CZ293006B6 - Kabel opatřený opláštěním s odolností proti působení rázů - Google Patents

Abstract

Předložené řešení se týká opláštění kabelu, které je uzpůsobené pro ochranu tohoto kabelu proti nepředvídanému nebo nahodilému působení rázů. Vložením povlakové vrstvy z expandovaného polymerního materiálu se stupněm expandování od asi 20 % do asi 3000 % a modulem pevnosti v ohybu při teplotě okolní místnosti, před expanzí polymeru, alespoň 200 MPa a přiměřené tloušťky do strukturního uspořádání silového rozvodového kabelu se vytvoří kabel vykazující odolnost proti působení rázů.ŕ

Description

Předložený vynález se týká opláštění pro kabely, uzpůsobeného pro ochranu kabelu proti nepředvídatelnému nebo nahodilému působení rázů.

Dosavadní stav techniky

Nepředvídatelné nebo nahodilé působení rázů na silové rozvodné kabely, ke kterému může docházet například během jejich transportu, pokládání a instalace, a podobně, může způsobovat nebo být příčinou výskytu řady poškození konstrukční struktury kabelu, zahrnujících deformaci izolační vrstvy, odtrhování izolační vrstvy od vrstvy z polovodivého materiálu a podobně, přičemž toto poškození může způsobovat změny elektrického gradientu izolační vrstvy, jehož následkem je snižování izolační únosnosti uvedené izolační vrstvy.

U v současné době komerčně dostupných kabelů, například silových rozvodných kabelů pro vedení nebo rozvádění středního a nízkého napětí, se z důvodu ochrany takových kabelů proti nežádoucímu poškození, způsobovanému nepředvídatelným nebo nahodilým působením rázů, na kabel obvykle aplikuje kovové armování uzpůsobené pro snášení takového působení rázů. Uvedené armování může být vytvořené ve formě pásků nebo drátů (vytvořených zpravidla pancéřové oceli), nebo alternativně ve formě kovového pláště (vytvořeného zpravidla z olova nebo hliníku), přičemž toto kovové armování je obvykle povlečené vnějším ochranným polymemím pláštěm. Charakteristický příklad takového uspořádání silového rozvodného kabelu je podrobně popsaný v patentovém spisu US č. 5 153 381.

Přihlašovatelem bylo zjištěno, že přítomnost shora zmiňovaného kovového armování v opláštění kabelu vykazuje určitý počet nevýhod. Například, aplikace uvedeného kovového armování představuje jednu nebo více dodatečných fází, které je nezbytné zahrnout do procesu výroby kabelu. Mimoto, přítomnost kovového armování v opláštění kabelu ve svém důsledku podstatně zvyšuje celkovou hmotnost kabelu, přičemž, kromě toho, představuje problémy týkající se znečišťování životního prostředí, neboť v případě nutnosti výměny takového kabelu se tento kabel stává velice problematickým z hlediska jeho likvidace.

Japonský patent publikovaný pod č. JP 07-320550 (Kokai) popisuje přívodní kabel pro domácí elektrické spotřebiče opatřený povlakovou vrstvou odolnou proti působení rázů, umístěnou mezi izolačním povlakem a vnějším ochranným pláštěm. Tato povlaková vrstva, odolná proti působení rázů, je vytvořená z neexpandovaného polymemího materiálu obsahujícího jako základní složku polyurethanovou pryskyřici.

Naproti tomu je rovněž tak ze stavu techniky známé použití expandovaných polymemích materiálů v konstrukčním uspořádání kabelů pro různé účely.

Například, německá patentová přihláška DE P č. 15 15 709 popisuje použití mezilehlé vrstvy, uspořádané z důvodu zvýšení odolnosti vnějšího ochranného pláště z plastu proti působení nízkých teplot mezi tímto vnějším ochranným pláštěm a vnitřním kovovým armováním kabelu. V dokumentu však není uvedena jakákoliv zmínka týkající se ochrany vnitřního strukturního uspořádání kabelu opatřeného mezilehlou vrstvou. Ve skutečnosti by totiž taková mezilehlá vrstva měla být uzpůsobená pro kompenzaci elastických napětí generovaných ve vnějším ochranném plášti z plastu v důsledku působení nízkých teplot, přičemž tato vrstva může obsahovat buď volně rozptýlená skleněná vlákna nebo materiál, který je buď expandovatelný, nebo který zahrnuje dutá skleněná tělíska.

-1 CZ 293006 B6

Další dokument, německý užitný vzor DE G č. 81 03 947.6, popisuje elektrický kabel určený pro použití jako instalační kabel v zařízeních a strojích, vykazující specifickou mechanickou odolnost a ohebnost. Uvedený kabel je specificky navržený pro navíjení na kladku a je z tohoto důvodu dostatečně ohebný tak, aby po jeho odvinutí docházelo v podstatě k navracení se jeho opláštění do původního stavu. Z uvedeného důvodu je tento typ kabelu specificky zaměřený na odpovídající zajištění odolnosti proti mechanickému zatěžování statického typu (tj. takových zatěžování, která vznikají během jeho navíjení na a průchodu přes kladku), přičemž hlavním charakteristickým znakem takového kabelu je jeho ohebnost. Osobám obeznámeným se stavem techniky musí být proto dostatečně zřejmé, že tento typ kabelu pro vedení a rozvádění středního a nízkého napětí s kovovým armováním, který musí být, spíše než ohebný, schopný odolávat dynamickým zatížením vyvolávaným působením rázů, v důsledku čehož musí opláštění kabelu vykazovat určitou rázovou pevnost.

Kromě toho je použití expandovaných materiálů z důvodu odizolování kovových vodičů známé z konstrukčních uspořádání kabelů pro přenos elektrického signálu koaxiálního nebo do čtyřky DT splétaného typu. Takové koaxiální kabely jsou obvykle zamýšlené pro přenos vysokofrekvenčních signálů a používají se například jako koaxiální kabely pro televizní instalaci (CATV; pro frekvence 10 až 100 MHz), satelitní koaxiální kabely (pro frekvence až 2 GHz), nebo koaxiální kabely pro výpočetní techniku (pro frekvence nad 1 MHz); přičemž, pro srovnání, standardně používané telefonní kabely obvykle přenášejí elektrické signály s frekvencemi asi 800 Hz.

Účelem použití izolačních vrstev z expandovaných materiálů v popisovaných kabelech je zvýšení rychlosti přenosu elektrických signálů z důvodu přiblížení se ideální rychlosti přenosu signálu ve venkovních kovových vodičích (která se těsně přibližuje rychlosti světla). Důvodem pro toto tvrzení je skutečnost, že při porovnání s neexpandovanými polymemími materiály, vykazují expandované materiály zpravidla nižší dielektrickou konstantu (permitivitu (K), která se zvyšujícím se stupněm expandování polymemího materiálu proporcionálně přibližuje dielektrické konstantě vzduchu (K= 1).

Například, americký patent US č. 4 711 811 popisuje kabel pro přenos elektrického signálu opatřený expandovaným fluorovaným polymerem jako izolační vrstvou (o tloušťce 0,05 až 0,76 mm), potaženým tenkou vrstvou ethylentetrafluorethylenového nebo ethylen-chlorotrifluorethylenového kopolymeru (o tloušťce 0,013 až 0,254 mm). Jak je uvedeno v popisu tohoto patentu, důvodem opatření expandovaného polymemího materiálu je odizolování vodiče, zatímco důvodem opatření tenké vrstvy neexpandovaného polymemího materiálu, která expandovaný polymemí materiál překrývá, je zlepšení mechanických vlastností izolační vrstvy, zajišťující zejména dodávání nezbytně nutné základní pevnosti v tlaku pro případ, kdy se dva izolované vodiče splétají dohromady pro vytvoření uspořádání zvané „čtyřka DT“.

Evropský patent EP č. 0442346 popisuje kabel pro přenos elektrického signálu s izolační vrstvou na bázi expandovaného polymemího materiálu, umístěnou přímo na povrchu vodiče, přičemž tento expandovaný polymemí materiál vykazuje ultramikroporézní strukturu s mezerovým objemem pórů větším než 75 % (odpovídající stupni expandování většímu než 300 %). Ultramikroporézní struktura tohoto polymemího materiálu musí být taková, aby umožňovala při zatížení 6,89.10⁴ Pa jeho stlačení v rozsahu alespoň 10 % a po přerušení tohoto zatížení jeho navracení do původního stavu v rozsahu alespoň 50 % původního objemu, přičemž tyto hodnoty odpovídají v podstatě charakteristickým hodnotám pevnosti v tlaku, který takový materiál musí bezpodmínečně nutně vykazovat z důvodu schopnosti odolávat stlačování působením tlaku během splétání kabelů.

V mezinárodní patentové přihlášce WO č. 93/15512, která se také týká kabelu pro přenos elektrického signálu opatřeného izolačním povlakem z expandovaného polymemího materiálu, se uvádí tvrzení, že požadovaná nezbytná pevnost v tlaku se dosáhne prostřednictvím izolačního povlaku z expandovaného materiálu v kombinaci s vrstvou neexpandovaného izolačního

-2CZ 293006 B6 termoplastického polymemího materiálu (popsaného například ve shora zmiňovaném patentu US č. 4 711811), současně však, bohužel, dochází ke snižování rychlosti přenosu elektrického signálu. Uvedená patentová přihláška WO č. 93/15512 popisuje koaxiální kabel opatřený dvojitou vrstvou izolačního povlaku s tím, že obě tyto vrstvy jsou vytvořené z expandovaného polymemího materiálu a to, vnitřní vrstva z mikroporézního polytetrafluoroethylenu (PTFE) a vnější vrstva z expandovaného polymemího materiálu s uzavřenými póry, zejména z perfluorotetrafluoroethylenových (PFA) polymerů. Izolační povlak na bázi expandovaného polymemího materiálu se získá zpracováváním PFA polymeru protlačováním za jeho současného nanášení na vnitřní izolační vrstvu z PTFE polymeru kombinovaného se vstřikováním plynu typu Freon 113 jako nadouvacího prostředku. Podle podrobného objasnění, uvedeného v popisu patentové přihlášky, umožňuje použití takto vytvořené izolační vrstvy expandovaného polymemího materiálu s uzavřenými póry udržovat vysokou rychlost přenosu elektrických signálů. Kromě toho je uvedená izolační vrstva v této patentové přihlášce definovaný a charakterizovaná jako vykazující odolnost proti tlaku, přestože tato skutečnost není v popisu doložena žádnými údaji týkajícími se pevnosti v tlaku. V popisu se dále zdůrazňuje skutečnost, že vodiče opatřené dvojitou vrstvou izolačního povlaku je možné splétat. Mimoto, podle skutečnosti uváděných v této patentové přihlášce, umožňuje zvyšování mezerového objemu pórů ve vnější vrstvě z expandovaného materiálu dosáhnout zvyšování lychlosti přenosu elektrických signálů, což ve svém důsledku poskytuje zdroj malých změn únosnosti v této vnější vrstvě pro bránění stlačování vnitřní expandované vrstvy.

Jak může být ze shora zmiňovaných dokumentů seznatelné, je hlavním důvodem a účelem použití expandovaných polymemích materiálů s „otevřenými póry“ jako izolačních povlakových vrstev v konstrukčním uspořádání kabelů pro přenos elektrického signálu zvyšování rychlosti přenosu elektrických signálů, přičemž však uvedené expandované povlakové vrstvy vykazují nevýhodu spočívající v nedostatečné pevnosti v tlaku. Přesto však existuje několik typů expandovaných materiálů, které se charakterizují jako „odolné proti stlačování“ vzhledem ktomu, že nezajišťují pouze dosažení vysoké rychlosti přenosu elektrických signálů, ale rovněž tak dosažení dostatečné odolnosti proti působení tlakových sil, které se charakteristicky vyskytují během vzájemného splétání a zkrucování dvou shora zmiňovanou expandovanou izolační vrstvou povlečených vodičů dohromady; v tomto případě se vzhledem k uvedenému jedná rovněž o zatížení v podstatě statického typu.

Takto, zatímco je na jednu stranu bezpodmínečně nutné, aby tyto izolační povlakové vrstvy, vytvořené z expandovaného polymemího materiálu a určené pro kabely pro přenos elektrického signálu, vykazovaly charakteristické vlastnosti vhodné pro přenášení relativně mírných tlakových zatížení (například takových jako jsou tlaková zatížení vznikající během splétání dvou kabelů dohromady), není na druhou stranu v žádném, přihlašovateli známém patentovém dokumentu a ani jiné publikaci uvedena jakákoliv zmínka o tom, že by povlaková vrstva nebo opláštění z expandovaného polymemího materiálu byla schopná zajistit dosažení jakéhokoliv typu rázové pevnosti, respektive odolnosti proti působení rázů. Kromě toho, přestože takové expandované izolační povlakové vrstvy podporují dosahování vyšších rychlostí přenosu elektrických signálů, považuje se tato vrstva za méně vhodnou než povlaková vrstva nebo opláštění z podobného nebo v podstatě stejného, avšak neexpandovaného materiálu z hlediska pevnosti v tlaku, jak je podrobně objasněno ve shora zmiňované patentové přihlášce WO č. 93/15512.

Podstata vynálezu

Přihlašovatelem bylo nyní zjištěno, že vložením do strukturního uspořádání silového rozvodného kabelu vhodné povlakové vrstvy expandovaného polymemího materiálu přiměřené tloušťky a modulu pružnosti v ohybu, umístěné s výhodou ve styku s vnějším pláštěm nebo vnější polymerní povlakovou vrstvou, je možné vytvořit kabel vykazující vysokou rázovou pevnost, což ve svém důsledku umožňuje z konstrukční struktury kabelu vypustit použití shora zmiňovaného ochranného kovového armování. Přihlašovatelem bylo zejména zjištěno, že polymemí materiál

-3CZ 293006 B6 musí být zvolený tak, aby vykazoval dostatečně vysoký modul pružnosti v ohybu, měřenou před jeho zpracováváním expandováním tak, aby mohly být dosaženy požadované vlastnosti týkající se odolnosti proti působení rázů a takto zcela anulovat možnost poškození vnitřní struktury kabelu jako důsledku nežádoucího působení rázů na jeho vnější povrchovou plochu. Výrazem „ráz, působení rázů nebo rázové působení“ se pro účely předloženého popisu rozumí takové působení, které zahrnuje všechny typy dynamických zatížení určité energetické velikosti, schopné způsobovat podstatná poškození konstrukční struktury standardních nearmovaných kabelů, zatímco na konstrukční strukturu standardně používaných armovaných kabelů mají taková zatížení pouze zanedbatelné účinky. Za takové rázové působení může být považováno rázové působení s rázovou energií asi 20 až 30 joulů, dosažené nárazem narážecí hlavy se zaoblenou pracovní hranou ve tvaru písmene V o poloměru zaoblení 1 mm na vnější ochranný plášť kabelu.

Kromě toho bylo přihlašovatelem s překvapením dále zjištěno, že expandovaný polymemí materiál použitý jako součást konstrukčního uspořádání silových rozvodných kabelů podle předloženého vynálezu umožňuje dosažení vyšší odolnosti proti působení rázů než odolnost, kterou vykazuje v podstatě stejná povlaková vrstva vytvořená z materiálu na bázi stejného polymeru, avšak nezpracovaného expandováním.

Kabel opatřený opláštěním tohoto typu vykazuje ve srovnání se standardně používanými kabely s kovovým armování řadu různých výhod, například takových jako je snazší výroba kabelu, redukce hmotnosti a rozměrové velikosti dohotoveného kabelu a menší ohrožování životního prostředí spojené s nahrazováním kabelu po vyčerpání jeho pracovní životnosti a jeho likvidací.

Na základě prvního aspektu předloženého vynálezu se navrhuje silový rozvodný kabel, obsahující:

a) elektrický vodič;

b) alespoň jednu vrstvu kompaktního izolačního opláštění; a

c) povlakovou vrstvu vytvořenou z expandovaného polymemího materiálu;

přičemž uvedený polymemí materiál, za účelem zajištění odpovídajících vlastností týkajících se odolnosti kabelu proti působení rázů, vykazuje předem stanovené mechanické pevnostní charakteristiky a předem stanovený stupeň expandování.

Podle přednostního provedení předloženého vynálezu je povlaková vrstva z expandovaného polymemího materiálu vytvořená z takového polymemího materiálu, který před expandováním vykazuje modul pružnosti v ohybu při teplotě okolní místnosti, měřený podle Technické normy ASTM D790, alespoň 200 MPa, s výhodou v rozmezí od 400 do 1500 MPa, přičemž je pro uvedené účely obzvláště výhodný modul pružnosti v ohybu pohybující se v rozmezí od 600 do 1300 MPa.

Podle dalšího přednostního provedení předloženého vynálezu vykazuje uvedený polymemí materiál stupeň expandování pohybující se v rozmezí od asi 20 do asi 3000 %, s výhodou v rozmezí od asi 30 do asi 500 %, přičemž je pro uvedené účely obzvláště výhodný stupeň expandování pohybující se v rozmezí od asi 50 do asi 200 %.

Podle dalšího přednostního provedení předloženého vynálezu vykazuje povlaková vrstva z expandovaného polymemího materiálu tloušťku 0,5 mm, s výhodou v rozmezí od 1 do 6 mm, přičemž, pro uvedené účely, je obzvláště výhodná tloušťka pohybující se v rozmezí od 2 do 4 mm.

Podle dalšího přednostního provedení předloženého vynálezu je uvedený polymemí materiál zvolený z polymemích materiálů zahrnujících polyethylen (PE), polyethylen s nízkou hustotou

-4CZ 293006 B6 (LDPE), polyethylen se střední hustotou (MDPE), polyethylen s vysokou hustotou (HDPE) a lineární polyethylen s nízkou hustotou (LLDPE); polypropylen (PP); ethylenpropylenový kaučuk (EPR), ethylen-propylenový kopolymer (EPM), ethylen-propylen-dienový terpolymer (EPDM); přírodní kaučuk; butylkaučuk (polyizobuten); ethylen-vinylacetátový (EVA) kopoly5 mer; polystyren; ethylen-akrylátový kopolymer, ethylen-methylakrylátový (EMA) kopolymer, ethylen-ethylakrylátový (EEA) kopolymer, ethylen-butylakrylátový (EBA) kopolymer; ethylen/a-olefmový kopolymer; akrylonitril-butadien-styrenové (ABS) pryskyřice; halogenované polymery, poíyvinylchlorid (PVC); polyurethan (PUR); polyamidy; aromatické polyestery, polyethylentereftalát (PET) nebo polybutylentereftalát (PBT); a jejich kopolymery nebo 10 mechanické směsi.

Podle dalšího přednostního provedení předloženého vynálezu je tímto polymemím materiálem olefínový polymer nebo kopolymer na bázi polyethylenu (PE) a/nebo polypropylenu (PP), s výhodou modifikovaný ethylen-propylenovým kaučukem (EPR) v hmotnostním poměru 15 PP/EPR pohybujícím se v rozmezí od 90/10 do 50/50, s výhodou v rozmezí 85/15 až 60/40, přičemž obzvláště výhodnou modifikovanou směsí je směs s hmotnostním poměrem 70/30.

Podle dalšího přednostního provedení předloženého vynálezu obsahuje uvedený olefínový polymer nebo kopolymer na bázi polyethylenu (PE) a/nebo polypropylenu (PP) dále předem stano20 vené množství vulkanizovaného kaučuku v práškové formě, přičemž toto množství se s výhodou pohybuje v rozmezí od 10 do 60 % hmotnostních, vztaženo na obsah polymemího materiálu.

Podle dalšího přednostního provedení předloženého vynálezu je silový rozvodný kabel dále opatřený vnějším ochranným polymemím pláštěm, který je uspořádaný ve styku s povlakovou 25 vrstvou z expandovaného polymemího materiálu, přičemž tento plášť vykazuje s výhodou tloušťku větší než 0,5 mm, a přednostně tloušťku pohybující se v rozmezí od 1 do 5 mm.

Na základě druhého aspektu předloženého vynálezu se navrhuje způsob zajištění odolnosti silového rozvodného kabelu proti působení rázů spočívající v tom, že obsahuje povlékání tohoto 30 kabelu povlakovou vrstvou vytvořenou z expandovaného polymemího materiálu.

Podle přednostního provedení předloženého vynálezu obsahuje způsob zajištění odolnosti silového rozvodného kabelu proti působení rázů dále povlékání uvedené povlakové vrstvy z expandovaného polymemího materiálu vnějším ochranným polymemím pláštěm.

Na základě dalšího aspektu předloženého vynálezu se navrhuje použití expandovaného polymerního materiálu pro účely zajištění odolnosti silového rozvodného kabelu proti působení rázů.

Na základě dalšího aspektu předloženého vynálezu se navrhuje způsob vyhodnocování odolnosti 40 silového rozvodného kabelu, obsahujícího alespoň jednu vrstvu izolačního povlaku, proti působení rázů, spočívající v tom, že obsahuje:

a) měření a stanovení průměrné adhezní pevnosti při odtrhování uvedené vrstvy izolačního povlaku;

b) podrobení kabelu působení rázové energie předem stanovené velikosti;

c) měření adhezní pevnosti při odtrhování uvedené vrstvy izolačního povlaku v místě působení rázu; a

d) kontrolu, který z rozdílů hodnot průměrné adhezní pevnosti při odtrhování a adhezní pevnosti při odtrhování v místě působení rázu je menší než předem stanovená hodnota pro uvedený kabel vzhledem k průměrné adhezní pevnosti při odtrhování.

-5CZ 293006 B6

Podle přednostního provedení předloženého vynálezu se měření uvedené adhezní pevnosti při odtrhování provádí mezi vrstvou izolačního povlaku a vnější vrstvou polovodivého povlaku.

Výrazem „stupeň expandování polymemího materiálu“, používaným v předloženém vynálezu pro účely popisu, se rozumí expandování polymemího materiálu determinované následujícím vztahem:

G (stupeň expandování) · (do/d« - 1) o 100;

kde:

d₀ představuje hustotu expandováním nezpracovaného polymemího materiálu (neboli, jinak řečeno, polymeru se strukturou v podstatě nevykazující žádný mezerový objem pórů), a d_e představuje relativní hustotu polymemího materiálu, měřenou v expandovaném stavu.

Výrazem „expandovaný polymerní materiál“, používaným v předloženém vynálezu pro účely popisu, se rozumí polymerní materiál se strukturou vykazující mezerový objem pórů (neboli, jinak řečeno, určitý prostor neobsazený polymerem, ale v polymeru uzavřeným plynem nebo vzduchem), jehož procentuální množství je charakteristicky větší než 10 % celkového objemu tohoto polymemího materiálu.

Výrazem „adhezní pevnost při odtrhování“ polymemího materiálu, používaným v předloženém vynálezu pro účely popisu, se rozumí síla, nezbytně potřebná pro oddělení (odtržení) vrstvy opláštění z vodiče nebo další vrstvy opláštění, přičemž v případě oddělování dvou vrstev od sebe jsou těmito vrstvami charakteristicky izolační vrstva a vnější polovodivá vrstva.

Izolační vrstva silových rozvodných kabelů vykazuje charakteristicky dielektrickou konstantu (neboli permitivitu) (K) o hodnotě větší než 2. Kromě toho, na rozdíl od kabelů pro přenos elektrického signálu, u kterých parametr „elektrický gradient“ nepředstavuje žádný důležitý význam, se u silových rozvodných kabelů využívají elektrické gradienty od asi 0,5 kV/mm pro nízká napětí, a elektrické gradienty až 10 kV/mm pro vysoká napětí, což ve svém důsledku, vzhledem k existenci nehomogenity vrstvy izolačního povlaku silových rozvodných kabelů (například shora zmiňovaný mezerový objem pórů), která by mohla představovat případný zdroj místních změn dielektrické pevnosti a z nich vyplývajícího snižování izolační únosnosti, zajišťuje naprostou eliminaci popsaných účinků. Vzhledem k tomu bude použitým izolačním materiálem charakteristicky kompaktní polymerní materiál, přičemž se zde pro účely popisu předloženého vynálezu používaným výrazem „kompaktní izolační materiál“ bude rozumět izolační materiál, který pro účely použití v konstrukční struktuře silových rozvodných kabelů pro vedení a rozvádění středního a nízkého napětí vykazuje dielektrickou pevnost alespoň 5 kV/mm, s výhodou dielektrickou pevnost větší než 10 kV/mm, a přednostně dielektrickou pevnost větší než 40 kV/mm. Na rozdíl od expandovaného polymemího materiálu tento kompaktní materiál ve své struktuře nevykazuje v podstatě žádné póry, respektive mezerový objem pórů; charakteristicky bude tento materiál vykazovat hustotu 0,85 g/cm⁴ nebo větší.

Výrazem „nízké napětí“ se pro účely popisu předloženého vynálezu bude rozumět napětí o velikosti až 1000 V (charakteristicky větší než 100 V), výrazem „střední napětí“ se bude pro účely popisu rozumět napětí pohybující se v rozmezí od 1 do 30 kV, a výrazem „vysoké napětí“ se bude pro účely popisu rozumět napětí o velikosti nad 30 kV. Popisované silové rozvodné kabely budou charakteristicky činné při jmenovitých kmitočtech 50 nebo 60 Hz.

Přestože bude během následujícího popisu použití povlakové vrstvy z expandovaného polymerního materiálu podrobně objasňované ve spojení se silovými rozvodnými kabely, ve kterých

-6CZ 293006 B6 může být touto povlakovou vrstvou s výhodou nahrazeno kovové armování v těchto kabelech v současné době používané pro zajištění odolnosti proti působení rázů, musí být osobám obeznámeným se stavem techniky naprosto zřejmé, že uvedenou expandovanou povlakovou vrstvu je možné s užitkem použít v konstrukčním uspořádání jakéhokoliv typu kabelu, u kterého se vyžaduje zajištění odpovídající mechanické odolnosti a houževnatosti. Konkrétně řečeno, předložený výklad a vymezení silových rozvodných kabelů se netýká pouze kabelů pro vedení nízkého a středního napětí, ale rovněž tak kabelů pro rozvod vysokého napětí.

Přehled obrázků na výkresech

Předložený vynález bude blíže vysvětlen prostřednictvím dále uvedených příkladů jeho konkrétních provedení ve spojení s připojenou výkresovou dokumentací, ve které představuje:

Obr. 1 silový rozvodný kabel třížilového typu s kovovým armováním podle dosavadního stavu techniky;

Obr. 2 první provedení kabelu podle předloženého vynálezu třížilového typu;

Obr. 3 druhé provedení kabelu podle předloženého vynálezu;

Obr. 4 výsledné deformace kabelu podle předloženého vynálezu a) a běžně používaného kovem armovaného kabelu b) po zkoušce rázové houževnatosti s padací výškou 50 cm; a

Obr. 5 výsledné deformace kabelu podle předloženého vynálezu a) a běžně používaného kovem armovaného kabelu b) po zkoušce rázové houževnatosti s padací výškou 20 cm.

Příklady provedeni vynálezu

Obr. 1 připojené výkresové dokumentace představuje schematické znázornění silového rozvodného kabelu pro vedení středního napětí třížilového typu s kovovým armováním podle dosavadního stavu techniky v příčném řezu. Tento kabel obsahuje tři vodiče 1, z nichž každý je povlečený vnitřní vrstvou 2 z polovodivého materiálu, izolační vrstvou 3 z izolačního materiálu, vnější vrstvy 4 z polovodivého materiálu, a kovovým stíněním 5; z důvodu zjednodušení bude pro účely předloženého popisu tato částečná struktura označená jako „žíla kabelu“. Tři takto uspořádané žíly kabelu jsou navzájem spřažené do jednoho celku a prostory hvězdicového průřezu, vytvořené mezi nimi, jsou vyplněné výplňovým materiálem 9 (kterým jsou obvykle elastomemí směsi, polypropylenové vláknité materiály a podobně) za účelem dosažení v průřezu kruhové konstrukční struktury, která je zase, jako celek, povlečená vnitřním polymemím pláštěm 8, kovovým armováním 7 drátěným pletivem, a polymemím vnějším ochranným pláštěm 6.

Obr. 2 připojené výkresové dokumentace představuje schematické znázornění silového rozvodného kabelu podle předloženého vynálezu v příčném řezu, který je rovněž třížilového typu a který je rovněž tak určený pro vedení a přivádění středního napětí. Tento kabel obsahuje tři vodiče 1, z nichž každý je povlečený vnitřní vrstvou 2 z polovodivého materiálu, izolační vrstvou 3, vnější vrstvou 4 z polovodivého materiálu, a kovovým stíněním 5; přičemž prostory hvězdicového průřezu nacházející se mezi jednotlivými vodiči jsou v tomto případě vyplněné expandovaným polymemím materiálem 10, odolným proti působení rázů, který je dále zapouzdřený do vnějšího ochranného polymemího pláště 6. V povlakové vrstvě 10 expandovaného polymemího materiálu je na zmiňovaném obr. 2 dále, v těsné blízkosti vnějšího povrchu navzájem spřažených žil kabelu, naznačená (prostřednictvím přerušované čáry) tenká kruhová vrstva 10a, jejíž tloušťka odpovídá minimální tloušťce povlakové vrstvy z expandovaného polymemího materiálu.

-7CZ 293006 B6

Obr. 3 připojené výkresové dokumentace představuje schematické znázornění silového rozvodného kabelu podle předloženého vynálezu v příčném řezu, jednožilového typu pro vedení a přivádění středního napětí. Tento kabel obsahuje středově uspořádaný vodič 1, který je povlečený vnitřní vrstvou 2 z polovodivého materiálu, izolační vrstvou 3, vnější vrstvou 4 z polovodivého materiálu, kovovým stíněním 5, povlakovou vrstvou 10 expandovaného polymemího materiálu, a vnějším ochranným polymemím pláštěm 6. V případě jednožilového kabelu, znázorněného na obr. 3, se tenká kruhová vrstva 10a, naznačená na obr. 2 třížilového kabelu, vzhledem k tomu, že žíla kabelu vykazuje kruhový průřez, shoduje s povlakovou vrstvou 10 expandovaného polymerního materiálu.

V připojené výkresové dokumentaci je ze zcela pochopitelných důvodů znázorněno pouze několik z mnoha možných provedení silového rozvodného kabelu, ve kterých může být s výhodou využitelný předložený vynález. Musí být naprosto zřejmé, že je možné tato provedení ze stavu techniky známým způsobem vhodně přizpůsobit nebo obměnit s tím, že taková přizpůsobení nebo obměny spadají nebo jsou zahrnuté do přesně stanoveného nárokovaného rozsahu předloženého vynálezu, aniž by došlo k jeho jakémukoliv omezení. Například, s odvoláním na shora zmiňovaný obr. 2, mohou být prostoty hvězdicového průřezu, nacházející se mezi jednotlivými žilami kabelu, vyplněné nejdříve obvykle používaným výplňovým materiálem za vytvoření částečně dohotoveného kabelu o příčném průřezu, odpovídajícím přibližně kruhovému průřezu, který vyplňuje a je obklopený tenkou kruhovou vrstvou 10a; a teprve poté je s výhodou možné na takto částečně dohotovený kabel, v jeho příslušné kruhové průřezové oblasti, protlačováním vytvarovat povlakovou vrstvu 10 expandovaného polymemího materiálu, která tloušťkou odpovídá přibližně rozsahu tenké kruhové vrstvy 10a a která je uspořádaná mezi povrchem žilové struktury kabelu a vnějším ochranným pláštěm 6. Alternativně mohou být žíly kabelu vytvořené s určitým průřezovým obrysem (například obrysem částečné kruhové výseče) tak, aby při vzájemném spřažení jednotlivých žil do jednoho celku došlo k vytvoření kabelového žilového jádra přibližně kruhového průřezu, aniž by bylo nutné jakékoliv použití výplňového materiálu; a takto uspořádané žilové jádro kabelu, sestávající z jednotlivých žil kabelu, spřažených do jednoho celku, se poté, prostřednictvím protlačování, opatří povlakovou vrstvou 10 expandovaného polymemího materiálu, odolného proti působení rázů, a následně vnějším ochranným pláštěm 6.

V případě kabelů pro přenos nízkého napětí bude jejich konstrukční struktura obsahovat zpravidla pouze vrstvu izolačního povlaku, umístěnou přímo ve styku s vodičem, který je poté opatřený nejdříve povlakovou vrstvou expandovaného polymemího materiálu a následně vnějším ochranným pláštěm.

Osobám obeznámeným se stavem techniky budou velmi dobře známá další možná řešení s tím, že tyto osoby jsou schopné provádět vyhodnocování pro uvedené účely nejvíce vyhovujících řešení, například na základě velikosti pořizovaných nákladů, typu provozního umístění kabelu (vnitřní instalace kabelu, venkovní instalace kabelu, uložení kabelu v potrubí, uložení kabelu přímo do země nebo podpovrchových kolektorů, uložení kabelu na dně moře, a podobně), provozní teploty kabelu (maximální a minimální pracovní teplota kabelu, teplotní rozmezí okolního prostředí) a podobně.

Expandovaná polymemí povlaková vrstva odolná proti působení rázů může být vytvořená z kteréhokoli typu expandovatelného neboli nadouvatelného polymemího materiálu, například takového, jako jsou olefinové polymery nebo kopolymery, olefín-esterové kopolymery, polyestery, polykarbonáty, polysulfony, fenolové pryskyřice, močovinové pryskyřice a jejich směsi. Příklady vhodných a pro uvedené účely použitelných polymerních materiálů představují polyethylen (PE), zejména polyethylen s nízkou hustotou (LDPE), polyethylen se střední hustotou (MDPE), polyethylen s vysokou hustotou (HDPE) a lineární polyethylen s nízkou hustotou (LLDPE); polypropylen (PP); ethylen-propylenový kaučuk (EPR), zejména ethylen-propylenový kopolymer (EPM) nebo ethylen-propylen-dienový terpolymer (EPDM); přírodní kaučuk; butylkaučuk (polyizobuten); ethylen-vinylacetátový (EVA) kopolymer; polystyren; ethylen

-8CZ 293006 B6 akrylátový kopolymer, zejména ethylen-methylakrylátový (EMA) kopolymer, ethylen-ethylakrylátový (EEA) kopolymer, ethylen-butylakrylátový (EBA) kopolymer; ethylen/a-olefinový kopolymer; akrylonitril-butadien-styrenové (ABS) pryskyřice; halogenované polymery, zejména polyvinylchlorid (PVC); polyurethan (PUR); polyamidy; aromatické polyestery, například polyethylentereftalát (PET) nebo polybutylentereftalát (PBT); a jejich kopolymery nebo mechanické směsi. S výhodou se pro tento účel používají olefinové polymery nebo kopolymery, zejména polymery a kopolymery na bázi polyethylenu (PE) a/nebo polypropylenu (PP) ve směsi s ethylen-propylenovými kaučuky (EPR). S prospěchem může být pro tento účel použitý polypropylen (PP) modifikovaný ethylen-propylenovým kaučukem (EPR), přičemž hmotnostní poměr směsi PP/EPR se pohybuje v rozmezí 90/10 až 50/50, s výhodou v rozmezí 85/15 až 60/40, přičemž obzvláště výhodnou směsí je směs s hmotnostním poměrem 70/30.

Kromě toho, v souladu s dalším aspektem předloženého vynálezu, bylo přihlašovatelem zjištěno, že je možné polymemí materiál, který se podrobuje zpracovávání expandováním, zejména v případě použití olefinových polymerů, a přesně řečeno polyethylenu nebo polypropylenu, mechanicky směšovat s předem stanoveným množstvím kaučuku v práškové formě, například vulkanizovaným přírodním kaučukem.

Uvedené práškové kaučuky jsou charakteristicky vytvořené z částic, jejichž velikost se pohybuje v rozmezí 10 až 1000 pm, a s výhodou v rozmezí 300 až 600 pm. S prospěchem může být jako vulkanizovaný kaučuk použitý odpadový kaučuk získaný z výroby pneumatik. Procentuální množství kaučuku v práškové formě, obsažené ve směsi a vztažené na obsah polymemího materiálu zpracovávaného expandováním, se může pohybovat v rozmezí od 10 % do 60 % hmotnostních, a s výhodou v rozmezí od 30 % do 50 % hmotnostních.

Polymemí materiál, určený ke zpracovávání expandováním, který je použitý buď bez dalšího zpracovávání, nebo který je použitý jako základní expandovatelná složka ve směsi s práškovým kaučukem, bude vykazovat takovou tuhost, která bude, jakmile dojde k jeho zpracování expandováním, zajišťovat dosažení určité, předem stanovené hodnoty odolnosti proti působení rázů nezbytné z důvodu ochrany vnitřní struktury kabelu (neboli, jinak řečeno, shora zmiňované izolační vrstvy a vrstev z polovodivého materiálu, které mohou být v této struktuře přítomné) proti možnému poškození, ke kterému by mohlo docházet následkem případně nahodile se vyskytujícího nebo nepředvídatelného působení rázů. Zejména pak bude tento materiál vykazovat dostatečně vysokou kapacitu pro pohlcování rázové energie tak, aby k přenášení této rázové energie na vespod uspořádanou izolační vrstvu docházelo pouze v takovém rozsahu, který zaručuje, že nebude docházet k ovlivňování nebo modifikaci izolačních vlastností vespod uspořádaných povlakových vrstev mimo předem stanovenou hodnotu. Důvodem pro toto opatření je, jak bude podrobně objasněno a doloženo v následujícím popisu, zjištění přihlašovatele týkající se toho, že u kabelu podrobeného působení rázů byly naměřeny rozdíly mezi průměrnou hodnotou adhezní pevnosti v odtrhování a hodnotou adhezní pevnosti v odtrhování, měřenou v místě působení rázu a týkající se odtrhování vespod uspořádaných izolačních povlakových vrstev; přičemž uvedená adhezní pevnost při odtrhování může být s výhodou měřená mezi izolační vrstvou a vnější vrstvou z polovodivého materiálu. Naměřený rozdíl uvedené adhezní pevnosti při odtrhování je proporcionálně tím větší, čím větší je síla přenášená na vespod uspořádané povlakové vrstvy; v případě, kdy se adhezní pevnost při odtrhování měří mezi izolační vrstvou a vnější vrstvou z polovodivého materiálu, bylo na základě vyhodnocení zjištěno, že povlaková vrstva expandovaného polymemího materiálu poskytuje zajištění dostatečné ochrany vespod uspořádaných vrstev tehdy, kdy je rozdíl mezi adhezní pevností při odtrhování v místě působení rázu a její průměrnou hodnotou menší než 25 %.

Přihlašovatelem bylo dále zjištěno, že pro uvedený účel je obzvláště vhodný a využitelný polymemí materiál zvolený ze shora zmiňované skupiny polymemích materiálů, přičemž takový materiál, před jeho zpracováváním expandováním, vykazuje modul pružnosti v ohybu při teplotě okolní místnosti, měřený na základě Technické normy ASTM D790, větší než 200 MPa, a s výhodou alespoň 400 MPa. Z dalšího hlediska, týkajícího se příliš velké tuhosti expandovaného

-9CZ 293006 B6 polymemího materiálu, která může být ve svém důsledku příčinou obtížné manipulace s konečně dohotoveným produktem, se upřednostňuje použití takového polymemího materiálu, který vykazuje modul pružnosti v ohybu při teplotě okolní místnosti menší než 2000 MPa. Polymemími materiály, které jsou pro tento účel obzvlášť vhodné a použitelné, jsou takové polymemí materiály, které před jejich zpracováním expandováním vykazují modul pružnosti v ohybu při teplotě okolní místnosti pohybující v rozmezí od 400 do 1800 MPa, přičemž obzvlášť pro uvedený účel upřednostňovaným polymemím materiálem je polymemí materiál vykazující modul pružnosti v ohybu při teplotě okolní místnosti v rozmezí od 600 do 1500 MPa.

Uvedené hodnoty modulů pružnosti v ohybu mohou představovat charakteristické hodnoty specifického materiálu nebo mohou být výsledkem směšování dvou nebo více materiálů s odlišnými moduly pružnosti v ohybu, které jsou smíšené v takovém poměru, který ve svém důsledku zaručí dosažení požadované hodnoty tuhosti konečného materiálu. Například tuhost polypropylenu (PP), který vykazuje modul pružnosti v ohybu větší než 1500 MPa, může být odpovídajícím způsobem snížena prostřednictvím jeho vhodně zvolené modifikace vhodným a přesně stanoveným množstvím ethylen-propylenového kaučuku (EPR), vykazujícího modul pružnosti v ohybu asi 100 MPa.

Příklady komerčně dostupných polymemích směsí nebo sloučenin tohoto typu jsou:

polyethylen s nízkou hustotou: obchodní označení Riblene FL 30 (výrobce Enichem);

polyethylen s vysokou hustotou: obchodní označení DGDK 3364 (výrobce Union Carbide);

polypropylen: obchodní označení PF 814 (výrobce Montell); a polypropylen modifikovaný ethylen-propylenovým kaučukem: obchodní označení Moplen EPS 30R, 33R a 8IR (výrobce Montell); Fina-Pro 5660G, 4660G, 2660G a 3660S (výrobce FinaPro).

Stupeň expandování polymemího materiálu a tloušťka povlakové vrstvy musí být takové, aby byly, v kombinaci s vnějším polymemím pláštěm, schopné zaručit odpovídající odolnost proti charakteristickému působení rázů, vyskytujícího se během manipulace, pokládání a instalace kabelu.

Jak již bylo zmiňováno shora, uvedený „stupeň expandování polymemího materiálu“ se stanovuje na základě následujícího vztahu:

G (stupeň expandování) » (do/d* - 1) © 100;

kde:

d₀ představuje hustotu expandováním nezpracovaného polymemího materiálu, a d_e představuje relativní hustotu polymemího materiálu, měřenou v expandovaném stavu.

Přihlašovatelem bylo dále zjištěno, že v případě, kdy to udržování požadovaných charakteristických vlastností týkajících se odolnosti proti působení rázů výslovně dovolí, je, pro stejnou tloušťku expandované vrstvy, výhodné, jestliže se použije polymemí materiál vykazující vysoký stupeň expandování a to zejména proto, že prostřednictvím tohoto opatření je možné omezit nezbytně nutné množství pro uvedený účel použitého polymemího materiálu, se zřetelnými výhodami z hlediska jak ekonomických nákladů, tak z hlediska celkově redukované hmotnosti konečně dohotoveného produktu.

-10CZ 293006 B6

Stupeň expandování je proměnlivý v širokém rozsahu a to jednak jako funkční závislosti na použitém specifickém polymemím materiálu, a současně jako funkční závislosti na zamýšlené tloušťce vytvářené povlakové vrstvy; obvykle se stupeň expandování může pohybovat v rozmezí od 20 % až do 3000 %, s výhodou v rozmezí od 30 % do 500 %, přičemž obzvlášť upřednostňovaným stupněm expandování je stupeň expandování pohybující se v rozmezí od 50 % do 200 %. Expandovaný polymemí materiál vykazuje strukturu s uzavřenými póry.

Přihlašovatelem bylo dále zjištěno, že při překročení určitého, předem stanoveného stupně expandování se únosnost polymemí povlakové vrstvy pro danou rázovou pevnost snižuje. Zejména bylo zjištěno, že možnost dosahování vysokých stupňů expandování polymemího materiálu za udržování vysoce účinné odolnosti proti působení rázů může být nezbytně uvedeno do vzájemného souladu s hodnotou modulu pružnosti v ohybu polymemího materiálu, určeného k expandování. Důvodem pro toto opatření bylo zjištění přihlašovatele, že se zvyšováním stupně expandování polymemího materiálu dochází ke snižování modulu pružnosti v ohybu tohoto materiálu, a to v podstatě přibližně podle následujícího vztahu:

E2/E1 ^β (Ρϊ/Ρι)²/ kde:

E₂ představuje modul pružnosti v ohybu polymemího materiálu, měřený při vyšším stupni expandování;

Ei představuje modul pružnosti v ohybu polymemího materiálu, měřený při nižším stupni expandování;

p₂ představuje relativní hustotu polymemího materiálu, měřenou při vyšším stupni expandování; a

Pi představuje relativní hustotu polymemího materiálu, měřenou při nižším stupni expandování.

Zde je pro účely ilustrace třeba konstatovat, že pro polymemí materiál s modulem pružnosti v ohybu o hodnotě asi 1000 MPa má změna stupně expandování v rozmezí od 25 % do 100 % za následek snížení hodnoty modulu pružnosti v ohybu tohoto materiálu přibližně na polovinu. Polymemí materiály, vykazující vysoký modul pružnosti v ohybu, mohou být z uvedeného důvodu expandované na vyšší stupeň než polymemí materiály, které vykazují nízké hodnoty modulu pružnosti v ohybu, aniž by toto opatření vedlo k jakémukoliv nepříznivému ovlivňování způsobilosti povlakové vrstvy odolávat a snášet působení rázového zatěžování.

Další proměnná, která ovlivňuje rázovou pevnost, respektive odolnost proti působení rázů kabelu, je tloušťka povlakové vrstvy expandovaného polymemího materiálu, přičemž minimální tloušťka, která je ještě způsobilá zaručit nezbytnou požadovanou rázovou pevnost, jejíž dosažení se předpokládá v souladu s použitím takové povlakové vrstvy, bude závislá zejména na stupni expandování polymemího materiálu a na modulu pružnosti v ohybu tohoto materiálu. Stručně řečeno, přihlašovatelem bylo zjištěno, že pro jeden a týž polymemí materiál a pro jeden a týž stupeň expandování tohoto materiálu je možné prostřednictvím zvyšováni tloušťky expandované povlakové docílit vyšší hodnoty rázové pevnosti. Avšak z důvodu žádoucího používání omezeného, minimálně možného množství povlakového polymemího materiálu, a z toho vyplývajícího jednak snižování pořizovacích nákladů, a jednak redukování rozměrové velikosti konečně dohotoveného produktu, musí být tloušťkou expandovaného materiálu minimální možná tloušťka, která je nezbytná pro zajištění požadované rázové pevnosti. Zejména v případě kabelů typu určeného pro přenos středního napětí bylo zjištěno, že tloušťka expandované povlakové vrstvy o hodnotě asi 2 mm je obvykle schopná zaručit dostatečnou odolnost proti působení běžně se

-11 CZ 293006 B6 vyskytujících rázů, kterým je kabel tohoto typu během své funkční instalace vystavený. Tloušťka expandované povlakové vrstvy může s výhodou vykazovat hodnotu větší než 0,5 mm, zejména hodnotu pohybující se v rozmezí od asi 1 mm do asi 6 mm, přičemž obzvlášť upřednostňovaná hodnota tloušťky se pohybuje v rozmezí od 2 mm do 4 mm.

Přihlašovatelem bylo dále zjištěno, že je možné dostatečně přibližně přesně charakterizovat a definovat vzájemnou souvislost mezi tloušťkou povlakové vrstvy a stupněm expandování polymemího materiálu pro materiály s různými hodnotami modulu pružnosti v ohybu tak, že tloušťka povlakové vrstvy expandovaného polymemího materiálu je vhodně rozměrově dimenzovaná jako funkce stupně expandování a modulu pružnosti v ohybu polymemího materiálu, a to zejména tloušťky povlakové vrstvy expandovaného polymemího materiálu pohybující se v rozmezí 2 až 4 mm. Takovou vzájemnou souvislost, respektive funkční závislost je možné vyjádřit pomocí následujícího vztahu:

V o de £ N;

kde:

V představuje objem expandovaného polymemího materiálu na metr délky kabelu (m³/m), přičemž se tento objem týká objemu tenké kruhové vrstvy, přesně vymezeného prostřednictvím minimální tloušťky povlakové vrstvy expandovaného polymemího materiálu, korespondujícího s tenkou kruhovou vrstvou 10a z obr. 2, znázorňujícího strukturní uspořádání kabelu vícežilového typu, nebo polymemí povlakové vrstvy 10 z obr. 3, na kterém je znázorněný kabel jednožilového typu;

d_e představuje relativní hustotu polymemího materiálu, měřenou v expandovaném stavu (kg/m³); a

N představuje výsledek součinu dvou shora zmiňovaných hodnot, který musí být větší než nebo rovný hodnotě:

0,03 pro materiály s modulem pružnosti v ohybu > 1000 MPa;

0,04 pro materiály s modulem pružnosti v ohybu v rozmezí 800 až 1000 MPa;

0,05 pro materiály s modulem pružnosti v ohybu v rozmezí 400 až 800 MPa; a

0,06 pro materiály s modulem pružnosti v ohybu v rozmezí < 400 MPa.

Parametr V je závislý na tloušťce (S) povlakové vrstvy expandované povlakové vrstvy podle následujícího vztahu:

V - π o (2Ri o S + S²) ;

kde:

Ri představuje vnitřní poloměr tenké kruhové vrstvy 10a.

Parametr d_e je funkcí stupně expandování polymemího materiálu podle jež dříve shora zmiňovaného vztahu:

G - (do/de - 1) o 100;

- 12CZ 293006 B6

Na základě shora zmiňovaných vztahů pro povlakovou vrstvu expandovaného polymemího materiálu o tloušťce asi 2 mm, umístěnou na kruhovém průřezu kabelu o průměru asi 22 mm, pro různé polymemí materiály vykazující při teplotě okolní místnosti odlišné moduly pružnosti v ohybu (Mf), bylo zjištěno, že tato povlaková vrstva vykazuje minimální relativní hustotu o hodnotě asi:

0,40 g/m³ pro LDPE (Mf je asi 200 MPa);

0,33 g/m³ pro směs PP/EPR v poměru 70/30 (Mf je asi 800 MPa);

0,26 g/m³ pro HDPE (Mf je asi 1000 MPa); a

0,20 g/m³ pro PP (Mf je asi 1500 MPa).

Uvedené hodnoty relativní hustoty expandovaného polymemího materiálu odpovídají maximálnímu stupni expandování:

130 % pro LDPE (d₀ = 0,923 g/m³);

180 % pro směs PP/EPR (d₀ = 0,890 g/m³);

260 % pro HDPE (d₀ = 0,945 g/m³); a

350 % pro PP (d₀ = 0,900 g/m³).

Podobným způsobem byly pro povlakovou vrstvu expandovaného polymemího materiálu o tloušťce asi 3 mm, nanesenou na žilové jádro kabelu identických rozměrů, zjištěny následující hodnoty minimální relativní hustoty:

0,25 g/m³ pro LDPE;

0,21 g/m³ pro směs PP/EPR;

0,26 g/m³ pro HDPE; a

0,20 g/m³ pro PP;

odpovídající maximálnímu stupni expandování:

270 % pro LDPE;

320 % pro směs PP/EPR;

460 % pro HDPE; a

600 % pro PP.

Shora uvedené výsledky naznačují, že za účelem co nej lepšího, respektive optimálního využití charakteristických pevnostních charakteristik povlakové vrstvy expandovaného polymemího materiálu předem stanovené tloušťky z hlediska rázové pevnosti, musí být brány do úvahy jak mechanické pevnostní charakteristiky materiálu (zejména modul pružnosti v ohybu), tak i stupeň expandování tohoto materiálu. Je však třeba poznamenat, že hodnoty stanovené na základě shora uvedených vztahů nejsou v žádném případě zamýšlené jako skutečnosti omezující rozsah předloženého vynálezu. Zejména maximální stupeň expandování polymemích materiálů, jejichž moduly pružnosti v ohybu se pohybují v těsné blízkosti horních hranic intervalů definovaných pro varianty parametru N (neboli řečené hodnoty 400, 800 a 1000 MPa), může být ve skutečnosti dokonce i větší než jeho hodnoty, vypočítané na základě shora uvedených vztahů, přičemž, za tohoto stavu, bude vrstva vytvořená ze směsi polypropylenu a ethylen/propylenového kaučuku PP/EPR o tloušťce asi 2 mm (s hodnotou Mf asi 800 MPa) stále ještě způsobilá zaručit požadovanou odolnost proti působení rázů i pro stupeň expandování asi 200 %.

Expandování polymemího materiálu se obvykle provádí během fáze jeho zpracovávání protlačováním, přičemž uvedené zpracovávání protlačováním se může uskutečňovat buď chemicky,

- 13CZ 293006 B6 prostřednictvím přidávání k polymemímu materiálu vhodného „expandovacího neboli nadouvacího prostředku“, kterým je, stručně řečeno, takový prostředek, který je schopný za předem přesně stanovených teplotních a tlakových podmínek způsobovat vyvíjení plynu, nebo fyzikální cestou, prostřednictvím přímého vstřikování plynu za vysokého tlaku do protlačovacího válce.

Příklady vhodných a pro uvedené účely použitelných „nadouvacích prostředků“ zahrnují azodikarboxamid nebo směsi organických kyselin (například kyseliny citrónové) s uhličitany a/nebo hydrouhličitany (například uhličitanem sodným).

Příklady plynů, použitelných pro vstřikování do protlačovacího válce za vysokého tlaku, zahrnují dusík, oxid uhličitý, vzduch a uhlovodíky s nízkou teplotou varu, například takové jako je propan a butan.

Jako vnější ochranný plášť, který překrývá povlakovou vrstvu expandovaného polymemího materiálu, může být bez obtíží použité opláštění standardního typu. Materiály používané pro vytvoření takového vnějšího ochranného pláště zahrnují polyethylen (PE), zejména polyethylen se střední hustotou (MDPE) a polyethylen s vysokou hustotou (HDPE), polyvinylchlorid (PVC), směsi elastomeru a podobně. Výhodně se pro tento účel používají polyethylen se střední hustotou (MDPE) a polyvinylchlorid (PVC). Polymemí materiál, ze kterého je vytvořený vnější ochranný plášť, vykazuje charakteristicky modul pružnosti v ohybu pohybující se v rozmezí od asi 400 MPa do asi 1200 MPa, a s výhodou v rozmezí od asi 600 MPa do asi 1000 MPa.

Přihlašovatelem bylo dále zjištěno, že přítomnost vnějšího ochranného pláště ve struktuře opláštění kabelu, v kombinaci s charakteristickými vlastnostmi povlakové vrstvy expandovaného polymemího materiálu jako takovými podporuje zajištění požadovaných pevnostních charakteristik povlakové vrstvy z hlediska odolnosti proti působení rázů. Přihlašovatelem bylo zejména zjištěno, že podpora celkové odolnosti proti působení rázů prostřednictvím vnějšího ochranného pláště pro jednu a tutéž tloušťku povlakové vrstvy expandovaného polymemího materiálu se zvyšuje se zvyšováním stupně expandování polymemího materiálu, ze kterého je tato expandovaná povlaková vrstva vytvořená. Tloušťka tohoto vnějšího ochranného pláště je s výhodou větší než 0,5 mm, zejména v rozmezí od 1 do 5 mm, a přednostně v rozmezí od 2 do 4 mm.

Konstrukce silového rozvodného kabelu s odolností proti působení rázů podle předloženého vynálezu bude dále popsaná s odvoláním na schematické znázornění kabelu uvedené na obr. 2 připojené výkresové dokumentace, jehož oblasti hvězdicového průřezu, nacházející se mezi jednotlivými navzájem spřaženými žílami kabelu, opatřovaného povlakovou vrstvou, jsou vyplněné polymemím materiálem, nikoliv však přímo expandovaným polymemím materiálem, ale obvykle používaným výplňovým materiálem; povlaková vrstva 10 expandovaného polymemího materiálu se pak vytváří protlačováním polymemího materiálu na částečně dohotovený kabel za vytvoření tenké kruhové vrstvy 10a kolem uvedeného částečně dohotoveného kabelu a tato povlaková vrstva se následně povléká vnějším ochranným polymemím pláštěm 6. Příprava jednotlivých žil kabelu, tvořených, stručně řečeno, strukturní sestavou obsahující vodič 1, vnitřní vrstvu 2 z polovodivého materiálu, izolační vrstvu 3, vnější vrstvu 4 z polovodivého materiálu a kovové stínění 5, se provádí způsobem známým ze stavu techniky, například prostřednictvím technologie zpracovávání protlačováním. Uvedené žíly kabelu jsou pak navzájem spřažené do jednoho celku a takto vytvořené prostory hvězdicového průřezu se vyplní obvykle používaným výplňovým materiálem (například směsí elastomerů, polypropylenovým vláknitým materiálem a podobně), charakteristicky za použití technologie nanášení výplňového materiálu na povrch navzájem do jednoho celku spřažených žil kabelu protlačováním až do vytvoření částečně dohotoveného kabelu s kruhovým průřezem. Poté se na povrch vrstvy výplňového materiálu prostřednictvím nanášení protlačováním aplikuje povlaková vrstva 10 expandovaného polymerního materiálu. Průměr průvlaku protlačovací hlavy bude z důvodu umožnění expandování polymemího materiálu na výstupu z protlačovacího lisu s výhodou vykazovat o něco menší než konečný průměr kabelu opatřeného povlakovou vrstvou expandovaného polymemího materiálu.

-14CZ 293006 B6

Přihlašovatelem bylo dále zjištěno, že při identických podmínkách protlačování (takových jako jsou rychlost otáčení šnekového vřetena, postupová rychlost protlačování, průměr průvlaku protlačovací hlavy a podobně) je jednou z proměnných teplota protlačování, která vykazuje značně velký vliv na stupeň expandování. Povšechně řečeno, při teplotách protlačování nižší než 160 °C je velmi obtížné dosáhnout dostatečný stupeň expandování polymemího materiálu, přičemž je, vzhledem k uvedenému, teplota protlačování s výhodou alespoň 180 °C, a zejména asi 200 °C. Zvyšování teploty protlačování obvykle odpovídá vyššímu stupni expandování.

Mimoto je stupeň expandování polymemího materiálu možné regulovat, v určitém rozsahu, prostřednictvím ovlivňování intenzity ochlazování vzhledem ktomu, že vhodným snižováním nebo zvyšováním intenzity ochlazování polymemího materiálu, ze kterého se vytváří příslušná povlaková vrstva expandovaného polymemího materiálu, na výstupu z průvlaku protlačovacího lisuje možné zvyšovat nebo snižovat stupeň expandování tohoto polymemího materiálu.

Jak již bylo zmiňováno shora, bylo přihlašovatelem zjištěno, že je možné kvantitativně determinovat účinky působení rázů na opláštění kabelu prostřednictvím měření adhezní pevnosti při odtrhování povlakových vrstev opláštění kabelu, při kterém byly mezi průměrnou hodnotou adhezní pevnosti při odtrhování a hodnotou adhezní pevnosti při odtrhování, měřenou v místě působení rázu, zjištěny rozdíly. Zejména pro silové rozvodné kabely, určené pro vedení středního napětí a vykazující konstrukční strukturu obsahující vnitřní vrstvu z polovodivého materiálu, izolační vrstvu a vnější vrstvu z polovodivého materiálu, může být adhezní pevnost při odtrhování (a, pochopitelně, její vzájemné rozdíly) s prospěchem měřená mezi vnější vrstvou z polovodivého materiálu a izolační vrstvou.

Přihlašovatelem bylo dále zjištěno, že účinky zejména kombinovaného působení několika rázů současně, kterému může být příslušný kabel, zejména silový kabel s kovovým armováním pro vedení středního napětí, vystavený, je možné zjišťovat za použití zkoušky rázové houževnatosti, prováděné na základě francouzské Technické normy HN 33-S-52, týkající se pancířem armovaného silového rozvodného kabelu pro vedení vysokého napětí, a podle které se na tento kabel působí rázovou energií o velikosti asi 72 joulů (J).

Rovněž tak adhezní pevnost při odtrhování příslušné povlakové vrstvy může být zjišťovaná za použití skutečností uváděných ve shora zmiňované francouzské Technické normě HN 33-S-52, na jejímž základě se měří síla, která se musí nezbytně aplikovat aby došlo k oddělení vnější vrstvy z polovodivého materiálu od izolační vrstvy. Přihlašovatelem bylo v tomto případě zjištěno, že prostřednictvím nepřetržitého měření této síly v příslušných místech, ve kterých se uskutečňuje působení rázů, se měří špičkové hodnoty uvedené síly, které indikují změny kohezní síly mezi dvěma uvedenými vrstvami. Bylo zjištěno, že tyto změny jsou zpravidla spojené se snížením izolační únosnosti ochranného opláštění. Uvedené změny budou proporcionálně tím větší, čím menší odolnost proti působení rázů vykazuje vnější ochranné opláštění kabelu (které v případě tohoto provedení podle předloženého vynálezu sestává z povlakové vrstvy expandovaného polymemího materiálu a vnějšího ochranného pláště). Velikost změn této síly, měřené v místě působení rázu, ve srovnání s její průměrnou hodnotou, měřenou po celé délce kabelu, takto představuje indikaci stupně ochrany proti působení rázů dosahované prostřednictvím ochranného opláštění. Obecně řečeno, změny adhezní pevnosti při odtrhování o velikosti až do 20 až 25 % ve srovnání s průměrnými hodnotami této síly se budou pro uvedené účely považovat za přijatelné.

Charakteristické parametry povlakové vrstvy expandovaného polymemího materiálu (tj. použitý materiál, stupeň expandování, tloušťka), která může být s prospěchem, společně s vhodným vnějším ochranným polymemím pláštěm, použitá v konstrukční struktuře kabelu, mohou být odpovídajícím způsobem volené v závislosti na požadovaném stupni odolnosti proti působení rázů, kterou je nutné zajistit pro odpovídající ochranu vespod uspořádané kabelové struktury, a kromě toho rovněž v závislosti na charakteristických vlastnostech specifického materiálu

-15CZ 293006 B6 použitého pro vytvoření izolační vrstvy a/nebo polovodivé vrstvy, například tvrdost tohoto materiálu, jeho hustota a podobně.

Jak může být ze shora uvedeného podrobného popisu seznatelné, je silový rozvodný kabel podle předloženého vynálezu obzvláště vhodný pro nahrazování standardně používaných kovem armovaných silových rozvodných kabelů zejména z důvodu výhodných vlastností povlakové vrstvy expandovaného polymemího materiálu ve srovnání s kovovým armováním kabelu. Použití kabelu podle předloženého vynálezu však není omezené pouze na tuto specifickou aplikaci. Ve skutečnosti může být popisovaný silový rozvodný kabel s prospěchem použitý ve všech takových aplikacích, ve kterých se požaduje použití kabelů vykazujících zvýšené pevnostní charakteristiky z hlediska odolnosti proti působení rázů. Silovým rozvodným kabelem odolným proti působení rázů podle předloženého vynálezu mohou být nahrazovány zejména dosud standardně používané silové rozvodné kabely neobsahující žádné kovové armování ve všech takových aplikacích, ve kterých by bylo mnohem výhodnější používat kovem armované silové rozvodné kabely, ale jejichž použití v těchto aplikacích je nemožné v důsledku nevýhody spočívající v jejich kovovém armování.

V následujícím popisuje uvedeno několik příkladných provedení předloženého vynálezu, popisujících a objasňujících jeho podstatu v podrobnějších detailech.

Příklad 1

Příprava kabelu opatřeného expandovanou povlakovou vrstvou

Pro účely vyhodnocování rázové pevnosti povlakové vrstvy expandovaného polymemího materiálu podle předloženého vynálezu byly, prostřednictvím protlačování několika různých polymerních materiálů s různým stupněm expandování nanášeny povlakové vrstvy o různých tloušťkách, a to vrstva polovodivého materiálu o tloušťce 0,5 mm, izolační vrstva vytvořená ze směsi na bázi ethylen-propylenového kaučuku (EPR) o tloušťce 3 mm, a další vrstva „snadno odtržitelného“ polovodivého materiálu o tloušťce 0,5 mm na bázi ethylenvinylacetátového (EVA) kopolymeru s přídavkem sazí na žílu kabelu, sestávající z několika drátových vodičů a vykazující průměr asi 14 mm, za vytvoření žilového jádra kabelu o celkovém průměru asi 22 mm, připraveny různé, navzájem odlišné zkušební vzorky částečně dohotoveného kabelu.

Jako polymemí materiály pro vytvoření expandované povlakové vrstvy byly použity polyethylen s nízkou hustotou (LDPE), polyethylen s vysokou hustotou (HDPE), polypropylen (PP), polypropylen (PP) modifikovaný ethylen-propylenovým kaučukem (EPR) v hmotnostním poměru PP/EPR 70/30, a směs polyethylenu s nízkou hustotou (LDPE) a vulkanizovaného přírodního kaučuku, rozmělněného na jemný prášek s velikostí částic v rozmezí 300 až 600 pm v hmotnostním poměru LDPE/kaučuk 70/30 (neboli PE/práškový kaučuk); uvedené materiály jsou pro účely následujícího popisu, v uvedeném pořadí, označené písmeny A až E a jejich některé charakteristické parametry jsou uvedené v následující tabulce la:

-16CZ 293006 B6

Tabulka la

	Použitý materiál	Obchodní označení; výrobce	Modul pružnosti (MPa)
A	PE s nizkou hustotou (LDPE)	Riblene FL 30; Enichem	260
B	PE s vysokou hustotou (HDPE)	DGDK 3364; Union Carbide	1000
C	Polypropylen (PP)	PF 814; Montell	1600
D	Směs PP/EPR	FINA—PRO 3660S; Finna-Pro	1250
E	PE/práškový kaučuk	Riblene FL 30; Enichem

Expandování uvedených polymemích materiálů bylo uskutečňováno chemickou cestou za alternativního použití dvou navzájem odlišných nadouvacích prostředků (označených jako CE), jejichž identifikace je uvedená v následující tabulce lb:

Tabulka lb

	Nadouvací prostředek	Obchodní označeni; výrobce
CE1	Azodikarboamid	Sarmapor PO; Sarma
CE2	Karboxylová kyselina s hydrouhličitanem	Hydrocerol CF 70; Boehringer Ingelheim

Polymemí materiály pro expandování a nadouvací prostředky byly (v poměrech ilustrativně naznačených v následně uvedené tabulce 2) zavedeny do válce šnekového jednovřetenového protlačovacího lisu o rozměrech: délka 80 mm - průměr 25 mm (výrobce Bandera); přičemž tento šnekový protlačovací lis sestává z protlačovací hlavy a válce, a je opatřený dopravním šnekovým vřetenem, jehož závit vykazuje v koncové zóně válce hloubku 9,6 mm. Protlačovací soustava lisu sestává z vnitřního průvlaku, uzpůsobeného pro zajištění hladkého a plynulého průchodu žíly kabelu, která se má povlékat (který zpravidla vykazuje průměr o asi 0,5 mm větší než je průměr povlékání podrobované žíly kabelu), z vnějšího průvlaku, jehož průměr se volí tak, aby byl co do velikosti o asi 2 mm menší než průměr kabelu povlékaného povlakovou vrstvou expandovaného polymemího materiálu; při tomto uspořádání protlačovacího lisu protlačováním zpracovávaný materiál expanduje nikoliv ve vnitřním prostoru protlačovací hlavy nebo ve vnitřním prostoru válce protlačovacího lisu, ale na výstupu protlačovací hlavy. Rychlost průchodu povlékání podrobované žíly kabelu (neboli postupové rychlosti protlačování) se nastavuje jako

-17CZ 293006 B6 funkce požadované tloušťky expandovaného materiálu (viz tabulka 2). Ve vzdálenosti asi

500 mm od protlačovací hlavy je, z důvodu ukončení průběhu expandování a ochlazování expandovaného materiálu na teplotu okolního prostředí, uspořádaná chladicí soustava (obsahující studenou vodu). Takto vytvořený kabel se následně navíjí na bubnovou cívku.

Složení zpracovávaného polymemího materiálu a použitého nadouvacího prostředku, a podmínky protlačování (rychlost, teplota) se mění podle požadavku a jsou uvedené v následující tabulce 2:

Tabulka 2

Materiálová směs pro expandování a podmínky zpracovávání protlačováním

Kabel Vzorek č.:	Polymer + druh a obsah nadouvacího prostředku	Rychlost proti.lisu (ot/min)	(1) Teplota proti.lisu CC)	Postupová rychlost protlač. (m/min)
1	A + 2 % CE1	6,4	165	3
2	A + 2 % CE1	11,8	190-180	2
3	A + 2 % CE1	5,5	190-180	2
4	A + 2 % CE1	6,8	190-180	2
5	A + 2 % CE1	6,4	165	1,5
6	A + 0,8 % CE2	5,7	225-200	2
7	C + 0,8 % CE2	3,7	200	2
8	C + 0,8 % CE2	6,3	200	2
9	E + 0,8 % CE2	4,9	225-200	1,8
10	B + 1,2 % CE2	8,2	225-200	2
11	D + 0,8 % CE2	8	225-200	2

(’) Teplota protlačovacího lisu se týká teploty válce a teploty protlačovací hlavy. V případě, kdy je v tabulce 2 uvedena pouze jediná hodnota, jsou tyto teploty identické. V počáteční zóně válce protlačovacího lisuje teplota asi 150 °C.

U kabelu podle vzorku č. 1 expandování polymemího materiálu neproběhlo a to pravděpodobně vzhledem ktomu, že teplota protlačovacího lisu byla příliš nízká (165 °C), a podobně, ze stejných důvodů, u kabelu podle vzorku č. 5 proběhlo expandování pouze v omezeném rozsahu (pouze 5 %).

Kabel opatřený povlakovou vrstvou expandovaného polymemího materiálu byl následně povlečený obvykle používaným vnějším ochranným pláštěm vytvořeným z polyethylenu se střední hustotou MDPE (obchodní označení CE 90, výrobce Materie Plastische Bresciane) různé tloušťky (viz tabulka 3) za použití běžně známých a standardně používaných technologických postupů protlačování, za vytvoření příslušných vzorků kabelu, vykazujících shora definované a přesně vymezené charakteristické parametry, které jsou uvedené v následující tabulce 3,

-18CZ 293006 B6 přičemž kabel podle vzorku č. 1, u kterého nebyl polymemí materiál podrobený zpracování expandováním, je pro tento případ brán jako srovnávací vzorek povlakové vrstvy neexpandovaného polymemího materiálu. Tabulka 3 kromě toho dále poskytuje, pro účely porovnávání, charakteristické parametry kabelu opatřeného pouze vnějším ochranným pláštěm, který neobsahuje žádný výplňový materiál (viz kabel podle vzorku č. 0).

Tabulka 3

Charakteristické parametry povlakové vrstvy

Kabel	Stupeň expandováni	Tloušťka	Tloušťka
	výplňového materiálu	výplňového	vnějšího
vz.č.:	(%)	mat.(mm)	pláště (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
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

Podobným způsobem jako právě popsaný shora způsob bylo připraveno dalších 6 vzorků za použití povlakové vrstvy expandovaného polymemího materiálu, vykazující modul pružnosti v ohybu asi 600 MPa, a sestávající z polypropylenu (PP) modifikovaného ethylen-propylenovým kaučukem (ÉPR) v množství asi 30 % hmotnostních, jejichž charakteristické parametry jsou uvedené v tabulce 4 (tyto vzorky jsou v tabulce 4 označené jako vzorky 12 až 17); v tabulce 4 jsou kromě toho dále uvedeny dva srovnávací vzorky kabelů opatřených povlakovou vrstvou expandovaného polymemího materiálu, avšak bez vnějšího pláště (viz kabely podle vzorků č. 16a a 17a).

-19CZ 293006 B6

Tabulka 4

Charakteristické parametry povlakové vrstvy

Kabel	Stupeň expandováni	Tloušťka	Tloušťka
	výplňového materiálu	výplňového	vnějšího
vz.č.:	(%)	mat. (mm)	pláště (mm)
12	71	3	1,9
13	22	2	2
14	167	3	1,8
15	124	2	2
16	56	2	2
16a	56	2	-
17	84	2	2
17a	84	2	—

Příklad 2

Zkušební testování rázové pevnosti, respektive odolnosti proti působení rázů

Pro účely měření, zjišťování a vyhodnocování rázové pevnosti kabelů připravených podle příkladu 1 byly u těchto kabelů provedeny zkušební testy rázové pevnosti s následným vyhodnocováním působením rázů způsobeného poškození. Výsledné účinky působení rázů byly vyhodno15 covány jednak prostřednictvím vizuální kontroly kabelu, a jednak prostřednictvím měření změny adhezní pevnosti při odtrhování vrstvy z polovodivého materiálu v místě působení rázu. Zkušební test rázové pevnosti byl prováděný na základě skutečnosti uvedených ve francouzské Technické normě HN 33-S-52, podle které se na kabel působí rázovou energií o velikosti asi 72 joulů (J), získanou prostřednictvím pádu závaží o hmotnosti 27 kg na kabel z výšky 27 cm. Pro účely 20 zkušebního testu podle předloženého vynálezu byla tato nárazová energie dosažena pádem závaží o hmotnosti 8 kg z výšky 97 cm. Rázové působení způsobující konec tohoto závaží je opatřený narážecí hlavou se zaoblenou hranou ve tvaru písmene V (poloměr zaoblení 1 mm). Vyhodnocování rázové pevnosti bylo pro účely předloženého vynálezu prováděno po ovlivnění kabelu působením jediného rázu. V případě vzorků č. 6 až 12 byl kabel při zkušebním testu podrobený 25 působení dvou nezávislých rázů s tím, že místo působení druhého rázu se nacházelo ve vzdálenosti 100 mm od místa působení prvního rázu.

Měření adhezní pevnosti při odtrhování bylo prováděnou rovněž v souladu se skutečnostmi uváděnými ve francouzské Technické normě HN 33-S-52, na jejímž základě se pro tento účel 30 provádí měření síly, kterou je nezbytně nutné aplikovat pro dosažení oddělení vnější vrstvy z polovodivého materiálu od izolační vrstvy. Prostřednictvím nepřetržitého měření této síly v příslušných místech kabelu, ve kterých se uskutečňuje působení rázů, se měří její špičkové hodnoty. Pro každý testovaný vzorek se v místě působení rázu měří „pozitivní“ špičkové hodnoty uvedené síly, odpovídající zvyšování této síly (vzhledem k jejím průměrným hodnotám), požado35 váné pro oddělování dvou vrstev opláštění kabelu od sebe, a „negativní“ špičkové hodnoty

-20CZ 293006 B6 (odpovídající snížené velikosti této síly vzhledem k uvedeným průměrným hodnotám). Rozdíl mezi maximální (F_max) a minimální (F_min) špičkovou hodnotou uvedené síly pak představuje maximální změnu adhezní pevnosti při odtrhování v místě působení rázu.

Změny adhezní pevnosti při odtrhování v místě působení rázu se za tohoto stavu vypočítává prostřednictvím určování poměru mezi shora zmiňovaným rozdílem (F_max - F_min) a průměrnou adhezní pevností při odtrhování pro měřený kabel <^F<>), vyjádřeného v procentech, podle následujícího vztahu:

Procentuální změna “ 100 o (F^x - Fain) / Fo;

Velikost změny uvedené síly, měřené v místě působení rázu, ve srovnání s průměrnou hodnotou této síly, měřenou po celé délce kabelu vzhledem k uvedenému, představuje indikaci stupně ochrany proti působení rázů, která bude zajištěna prostřednictvím opatření povlakové vrstvy 15 expandovaného polymemího materiálu. Obecně řečeno, změny odtrhovací síly až do velikosti 20 až 25 % jsou pro uvedené účely považovány za přijatelné. Příslušné hodnoty odchylek adhezní pevnosti při odtrhování pro kabely podle vzorků č. 0 až č. 17a jsou uvedené v tabulce 5:

-21 CZ 293006 B6

Tabulka 5

Procentuální odchylka adhezní pevnosti při odtrhování

Kabel Vz.č.:	První zkušební test	Druhý zkušební test
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
16a	30	55
17	15,5	13
17a	116	103

Jak může být seznatelné z tabulky 3, v případě vzorku č. 1 (u kterého nedošlo k expandování polymemího materiálu), je procentuální změna adhezní pevnosti při odtrhování extrémně vysoká; tato skutečnost vyjadřuje, že neexpandovaný polymemí materiál vykazuje rozhodně nižší kapacitu pro pohlcování rázového působení než vrstva vytvořená z téhož materiálu, která je zpracovaná expandováním (viz vzorek č. 3 s povlakovou vrstvou expandovanou v rozsahu 61 %). Vzorek č. 3 vykazuje změnu adhezní pevnosti při odtrhování, jejíž hodnota se nachází nepatrně nad 25 % mezní hodnoty; přičemž omezená odolnost proti působení rázů, dosažená v provedení podle tohoto vzorku, může být přisuzována, při porovnání s tloušťkami dalších vzorků o velikosti až 3 mm, především tloušťce, jejíž velikost je pouze 1 mm, povlakové vrstvy expandovaného polymemího materiálu.

Vzorek č. 5, opatřený povlakovou vrstvou expandovaného polymemího materiálu o tloušťce mm, vykazuje vysokou hodnotu adhezní pevnosti při odtrhování, která je přičítána nízkému stupni expandování polymemího materiálu (5 %), což ve svém důsledku vyjadřuje, že vytvoření

-22CZ 293006 B6 povlakové vrstvy expandovaného polymemího materiálu s nízkým stupněm expandování představuje zajištění omezené rázové pevnosti. Vzorek č. 4, přestože vykazuje tloušťku expandovaného polymemího materiálu menší než je tloušťka vzorku č. 5 (2,5 mm proti 3 mm), vykazuje nicméně dosažení vyšší rázové pevnosti, se změnou adhezní pevnosti při odtrhování 13 % ve srovnání s odchylkou 21 % u vzorku č. 5, což demonstruje skutečnost, že vyšší stupeň expandování ve svém důsledku poskytuje dosažení vyšší rázové pevnosti.

Z porovnání vzorku č. 13 se vzorkem č. 15 je seznatelné, jakým způsobem zvyšování stupně expandování polymemího materiálu (od 22 do 124 %) pro jednu a tutéž tloušťku povlakové vrstvy expandovaného materiálu a vnějšího ochranného pláště ovlivňuje zvyšování rázové pevnosti opláštění jako celku (procentuální změna adhezní pevnosti při odtrhování se pohybuje z hodnoty 16 až 17 % na hodnotu 10 %). Tato tendence je potvrzena porovnáním vzorku č. 16 se vzorkem č. 17. Naproti tomu z porovnání vzorků č. 16a a č. 17a (kabel bez vnějšího ochranného pláště) s příslušnými vzorky č. 16 a č. 17 může být seznatelné, jakým způsobem podporuje opatření kabelu vnějším ochranným pláštěm zvyšování odolnosti proti působení rázů v závislosti na zvyšování stupně expandování materiálu povlakové vrstvy.

Příklad 3

Srovnávací zkušební test rázové pevnosti kabelu podle vynálezu s kabelem s kovovým armováním

V tomto případě byly zkušebnímu testování podrobené kabel podle vzorku č. 10 spolu se standardně používaným kovem armovaným silovým rozvodným kabelem, přičemž na základě tohoto testování byla zjišťována rázová houževnatost, neboli účinnost odolnosti proti působení rázů jejich povlakového opláštění.

Armovaný kabel vykazuje stejně konstrukčně uspořádanou žílu jako kabel podle vzorku č. 10 (neboli vícedrátový vodič o průměru asi 14 mm povlečený vrstvou z polovodivého materiálu o tloušťce 0,5 mm, izolační vrstvou vytvořenou ze směsi na bázi ethylen-propylenového kaučuku (EPR) o tloušťce 3 mm, a další „snadno odtržitelnou“ vrstvou z polovodivého materiálu o tloušťce 0,5 mm na bázi ethylenvinylacetátového (EVA) kopolymerů s přídavkem sazí za vytvoření žíly kabelu o celkovém průměru asi 22 mm). Uvedená žíla kabelu je povlečena, ve směru od povrchu žíly k vnějšímu obvodu kabelu:

a) vrstvou výplňového materiálu na bázi kaučuku o tloušťce asi 0,6 mm;

b) pláštěm z polyvinylchloridu (PVC) o tloušťce asi 0,6 mm;

c) dvěma armovacími pásky z pancéřové oceli, z nichž každý vykazuje tloušťku asi 0,5 mm; a

d) vnějším ochranným pláštěm z polyethylenu se střední hustotou (MDPE) o tloušťce asi 2 mm.

Pro účely provádění srovnávacího zkušebního testu bylo použito zkušební dynamické zařízení typu s „padacím závažím“ (CEAST, model 6758). Byly provedeny dvě sady zkušebních testů za použití padacího závaží o hmotnosti 11 kg spouštěných z výšky 50 cm (první sada - nárazová energie asi 54 joulů) a z výšky 20 cm (druhá sada - nárazová energie asi 21 joulů); padací závaží je na pracovním konci opatřené polokulovou narážecí hlavou o sférickém poloměru asi 10 mm.

Výsledné deformace kabelů, zjištěné během zkušebního testování (pro padací výšky 50 cm a 20 cm) jsou znázorněné na obr. 4 a 5 připojené výkresové dokumentace, na kterých je kabel podle předloženého vynálezu označený písmenem a), zatímco standardně používaný kovem armovaný kabel je označený písmenem b).

-23CZ 293006 B6

Za účelem vyhodnocování poškození struktury kabelu, způsobené působením rázu, byla měřena velikost deformace žíly kabelu. Ve skutečnosti platí, že čím větší jsou deformace povlakové struktury vrstev polovodivého-izolačního-polovodivého materiálu, tím větší je pravděpodobnost, že tyto deformace budou způsobovat elektrické poruchy izolačních vlastností kabelu. Zjištěné a naměřené výsledky jsou uvedené v tabulce 6.

Tabulka 6

Procentuální redukce tloušťky polovodivé vrstvy po rázovém působení

	Standardní armovaný kabel	Kabel podle vynálezu Vz. č. 10
Zkouška rázové houževnatosti prováděná při padací výšce závaží 50 cm	41 %	26,5 %
Zkouška rázové houževnatosti prováděná při padací výšce závaží 20 cm	4,4 %	2,9 %

Z výsledků uvedených v tabulce 6 zcela zřetelně vyplývá, že kabel podle předloženého vynálezu vykazuje srovnatelnou a dokonce i podstatně lepší odolnost proti působení rázů než standardně používaný kovem armovaný kabel.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (30)

1. Kabel obsahující vnitřní konstrukci a povlakovou vrstvu obklopující vnitřní konstrukci, vyznačující se tím, že povlaková vrstva je vytvořena z expandovaného polymemího materiálu se stupněm expandování od asi 20 % do asi 3000 % a modulem pevnosti v ohybu při teplotě okolní místnosti před expanzí polymeru alespoň 200 MPa.

2. Kabel podle nároku 1, vyznačující se tím, že je tvořen silovým rozvodným kabelem obsahujícím vnitřní konstrukci tvořenou elektrickým vodičem a alespoň jednou vrstvou kompaktního izolačního opláštění, uspořádanou kolem vodiče.

3. Kabel podle nároku 1, vyznačující se tím, že modul pružnosti v ohybu polymerního materiálu je v rozmezí od 400 MPa do 1800 MPa.

4. Kabel podle nároku 1, vyznačující se tím, že modul pružnosti v ohybu polymerního materiálu je v rozmezí od 600 MPa do 1500 MPa.

-24CZ 293006 B6

5. Kabel podle nároku 1, vyznačující se tím, že stupeň expandování polymemího materiálu je v rozmezí od asi 30 % do asi 500 %.

6. Kabel podle nároku 1, vyznačující se tím, že stupeň expandování polymemího materiálu je v rozmezí od asi 50 % do asi 200 %.

7. Kabel podle kteréhokoli z předcházejících nároků laž6, vyznačující se tím, že povlaková vrstva expandovaného polymemího materiálu má tloušťku 0,5 mm.

8. Kabel podle kteréhokoli z předcházejících nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že povlaková vrstva expandovaného polymemího materiálu má tloušťku v rozmezí od 1 mm do 6 mm.

9. Kabel podle kteréhokoli z předcházejících nároků laž6, vyznačující se tím, že povlaková vrstva expandovaného polymemího materiálu má tloušťku v rozmezí od 2 mm do 4 mm.

10. Kabel podle nároku 1, vyznačující se tím, že expandovaný polymemí materiál je zvolený ze skupiny polymemích materiálů zahrnující polyethylen (PE), polyethylen s nízkou hustotou (LDPE), polyethylen se střední hustotou (MDPE), polyethylen s vysokou hustotou (HDPE) a lineární polyethylen s nízkou hustotou (LLDPE); polypropylen (PP); ethylenpropylenový kaučuk (EPR), ethyien-propylenový kopolymer (EPM), ethylen-propylen-dienový terpolymer (EPDM); přírodní kaučuk; butylkaučuk (polyizobuten); ethylen-vinylacetátový (EVA) kopolymer; polystyren; ethylen-akiylátový kopolymer, ethylen-methylakrylátový (EMA) kopolymer, ethylen-ethylakrylátový (EEA) kopolymer, ethylen-butylakrylátový (EBA) kopolymer; ethylen/a-olefmový kopolymer; akiylonitril-butadien-styrenové (ABS) pryskyřice; halogenované polymery, polyvinylchlorid (PVC); polyurethan (PUR); polyamidy; aromatické polyestery, polyethylentereftalát (PET) nebo polybutylentereftalát (PBT); a jejich kopolymery nebo mechanické směsi.

11. Kabel podle nároku 1, vyznačující se tím, že expandovaným polymemím materiálem je olefinový polymer nebo kopolymer na bázi polyethylenu (PE) a/nebo polypropylenu (PP).

12. Kabel podle nároku 1, vyznačující se tím, že expandovaným polymemím materiálem je olefinový polymer nebo kopolymer na bázi polyethylenu (PE) a/nebo polypropylenu (PP) modifikovaný ethylen-propylenovým kaučukem (EPR).

13. Kabel podle nároku 12, vyznačující se tím, že expandovaným polymemím materiálem je polypropylen (PP) modifikovaný ethylen-propylenovým kaučukem (EPR) v hmotnostním poměru PP/EPR pohybujícím se v rozmezí od 90/10 do 50/50.

14. Kabel podle nároku 13, vyznačující se tím, že hmotnostní poměr PP/EPR je v rozmezí od 85/15 do 60/40.

15. Kabel podle nároku 13, vyznačující se tím, že hmotnostní poměr PP/EPRje 70/30.

16. Kabel podle nároku 12, vyznačující se tím, že olefinový polymer nebo kopolymer na bázi polyethylenu (PE) a/nebo polypropylenu (PP) dále obsahuje předem stanovené množství vulkanizovaného kaučuku v práškové formě.

-25CZ 293006 B6

17. Kabel podle nároku 16, vyznačující se tím, že předem stanovené množství vulkanizovaného kaučuku v práškové formě je v rozmezí od 10 do 60 % hmotnostních, vztaženo na obsah polymemího materiálu.

18. Kabel podle kteréhokoli z předcházejících nároků 1 až 17, vyznačující se tím, že kabel je dále opatřený vnějším ochranným polymemím pláštěm.

19. Kabel podle nároku 18, vyznačující se tím, že vnější ochranný polymemí plášť je uspořádaný ve styku s povlakovou vrstvou expandovaného polymemího materiálu.

20. Kabel podle nároku 18 nebo 19, vyznačující se tím, že vnější ochranný polymemí plášť má tloušťku větší než 0,5 mm.

21. Kabel podle nároku 18 nebo 19, vyznačující se tím, že vnější ochranný polymemí plášť má tloušťku v rozmezí od 1 do 5 mm.

22. Způsob zajištění odolnosti vnitřní konstrukce silového rozvodného kabelu proti působení rázů, vyznačující se tím, že zahrnuje krok rozmísťování povlaku obsahujícího expandovaný polymemí materiál okolo vnitřní konstrukce.

23. Způsob podle nároku 22, vyznačující se tím, že expandovaný polymemí materiál má stupeň expandování od asi 20 % do asi 3000 % a modul pevnosti v ohybu při teplotě okolní místnosti, před expanzí polymeru, alespoň 200 MPa.

24. Způsob podle nároku 22, vyznačující se tím, že kabel je tvořen silovým rozvodným kabelem.

25. Způsob podle nároku 22, vyznačující se tím, že zahrnuje krok povlékání povlakové vrstvy expandovaného polymemího materiálu vnějším ochranným polymemím pláštěm.

26. Způsob podle nároku 22, vyznačující se tím, že vnitřní konstrukce obsahuje alespoň dvě sousední povlakové vrstvy mající předem dané průměrné vzájemné povrchové napětí, moduly pružnosti v ohybu a stupeň expanze polymemího materiálu je takový, že když se tento kabel podrobí rázu s energií okolo 72 J, rozdíl mezi daným průměrným povrchovým napětím a povrchovým napětím měřeným v místě rázuje menší než asi 25 %.

27. Použití expandovaného polymemího materiálu pro zajištění odolnosti silového rozvodného kabelu proti působení rázů.

28. Způsob vyhodnocování odolnosti silového rozvodného kabelu, obsahujícího alespoň jednu vrstvu izolačního povlaku, proti působení rázů, vyznačující se tím, že obsahuje:

a) měření a stanovení průměrné adhezní pevnosti při odtrhování uvedené vrstvy izolačního povlaku;

b) podrobení kabelu působení rázové energie o předem stanovené velikosti;

c) měření adhezní pevnosti při odtrhování uvedené vrstvy izolačního povlaku v místě působení rázu; a

d) kontrolu, který z rozdílů průměrné adhezní pevnosti při odtrhování a adhezní pevnosti při odtrhování v místě působení rázuje menší než předem stanovená hodnota.

-26CZ 293006 B6

29. Způsob podle nároku 28, vyznačující se tím, že měření adhezní pevnosti při odtrhování se provádí mezi vrstvou izolačního povlaku a vnější vrstvou polovodivého povlaku.

30. Způsob podle nároku 29, vyznačující se tím, že rozdíl mezi průměrnou adhezní 5 pevností při odtrhování a adhezní pevností při odtrhování měřenou v místě působení rázu je menší než 25 %.

5 výkresů