CN1666305A - 抗御冲击的紧凑型电缆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在预定电压等级下使用的电缆，所述电缆包含有：导体；围绕所述导体的绝缘层，所述绝缘层的厚度选择成当电缆工作于所述预定电压等级中包含的标称电压上时，绝缘层能提供出预定的电场应力；包围所述绝缘层的保护单元，其厚度和机械性能选择成能给出预定的冲击抗御能力，又，所述保护单元包含有至少一个膨化型聚合物层。绝缘层厚度和保护单元厚度选择成它们组合一起能在受到50J能量的冲击后防止出现可检测到的绝缘层损伤的同时，又使电缆的总重量最小。本发明还涉及一种设计电缆的方法。

Description

抗御冲击的紧凑型电缆
本发明涉及电缆，具体涉及在中压或高压下传输或分配电能的电力电缆。更具体地，本发明涉及将高度耐冲击和紧凑性组合在一起设计的电力电缆。
在本说明书中，术语“中压”用于指电压值典型地从大约10kV至大约60kV，术语“高压”用于指电压高于60kV(在技术领域内有时也用于指很高的电压，规定为电压高于大约150kV或220kV，甚至为500kV或更高)；术语“低压”指电压低于10kV，典型地大于100V。
此外，本描述中，术语“电压等级”是指在相应电压范围(例如，低、中、高压或即LV、MV、HV)内特定的电压值(例如，10kV、20kV、30kV等)。
在中压或高压下供电能传输或分配用的电缆通常有一根金属导线，它外面分别包围有第一内半导电层、绝缘层和外半导电层。下面，本说明书对所述预定的序列单元以术语“缆芯”表示。
在所述缆芯的径向外周上，对电缆提供一个外罩(或屏蔽)，一般地是用铝、铅或铜加于所述缆芯的径向外周上，金属外罩通常由连贯的管子或金属带构成，按管状形式成形，它通过焊接或包封以确保气密性。
所述金属外罩有两个主要功能：一方面，借用于阻挡层的介入提供出电缆对外界的气密性，防止水沿径向透入；另一方面，由于金属外罩与所述缆芯外半导电层之间的直接接触使电缆内部产生一个径向均匀电场的电学作用，此时可抵消所述缆芯的外电场。再一个功能在于，它能抗御短路电流。
单极性类型的配置中，所述电缆在上述金属外罩的径向外周上最后还有一个聚合物护套。
此外，用于功率传输或分配的电缆通常又附加一个或多个薄层，以防护所述电缆外表面遭受可能发生的意外冲击。
电缆遭受意外冲击例如可能发生在运输期间，或是地面上挖掘沟槽后的电缆铺设阶段。所述意外冲击可能造成电缆的一系列结构损伤，包括绝缘层变形和绝缘层与半导电层分离等，此类损伤会导致绝缘层的电场应力变动，结果使所述层的绝缘能力下降。
市场上当前可供应的电缆，例如用于低压或中压功率传输或分配的电缆，通常具有能抗卸所述冲击的金属铠装以保护所述电缆免受因意外冲击可能造成的损伤。一般地，所述铠装为带状或线状形式(可取地由铜制成)，或者是金属护套形式(可取地由铅或铝制成)。此种电缆结构的一个例子说明于美国专利US Patent 5,153,381中。
以本申请人名义提出的欧洲专利European Patent(EP)No981,821中公开了一种电缆，具有一个膨化聚合材料层以赋与所述电缆对意外冲击的高抗御能力，所述膨化型聚合材料层可取地配置于电缆缆芯的径向外周上。所提出的技术方案能避免使用传统的金属铠装，由此减小了电缆重量，产使得生产工艺较容易。
European Patent(EP)No 981,821没有公开特定电缆缆芯的设计。实际上，是根据已知标准(例如，按照本说明书在下文中将说明的IEC标准60502-2)选择电缆缆芯的构成单元和尺寸规定。
按照本发明，本申请人注意到，应用特定设计的膨化型材料保护不仅能替代其他类型的保护，而且能采用较小的绝缘层尺寸，由此可得到较紧凑的电缆而不降低其可靠性。
并且，用于功率传输或分配的电缆通常有一个或多个层以确保阻挡层效应能堵塞水向电缆内部(也即缆芯)透入。
水侵入电缆内部是特别不希望的，如果缺乏合适的设计方案阻塞透水而一旦有水透入时，它在电缆内部将自由流动。就电缆的完整性而言那样是特别有害的，电缆里面会引起腐蚀问题，又在绝缘层电性能的下降上会出现加速老化问题(尤其是绝缘层由交联的聚乙烯构成时)。
例如，已知的“水气树形化”现象是由分支结构(“树状”)的微观通道组织形成的，原因在于所施加电压产生的电场与渗透入所述绝缘层内的湿气的联合作用。“水气树形化”现象比如说明于以本申请人名字提出的欧洲专利EP 750,319和EP-814,485内。
所以，这意味着，水透入电缆内部时将占据有它在电缆内的位置。并且，一旦水气到达与电缆一个端头上存在电连接的接合处、端点或任何其他设备上时，水气不仅会阻碍电缆实现其功能而且会损伤所述设备，极多情况下会导致在经济方面不可逆的、重大的损失。
水透入电缆内部可以通过多种原因发生，尤其是所述电缆为地下装置的一部分时。例如，此类渗透的发生是由于水气简单地漫越过电缆的聚合物护套，或是由于擦伤、意外冲击或啮齿动物咬蚀等导致电缆誓护套裂口甚至破损，这一些对水的侵入电缆内部提供了便捷路径。
为解决所述问题，已知有很多方法。例如，可以应用粉状或胶状的憎水性和遇水胀大型的复合物，根据所考虑的电缆类型将复合物放置于电缆内部各种位置处。
例如，所述复合物可以放置于金属外罩内的径向位置上，更准确地说放置于电缆缆芯与其金属外罩之间，或是放置于该处的径向外侧，通常使之直接位于聚合物护套的底下，或者在上述两个位置上同时放置。
遇水胀大型复合物与水接触时具有体积扩展的特性，由此介入一个阻挡水气自由流通的物理层，可阻止它在纵向和径向上蔓延。
以本申请人名字的文件WO 99/33070中，描述了一种安排成与电缆缆芯直接接触的特定膨化型聚合物材料层，其位置直接在电缆金属外罩的底下，它具有预定的半导电性能，目标是确保在导电单元与金属外罩之间具有必需的电连通性。
WO 99/33070面临的技术问题在于，电缆在正常使用期间会经受无数次的热循环作用，因而不断地导致机械性的扩张和收缩。所述热循环的产生是由于在每天内输送的电流强度有变动，随之在电缆本身内部发生相应的温度变化，造成电缆内产生径向应力而影响所述诸覆盖层的每一层，由此也影响到电缆的金属外罩。所以，这意味着金属外罩将遭受相关的机械变形，随之在金属外罩与外半导电层之间形成空白的空间，可能生成不均匀的电场，或是甚至随时间的流逝而造成金属外罩本身破损。这个问题的解决是在金属外罩下面插入一个膨化型聚合物材料层，它具有弹性并沿电缆均匀分布能吸收上述径向的膨胀/收缩力，从而防止金属外罩可能的损伤。此外，文件WO 99/33070中公开了在金属外罩底下的所述膨化型聚合物材料内混入进遇水胀大的粉状材料，它能够阻挡湿气和/或小量的水透入电缆内部甚至透入到所述金属外罩的下面。
对于下面的描述可以先仔细回顾一下，若电缆上施加同样的电压值，此时在电缆横截面上所述电缆绝缘层的绝缘材料内，当电缆绝缘层厚度减小时将导致横跨在所述绝缘层内的电场应力(电位梯度)增加。所以，要设计好给定电缆的绝缘层，也即确定好尺寸，以使得对于所述给定电缆的应用类型规定出其抗卸电场应力的条件。
通常，即使电缆设计上给出的绝缘层厚度大于所需厚度以包括有适当的安全系数，但因电缆外表面上发生的意外冲击会造成绝缘层的永久变形，它降低甚至显著降低冲击区域处对应的绝缘层厚度，由此，当电缆通电时仍可能造成在该处发生电击穿。
事实上，通常应用于电缆绝缘层和护套的典型弹性材料在受到冲击变形后只是部分地回复到原来的尺寸和形状。所以，在受到冲击后即使是电缆通电之前已发生弹性恢复，其抗御电场应力的绝缘层厚度也被不可避免地减小。
此外，由于金属外罩的位置处于电缆绝缘层的径向外周上，在冲击作用下所述外罩的材料将永久变形，这一点进一步限制了弹性材料变形的弹性恢复，因而绝缘层在恢复其原来的形状和尺寸上受到弹性的制约。
结果，由意外冲击造成的电缆变形或者至少一大部分变形在冲击之后将保留，即使冲击本身的原因已除击后该所述变形仍使绝缘层厚度减小，从原来的尺寸值改变到一个减低的值上。所以，当电缆通电时，在冲击区域内承受电场应力(Γ)的实际绝缘层厚度是所述减小的值而不是初始的值。
本申请人察知到，对电缆提供一个包含有膨化型聚合物的保护单元以使电缆合适地具有对意外冲击的预定抗御能力，有可能使电缆的设计比之常规电缆的设计电缆体积更紧凑。
本申请人注意到，所述保护单元的膨化型聚合物层比之任何传统的保护单元，例如上面提到的金属铠装，能更好地吸收可能发生于电缆外表面上的意外冲击，如此，可有益地减小因意外冲击而出现在电缆绝缘层上的变形。
本申请人察知到，对电缆提供一个包含有膨化型聚合物层的保护单元时有可能将电缆绝缘层厚度减低其电场应力适应于绝缘材料的抗电强度。所以，按照本发明能够使电缆结构较紧凑，而并不降低它在抗御电和机械作用上的性能。
换言之，本申请人察知到，依靠所述膨化型聚合物层的存在可显著减小电缆绝缘层的变形，不再需要对电缆中所述绝缘层的厚度给予过大尺寸，而可保证在受损伤区域内电缆也有完全的功能。
本申请人发现，对电缆提供一个包含有膨化型聚合物层的保护单元，可使其厚度做到与绝缘层的厚应有利地关联，以求得电缆总体重量最小化，同时，从电学观点看又保证绝缘层的安全功能，并且对可能发生的任何意外冲击能给出合适的机械保护能力。
当电缆导体截面、电缆工作电压和电缆绝缘层绝缘材料都已选定，以及为抗御电压应力(Γ)而符合于该绝缘层材料介电强度的绝缘层厚度选定之后，本申请人发现，所述绝缘层厚度可以与所述保护单元中膨化型聚合物之厚度相关联。可选择所述膨化型聚合物层的厚度以使得电缆绝缘层受冲击后的变形最小，因而对所述电缆能提供以减小的绝缘层厚度。
本发明的第一方面涉及在预定电压等级下使用的电缆，所述电缆包括：
●导体；
●围绕所述导体的绝缘层；以及
●包围所述绝缘层的保护单元，其选定的厚度和机械性能可提供预定的冲击抗御能力，所述保护单元至少包含一个膨化型聚合物层，
其特征在于：
—所述绝缘层厚度可以在电缆绝缘层外表面上提供不小于1.0kV/mm的电位梯度，以及
—所述保护单元的厚度能够在受到至少25J能量的冲击后防止出现可检测到的绝缘层损伤。
可取地，在电缆绝缘层外表面上电位梯度不小于1.0kV/mm和冲击能量至少25J的场合下，所述预定的电压等级不高于10kV。
可取地，在电缆绝缘层外表面上电位梯度不小于2.5kV/mm和冲击能量至少50J的场合下，所述预定的电压等级在10kV与60kV之间。
可取地，在电缆绝缘层外表面上电位梯度不小于2.5kV/mm和冲击能量至少70J的场合下，所述预定的电压等级高于60kV。
本申请人发现，绝缘物(绝缘层)厚度的确定可借助于在考虑到电缆的预定应用下选择最严格的电参数限制，不需要再附加额外厚度来顾及因冲击造成的绝缘物变形。
例如，电缆设计中典型地考虑的重要电参数限制是导体表面(或是突出于导体表面的内半导电层的外表面)上的最大电位梯度，以及在连接处的电位梯度，也即电缆绝缘物外表面上的电位梯度。
可取地，本绝缘层厚度比之IEC标准60502-2中给出的相应绝缘层厚度至少小20％。更可取地，绝缘层厚度的减小量范围为20％至40％。还有更可取的，绝缘层厚度比之所述IEC标准中给出的相应绝缘层厚度大约小60％。
可取地，所述绝缘层厚度的选择上，当电缆工作于所述预定电压等级的标称电压值2.5kV/mm至18kV/mm范围内时，其电场应力处于绝缘层的抗御能力内。
可取地，所述预定电压等级为10kV时，所述绝缘层厚度不大于2.5mm；所述电压等级为20kV时，所述绝缘层厚度不大于4mm；所述预定电压等级为30kV时，所述绝缘层厚度不大于5.5mm。
可取地，所述导体是实心条。
可取地，电缆中还包括围绕于所述绝缘层外的电屏蔽，所述电屏蔽由成形为管状的金属薄片构成。
按照本发明的优选实施例，所述保护单元的位置处于所述绝缘层的径向外周上。
可取地，所述保护单元用的膨化型聚合物层的膨化度处于0.35至0.7之间，更可取的是在0.4至0.6之间。
可取地，所述保护单元用的膨化型聚合物层的厚度在1mm至5mm之间。
本发明的再一个方面，上述保护单元还包括至少一个非膨化型聚合物层，它与所述膨化型聚合物相接合。
当电缆上发生冲击时，本申请人发现，膨化型聚合物的吸收(也即清除)作用通过膨化型聚合物层与至少一个非膨化型聚合物层的相关联而有利地增强。
所以，按照本发明的优选实施例，所述保护单元还包含第一非膨化型聚合物层，其位置处于所述膨化型聚合物层的径向外周上。
按照再一个实施例，本发明的保护单元还包含第二非膨化型聚合物层，其位置处于所述膨化型聚合物层的径向内周上。
并且，本申请人发现，通过增大所述第一非膨化型聚合物层的厚度，而保持膨化型聚合物层的厚度恒定，由所述保护单元对电缆给出的机械保护作用将有利地增强。
可取地，所述至少一个非膨化型聚合物层由聚烯烃材料制成。
可取地，所述至少一个非膨化型聚合物层由热塑材料制成。
可取地，所述至少一个非膨化型聚合物层的厚度在0.2mm至1mm的范围内。
在再一方面，本申请人发现，如果本发明的保护单元与再一个膨化型聚合物层相组合，在保护单元的径向内周位置上提供给电缆，则对于电缆上发生的冲击来说电缆绝缘层的变形将有利地减小。
此外，本申请人发现，通过提供再一个膨化型聚合物层与所述保护单元相组合，可增高所述保护单元的吸收(清除)性能。
如上面所述，绝缘层厚度选定之后，使保护单元的所述膨化型聚合物层与所述再一个膨化型聚合物层组合存在时，能够以减小的电缆总尺寸获得实质上相同的冲击防护能力。
按照本发明的优选实施例，所述再一个膨化型聚合物层其位置处于所述保护单元的径向内周上。
可取地，所述每一个膨化型聚合物层其位置处于所述绝缘层的径向外周上。
可取地，所述再一个膨化型聚合物层是一种阻水层，它包括有吸水胀大材料。
可取地，所述再一个膨化型聚合物层是半导电的。
可取地，按照本发明的电缆使用于中压或高压范围的电压等级上。
本发明的再一个方面，本申请人发现，通过对电缆提供至少包含一个膨化型聚合物层的保护单元，所述保护单元厚度的减小对应于导体横截面的面积可增大。
所以，本发明还涉及一种在预定电压等级上使用的电缆，所述电缆包括：
●导体；
●围绕所述导体的绝缘层；以及
●包围所述绝缘层、包含至少一个膨化型聚合物层的保护单元，
其特征在于，导体截面积大于50mm2时保护单元厚度值小于7.5mm，导体截面积小于或等于50mm2时保护单元厚度值大于8.5mm。
可取地，在所述预定电压等级高于60kV的情况下，当受到至少70J能量的冲击后所述绝缘层上没有可检测到的损伤。
可取地，在所述预定电压等级不高于60kV的情况下，当受到至少50J能量的冲击后所述绝缘层上没有可检测到的损伤。
可取地，在所述预定电压等级不高于10kV的情况下，当受到至少25J能量的冲击后所述绝缘层上没有可检测到的损伤。
如果考虑一族(组)适用于相同电压等级(例如：10kV，20kV，30kV，等)的电缆，本申请人发现，当电缆导体截面积增加时，电缆保护单元的厚度可以有利地减小，同时保持基本上同样的冲击保护。这意味着，小导体截面积的电缆能够被提供的保护单元厚度大于具有大导体截面积的电缆的保护单元厚度。
困此，本发明还涉及一组被选择用于一个预定电压等级的电缆，它们有不同的导体截面积，每种电缆包括：
·导体(2)；
·围绕所述导体(2)的绝缘层(4)；以及
·包围住所述绝缘层(4)的保护单元(20)，它包含至少一个膨化型聚合物层(22)，
其中，所述保护单元的厚度其选择与导体横截面面积间有反比关系。
可取地，所述保护单元还包括至少一个非膨化型聚合物层，围绕在所述至少一个膨化型聚合物层上。
可取地，每一电缆在所述保护单元的径向内周位置上包含有再一个膨化型聚合物层。
按照再一个方面，本发明还涉及一种设计电缆的方法，电缆中包含有导体、围绕所述导体的绝缘层和围绕所述绝缘层的保护单元，所述保护单元包括至少一个膨化型聚合物层，所述设计方法包含有步骤：
●选择导体横截面面积；
●根据许多预定的电性能限制条件的每一个，对于所述选择的导体横截面面积方面适应的预定电压等级之安全工作，确定出所述绝缘层的厚度；
●从所述多个预定的电性能限制条件中确定的那些绝缘层厚度内，选择最大的绝缘层厚度；
●确定所述保护单元的厚度，以使得电缆上发生能量至少50J的冲击时，检测不到所述绝缘层有损伤；以及
●对于所述预定的电压等级和选择的导体横截面面积，在电缆设计中使用所述选择的绝缘层和所述确定的保护单元厚度。
按照本发明，电缆绝缘层上低于或等于0.1mm的变形(也即损伤)可看作是不能检测到的。所以，可以认为，变形小于0.1mm的场合下电缆绝缘层为未受损的。
电缆保护单元由所述膨化型聚合物层构成的场合下，确定所述保护单元厚度的步骤中包含确定出所述膨化型聚合物层的厚度。
在电缆保护单元进一步包含一个与所述膨化型聚合物层关联的非膨化型聚合物层的场合下，确定所述保护单元厚度的步骤中包含有确定所述非膨化型聚合物层厚度的步骤。
可取地，确定所述非膨化型聚合物层厚度的步骤中包含一个步骤，它使所述非膨化型聚合物层的厚度与导体横截面面积反比地相关。
本发明不仅可有利地应用于传输和分配电能的电力电缆，而且可应用于其中包括一个光纤芯的电力/电信混合型电缆。所以，在这一意义上，本说明书的其余部分内以及权利要求书内，其中的“导电单元(conductive element)”意味着金属类型或是混合的电缆/光缆类型的导体。
进一步的内容在下面参照附图的详细描述中示明，附图中：
图1是按照本发明的电缆透视图；
图2是按照对象电缆受冲击后损伤的截面图；
图3是存在有冲击造成的保护单元变形的、按照本发明的电缆横截面图；
图4示明设计为传统电缆受冲击时能防止绝缘层损伤所对应的护套厚度与导体截面积之间的关系曲线；
图5示明按照本发明的电缆受冲击时设计为能防止绝缘层损伤所对应的电缆保护单元厚度与导体截面积之间的关系曲线；以及
图6示明按照本发明配置有两个膨胀型聚合物层的电缆受冲击时设计为能防止绝缘层损伤所对应的保护单元厚度与导体截面积之间的关系曲线。
图1示明按照本发明典型地设计用于中压或高压范围的电缆1其部分横截面的透视图。
这里，所描述的电力传输电缆的类型典型地工作于标称频率50Hz或60Hz上。
电缆1包含有：导体2；内半导电层3；绝缘层4；外半导电层5；金属外罩6；以及保护单元20。
可取地，导体2为金属条，最好由铜或铝制成。另一种情况，导体2至少包含最好是两条铜或铝的金属线，它们按照常规技术绞合在一起。
导体2截面积的确定与其选定的电压下要传送的电能有关。按照本发明的电缆优选的截面积范围为16至1000mm2。
通常，绝缘层4由聚烯烃制成，特别是聚乙烯、聚丙烯、乙烯/丙烯共聚物等之类的聚烯烃。可取地，所述绝缘层4由非交联基聚合物材料构成；更可取地，所述聚合物材料中包含有聚丙烯复合物。
本说明书中，术语“绝缘材料”用来指介电强度至少为5kV/mm、最好大于10kV/mm的材料。对于中-高电压的电力传输电缆，绝缘材料具有大于40kV/mm的介电强度。
可取地，绝缘层4的绝缘材料为非膨化型聚合物材料。本发明中，术语“非膨化型”聚合物材料用以表示一种材料，在其结构内实质上没有空闲容积，也就是，如后面的本描述较清楚地表明，材料的膨化度实质上为零。特别地，所述绝缘材料的密度为0.85g/cm3或更高。
典型地，电能传输电缆绝缘层的介电常数(K)大于2。
内半导电层3和外半导电层5两者都是非膨胀型的，可根据已知技术获得，特别是借助于挤压工艺，基础聚合物材料和碳黑(碳黑应用来使所述聚合物层变为半导电的)可以从本描述的下面的说明中选择。
本发明的优选实施例中，内、外半导电层3、5由非交联基聚合物材料构成，更可取地由聚丙烯复合物构成。
图1所示的优选实施例中，金属外罩6由实体的金属薄片构成，最好是铝或者是铜形成的管子。某些场合下，也可以使用铅。
金属片6卷绕于外半导电层5上，在重叠边沿处介入以密封材料以使得金属外罩不透水。另一种情况，金属外罩是焊接成的。
另一种情况，金属外罩6由螺旋缠绕的金属线或金属带包围于所述外半导电层5上构成。
通常，在金属外罩上覆盖一个护套(图1中未示出)，它由交联或非交联的聚合物材料比如是聚氯乙烯(PVC)或聚乙烯(PE)构成。
按照图1中所示的优选实施例，在所述金属外罩6的径向外周处对电缆1提供保护单元20。根据所述实施例，保护单元20由膨化型聚合物层22构成，它夹入在两个非膨化型聚合物层之间，它们分别地一个是外(第一)非膨化型聚合物层23，另一个是内(第二)非膨化型聚合物层21。保护单元20的作用是借助于至少部分地吸收发生于电缆上的冲击，保护电缆抗御所述任何的外来冲击。
按照以本申请人名字提出的欧洲专利EP No 981,821，构成膨化型聚合物层22的聚合物材料可以是任何类型的可膨化的聚合物，诸如是聚烯烃、不同烯烃的共聚物、烯烃与烯键式不饱和酯的共聚物、聚酯物、聚碳酸酯、聚砜物、酚醛树脂、尿素树脂和以上这些的混合物。合适的聚合物例子有：聚乙烯(PE)，特别是低密度PE(LDPE)、中密度PE(MDPE)、高密度PE(HDPE)、线性低密度PE(LDPE)、超低密度聚乙烯(ULDPE)；聚丙烯(PP)；弹性乙烯/丙烯共聚物(EPR)或乙烯/丙烯/二烯三元共聚物(EPDM)；天然橡胶；丁基橡胶；丁基橡胶；乙烯/乙烯树脂共聚物，例如是乙烯/醋酸乙烯共聚物(EVA)；乙烯/丙烯酸酯共聚物，特别是乙烯/甲基丙烯酸聚合物(EMA)、乙烯/乙基丙烯酸聚合物(EEA)和乙烯/丁基丙烯酸聚合物(EBA)；乙烯/α-烯烃热塑共聚物；聚苯乙烯；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(ABS)树脂；卤代聚合物，特别是聚氯乙烯(PVC)；聚氨酯(PUR)；聚酰胺(尼龙)；芳香族聚酯，诸如聚对酞酸酯乙烯(PET)或聚对酞酸酯丁烯(PBT)；以及这些的共聚物或机械混和物。
可取地，聚合物材料是基于乙烯/或丙烯的聚烯烃聚合物或共聚物，具体地选择自：
(a)乙烯与烯键式不饱和酯的共聚物，例如是醋酸乙烯酯或醋酸丁酯，其中，不饱和酯的量值通常占5％至80％的重量，最好占10％至50％的重量；
(b)乙烯与至少一种C3-C12α-烯烃和可选的二烯相聚合的弹性共聚物，可取地是乙烯/丙烯共聚物(EPR)或乙烯/丙烯/二烯三元共聚物(EPDM)，通常有下面的组合单元：35-90％克分子的乙烯，10-65％克分子的α-烯烃，0-10％克分子的二烯(例如，1，4-己二烯或5-亚乙基-2-norbornene)；
(c)乙烯与至少一种C4-C12α-烯烃(最好是1-己烯、1-辛烯等之类)和可选的二烯的共聚物，密度通常在0.86至0.90g/cm3之间，并有下面的组合成分：乙烯克分子75-97％，α-烯烃克分子3-25％，二烯克分子0-5％；
(d)改型的聚丙烯与乙烯C3-C12α-烯烃的共聚物，其中，聚丙烯与乙烯/C3-C12α-烯烃共聚物之间的重量比在90/10与10/90之间，可取地在80/20与20/80之间。
例如，商品Elvax(Du Pont公司)、Levapren(Bayer公司)和Lotry(Elf-Atochem公司)属于(a)类，商品Datral(Enichem公司)或Nordel(Dow-Du Pont公司)属于(b)类，属于(c)类的商品有Engage(Dow-Du Pont公司)或Exact(Exxon公司)，同时，改型的聚丙烯与乙烯/α-烯烃的共聚物商品可供应的商标名称有Moplen或Hifax(Montell公司)、又或有Fina-Pro(Fina公司)等等。
至于(d)类的商品，特别推荐的是热塑弹性体，它包含有例如是聚丙烯的热塑聚合物完整母体，并有例如是交联的EPR或EPDM的塑化高弹性聚合物精细颗粒(通常，直径量级为1-10μm)分散在热塑的母体内。高弹性聚合物可以在未塑化状态下掺入热塑的母体，然后在添加合适数量的交联剂处理期间实现动态交联。另一种情况，高弹性聚合物可以单独塑化，然后以精细颗粒的形式分散入热塑母体中。此种类型的热塑高弹性体例如说明于US-4,104,210或EP-324,430内。应优选这些热塑高弹性体，因为已经证明，在整个工作温度范围内电缆发生热循环期间，对于电缆受径向力的弹性吸收来说热塑高弹性体特别地有效。
在本描述的含义中，术语“膨化型”聚合物应理解为是指这样的聚合物，其结构内“空闲”容积的百分数(也就是说，不由聚合物占据而是由气体或空气占据的空间量)典型地大于所述聚合物总容积的10％。
一般地，膨化型聚合物中自由空间的百分数以名词膨化度(G)表示。在本描述中，术语“聚合物膨化度”应理解为是指由下式确定的聚合物膨化量：
G(膨化度)＝(do/de-1)·100
式中，do指非膨化型聚合物的密度(也就是说，聚合物结构中实质上没有空闲容积)，de是指对膨化型聚合物测得的视在密度。
可取地，所述膨化聚合物层22的膨化度选定于0.35至0.7范围内，更可取的是在0.4至0.6的范围内。
可取地，所述保护单元20中两个非膨化型聚合物层21、23是由聚烯烃材料构成的。
可取地，第一非膨化型聚合物层23由热塑材料构成，最好是聚烯烃，诸如非交联的聚乙烯(PE)；另一种情况下，也可使用聚氯乙烯(PVC)。
图1中所示的实施例中，对电缆1还提供阻水层8，它处于外半导电层5与金属外罩6之间。
按照本发明的优选实施例，如同以本申请人的名字在WO01.46965中所说明的，阻水层8是一个膨化型、遇水胀大的半导电层。
可取地，所述阻水层8由其中嵌入或分散有遇水胀大材料的膨化型聚合物材料构成。
可取地，所述阻水层8的可膨化聚合物是从上面述及的聚合物材料中选定的。
所述阻水层8的目的是对沿纵向渗透入电缆内部的水气给出有效的阻挡层。
本申请人实施的测试表明，所述膨化型聚合物层内能结合入大量遇水胀大材料，依靠膨化型聚合物在其位置上接触湿气或水时所结合的遇水胀大材料能够胀大，由此可有效地实现阻水功能。
遇水胀大材料通常以打碎形式存在，具体为粉状形式。构成遇水胀大粉的颗粒最好直径不大于250μm，平均直径为10至100μm。更为可取的是，直径10至50μm的颗粒总量就其重量而言相对于遇水胀大粉的总重量应至少占50％。
遇水胀大材料通常由聚合物链上具有亲水分子团的均聚物或共聚物构成。例如有：交联和至少部分地盐化的聚丙烯酸(产品方面比如是C.F.Stockhausen GmbH公司的Cabloc或是Grain ProcessingCo.公司的Waterlock)；由淀粉或其衍生物与丙烯酰胺和丙烯酸钠共聚物的混合物(例如，Henkel AG公司的产品SGP吸水聚合物)；羰甲基纳纤维(产品比如有Hercules Inc.公司的Blanose)。
为得到有效的阻水作用，膨化型聚合物层内包含的遇水胀大材料的总量通常为5至120phr，最好是15至80phr(phr为100份基础聚合物重量中所占重量的比例单元)。
另外，阻水层8的膨化聚合物材料可以改型成半导电的。
本技术领域内有已知的产品可应用于制备半导电聚合物单元，以便对所述聚合物材料提供半导电特性。特别地，可以使用导电的碳黑，例如，导电的炉膛黑或乙炔黑等。碳黑的表面积通常地具有20m2/g以上的数值，一般地在40至500m2/g之间。有益地，可以使用高导电的碳黑，具有诸如至少900m2/g单位重量表面积，产品比如是商品名KetjenblackEC(Akzo Chemie NV公司)的已知市售炉膛碳黑。
加入到聚合物母体中的碳黑量可以随情况改变，这取决于所使用的聚合物和碳黑的类型预定得到的膨化度、以及膨化作用剂等。因此，碳黑量必须做到使膨化型材料有足够的半导电性能，尤其是膨化型材料诸如要得到一种体电阻率值，在室温下小于500Ω·m，最好小于20Ω·m。典型地，相对于聚合物重量，碳黑量的重量范围为1％至50％，最好是3％到30％的重量。
阻水层8膨化度的优选范围为0.4至0.9。
此外，通过对电缆1提供半导电的阻水层8，由于外半导电层5的电特性部分地可以由所述半导电的阻水层8实现，所以能够有利地减小外半导电层5的厚度。所以，所述情况能有利地促成外半导电层厚度的减小，从而促成总体电缆重量的减小。
绝缘层的电设计
通常，电缆绝缘层在尺寸上必需抗御所述电缆在使用类别下所规定的电场应力。特别地，电缆工作时，导体2是保持在电缆的额定工作电压上而金属外罩6是连接至地(也即处于零电位)的。
标称上，内半导电层3处于与导体2同样的工作电压上，而外半导电层5和阻水层8处于与金属外罩6同样的电压上。
根据绝缘层厚度，它决定了绝缘层横断面上的电场应力，须符合于绝缘层材料的介电强度(要包括合适的安全系数)。
环绕圆柱导体的电压应力Γ由下式定义：
Γ＝Uo/[r.In(ri/rc)]                         (1)式中：
Uo是相线地线的电位差；
ri是绝缘层表面的半径；
rc是导体表面(或是内半导电层表面，如果存在)的半径。
式(1)是指AC电压场合。对于CC电压场合，有不同的和较复杂的表达式供应用。
例如，当绝缘层由交联的聚乙烯(XLPE)构成时，国际标准CEIIEC 60502-2(1998.11版本1.1的18-19页)中对20kV的电压给出绝缘层标称厚度值5.5mm，导体横截面面积为35至1000mm2。再一个例子，当选定电压10kV和导体横截面面积16至1000mm2时，按照所述国际标准，电缆绝缘层必须给出3.4mm的标准厚度值。
冲击防护
按照本发明，对于例如是运输或铺设工作期间因石块、工具等之类碰撞电缆造成的可能冲击，保护单元20能防止绝缘层4受到损伤。
例如，普通做法是将电缆铺设入在地面上挖掘的预定深度的沟槽内，随后用先前挖出的地面物质再填进沟槽。
如果挖出的物质包括石块、砖头等类别，则一个重量几公斤物体从相当高处(几十厘米到1米或更高处)落到电缆上不是罕见的事，因而冲击牵涉到比较高的能量。
电缆铺设工作期间其他的可能冲击源是施工机械，移动它们时在可能的误操作和过高速度等情况下会撞击电缆。
图2中概略地示明冲击力F对比照对象电力电缆的影响，这里，应用同样的参考号码来标识在图1中已经描述过的对应部件。
在图2的电缆上提供有护套7，它处于金属外罩6的外面。典型地，护套7由诸如聚乙烯或PVC之类的聚合物构成。
图2的电缆上还提供遇水胀大条9，以避免任何的纵向水气渗透入电缆内部。
如图2中所示，因冲击力F的作用结果，电缆局部变形。
通常，绝缘层和电缆护套使用的材料在受到冲击后只能部分地弹性恢复它们原来的大小和形状，因而，即使是在电缆通电之前发生的冲击，抗御电应力的绝缘层厚度已由于冲击减小了。
然而，本申请人已察知，当电缆绝缘层的外面采用金属外罩时，因此种外罩材料受冲击后将永久变形，这进一步限制了绝缘层的弹性复原，从而制约绝缘层弹性恢复到其原来的形状和大小上。
结果，由冲击造成的变形在冲击之后至少一大部分变形保留下来，即使冲击因素本身已除去亦如此。所述变形导致绝缘层厚度从原来值to改变到“受损伤”值td上(参见图2)。
因此，当电缆通电时，承载电压应力(Γ)的实际绝缘层厚度在冲击区域内不再是to而是td。
如果数值to选择上按照例如前面提到的国际标准规范，相对于电缆的工作电压来说to有充分的裕量，则即使在受冲击区域仍足以使电缆安全地工作。
然而，需要在受损伤区域也容许安全工作时，将使得整个电缆在制造上绝缘层厚度比之必需值大很多。
另外，如果受冲击区域随后关联到某些附加的运用，例如在此类区域处要实施接合，则即使在绝缘层厚度上已提供一定的安全裕量，仍然会出现某种地方电场应力增大到高于可接受值的情况(或是电缆或是相关附件它们工作在不同于原先设计好的直径上)。
冲击抗御评估
从各样的参数角度对冲击能量做出了评估，它找到对于不同的电缆等级的相关冲击和冲击的有关可能性。
例如，如果冲击的原因是物体垂落到电缆上，则冲击能量取决于碰撞到电缆上的物体上的质量以及所述物体垂落下的高度。
因此，当电缆铺设入沟槽内之类时，在诸因素中，冲击能量取决于电缆铺设的深度，所述冲击能量随铺设深度增加。
由此，可以得知，对于不同的电缆等级根据它们各别的铺设深度而冲击能量是不同的。
此外，对于铺设入沟槽内之类的电缆，在铺设施工时通常涉及开挖碎渣的存在，它们影响对电缆的意外冲击的可能性，并且其大小关联到对可能的冲击能量的影响。另外要考虑到其他因素，诸如电缆的单位长度重量以及铺设施工中使用的工作机器大小。
鉴于上面的分析，对于每一种电缆等级(例如是LV、MV、HV)已经标志各基准冲击能量作为它们出现的主要概率；根据这类冲击已确定出能抗御此类冲击的具体电缆结构。
特别地，对于MV电缆，已确认50J的冲击能量是电缆使用和铺设中代表性的主要事件。
此种冲击能量的发生例如出现在使27kg重的锥形实体从19cm高处垂落到电缆上时。特别地，测试用实体具有90°的锥体角，边沿的圆度大约是1mm的半径。
本描述中，术语“冲击”预定包罗到有那些动态负荷，它们一定的能量能对电缆的结构产生实质的损伤。
对于低压和高压(LV和HV)应用场合的电缆，已分别确认冲击能量为25J和70J。
本发明在目的上已考虑到，在同一电缆位置上发生相继的4次冲击后，如果永久变形量小于0.1mm(这是精密测量的界限值)，电缆能得到满意的保护。
如图3中所示，按照本发明的电缆受到冲击时，或是单独的保护单元20，或是可取地与膨化型阻水层8相结合，都能减小绝缘层4的变形。
按照本发明已得知，厚度tp的保护单元20结合以厚度选择为“减小”值tr的绝缘层4，所形成的电缆能满意地通过上面指明的冲击抗御测试，并仍能在所选择的电压等级下保持其安全工作的能力。
绝缘厚度的确定可以对其预定应用通过所考虑的最严格电参数界限来选取，不需要顾及因冲击造成变形而附加额外的厚度。
例如，电缆设计中作为主要电参数界限需典型考虑的是导体表面(或是在该表面上伸出的内半导电层的外表面)上的最大电位梯度，以及在接合处的电位梯度，也即电缆绝缘外表面上的电位梯度。
将导体表面的电位梯度与绝缘所使用之材料的最大可接受电位梯度(例如，在聚烯烃场合下大约为18kV/mm)相比较，并将接合处的电位梯度与设想应用于电缆之接合器体的最大可接受电位梯度相比较。
例如，电缆接合处的构造可借助于以弹性(或是热收缩)套管取代导体接合区域上的绝缘物，套管以一定的长度与暴露的电缆绝缘层重叠。
对于此种类型接合能以大约2.5kV/mm的电位梯度(对于MV电缆)安全工作的场合，它将大体上成为最严格的条件，由此可确定出抗卸此种条件的绝缘厚度。在另一种条件的场合下可能得出更严格的要求，绝缘厚度设计应顾及到此种情况。
然而按照本发明，不必提供额外厚度来顾及由冲击造成的绝缘层变形。
又已经发现，当保护单元20与选择为“减小”值tr的绝缘层厚度组合应用时，在能够抗御相同冲击能量的要求下(即便许可绝缘层有变形)，其总体电缆重量将低于没有冲击防护(也即没有其中包含膨化型聚合物层的冲击防护单元)而具有传统绝缘层厚度t0(也即图2上的电缆)之电缆的相应重量。
又已经发现，膨化型阻水层8的存在进一步给出冲击抗御能力，可再减小绝缘层4的变形。
表1示明20kV电压等级和导体截面积50mm2下按照本发明的电缆和比照对象的电缆(在设计上通过了上面叙述的冲击抗御测试)两者在绝缘层厚度和总体电缆重量上的参数值。
表1
  电缆类型                                       厚度(mm) 电缆重量(kg/m) 总体直径(mm)
  护套     保护单元 膨化型阻水层 遇水胀大条带 铝制金属外罩 绝缘层
  第二(内)非膨化层 膨化层   第一(外)非膨化层
    1   -     1   1.5   4.4   -   0.15   0.3     4     0.74   30.7
    2   -     1   1.5   0.85   0.5   -   0.3     4     0.51   24.9
    3   8.25     -   -   -   -   0.2   0.3     4     0.90   33.9
表1详细说明：
a)电缆1是本发明的电缆，包含有由遇水胀大条带制造成的非膨化型阻水层8，所述电缆还包含保护单元20，它包括：第一非膨化型聚合物层23；膨化型聚合物层22；以及第二非膨化型聚合物层21；
b)电缆2是本发明的电缆，包含有膨化型阻水层8，所述电缆还包含保护单元20，它包括：第一非膨化型聚合物层23；膨化型聚合物层22；以及第二非膨化型聚合物层21；
c)电缆3是图2中所示类型的比照电缆，包含：护套，以及由遇水胀大条带制造成的遇水胀大阻水层。
此外，表1表明，在提供有膨化型阻水层8的场合下，保护单元20的厚度可有利地减小(随之总体电缆重量下降)而保持相同的绝缘层厚度。
并且，表1示明，比照电缆与本发明电缆相比较，在相同冲击条件下要维护其可运行性时，需要有显著地大的重量(也即大约0.90kg/m)。
表2中包含的例子表明在MV范围内不同的工作电压等级下，按照本发明之电缆的绝缘层尺寸与使用交联的聚乙烯(XLPE)绝缘层时由上述国际标准CEI IEC 60502-2规定的相应绝缘层厚度的比较。
表2
    10kV     20kV     30kV
本发明电缆的绝缘层厚度(mm)     2.5     4     5.5
按照CEI IEC 60502-2标准的绝缘层厚度(mm)     3.4     5.5     8
按照表2中列出的数值，本发明的电缆所给出的绝缘层厚度，与按照所述国际标准给出的对应绝缘层厚度相比较，分别要小26％、27％和56％。
冲击防护单元尺寸
对于不同的电缆段估计了保护单元的尺寸，以使得对不同的导体段保证不存在绝缘层变形。
为此，对于存在膨化型阻水层场合和存在非膨化型阻水层场合两种情况，根据各异的导体横截面面积已确定出在50J冲击能量下绝缘层变型≤0.1mm所对应的保护单元厚度。
改变保护单元厚度时，是保持第二非膨化型聚合物层21和膨化型聚合物层22的厚度恒定，而增加第一非膨化型聚合物层23的厚度。
对于不提供有所述保护单元20的电缆，还选定其非膨化型护套7的相应厚度(参见图4)。
已经发现，随着导体截面积的增大，所述保护单元的厚度相应地减小(参见图5)。
又已发现，膨化型阻水层8的存在容许使用显著地较薄的保护单元20(对照图5，参见图6)。
图4、5、6中所示的结果分别适应于有护套7的比照电缆、有保护单元20的电缆和兼有保护单元20与膨化型阻水层8的电缆。
所示各图中，护套厚度ts参照图4，保护单元厚度tp参照图5，而保护单元厚度tp与阻水层厚度tw之和参照图6，这些曲线是20kV电压等级下导体截面积S的函数。
本申请人又已经发现，通过增加第一非膨化型聚合物层厚度而保持膨化型聚合物层厚度恒定，能增大对机械力冲击的防护。
本发明的电缆特别适用于中压和高压领域，此类领域内面临有电场应力和机械应力问题。
然而，当情况需要时(例如，有严格的电场应力和机械应力要求、安全或可靠性要求等)，本发明也能应用于低压场合。
按照本发明，如上面所述，通过对电缆提供膨化型聚合物层，能有利地减轻电缆总重量。
所述的特征方面十分重要，它们反映出电缆的运输大为方便，随之降低运输成本，并在电缆铺设阶段较容易处理。就此点而言值得指出，所安放的电缆总重量将减小(例如，直接关联到在地面上开挖的沟槽内或埋下的导管内的电缆重量)，将电缆安放时对它需要施加的拉力也将减小。所以，这意味着，既能使铺设费用较少，又有使施工操作较为简单。
此外，按照本发明，在保持所需要电缆的机械性能和电性能下能得到较紧凑的电力电缆。由于所述特性的优点，在电缆盘上可存放较大长度的电缆，从而能降低运输费用，并可使电缆铺设时要实施的拼接工作减少。

Claims (44)

1.一种用于预定电压等级的电缆(1)，所述电缆包括：
-导体(2)；
-围绕所述导体(2)的绝缘层(4)；以及
-包围住所述绝缘层(4)的保护单元(20)，其厚度和机械性能选择得能提供预定的冲击抗御能力，所述保护单元(20)包含有至少一个膨化型聚合物层(22)，
其特征在于：
-所述绝缘层的厚度使得电缆绝缘层外表面上给出不小于1.0kV/mm的电位梯度；以及
-所述保护单元厚度可使电缆受到至少25J能量的冲击后足以防止有可检测到的绝缘层损伤。
2.权利要求1的电缆(1)，其中，所述预定电压等级不高于10kV。
3.权利要求1的电缆(1)，其中，所述电位梯度不小于2.5kV/mm，所述冲击至少50J能量。
4.权利要求3的电缆(1)，其中，所述预定电压等级在10kV至60kV之间。
5.权利要求1的电缆(1)，其中，所述电位梯度不小于2.5kV/mm，所述冲击至少75J能量。
6.权利要求5的电缆(1)，其中，所述预定电压等级高于60kV。
7.权利要求1的电缆(1)，其中，所述绝缘层厚度比之IEC标准60502-2对于相应电压等级给出的绝缘层厚度至少小20％。
8.权利要求1的电缆(1)，其中，所述预定电压等级为10kV，所述绝缘层厚度不高于2.5mm。
9.权利要求1的电缆(1)，其中，所述预定电压等级为20kV，所述绝缘层厚度不高于4mm。
10.权利要求1的电缆(1)，其中，所述预定电压等级为30kV，所述绝缘层厚度不高于5.5mm。
11.权利要求1的电缆(1)，其中，所述导体为实心条。
12.权利要求1的电缆(1)，还包括一个围绕所述绝缘层(4)的电外罩(6)，所述电外罩包括金属薄片构成的管形外罩。
13.权利要求1的电缆(1)，其中，所述绝缘层厚度的选择上，使得当电缆工作于与所述预定电压等级范围相对应的标称电压下时，绝缘层内的电场应力处在2.5至18kV/mm的数值之间。
14.权利要求1的电缆(1)，其中，所述保护单元(20)处于所述绝缘层(4)的径向外周位置上。
15.权利要求1的电缆(1)，其中，所述膨化型聚合物层(22)的膨化度在0.35至0.7之间。
16.权利要求15的电缆(1)，其中，所述膨化度在0.4至0.6之间。
17.权利要求1的电缆(1)，其中，所述膨化型聚合物层(22)的厚度在1至5mm之间。
18.权利要求1的电缆(1)，其中，所述膨化型聚合物层(22)的可膨化聚合物材料选择自基于乙烯和/或丙烯的聚烯烃聚合物或共聚物。
19.权利要求18的电缆(1)，其中，所述可膨化聚合物材料选择自：
a)乙烯与烯键式不饱和酯的共聚物，其中，不饱和酯的数量占重量的5％至80％，
b)乙烯与至少一种C3-C12α-烯烃和可选的二烯相聚合的弹性共聚物，有下面的组合单元：35％-90％克分子的乙烯，10％-65％克分子的α-烯烃，0％-10％克分子的二烯；
c)乙烯与至少一种C4-C12α-烯烃和可选的二烯的共聚物，密度在0.86至0.90g/cm3之间；
d)改型的聚丙烯与乙烯/C3-C12α-烯烃的共聚物，其中，聚丙烯与乙烯/C3-C12α-烯烃共聚物之间的重量比在90/10与30/70之间。
20.权利要求1的电缆(1)，其中，所述保护单元(20)还包括至少一个与所述膨化型聚合物层(22)接合的非膨化型聚合物层(21，23)  。
21.权利要求20的电缆(1)，其中，所述至少一个非膨化型聚合物层(21，23)的厚度范围为0.2至1mm。
22.权利要求20的电缆(1)，其中，所述至少一个非膨化型聚合物层(21，23)由聚烯烃材料构成。
23.权利要求20的电缆(1)，其中，所述保护单元(20)包括第一非膨化型聚合物层(23)，位于所述膨化型聚合物层(22)的径向外周上。
24.权利要求20的电缆(1)，其中，所述保护单元(20)包括第二非膨化型聚合物层(21)，位于所述膨化型聚合物层(22)的径向内周上。
25.权利要求1的电缆(1)，包括位于所述保护单元(20)径向内周位置上的另外膨化型聚合物层(8)。
26.权利要求25的电缆(1)，其中，所述的另外膨化型聚合物层(8)位于所述绝缘层(4)的径向外周上。
27.权利要求25的电缆(1)，其中，所述的另外膨化型聚合物层(8)为半导电的。
28.权利要求1的电缆(1)，其中，所述的另外膨化型聚合物层(8)是遇水可膨胀的。
29.权利要求1的电缆(1)，其中，所述导体(2)为金属条。
30.权利要求1的电缆(1)，其中，所述绝缘层(4)由非交联基聚合物材料构成。
31.权利要求1的电缆(1)，其中，所述预定的电压等级属于中压或高压范围。
32.一种在预定电压等级使用的电缆(1)，所述电缆包括：
·导体(2)；
·围绕所述导体(2)的绝缘层(4)；以及
·包围住所述绝缘层(4)的保护单元(20)，它包含至少一个膨化型聚合物层(22)，
其特征在于，导体截面积大于50mm2时保护单元厚度值小于7.5mm，导体截面积小于或等于50mm2时保护单元厚度值大于8.5mm。
33.权利要求32的电缆(1)，其中，所述预定电压等级高于60kV，当受到至少70J能量的冲击后所述绝缘层上没有可检测到的损伤。
34.权利要求32的电缆(1)，其中，所述预定电压等级不高于60kV，当受到至少50J能量的冲击后所述绝缘层上没有可检测到的损伤。
35.权利要求35的电缆(1)，其中，所述预定电压等级不高于10kV，当受到至少25J能量的冲击后所述绝缘层上没有可检测到的损伤。
36.一组选择用于一个预定电压等级的电缆，它们有不同的导体截面积，每种电缆包括：
·导体(2)；
·围绕所述导体(2)的绝缘层(4)；以及
·包围住所述绝缘层(4)的保护单元(20)，它包含至少一个膨化型聚合物层(22)，
其中，所述保护单元(20)的厚度与导体截面积之间有反比关系。
37.权利要求36的一组电缆，其中，所述保护单元(20)还包括有与所述至少一个膨化型聚合物层(22)接合的至少一个非膨化型聚合物层(21，23)。
38.权利要求36的一组电缆，其中，每一电缆包括一个另外膨化型聚合物层(8)，位于所述保护单元(20)的径向内周上。
39.权利要求37的一组电缆，其中，所述膨化型聚合物层(22)有恒定的厚度，而所述非膨化型聚合物层(21，23)的一个非膨化型聚合物层(23)其厚度的增大与导体截面积间有反比关系。
40.一种设计电缆(1)的方法，该电缆包括导体(2)、围绕所述导体(2)的绝缘层(4)和围绕所述绝缘层(4)的保护单元(20)，所述保护单元(20)包含至少一个膨化型聚合物层(22)，所述方法包括步骤：
·选择导体截面积；
·根据多个预定的电参数限制条件的每一个，在所述选择的导体截面积下确定出符合于在预定电压等级上安全工作的所述绝缘层的厚度；
·在所述多个预定电参数限制条件所确定的那些厚度值中，选择最大的绝缘层厚度；
·确定所述保护单元的厚度，以使得至少50J的能量造成对电缆的冲击后，所述绝缘层上没有可检测到的损伤；以及
·将电缆设计中所述选择的绝缘层以及所述确定的保护单元厚度应用于所述预定电压等级和所述选择的导体截面积上。
41.权利要求40的方法，其中，确定所述保护单元(20)厚度的所述步骤中包括步骤：确定所述膨化型聚合物层(22)的厚度。
42.权利要求40的方法，其中，确定所述保护单元(20)厚度的所述步骤中包括步骤：选择所述膨化型聚合物层(22)的厚度，并确定出与所述膨化型聚合物层(22)关联的至少一个非膨化型聚合物层(21，23)的厚度，所述保护单元(20)包括所述至少一个非膨化型聚合物层(21，23)。
43.权利要求42的方法，其中，确定至少一个非膨化型聚合物层的所述步骤中包括步骤：使所述至少一个非膨化型聚合物层的厚度与导体的截面积以反比的关系相关联。
44.权利要求42的方法，其中，所述预定的电参数限制条件中包括绝缘层外表面上电位梯度。
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