият полимер или съполимер на база РЕ и/или РР съдържа също предварително количество вулканизиран каучук в прахообразна форма.
16. Кабел съгласно претенция 15, характеризиращ се с това, че предварително определеното количество вулканизиран каучук в прахообразна форма е между 10% и 60% от теглото на полимера .
17. Кабел съгласно някоя от предходните претенции 1 до 16, характеризиращ се с това, че кабелът съдържа външна полимерна обвивка.
18. Кабел съгласно претенция 17, характеризиращ се с това, че обвивката е в допир с покритието от експандиран полимер.
19. Кабел съгласно претенция 17 или 18, 5 характеризиращ се с това, че обвивката има дебелина по-голяма от 0,5 mm.
20. Кабел съгласно претенция 17 или 18, характеризиращ се с това, че обвивката има дебелина между 1 и 5 mm.
21. Метод за придаване на ударна якост на вътрешната структура на кабел за пренасяне на енергия, който включва разполагане на покритие от експандиран полимерен материал около вътрешната структура, характеризиращ се с това, че полимерният материал преди експандиране има модул на еластичност при стайна температура най-малко 200 МРа и степен на експандиране от около 20 до около 3000%.
22. Метод съгласно претенция 21, характеризиращ се с това, че експандираното покритие се покрива с Външна полимерна обвивка.
23. Метод за определяне на ударна якост на кабел, съдържащ най-малко едно изолационно покритие, характеризиращ се с това, че се състои в а) измерване на средната якост на обелване на изолационния слой; в) подлагане на кабела на удар с предварително определена енергия; с) измерване якостта на обелване на изолационния слой в точката на удара; d) проверяване дали разликата между средната якост на обелване и якостта на обелване в точката на удара е по-малка от предварително определена стойност.
24. Метод съгласно претенция 23, характеризиращ се с това, че якостта на обелване се измерва между слоя на изолационното покритие и слоя на външното полупроводящо покритие.
25. Метод съгласно претенция 24, характеризиращ се с това, че разликата между средната якост на обелване и тази, измерена в точката на удара, е по-малка от 25%.