BR112012017174B1

BR112012017174B1 - Cabo elétrico, cabo resistente à degradação por agentes químicos externos, e, método para a fabricação de um cabo elétrico

Info

Publication number: BR112012017174B1
Application number: BR112012017174-7A
Authority: BR
Inventors: Paul Cinquemani; Marco Frigerio; Flavio Cesa; Andrew L. Maunder
Original assignee: Prysmian S.P.A.
Priority date: 2009-12-23
Filing date: 2009-12-23
Publication date: 2019-05-21
Also published as: WO2011078865A1; AU2009356974A1; EP2517211A1; BR112012017174A2; EP2517211B1; ES2476898T3; US20130068497A1; US9424962B2; AU2009356974B2

Abstract

cabo elétrico, cabo resistente à degradação por agentes químicos externos, e, método para a fabricação de um cabo elétrico. um cabo elétrico flexível que é resistente aos agentes químicos externos inclui um montagem de invólucro e uma montagem de núcleo. do interior para o exterior, o conjunto de núcleo possui pelo menos dois condutores e um material de carga de duas partes com uma parte interna e uma parte externa. a parte interna possui elemento distintos não contínuos, e a parte externa é um material sólido contínuo circundado a parte interna e pelo menos parcialmente incorpora os pelo menos dois condutores. a parte externa possui uma seção transversal circular. a montagem de invólucro possui um material polimérico espumado formado ao redor e moldado pela parte externa do material de carga, uma fita de metal posicionada ao redor e moldada pelo material polimérico espumado, um revestimento polimérico em torno da fita de metal, e um invólucro externo.

Description

“CABO ELÉTRICO, CABO RESISTENTE À DEGRADAÇÃO POR AGENTES QUÍMICOS EXTERNOS, E, MÉTODO PARA A FABRICAÇÃO DE UM CABO ELÉTRICO”

DESCRIÇÃO

Campo Técnico

A presente descrição se refere de uma forma geral a cabos elétricos e, mais particularmente, aos cabos de energia elétrica e de controle sendo resistentes aos agentes químicos externos e tendo uma maior flexibilidade.

Fundamentos

Os cabos elétricos geralmente compreendem um ou mais condutores individualmente revestidos com materiais poliméricos semicondutores e isolantes e coletivamente circundados com camadas de revestimento de proteção, que também são produzidos de materiais 15 poliméricos. Dependendo da aplicação, tais cabos podem ser categorizados como de baixa voltagem, de média voltagem, ou alta voltagem. Tipicamente, “baixa voltagem” significa uma voltagem de até 1 kV, “média voltagem” significa uma voltagem de 1 kV a 35 kV, e “alta voltagem” significa uma voltagem maior do que 35 kV.

Para os cabos instalados em ambientes críticos tais como, por exemplo, refinarias de petróleo, tanques de petróleo, e instalações situadas ao largo, a permeabilidade dos revestimentos de cabos poliméricos à umidade e, em particular, aos químicos agressivos, apresenta um problema. Estes produtos químicos podem ser orgânicos tais como, por exemplo, hidrocarbonetos e solventes. Eles também podem ser inorgânicos tais como, por exemplo, ácidos e bases. A penetração para o interior dos cabos pelos elementos químicos compromete o desempenho vitalício total dos cabos em termos de propriedades tanto mecânicas quanto elétricas.

Assim, os cabos de energia elétrica e de controle que são expostos aos agentes químicos, tais como em aplicações de óleo, gás e petroquímicos, devem ser adequados para proteger os núcleos isolados dos danos causados por tais produtos químicos.

Uma proteção convencional contra elementos cáusticos é a colocação de um invólucro de chumbo em uma posição interna radial no que diz respeito à camada de revestimento de proteção externa, isto é, o invólucro externo. O chumbo fornece capacidade de vedação hermética, e é considerado relativamente fácil de extrusão em comprimentos longos. Os cabos deste tipo são comercialmente conhecidos, por exemplo, como cabos Solid Type PILC 10 da The Okonite Company.

Altemativamente, os invólucros de alumínio ondulados soldados (ou cobre) também são conhecidos de fornecer proteção de cabo. Os invólucros de alumínio são relativamente leves, fornecem capacidade de vedação hermética e podem servir como um condutor neutro quando 15 colocados sobre cabos de força. Os cabos deste tipo são comercialmente conhecidos, por exemplo, como cabos CL-X® Type da The Okonite Company.

Na descrição a seguir, os cabos compreendendo pelo menos um invólucro de proteção de metal devem ser referidos como “cabos 20 blindados com metal”.

A presença de invólucros de chumbo ou de alumínio adiciona peso significativo aos cabos elétricos. Tais invólucros também podem tomar os cabos difíceis de dobrar.

Para lidar com a flexibilidade limitada dos cabos blindados de metal, os instaladores de cabo possuem várias opções. Uma opção é aumentar o raio de curvatura em que o cabo blindado de metal é distendido ao redor. Esta abordagem, no entanto, pode prodigamente requerer o uso de mais de cabo de ponta a ponta e não seria possível em muitas circunstâncias. Outra opção é instalar puxadores de cabo mais curto, unindo entre si as seções mais curtas para formar um comprimento de cabo e forma desejados. Esta opção, no entanto, pode aumentar desnecessariamente o tempo de instalação.

A Patente US n° 7.601.915 descreve um cabo elétrico compreendendo pelo menos um condutor, pelo menos uma fita metálica 5 revestida com pelo menos uma camada de revestimento dc adesivo e pelo menos uma camada de revestimento compreendendo pelo menos uma poliamida ou um seu copolímero. Em uma posição radialmente interna em relação à fita de metal, uma camada de revestimento de proteção produzida de um material polimérico expandido pode ser fornecida. No caso de um cabo 10 tripolar, os interstícios entre os condutores isolados são preenchidos com um material de carga que forma uma estrutura contínua tendo uma forma substancialmente cilíndrica. O material de carga é geralmente produzido de misturas elastoméricas ou fibras de polipropileno, e mais preferivelmente é produzido de um material retardador de chama.

Observou-se que a forma do material da carga pode afetar a vedação apropriada da fita de metal revestida com a camada adesiva. Em particular, se o limite externo do material de carga se desviar substancialmente da circularidade, a fita de metal revestida com a camada adesiva pode falhar em conseguir uma vedação apropriada ou pode perder a 20 sua vedação. A perda de uma vedação estanque na fita de metal pode prejudicar a capacidade do cabo em resistir à degradação dos agentes químicos externos. Em particular, observou-se que se os materiais fibrosos forem utilizados como cargas, ou o material de carga for de outro modo descontínuo, a carga pode não conseguir atingir ou manter uma forma 25 substancialmente cilíndrica, levando à vedação inadequada da fita de metal revestida com a camada adesiva.

Também observou-se que, embora se use uma carga sólida, tal como aquela produzida de misturas elastoméricas, seria adequado criar e manter uma forma cilíndrica, o uso de uma carga sólida diminuiría a flexibilidade do cabo, o que também é prejudicial.

Outras técnicas para preencher os interstícios de um cabo são conhecidas, mas não aparecem para fornecer o equilíbrio adequado entre a necessidade de manter a integridade da vedação da fita de metal e manter o cabo flexível. Por exemplo, a Patente US n^fi 4.707.569 descreve um cabo multi-condutor tal como um cabo elétrico, um cabo de transmissão de sinal ou cabo de fibra ótica, incluindo um núcleo produzido de uma pluralidade de condutores isolados e um invólucro em tomo do núcleo. O espaço vazio é preenchido com uma pluralidade de cargas de fio plástico espumado entre o núcleo e o invólucro e entre os condutores isolados. O fio é um fio compósito formado de uma fita de tira fina e uma camada de plástico espumado integralmente fornecido sobre a superfície da fita. A fita serve como um membro de reforço e é preferivelmente formado de um papel, um tecido não tecido ou uma película de plástico (por exemplo, de polipropileno, polietileno, polibuteno, poliéster ou poliacetal). Os fios de carga podem ser usados em conjunto com as cargas convencionais tais como os fios de corte, fitas de papel e outros mais. De acordo com esta patente, é preferível que pelo menos 50 % em vol das cargas de espaço preenchidas no cabo devem ser ocupados pelos fios de plástico espumados.

A Patente US n° 5.113.040 descreve um cabo elétrico flexível incluindo dois condutores isolados com borracha trançados. Dois condutores são trançados entre si com duas cargas de cabo para formar uma montagem de núcleo. Cada carga de cabo inclui um filamento de borracha tendo uma parte de transporte centralmente incorporada, a qual é preparada de vários filamentos plásticos de alta tração não trançados. Os condutores de montagem do núcleo e as cargas de cabo são primeiro circundados por uma cobertura tecida de uma fita de malha aberta.

A Patente US n^e 3.590.141 se refere, em uma forma de realização, a um cabo que compreende uma camada de material plástico que pode ser de polietileno não espumado ou espumado ou coisa parecida, e está disposto entre os cabos coaxiais e uma camada de material higroscópico. Uma camada de material higroscópico é formada de, por exemplo, papel, tecido têxtil, mistura de material polimérico e agente de secagem secativo, ou coisa 5 parecida.

Observou-se que estas abordagens conhecidas para o preenchimento de vazios dentro de um cabo de multi-polar não tratam os problemas observados com a perda de circularidade no limite externo do material de carga e com uma região de carga inteiramente sólida. Um projeto 10 para o material de carga que evita estes inconvenientes e, portanto, mantém a integridade da vedação de fita de metal e da flexibilidade do cabo é necessário. Um cabo elétrico tendo um tal material de carga desejado pode de forma confiável fornecer resistência aos agentes químicos externos, fornecer resistência mecânica elevada e flexibilidade.

Para o propósito da presente descrição e das reivindicações anexas, exceto onde de outra maneira indicado, todos os números que expressam quantias, quantidades, porcentagens, e assim por diante, devem ser entendidos como sendo modificados em todos os casos pelo termo “cerca de”. Da mesma forma, todas as faixas incluem qualquer combinação dos pontos 20 máximos e mínimos descritos e incluem quaisquer faixas intermediárias nesse particular, que podem ou não ser aqui especificamente enumeradas.

SUMÁRIO

Os cabos de energia elétrica e de controle para aplicações de óleo, gás e petroquímicos devem ser adequados para proteger os condutores 25 isolados do ataque de hidrocarbonetos, óleos e vários fluidos cáusticos. Observou-se que a flexibilidade melhorada pode ser conseguida em um cabo elétrico multi-polar tendo um invólucro externo e uma fita de metal de sobreposição disposta sob o invólucro externo e revestida com uma camada adesiva quando um sistema de carga de duas partes for usado entre os interstícios dos condutores elétricos que são formados para ter e manter uma forma substancialmente cilíndrica.

A forma substancialmente cilíndrica, ou a seção transversal substancialmente circular, ajuda na obtenção e manutenção da vedação para a 5 fita de metal em sua sobreposição, o que garante a integridade do cabo contra as substâncias cáusticas. Como observado, os cabos multi-polares convencionais com material de carga substancialmente inapto para ser ajustado ou mantido em uma configuração de seção transversal substancialmente circular, podem fazer com que a vedação da fita de metal 10 seja prejudicialmente rompida.

Em conformidade com uma forma de realização, um cabo elétrico flexível resistente aos agentes químicos externos possui uma montagem de invólucro e uma montagem de núcleo. A montagem de invólucro inclui um invólucro externo e uma fita de metal disposta sob o 15 invólucro externo e revestido, pelo menos em uma das suas superfícies, com uma camada adesiva. A fita de metal possui bordas opostas em sobreposição vedadas entre si pela camada de adesivo. A montagem de núcleo inclui pelo menos dois condutores isolados trançados entre si e um sistema de carga. A montagem de invólucro circunda a montagem de núcleo e o sistema de carga.

O '' 20 O sistema de carga é um sistema de carga de duas partes, é disposto entre a montagem de núcleo e a montagem de invólucro, e inclui uma parte interna flexível e uma camada externa sólida com uma forma substancialmente cilíndrica. A camada externa sólida (isto é monolítica) encapsula os pelo menos dois condutores isolados e a parte interna flexível do sistema de carga.

Os pelo menos dois condutores isolados são pelo menos parcialmente incorporados dentro da camada externa sólida.

A parte interna flexível do sistema de carga pode incluir a) elementos fibrosos, b) hastes flexíveis ou c) uma combinação de a) e b).

Os elementos fibrosos a) pelo menos parcialmente preenchem os volumes entre os condutores isolados e a camada sólida externa. Os elementos fibrosos a) podem ser produzidos de um material selecionado de papel, náilon, poliéster, polipropileno, aramida e seus compósitos.

As hastes flexíveis b) podem ser incorporadas nos elementos fibrosos a) quando presentes, ou na camada sólida externa do sistema de carga. As hastes flexíveis b) podem ser produzidas de um material selecionado de polímero espumado, borracha de silicona, poliestireno, polietileno clorossulfonado, e misturas dos mesmos. O polímero espumado, por exemplo, EPR espumado ou polietileno espumado, é um material preferido para as hastes flexíveis b). Um polímero espumado pode intensificar a resistência ao impacto do cabo.

Cada condutor isolado compreende uma parte de metal central circundada por uma camada isolante. A parte de metal central pode ser produzida de uma haste ou de pelo menos um feixe de fios trançados. O metal 15 pode ser cobre ou alumínio. Pelo menos uma camada de material semicondutor pode ser fornecida na posição interna radial em relação à camada isolante. Uma segunda camada de material semicondutor pode ser fornecida na posição externa radial em relação à camada isolante. Opcionalmente, uma tela de metal pode ser fornecida para envolver cada O condutor isolado.

A montagem de núcleo pode incluir pelo menos um fio terra trançado em tomo dos condutores isolados. O pelo menos um fio terra pode ser encapsulado pela camada externa sólida do sistema de carga.

A montagem de invólucro pode incluir camadas adicionais de material de proteção. Vantajosamente, a montagem de invólucro compreende uma primeira camada de revestimento disposta entre a fita de metal e a camada externa sólida do sistema de carga. Preferivelmente, dita primeira camada de revestimento é produzida de material polimérico expandido. Opcionalmente, uma segunda camada de revestimento pode ser disposta entre δ

a fíta de metal e o invólucro externo. A segunda camada de revestimento de preferência é produzida de um material que compreende pelo menos uma poliamida ou um copolímero desta. A segunda camada de revestimento pode estar em contacto com a camada adesiva que reveste a fita de metal.

O sistema de carga de duas partes do cabo da presente descrição ajuda a manter a integridade da vedação em sobreposição na fita de metal, enquanto mantém o cabo adequadamente flexível. A relação de material dentro da parte interna flexível e da camada externa sólida do sistema de carga pode ser selecionada para atingir a flexibilidade do cabo enquanto ç10 mantém a forma cilíndrica da camada externa sólida e resistência aos agentes químicos externos. De preferência, a parte interna flexível compreende entre 30 % e 70 % do material de carga. Mais preferivelmente, a parte interna flexível compreende 50 % do material do sistema de carga.

Em conformidade com outra forma de realização, um cabo elétrico resistente à degradação por agentes químicos externos, inclui, do interno até o externo, pelo menos dois condutores, um sistema de carga de duas partes com uma parte sendo uma camada externa sólida, uma primeira camada de revestimento que inclui um material polimérico expandido formado ao redor da camada externa sólida do sistema de carga de duas O ^{< v} 20 partes, uma fita de metal posicionada ao redor e moldada pelo material polimérico expandido e tendo bordas longitudinais sobrepostas aderidas entre si, uma segunda camada de revestimento (de preferência produzida de um material polimérico) circundante à fita de metal, e um invólucro externo.

O sistema de carga de duas partes do cabo descrito na presente descrição inclui uma parte interna e uma parte externa. A parte interna inclui elementos distintos não contínuos. Em um aspecto, a parte interna contém materiais de carga flexíveis tais como hastes flexíveis ou material fibroso. A parte externa é de preferência um material sólido contínuo circundando a parte interna e pelo menos parcialmente incorpora os pelo menos dois condutores. A parte externa possui uma seção transversal circular e é substancialmente impermeável à deformação durante a curvatura do cabo.

Deve ficar entendido que tanto a descrição geral precedente quanto a descrição detalhada que segue são apenas exemplares e explicativas 5 e não são restritivas da invenção, tal como reivindicada.

Os desenhos acompanhantes como resumidos abaixo, que são incorporados e constituem uma parte deste relatório descritivo, ilustram as formas de realização da invenção e juntamente com a descrição, servem para explicar os princípios da invenção.

_Ί 10 BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

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A FIG. 1 fornece uma ilustração em corte transversal de um cabo elétrico exemplar em que a parte interna flexível do sistema de carga está na forma de elementos fibrosos, consistente com certas formas de realização descritas;

A FIG. 2A fornece uma ilustração em corte transversal de um cabo elétrico em que a parte interna flexível do sistema de carga está na forma de elementos fibrosos e hastes flexíveis, consistente com certas outras formas de realização descritas; e

A FIG. 2B fornece uma ilustração em corte transversal de um ^y 20 cabo elétrico em que a parte interna flexível do sistema de carga está na forma de hastes flexíveis incorporadas dentro da camada externa sólida do sistema de carga, consistente com certas formas de realização descritas.

DESCRIÇÃO DAS FORMAS DE REALIZAÇÃO

Referência será agora feita com detalhes às formas de realização exemplares presentes da invenção, exemplos das quais são ilustradas nos desenhos anexos. A presente descrição, no entanto, pode ser incorporada em muitas formas diferentes e não deve ser interpretada como limitativa das formas de realização aqui apresentadas. Nos desenhos, sempre que possível, os números semelhantes se referem a elementos semelhantes.

Em conformidade com uma forma de realização, um cabo elétrico adequado para resistir à degradação dos agentes químicos externos compreende de uma forma geral uma montagem de invólucro e uma montagem de núcleo. A montagem de invólucro inclui um invólucro externo, 5 uma fita de metal disposta em posição radialmente interna em relação ao invólucro externo, um revestimento polimérico em tomo da fita de metal, e um material polimérico expandido na posição radialmente interna em relação ao invólucro de metal. A fita de metal é de preferência revestida, sobre pelo menos a superfície radialmente externa, com uma camada adesiva e possui θ 10 bordas opostas em sobreposição vedadas entre si pela camada de adesivo. A montagem de núcleo, que é circundada pela montagem de invólucro, inclui pelo menos dois condutores isolados trançados entre si. Um sistema de carga de duas partes disposto entre a montagem de núcleo e a montagem de invólucro inclui uma parte interna flexível e uma camada externa sólida. A 15 camada externa sólida possui uma forma substancialmente cilíndrica e reveste os pelo menos dois condutores isolados e a parte interna flexível do sistema de carga. Os pelo menos dois condutores isolados são pelo menos parcialmente incorporados dentro da camada externa sólida.

A partir de 1 na FIG. 1, o cabo elétrico pode ser do tipo 20 tripolar tendo três condutores 2, cada uma coberto por uma camada de revestimento isolante 3 para formar três condutores isolados 2’. Os condutores 2 podem ser construídos de metal condutor, tal como cobre ou alumínio. A camada isolante 3 pode ser produzida, por exemplo, de pelo menos um de: material polimérico com base em poliolefma reticulado ou não 25 reticulado selecionado de: poliolefmas, copolímeros de olefinas diferentes, copolímeros de uma olefina com um éster etilenicamente insaturado, por exemplo, poliacrilatos, poliésteres, por exemplo, poliacetatos, polímeros de celulose, policarbonatos, polissulfonas, resinas de fenol, resinas de uréia, policetonas, poliamidas, poliaminas, e misturas dos mesmos. Por exemplo, a

Ο ¹⁰

camada de revestimento isolante 3 compreende etileno/propileno reticulado (EPR) ou polietileno reticulado.

Na forma de realização representada, a montagem de núcleo inclui três fios terra de cobre desencapados 4, trançados entre si com os condutores isolados 2’.

O cabo 1 inclui um sistema de carga de duas partes 5 disposto entre a montagem de núcleo e a montagem de invólucro. Como representado na FIG. 1, o sistema de carga de duas partes 5 compreende uma parte interna flexível 5A e uma camada externa sólida 5B. O sistema de carga de duas partes 5 forma um elemento substancialmente contínuo de uma forma cilíndrica que preenche os interstícios entre os condutores isolados 2’.

A camada interna 5A da Fig. 1 é produzida de elementos fibrosos. Por exemplo, ditos elementos fibrosos são produzidos de um material selecionado de papel, náilon, polipropileno, poliéster, fibra de vidro, fibras de aramida e compósitos destes. Opcionalmente, o material dos elementos fibrosos podem ser retardador de chama e/ou pode ter propriedades de absorção por pavio para absorver o excesso de umidade do cabo. O material da parte interna flexível 5A fornece a carga adequada dos interstícios entre os condutores isolados 2, enquanto aumenta a flexibilidade do cabo.

Em outra forma de realização, parte interna flexível 5A pode incluir hastes flexíveis, além ou em lugar do material fibroso. A FIG. 2A ilustra uma forma de realização do cabo elétrico tendo hastes flexíveis 5C posicionadas dentro da parte interna flexível 5A do sistema de carga 5. As hastes flexíveis 5C podem ser produzidas de, por exemplo, EPR flexível, poliestireno, borracha de silicona ou de polietileno clorossulfonado flexível (nome comercial HYPALON). Alternativamente, as hastes flexíveis podem ser produzidas de um material sólido espumado, por exemplo, EPR espumado ou polietileno espumado. Um material espumado empregado para as hastes flexíveis 5C pode aumentar a resistência ao impacto do cabo em comparação

I com uma parte interna flexível 5A produzida apenas de material fibroso.

Como incluído como 5B na FIG. 1, uma camada externa sólida circunda parte interna flexível 5A. A camada externa 5B forma uma estrutura contínua tendo uma forma substancialmente cilíndrica ao longo de pelo r menos a maior parte do comprimento do cabo. E contemplado, portanto, que o desvio de uma forma cilíndrica ou imperfeições, fissuras, ou outras descontinuidades no que diz respeito à forma substancialmente cilíndrica podem estar presentes na camada externa 5B do sistema de carga 5 ao longo de algumas partes de um comprimento estendido do cabo, sem se afastar do escopo da presente descrição e invenção. A camada externa 5B envolve e reveste os condutores isolados 2’ e a parte interna flexível 5A do sistema de carga 5 e possui uma seção transversal substancialmente circular.

O material sólido de carga da camada externa 5B pode serconstruído de qualquer material que substancialmente mantém uma seção transversal circular durante a fabricação tal que mantém a forma substancialmente cilíndrica quando as camadas subsequentes são aplicadas e também durante a operação do cabo. Em comparação com os materiais fibrosos ou hastes flexíveis empregados dentro da parte interna flexível 5A, a camada externa 5B do sistema de carga 5 é sólida e contínua, mantendo assim a forma cilíndrica durante a aplicação das camadas externas tais como durante a extrusão do material polimérico expandido da primeira camada de revestimento 6 e durante a aplicação da fita metálica 7 (debatido abaixo), sobre a camada sólida 5B.

Exemplos dos possíveis materiais para a camada externa sólida 5B incluem um ou mais de: borracha de etileno/propileno reticulado ou não reticulado (EPR); etileno/propileno/dieno reticulado ou não reticulado (EPDM); copolímeros elastoméricos; cloreto de polivinila (PVC); materiais à base de poliolefina reticulados ou não reticulados; EVA; materiais de halogêneo zero de baixa emissão de fumaça, por exemplo, os polímeros carregados com uma quantidade adequada de uma carga inorgânica tal como alumina ou hidróxido de magnésio; borrachas de silicona, e outros materiais extrusáveis.

A seleção de material para a camada externa sólida 5B resulta da capacidade da parte externa rígida em manter seção transversal redonda 5 durante a fabricação, o que ajuda a garantir vedação suficiente nas bordas sobrepostas de fita de metal 7 (debatida abaixo). Por exemplo, a camada externa sólida 5B pode ser produzida de um material sólido, tal como um material de EPDM formado em uma forma substancialmente cilíndrica ao

longo do comprimento do cabo. Por outro lado, um tal material aplicado como o material de carga inteiro é provável de restringir a flexibilidade do cabo, assim a parte interna flexível 5A é fornecida. Outros materiais sólidos extrusados, tais como polietileno clorossulfonado flexível (tal como

Hypalon®), fornecem elevados níveis de flexibilidade para a camada externa sólida 5B e cabo 1.

A camada externa sólido 5B circunda e pelo menos parcialmente incorpora os condutores isolados 2’. Como ilustrado na FIG. 1, a camada externa sólida 5B entra em contato e pelo menos parcialmente circunda os condutores isolados 2’. A camada 5B pode altemativamente envolver completamente e encapsular os condutores 2, como é mostrado na

O forma de realização representada na FIG. 2B.

A encapsulação de condutores isolados 2’ pela camada externa sólida 5B do sistema de carga 5 é de preferência realizada através da extrusão da camada 5B sobre condutores isolados 2’ e a parte interna flexível 5A através de técnicas conhecidas. Para facilitar a extrusão da camada externa sólida 5B, um aglutinante na forma de linha ou fita pode opcionalmente ser enrolado circundando a parte interna 5A de cargas fibrosas e/ou hastes flexíveis 5C para manter o material fibroso e/ou as hastes flexíveis no cabo antes da extrusão da camada externa 5B. Neste caso, a camada externa sólida é extrusada sobre uma parte interna ligada. O aglutinante pode ser particularmente útil nos cabos de maior tamanho para manter as cargas fibrosas juntas sobre o cabo antes da extrusão da camada externa 5B.

As FIGS. 2A e 2B representam as formas de realização alternativas para o cabo elétrico 1 que mostra variações do sistema de carga 5.

Na FIG. 2A, a parte interna flexível compreende hastes flexíveis 5C sem 5A material fibroso adicional. O material externo sólido 5B circunda e encapsula os condutores isolados 2’, assim como os fios terra 4. Na FIG. 2B, a parte flexível interna é produzida de hastes flexíveis 5C, as quais, tal como com os condutores isolados 2’ e os fios terra 4, são incorporadas na camada externa Ç'_} 10 sólida 5B. Ficará entendido por aqueles versados na técnica que combinações e variações destas disposições podem ser empregadas, tais como o cabo 1 na FIG. 2A tendo hastes flexíveis 5C parcial ou totalmente incorporadas dentro da camada externa sólida 5B e tendo uma parte interna flexível de material fibroso 5A (não mostrado) dentro dos interstícios dos condutores isolados 2’.

A proporção de material da parte interna flexível para material da camada externa sólida dentro do sistema de carga pode variar com base na aplicação pretendida. Em uma forma de realização, o cabo 1 pode incluir uma parte interna flexível compreendendo material fibroso disposto em aproximadamente metade dos interstícios, de tal modo que o material fibroso ~ 20 compreende aproximadamente metade da área da seção transversal (ou volume) ocupada pelo sistema de carga. A camada externa sólida pode ser extrusada sobre a parte interna e ocupar aproximadamente a área restante do sistema de carga no cabo. Com a seleção adequada de materiais, o sistema de carga construído de acordo com esta forma de realização pode fornecer uma flexibilidade suficiente ao cabo 1, enquanto mantém o perfil substancialmente cilíndrico formado pela extrusão da camada externa.

A parte da área da seção transversal preenchido pelo material da parte interna flexível com relação ao material de camada externa pode ser de30%a70%. Da mesma forma, a parte da área da seção transversal preenchida pela camada externa em relação à parte interna flexível pode ser de 30 % a 70 %.

Ficará evidente para aqueles versados na técnica que compensações podem ser feitas na seleção dos materiais para a parte flexível 5 interna e para a camada externa sólida e suas respectivas áreas de seção transversal, que podem afetar as características de desempenho tais como flexibilidade ou peso do cabo. Por exemplo, a seleção de um material mais rígido para a camada externa pode permitir que a espessura desta camada seja menor do que 50 % da seção transversal para obter flexibilidade aceitável. Em 0 10 geral, prefere-se que a seleção dos materiais e relações de espessura para o sistema de carga leve a uma melhora na flexibilidade do cabo de pelo menos 10 a 20 % em comparação com um sistema de carga inteiramente sólido, embora tal preferência não deve ser vista como uma limitação da invenção conforme reivindicada.

A construção da montagem de núcleo de preferência ocorre após as etapas básicas descritas na Patente US n° 7.601, 915, exceto para a adição do sistema de carga de duas partes. Um tal material de duas partes pode ser aplicado em qualquer meio conhecido no campo, mas de preferência ocorre primeiro na aplicação de material fibroso interno ao redor dos O 20 condutores isolados e depois extrusão de uma camada sólida externa ao redor do material interno e os condutores.

A partir das Figuras 1, 2A e 2B, o envolvimento da montagem de núcleo de condutores isolados 2’ e um sistema de carga 5 no cabo 1 é uma montagem de invólucro. A montagem de invólucro inclui uma camada da 25 primeira camada de revestimento 6 de material polimérico expandido, uma fita de metal 7 disposta sobre a primeira camada de revestimento 6, uma segunda camada de revestimento 8 que circunda a fita de metal 7, e um invólucro externo 9. A montagem de invólucro é de preferência produzida através dos processos de extrusão de cabo como descrito na Patente US n

7.601.915, cujos ensinamentos específicos para a estrutura e os processos de montagem para o montagem de invólucro são aqui incorporados por referência.

A primeira camada de revestimento 6 é formada por extrusão 5 sobre e ao redor da camada sólida externa 5B do sistema de carga 5. A primeira camada de revestimento 6 pode tender a tomar a forma da seção transversal da camada externa sólida 5B do sistema de carga 5. Em conformidade com as formas de realização aqui descritas, a camada externa sólida 5B possui uma seção transversal circular que tende a reter <10 substancialmente tal forma quando o revestimento 6 for extrusado e quando a fita metálica 7 for aplicada sobre o revestimento polimérico 6.

A primeira camada de revestimento 6 pode ser construída de um material polimérico expandido compreendendo pelo menos um de: poliolefinas, copolímeros de diferentes olefinas, copolímeros de uma olefina 15 com um éster etilenicamente insaturado, poliésteres, policarbonatos, polissulfonas, resinas fenólicas e resinas de uréia.

De acordo com uma forma de realização exemplar, o polímero expandido pode compreender um de: (i) copolímeros de etíleno com um éster etilenicamente insaturado, tais como acetato de vinila ou acetato de butila, em que 20 a quantidade de éster insaturado é de 5 % em peso a 80 % em peso; (ii) copolímeros elastoméricos de etileno com pelo menos uma cx-olefina C₃-Ci₂, e opcionalmente um dieno, tendo a seguinte composição: de 35 % a 90 % molar de etileno, de 10 % a 65 % molar de cx-olcfma, de 0 % a 10 % molar de dieno; (iii) copolímeros de etileno com pelo menos uma a-olefma C4-C12, e opcionalmente 25 um dieno, tendo uma densidade de 0,86 g/cm³ a 0,90 g/cm³ e a seguinte composição: de 75 % a 97 % em mol de etileno, de 3 % a 25 % em mol de aolefina, de 0 % a 5 % em mol de um dieno; e (iv) polipropileno modificado com copolímeros de etileno/a-olefina C₃-C]2_? em que a relação de peso entre o polipropileno e o copolímero de etileno/olefina é de 90/10 a 10/90.

Ao redor da primeira camada de revestimento 6 está a fita de metal 7. A fita de metal 7 pode ser longitudinalmente dobrada (ou laminada) para formar bordas sobrepostas 10 e ajudar a proteger a montagem de núcleo dos produtos químicos cáusticos que podem romper o exterior do cabo 5 durante a operação. De acordo com uma forma de realização exemplar, a fita de metal pode ser produzida de alumínio, ligas de alumínio, alumínio blindado com liga, cobre, bronze, aço, aço livre de estanho, aço de folha de flandres, aço aluminizado, aço inoxidável, aço inoxidável blindado com cobre, chapa de aço revestida de liga de chumbo e zinco, aço galvanizado, 10 cromo ou aço tratado com cromo, chumbo, magnésio e estanho. A fita de metal pode ter uma espessura de 0,05 mm a 1,0 mm. De acordo com certas formas de realização exemplares, a fita de metal pode ter uma espessura de 0,1 mm a 0,5 mm.

A fita de metal 7 com bordas sobrepostas 10 pode ser vedada 15 por uma camada adesiva. A camada adesiva pode ter uma espessura de 0,01 mm a 0,1 mm e, de preferência, de 0,02 mm a 0,08 mm. De acordo com uma forma de realização exemplar, a camada adesiva compreende pelo menos um copolímero de etileno ou propileno com pelo menos um comonômero que compreende um ácido carboxílico etilenicamente insaturado. O copolímero de λλ • 20 etileno ou propileno com pelo menos um comonômero de ácido carboxílico etilenicamente insaturado pode compreender um copolímero tendo uma parte principal de etileno ou de propileno e uma parte secundária, por exemplo, de 1 % em peso a 30 % em peso (com respeito ao peso total de copolímero) de um ácido carboxílico etilenicamente insaturado.

O ácido carboxílico etilenicamente insaturado, cujo termo inclui ácidos mono- e poli-básicos, anidridos ácidos, e ésteres parciais de ácidos polibásicos, pode incluir pelo menos um de: ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido crotônico, ácido fumárico, ácido maleico, ácido itacônico, anidrido maleico, maleato de monometila, maleato de monoetila, fumarato de monometila, fumarato de monoetila, maleato de ácido de tripropileno glicol monometil éter, e maleato de ácido de éter etileno glicol monofenílico.

De acordo com uma forma de realização, o copolímero de etileno ou propileno com pelo menos um comonômero é selecionado de ácidos carboxílicos etilenicamente insaturados, pode ser um copolímero de etileno com ácido acrílico ou metacrílico ou com acril ou metacril éster.

De preferência, a fita de metal 7 leva o adesivo sobre a sua superfície voltada para o exterior e é dobrada longitudinalmente durante a montagem em uma forma tubular, de modo a circundar a primeira camada de revestimento 6. Altemativamente, a fita de metal 7 pode levar uma camada de revestimento de adesivo sobre as suas superfícies voltadas tanto externa quanto intemamente. Um agente de vedação e ligação desejável na forma de um adesivo de fusão quente também pode ser aplicado na área de sobreposição das bordas da fita de metal.

fita de metal circundante 7 é uma segunda camada de revestimento 8. A camada de revestimento 8 compreende pelo menos uma poliamida ou um copolímero do mesmo, de preferência uma mistura de poliamida/poliolefína, e inclui um ou mais dos produtos de condensação de pelo menos um aminoácido tal como, por exemplo, ácido aminocapróico, ácido 7-aminoeptanóico, ácido 11-aminoundecanóico, ácido 12aminododecanóico, ou pelo menos um de lactama, tal como caprolactama, oenantolactama, laurilactama, ou de pelo menos um sal ou misturas de diaminas tais como hexametilenodiamina, dodecametileno diamina, metaxililenodiamine, bis (p-aminocicloexil)-metano, trimetilexa-metileno, com pelo menos um diácido tal como ácido isoftálico, ácido tereftálico, ácido azeláico, ácido subérico, ácido sebácico, ácido dodecanodicarboxílico; ou misturas de todos estes monômeros.

A poliamida ou um seu copolímero pode compreender pelo menos um de: náilon 6, náilon 6/12, náilon 11, e náilon 12. A poliamida ou um copolímero desta pode ser misturado com pelo menos uma poliolefma. A poliolefma pode compreender pelo menos um de: polietileno, polipropileno, copolímeros de etileno com α-olefinas, os produtos a serem opcionalmente enxertados com anidridos de ácido carboxílico insaturados tais como anidrido 5 maleico, ou por epóxidos insaturados tais como metacrilato de glicidila, ou misturas dos mesmos; copolímeros de etileno com pelo menos um produto selecionado de: (i) ácidos carboxílicos insaturados, seus sais ou seus ésteres, (ii) vinil ésteres de ácidos carboxílicos saturados; (iii) ácidos dicarboxílicos insaturados, seus sais, seus ésteres, os seus meios-ésteres, ou seus anidridos, iv) epóxidos insaturados; os copolímeros de etileno sendo opcionalmente enxertados com anidridos de ácido dicarboxílico insaturados ou epóxidos insaturados; copolímeros de bloco de estireno/etileno-butileno/estireno (SEBS), opcionalmente submetidos a maleína, ou misturas dos mesmos.

A mistura de poliamida ou um copolímero desta com pelo menos uma poliolefma pode ainda compreender pelo menos um compatibilizante, incluindo pelo menos um de: polietileno, polipropileno, copolímeros de etilenopropileno, copolímeros de etileno-butileno, todos estes produtos sendo enxertado por anidrido maleico ou metacrilato de glicidila; copolímeros de etileno/(met) acrilato de alquila/anidrido maleico, o anidrido maleico sendo enxertado ou ^; 20 copolimerizado; copolímeros de etileno/acetato de vinila/anidrido maleico, o anidrido maleico sendo enxertado ou copolimerizado; os dois copolímeros acima em que o anidrido maleico é substituído com (met)acrilato de glicidila; copolímeros de etileno/ácido (met)acrílico e seus sais; copolímeros de polietileno, polipropileno ou etileno-propileno, estes polímeros sendo enxertados com um produto tendo um sítio que reage com aminas, estes copolímeros enxertados depois sendo condensados com poliamidas ou oligômeros de poliamida tendo um grupo terminal de amina único.

De acordo com uma forma de realização exemplar, a mistura de poliamida ou um copolímero desta com pelo menos uma poliolefma compreende: de 55 partes em peso a 95 partes em peso de poliamida; e de 5 partes em peso a 45 partes em peso de poliolefina.

A segunda camada de revestimento 8 pode ter uma espessura de 0,5 mm a 3 mm e, de preferência, de 0,8 mm a 2,5 mm. A segunda camada de revestimento 8 está operativamente em contacto com a camada de revestimento de adesivo em pelo menos uma parte da superfície da fita de metal 7.

Embora não mostrado nos desenhos, é contemplado que o cabo 1 pode incluir componentes adicionais e/ou diferentes daqueles listados acima tais como, por exemplo, um ou mais cordas, camadas de revestimento semicondutoras localizadas radialmente internas às camadas de revestimento de isolamento 3, camadas semicondutoras localizadas radialmente externas às camadas de revestimento isolamento 3, fios ou fitas eletricamente condutores enrolados em espiral dispostos em tomo das camadas semicondutoras localizadas radialmente externas às camadas de revestimento isolantes 3, e outros componentes adequados que podem ser associados com o cabo 1.

A combinação da montagem de núcleo e montagem de invólucro descrita acima fornece um cabo elétrico com proteção contra os agentes químicos externos com flexibilidade melhorada. Uma camada externa sólida do sistema de carga tendo uma forma substancialmente cilíndrica fornece uma base contínua e sólida para formar a primeira camada de revestimento expandida e a fita de metal. Tendo uma estrutura sólida que substancialmente mantém a sua esfericidade transversal, a camada externa sólida ajuda a garantir a integridade da soldadura entre as bordas sobrepostas de fita metálica. Além disso, a parte interna flexível do sistema de carga de duas partes garante flexibilidade para o cabo e geralmente tende a manter o peso do cabo para baixo em comparação com um material de carga produzido inteiramente de material da camada sólida externa.

Um cabo consistente com a presente forma de realização foi comparativamente testado com relação a flexibilidade de acordo com Cenelec

TC20/WG9 contra três cabos de construção semelhante tendo apenas um material de carga sólido. Todas as amostras de cabo foram 3-Condutor-1/0 AWG (American Wire Gauge) com fio terra 10 AWG. Os condutores foram isolados com polietileno reticulado, tinham uma primeira camada de revestimento 5 expandida de PVC, fita de metal com sobreposição e revestimento de adesivo, segunda camada de revestimento de náilon, e o invólucro de proteção.

A Tabela 1 mostra as diferenças de construção das três amostras. A amostra de cabo 3 inclui os dados representativos do desempenho de um cabo de construído consistente com as formas de realização descritas.

Em particular, a amostra de cabo 3 tinha um sistema de carga que compreende uma parte interna flexível de material de papel e uma camada sólida externa do EPDM. A relação da área de seção transversal entre a parte interna flexível e a camada sólida externa foi de cerca de 50/50. As amostras de cabo comparativas 1, 2 e 4 foram construídas apenas com o sistema de carga monolítico. As 15 amostras de cabo comparativas 1, 2 e 4 mostraram flexibilidade semelhante. A amostra de cabo 3 da presente invenção tinha uma média flexibilidade melhor de 16,2 % sobre as amostras de cabo comparativas.

Tabela 1

	Amostra 1	Amostra 2	Amostra 3 (como atualmente descrito)	Amostra 4
Construção de cabo	Condutores de filamento flexível ASTM BI72 Classe I; carga sólida de PVC	Condutores de filamento ASTM B8 Classe B; carga sólida de EPDM	Condutores de filamento ASTM B8 Classe B; 50 % papel/50 % carga sólida de EPDM	Condutores de filamento ASTM B8 Classe B; carga sólida de PVC
Flexibilidade (Kg)	46,32	43,14	37,41	44,63
% de flexibilidade melhorada da amostra de cabo 3 sobre outras amostras	19,2%	13,2%		16,2%

O cabo construído consistente com as formas de realização descritas (e utilizadas no teste de flexibilidade relatado na Tabela 1) passou nos testes de chama IEEE 1202 e FT-4 para cabos de baixa voltagem.

Ficará evidente para aqueles versados na técnica que várias modificações e variações podem ser feitas na estrutura do cabo de energia aqui descrito sem se afastar do escopo ou espírito da invenção. Outras formas de realização da invenção serão evidentes para aqueles versados na técnica a partir da consideração do relatório descritivo e da prática da invenção aqui descrita. Pretende-se que o relatório descritivo e os exemplos sejam 10 considerados apenas como exemplares, com um verdadeiro escopo e espírito da invenção sendo indicado pelas reivindicações que se seguem.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Cabo elétrico compreendendo uma montagem de núcleo e uma montagem de invólucro circundando a montagem de núcleo, em que:

a montagem de invólucro incluindo um invólucro externo (9), uma fita de metal (7) disposta sob o invólucro externo e revestida pelo menos parcialmente com uma camada adesiva, a fita de metal tendo bordas opostas sobrepostas (10) vedadas entre si pela camada adesiva; e a montagem de núcleo incluindo pelo menos dois condutores trançados entre si (2) cada um tendo uma camada de revestimento isolante (3), e um sistema de carga (5) disposto entre a montagem de núcleo e a montagem de invólucro, caracterizado pelo fato do sistema de carga (5) compreender:

uma parte interna flexível (5A), e uma camada externa sólida (5B) com uma forma substancialmente cilíndrica encapsulando os pelo menos dois condutores e a parte interna flexível ao longo da maior parte do comprimento do cabo, em que os pelo menos dois condutores são pelo menos parcialmente incorporados dentro da camada sólida externa.

2. Cabo elétrico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a parte interna flexível do sistema de carga inclui a) elementos fibrosos; b) hastes flexíveis ou c) uma combinação de a) e b).

3. Cabo elétrico de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que os elementos fibrosos a) pelo menos parcialmente preenchem os volumes entre os condutores isolados e a camada sólida externa.

4. Cabo elétrico de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que os elementos fibrosos a) são produzidos de um material selecionado de papel, náilon, poliéster, polipropileno, aramida, e

Petição 870190026212, de 19/03/2019, pág. 12/15 compostos dos mesmos.

5. Cabo elétrico de acordo com a reivindicação2, caracterizado pelo fato de que as hastes flexíveis b) são incorporadas nos elementos fibrosos a) ou na camada sólida externa do sistema de carga.

6. Cabo elétrico de acordo com a reivindicação2, caracterizado pelo fato de que as hastes flexíveis b) podem ser produzidasde um material selecionado de polímero espumado, borracha de silicona, poliestireno, polietileno clorossulfonado, e misturas dos mesmos.

7. Cabo elétrico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma primeira camada de revestimento disposta entre a fita de metal e a camada externa sólida do sistema de carga, a camada de revestimento compreendendo o material polimérico expandido.

8. Cabo elétrico de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma segunda camada de revestimento, disposta entre a fita de metal e o invólucro externo, a segunda camada de revestimento compreendendo pelo menos uma poliamida ou um copolímero do mesmo, em que a segunda camada de revestimento está em contato com a camada adesiva que reveste a fita de metal.

9. Cabo elétrico de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um invólucro de proteção localizado radialmente externo à segunda camada de revestimento.

10 radialmente fora da camada de revestimento isolante.

10. Cabo elétrico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a parte interna flexível compreende cerca de 50 % do sistema de carga.

11. Cabo elétrico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a parte interna flexível compreende entre cerca de 30 % e cerca de 70 % do sistema de carga.

12. Cabo elétrico de acordo com a reivindicação 1,

Petição 870190026212, de 19/03/2019, pág. 13/15 caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma primeira camada de revestimento semicondutora localizada radialmente dentro da camada de revestimento isolante e uma segunda camada de revestimento semicondutora localizada radialmente fora da camada de revestimento 5 isolante.

13. Cabo elétrico de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma tela compreendendo fios eletricamente condutores enrolados em espiral e dispostos ao redor da camada de revestimento semicondutora localizada

14. Cabo resistente à degradação por agentes químicos externos, caracterizado pelo fato de que compreende, da parte interior para a parte exterior:

pelo menos dois condutores (2);

15 um sistema de carga (5) tendo uma parte interna (5A) e uma parte externa (5B), a parte interna sendo flexível e compreendendo elementos distintos não contínuos, a parte externa sendo um material sólido contínuo circundando a parte interna e que pelo menos parcialmente incorpora os pelo menos dois condutores, a parte externa tendo uma seção transversal circular;

20 um material polimérico espumado formado em torno e moldado pela parte sólida externa do sistema de carga de duas partes;

uma fita de metal (7) posicionada ao redor e moldada pelo material polimérico espumado, a fita de metal tendo bordas longitudinais sobrepostas (10) aderidas entre si;

25 um revestimento polimérico (8) que circunda a fita de metal; e um invólucro externo (9) que envolve o revestimento polimérico.

15. Método para a fabricação de um cabo elétrico tendo um sistema de carga (5), caracterizado pelo fato de que compreende:

Petição 870190026212, de 19/03/2019, pág. 14/15 a disposição de uma pluralidade de condutores isolados de forma longitudinal;

o posicionamento de elementos distintos não contínuos pelo menos parcialmente dentro de interstícios entre os condutores isolados como uma parte interna (5A) do sistema de carga (5);

o enrolamento um aglutinante circundando a parte interna (5A) para formar uma parte interna ligada;

a extrusão de uma camada sólida contínua de material ao redor da parte interna ligada como uma camada externa (5B) do sistema de carga (5), o processo de extrusão pelo menos parcialmente incorpora a pluralidade de condutores isolados dentro da camada externa;

a aplicação de um material polimérico expandido como uma primeira camada de revestimento em torno da camada externa sólida do sistema de carga;

a dobra e a vedação de uma fita de metal (7) externa à primeira camada de revestimento; e a formação de um invólucro externo (9) fora da fita de metal (7).