NO327795B1 - Kabel med slagfast belegg - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en kabel omfattende en leder, minst ett lag med et kompakt isolerende belegg, og et belegg for kabler, ifølge kravinnledningen.

Tilfeldige anslag på en kabel, som kan oppstå f.eks. under transport, utlegging osv., kan forårsake en rekke strukturelle skader på kabelen, deriblant deformasjon av de isolerende lag, utløsning av det isolerende lag fra det halvledende lag, og lignende, hvor denne skaden kan forårsake variasjoner i den elektriske gradient av isolasjonsbelegget, med en følgende reduksjon i beleggets isolasjonskapasitet.

I de kabler som nå er kommersielt tilgjengelige, f.eks. for lav eller middels høy spenning for kraftoverføring eller fordeling, er metallarmering i stand til å motstå slike anslag vanligvis påført for å beskytte kabelen mot mulig skade forårsaket ved tilfeldige anslag. Denne armeringen kan være i form av bånd eller tråder (generelt laget av stål) eller alternativt i form av en metallskjede (generelt laget av bly eller aluminium). Denne armeringen er i sin tur vanligvis kledt med et ytre polymerbelegg. Et eksempel på en slik kabelstruktur er beskrevet i US 5 153 381.

Søkeren har observert at nærvær av den ovennevnte metallarmering har et visst antall ulemper. F.eks., påføringen av den nevnte armering omfatter en eller flere ytterligere faser i prosesseringen av kabelen. Dessuten vil nærvær av metallarmeringen øke kabelens vekt betydelig, i tillegg til å reiser miljømessige problemer, siden hvis den trenger å utskiftes, vil en kabel konstruert på denne måten være vanskelig å kvitte seg med.

Japansk patent, publisert under nummeret (Kokai) 7-320550 beskriver en hjemme-kabel med et anslagbestandig belegg 0,2 til 1,4 mm i tykkelse, plassert mellom isolatoren og den ytre skjeden. Dette anslagsbestandige belegg er et ikke-ekspandert polymermateriale som inneholder en polyuretan resin som hovedkomponent.

På den annen side, bruk av ekspandert polymermaterialer i kabelkonstruksjonen er kjent for mange formål.

F.eks. beskriver DE-PA P 15 15 709 bruken av et mellomlag mellom den ytre plastskjeden og den indre metallskjeden av en kabel, for å øke motstanden av den ytre plastskjeden mot lave temperaturer. Ingenting er nevnt i dokumentet om beskyttelse av den indre struktur av kabelen med det nevnte mellomlag. Et slikt mellomlag skulle praktisk kompensere for elastiske spenninger generert i den ytre plastskjeden på grunn av synkende temperaturer, og kan bestå av løst plasserte glassfibre eller et materiale som kan være enten ekspandert eller kan omfatte hule glasskuler.

Et annet dokument, tysk modell nr. G 81 03 947.6, beskriver en elektrisk kabel for bruk til forbindelser inne i apparater og maskiner, som har spesiell mekanisk motstand og fleksibilitet. Den nevnte kabel er spesielt konstruert for føring på en trinse, og er tilstrekkelig fleksibel til å gjenvinne sin rette struktur etter passering av denne trinsen. Følgelig, tar denne typen av kabel spesielt sikte på å motvirke mekaniske belastninger av den statiske type (så som de som blir generert under passering over en trinse), og dens hovedtrekk er fleksibilitet. Det kan lett forstås av fagfolk i teknikken at denne type av kabel er vesentlig forskjellig fra lav- eller middels spenning kraftoverføring eller fordeling, og har en metallarmering, som istedenfor å være fleksibel, bør være i stand til å motstå dynamiske belastninger på grunn av anslag av en viss styrke på kabelen.

I tillegg, i signaloverføringskabler av koaksial eller tvinnet par type, er det kjent å bruke ekspanderte materialer for å isolere et ledende metall. Koaksialkabler er vanligvis ment for å bære høyfrekvente signaler, så som koaksialkabler for TV (CATV) (10 til 100 MHz), satelittkabler (opp til 2 GHz), koaksialkabler for datamaskiner (over 1 MHz), tradisjonelle telefonkabler bærer vanligvis signaler med frekvenser på omkring 800 Hz.

Hensikten med å bruke en ekspandert isolator i slike kabler er å øke transmisjonshastigheten for de elektriske signaler, for å nærme seg den ideelle hastighet for signaltransmisjon i ledende metall i luften (som er nær lysets hastighet). Grunnen for dette er, at sammenlignet med ikke-ekspanderte polymermaterialer, har ekspanderte materialer generelt lavere dielektrisk konstant (K), som er proporsjonalt nærmere konstanten for luft (K=l) med høyere grad av ekspansjon for polymermaterialet.

F.eks., US patent 4 711 811 beskriver en signal-transmisjonskabel som har et ekspandert fluoropolymer som isolator (tykkelse på 0,05 til 0,76 mm) kledt med en film av etylen/tetrafluoroetylen eller etylen/klorotrifluoroetylen kopolymer (tykkelse på 0,013 til 0,254 mm). Som beskrevet i dette patentet, er hensikten med den ekspanderte polymer å isolere lederen, mens hensikten med filmen av ikke-ekspandert polymer som dekker den ekspanderte polymer er å forbedre de mekaniske egenskaper av isolasjonen, i spesielt ved å gi den nødvendige kompresjonsstyrke når to isolerte ledere tvinges til å danne det såkalte "tvinnet par".

EP 0 442 346 beskriver en signaltransmisjonskabel med et isolerende lag basert på ekspandert polymer, plassert direkte rundt lederen. Denne ekspanderte polymer har en ultramikrocelle-struktur med et tomromsvolum på mer enn 75 %

(tilsvarende en ekspansjonsgrad på mer enn 300 %). Ultramikrocelle-strukturen av denne polymer bør være slik at den blir komprimert med minst 10 % under en belastning på 6,89 x 104 Pa, og gjenvinner minst 50 % av sitt opprinnelige volum etter fjerning av belastningen. Disse verdiene tilsvarer tilnærmet den typiske kompresjonsstyrke som materialet trenger å ha for å motstå kompresjonen under tvinning av kablene.

I WO 93/15512, som også angår en signal-transmisjonskabel med et ekspandert isolerende belegg, er det nevnt at man ved å belegge den ekspanderte isolator med et lag av ikke-ekspandert isolerende termoplastpolymermateriale (som beskrevet f.eks. i den ovennevnte US 4 711 811), oppnår den nødvendige kompresjonsstyrke, mens dette imidlertid reduserer hastigheten av signalforplantningen. Den nevnte patentsøknad WO 93/15512 beskriver en koaksialkabel med et dobbelt lag av isolerende belegg, hvor begge lagene består av et ekspandert polymermateriale, det indre laget bestående av mikroporøst polytetrafluoro-etylen (PTFE) og det ytre lag består av en lukket celle ekspandert polymer, spesielt perfluoroalkoksytetrafluoroetylen (PFA) polymerer. Det isolerende belegg basert på ekspandert polymer er oppnådd ved å ekstrudere PFA-polymeren over det indre lag av PTFE isolator, injisering av Freon 113 som ekspanderingsagens. Ifølge de detaljer som er gitt i beskrivelsen, vil denne lukket celle ekspanderte isolator gjøre det mulig å opprettholde en høy hastighet for signaltransmisjonen. Det er dessuten definert i denne patentanvendelse som å være bestandig mot kompresjon, skjønt ingen numeriske data angående denne kompresjonsstyrke er gitt. Beskrivelsen understreker det faktum at ledere belagt med en slik dobbeltlag isolator kan tvinnes. Dessuten, ifølge denne patentsøknaden, vil økningen i tomromsvolum i det ytre ekspanderte lag gjøre det mulig å oppnå en økning i transmisjonshastigheten, og dermed bevirke små variasjoner i kapasiteten av dette belegget til å motvirke kompresjonen av det indre ekspanderte lag.

Som man kan se fra de ovennevnte dokumenter, er hovedhensikten med å bruke "åpen celle" ekspanderte polymermaterialer som isolerende belegg for signaltransmisjonskabler, å øke transmisjonshastigheten for de elektriske signal. Disse ekspanderte beleggene har imidlertid den ulempen at de har utilstrekkelig kompresjonsstyrke. Noen få ekspanderte materialer er også generelt definert som "bestandige mot kompresjon", siden de må sikre ikke bare en høy hastighet for signaltransmisjonen, men også tilstrekkelig motstand mot kompresjonskrefter som typisk blir generert når to ledere belagt med de ovennevnte ekspanderte isolasjonsmaterialer blir tvinnet sammen. Følgelig, også i dette tilfellet, er den tilførte belastning i hovedsak av statisk type.

Mens det således på den annen side er nødvendig for disse isolerende belegg laget av ekspanderte polymermaterialer for signaltransmisjonskabler å ha slike karakteristikker at de kan bære en forholdsvis beskjeden kompresjonsbelastning (så som den som oppstår når de to kablene tvinnes sammen), er det på den annen side ikke nevnt noe dokument som er kjent for søkeren noen type av anslagsstyrke som kan frembringes ved et ekspandert polymerbelegg. Dessuten, skjønt slike ekspanderte isolerende belegg fremmer en høyere transmisjonshastighet, er dette ansett for å være mindre fordelaktig enn et belegg laget av lignende ikke-ekspandert materiale når det gjelder kompresjonsstyrke, som rapportert i den ovennevnte WO 93/15512.

Søkeren har nå funnet, at ved å sette inn i strukturen av en kraftoverføringskabel et passende belegg laget av ekspandert polymermateriale med tilstrekkelig tykkelse og bøyningsmodul, fortrinnsvis i kontakt med en skjede av ytre polymerbelegg, er det mulig å oppnå en kabel som har en høy anslagsstyrke, og dermed gjøre det mulig å unngå bruk av den ovennevnte beskyttende metallarmering i kabelstrukturen. Søkeren har spesielt observert at polymermaterialet bør være valgt til å ha en tilstrekkelig høy bøyningsmodul, målt før ekspansjonen, for å oppnå de ønskede anslagsmotstand-egenskaper og å unngå mulig skade på den indre struktur av kabelen på grunn av uønskede anslag mot dens ytre overflate. I den foreliggende beskrivelse, er uttrykket "anslag" ment å omfatte alle slike dynamiske belastninger av en viss energi som er i stand til å produsere vesentlige skader på strukturen av konvensjonelle uarmerte kabler, mens den har ubetydelig virkning på strukturen av konvensjonelle armerte kabler. Som en indikasjon, kan et slikt anslag anses som et anslag ved omkring 20 til 30 joule produsert av en v-formet meisel med avrundet kant, og med en kurvaturradius på omkring 1 mm, mot en ytre skjede av kabelen.

Søkeren har dessuten overraskende observert at et ekspandert polymermateriale brukt som et belegg for kabler ifølge oppfinnelsen gjør det mulig å oppnå en anslagsstyrke som er bedre enn den man oppnår ved bruk av lignende belegg basert på den samme polymer som ikke er ekspandert.

En kabel med et belegg av denne typen har forskjellige fordeler over konvensjonell kabel med metallarmering, så som f.eks., lettere prosessering, reduksjon i vekten og dimensjonene av den ferdige kabel og redusert miljøpåvirkning når det gjelder resirkulering av kabelen når dens arbeidssyklus er over.

Et aspekt ved den foreliggende oppfinnelse angår således en kraftoverføringskabel, omfattende

a) en leder,

b) minst et lag av kompakt isolerende belegg,

c) et belegg laget av ekspandert polymermateriale, hvor det nevnte

polymermateriale har bestemte mekaniske styrkeegenskaper og en forutbestemt grad

av ekspansjon for å gi kabelen anslagsmotstand.

Ifølge et foretrukket aspekt ved den foreliggende oppfinnelse, er det ekspanderte polymermaterialet oppnådd av et polymermateriale som har, før ekspansjon, en bøyningsmodul ved romtemperatur, målt i henhold til ASTM standard D790, høyere enn 200 MPa, fortrinnsvis mellom 400 MPa og 1 500 MPa, hvor verdier mellom 600 MPa og 1300 MPa er spesielt å foretrekke.

Ifølge et foretrukket aspekt, har det nevnte polymermateriale en ekspansjonsgrad fra omkring 20 % til omkring 3000 %, fortrinnsvis fra omkring 30 % til omkring 500 %, hvor en ekspansjonsgrad fra omkring 50 % til omkring 200 % er spesielt å foretrekke.

Ifølge en foretrukket utførelse av den foreliggende oppfinnelse, har belegget av ekspandert polymermateriale en tykkelse på minst 0,5 mm, fortrinnsvis mellom 1 og 6 mm, og spesielt mellom 2 og 4 mm. Ifølge et foretrukket aspekt ved den foreliggende oppfinnelse, er dette ekspanderte polymermateriale valgt fra polyetylen (PE), lavdensitets polyetylen (LDPE), middelsdensitet PE (MDPE), høydensitets PE (HDPE) og lineær lavdensitets PE (LLDPE), polypropylen (PP), etylen-propylengummi (EPR), etylen-propylenkopolymer (EPM), etylen-propylen-dienterpolymer (EPDM), naturlig gummi, butylgummi, etylen/vinyl-acetat (EVA) kopolymer, polystyren, etylen/akrylatkopolymer, etylen/metylakrylat (EMA) kopolymer, etylen/etylakrylat (EEA) kopolymer, etylen/butylakrylat (EBA) kopolymer, etylen/alfa-olefinkopolymer, akrylonitrill-butadien-styren (ABS) resiner, halogenisert polymer, polyvinylklorid (PVC), polyuretan (PUR), polyamid, aromatisk polyester, polyetylentereftalat (PET), polybutylentereftalat (PBT), og kopolymerer eller mekaniske blandinger av disse.

Ifølge et videre foretrukket aspekt, er dette polymermaterialet en polyolefinpolymer eller kopolymer basert på PE og/eller PP, fortrinnsvis modifisert med etylen-propylengummi, i hvilken PP/EPR vektforholdet er mellom 90/10 og 50/50, fortrinnsvis mellom 85/15 og 60/40, spesielt omkring 70/30.

Ifølge et videre foretrukket aspekt, inneholder denne polyolefinpolymer eller kopolymer basert på PE og/eller PP en forutbestemt mengde vulkanisert gummi i pulverform, fortrinnsvis mellom 10 % og 60 % av vekten av polymer.

Ifølge et videre foretrukket aspekt, omfatter denne kabelen dessuten en ytre polymerskjede, som fortrinnsvis er i kontakt med det ekspanderte polymerbelegg, hvor denne skjeden fortrinnsvis har en tykkelse på minst 0,5 mm, fortrinnsvis mellom 1 og 5 mm.

Et annet aspekt ved den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for å gi slagstyrke til kabelen, hvilket omfatter belegging av kabelen med et belegg laget av ekspandert polymermateriale.

Ifølge et foretrukket aspekt, omfatter denne fremgangsmåten for å gi slagstyrke til kabelen dessuten belegging av dette ekspanderte belegg med en ytre beskyttelses-skjede.

Et videre aspekt ved den foreliggende oppfinnelse angår bruken av ekspandert polymermateriale for å gi slagstyrke til en kraftoverføringskabel.

Et videre aspekt ved den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for å evaluere slagstyrken av en kabel omfattende minst ett isolerende belegg, hvor denne fremgangsmåten består i

a) å måle den gjennomsnittlige avrivningsstyrke for isolasjonslaget,

b) å utsette kabelen for et slag av forutbestemt energi,

c) å måle avrivningsstyrken for det nevnte isolasjonsmaterialet ved anslagspunktet, d) å sjekke at forskjellen mellom den gjennomsnittlige avrivningsstyrke og avrivningsstyrken målt ved anslagspunktet er mindre enn en forutbestemt verdi for den

nevnte kabel i forhold til den gjennomsnittlige avrivningsstyrke.

Ifølge et foretrukket aspekt skal denne avrivningsstyrken måles mellom laget av isolasjonsbelegg og det ytre lag av halvledende belegg.

I den foreliggende beskrivelse, er uttrykket "graden av ekspansjon av polymermateriale" forstått å referere til ekspansjonen av polymermaterialet som bestemt på den følgende måte:

G (grad av ekspansjon) = do/de-1) -100

hvor do indikerer densiteten av den ikke-ekspanderte polymer (dvs. polymer med en struktur som er i hovedsak uten tomromsvolum) og de indikerer den synlige densitet som målt for den ekspanderte polymer.

For hensikten med den foreliggende beskrivelse, er uttrykket "ekspandert" polymer forstått å referere til en polymer i hvis struktur prosenten av tomromsvolum (dvs. det rom som ikke er okkupert av polymeren men av en gass eller luft) typisk er større enn 10 % av det totale volum av denne polymer.

I den foreliggende beskrivelse, er uttrykket "avrivningsstyrke" forstått å henvise til den kraft som er nødvendig til å skille (rive av) et lag av belegg fra lederen eller fra et annet lag av belegg, i tilfelle med atskillelse av to lag av belegg fra hverandre, er disse lagene typisk det isolerende lag og det ytre halvledende lag.

Det isolerende lag av kraftoverføringskablene har typisk en dielektrisk konstant (K) på mer enn 2. Dessuten, i motsetning til signal-transmisjonskabler, hvilke den "elektriske gradient"-parameter ikke er av noen viktighet, er elektriske gradienter i området fra 0,5 kV/mm for lave spenninger, opptil omkring 10 kV/mm for høyspenninger, påtrykt i kraftoverføringskabler. I disse kablene, bør nærvær av ikke-homogenitet i isolasjonsbelegget (f.eks. tomromsvolumer) som ville forårsake en lokal variasjon i den dielektriske stivhet med en følgende reduksjon i isolasjonskapasiteten, unngås.

Dette isolerende materiale vil således typisk være et kompakt polymermateriale, i hvilket i den foreliggende beskrivelse, uttrykket "kompakt" isolator forstås å referere til et isolerende materiale som har en dielektrisk stivhet på minst 5 kV/mm, fortrinnsvis mer enn 10 kV/mm, spesielt større enn 40 kV/mm for middels-høyspenningskraftoverføringskabler. I motsetning til et ekspandert polymermateriale, er dette kompakte materiale i det vesentlige uten tomromsvolum inne i strukturen. Dette materialet vil spesielt ha en densitet på 0,85 g/cm3 eller mer.

I den foreliggende beskrivelse, er uttrykket lav spenning forstått å bety en spenning på opptil 1000 V (typisk mer enn 100 V), uttrykket middels spenning er forstått å henvise til en spenning fra omkring 1 til omkring 30 kV, og uttrykket høy spenning er forstått å henvise til en spenning på mer enn 30 kV. Slike kraftoverføringskabler opererer typisk ved nominelle frekvenser på 50 eller 60 Hz.

Skjønt under beskrivelsen, bruken av ekspandert polymerbelegg er illustrert i detalj med henvisning til kraftoverføringskabler, i hvilke dette belegg med fordel kan erstatte metallarmeringen som nå blir brukt i slike kabler, er det klart for fagfolk i teknikken at dette ekspanderte belegg med fordel kan brukes i hvilken som helst type kabel for hvilket det kunne være ønsket å gi kabelen en passende anslagsbeskyttelse. Mer spesielt, definisjonene av kraftoverføringskabler omfatter ikke bare de som er av den spesielle typen for lav og middels spenning, men også kabler for høyspennings kraftoverføring.

Oppfinnelsen kan bedre forstås ved henvisning til de følgende figurer: Figur 1 viser en kraftoverføringskabel ifølge teknikkens stand, av trepol typen, med metallarmering. Figur 2 viser en første utførelse av en kabel ifølge oppfinnelsen av en trepol type. Figur 3 viser en annen utførelse av en kabel ifølge oppfinnelsen av en enpols type. Figur 1 er et tverrsnittsdiagram av en middels spenning kraftoverføringskabel ifølge teknikkens stand, av trepol typen, med metallarmering. Denne kabelen omfatter tre ledere 1, som er hver er dekket med et indre halvledende belegg 2, et isolerende lag 3, og et ytre halvledende belegg 4 og en metallskjerm 5. For enkelhets skyld, vil den halvferdige struktur bli definert i resten av beskrivelsen som "kjernen". De tre kjernene er sammenbundet, og de stjerne-formede områder mellom dem er fylt med et fyllemateriale 9 (generelt elastomerblanding, polymerfibre og lignende) for å gjøre tverrsnittskonstruksjonen sirkelrund, og det hele er i sin tur belagt med en indre polymerskjede 8, en armering av metalltråd 7, og en ytre polymerskjede 6. Figur 2 er et tverrsnittsdiagram av en kabel ifølge oppfinnelsen, også av trepols typen for kraftoverføring ved middels spenning. Denne kabelen omfatter tre ledere 1, som hver er dekket med et indre halvledende belegg 2, et isolerende lag 3, et ytre halvledende lag 4 og en metallskjerm 5. Hvis stjerne-formede områder mellom kjernene er fylt i dette tilfellet med et slagfast ekspandert polymermateriale 10, som i sin tur er dekket med en ytre polymerskjede 6. I det ekspanderte polymerbelegget 10, er en sirkelrund kant 10a som tilsvarer minimumstykkelsen for ekspandert polymerbelegg, i nærheten av den ytre overflate av kjernen, også indikert ved hjelp av en prikket linje. Figur 3 er et tverrsnittsdiagram av en kabel ifølge oppfinnelsen, av enpoltypen for kraftoverføring med middels spenning. Denne kabelen omfatter en sentral leder 1, dekket med et indre halvledende belegg 2, et isolerende lag 3, et ytre halvledende belegg 4, en metallskjerm 5, et lag av ekspandert polymermateriale 10 og en ytre polymerskjede 6. I tilfelle med denne enpolige kabel representert på figur 3, siden kjernen har et sirkelrundt tverrsnitt, faller den sirkelrunde kant 10a som indikert i tilfelle med trepol kabelen, sammen med laget av ekspandert polymermateriale 10.

Det er klart at disse figurene bare viser noen av de mulige utførelser av kabler i hvilke den foreliggende oppfinnelse med fordel kan brukes. Det er klart at passende modifikasjoner kjent i teknikken kan utføres på disse utførelsene uten at noen begrensninger til anvendelsen av den foreliggende oppfinnelse er antydet ved dette. F.eks., med henvisning til figur 2, kan det stjerne-formede området mellom kjernene fylles på forhånd med et konvensjonelt fyllemateriale, og således oppnå en halvprosessert kabel med tverrsnitt som tilsvarer tilnærmet det sirkelrunde tverrsnitt innenfor den sirkelrunde kanten 10a, og det er således med fordel mulig å ekstrudere over denne semiprosesserte kabel av tverrsnittsareal, laget av ekspandert polymermateriale 10, i en tykkelse som tilsvarer tilnærmet den sirkelrunde kant 10a, og senere den ytre skjeden 6. Alternativt, kan kjerner bli anordnet med en tverrsnittssek-tor, på en slik måte at når disse kjernene bindes sammen, blir det dannet en kabel med tilnærmet sirkelrundt tverrsnitt, uten behov for å bruke fyllemateriale for de stjerneformede områder. Laget av slagfast ekspandert polymermateriale 10 blir så ekstrudert over disse kjernene som således er sammenbundet, fulgt av den ytre skjeden 6.

I tilfelle med kabler for lavspent kraftoverføring, vil strukturen av disse kablene vanligvis omfatte det eneste isolerende belegg plassert direkte i kontakt med lederen, som i sin tur er i kontakt med belegget av ekspandert polymermateriale og med den ytre skjeden.

Ytterligere løsninger er vel kjent for en fagmann i teknikken, som er i stand til å evaluere den mest beleilige løsning, basert på f.eks. kostnader, typen av plassering av kabelen (i luften innsatt i rør, begravet direkte i jorden, inne i bygninger, under sjøen osv.), driftstemperaturen for kabelen (maksimums og minimums temperatur, temperaturområder i miljøet), og lignende.

Det slagfaste ekspanderte polymerbelegg kan bestå av hvilken som helst type ekspanderbar polymer, så som f.eks. polyolefiner, polyolefinkopolymerer, olefin/esterkopolymerer, polyestere, polykarbonater, polysulfoner, fenolresiner, urea-resiner og blandinger av disse. Eksempler på egnede polymerer er polyetylen (PE), spesielt lavdensitets PE (LDPE), middels densitet PE (MDPE), høydensitets PE (HDPE) og lineær lavdensitets PE (LLDPE), polypropylen (PP), etylenpropylengummi (EPR), spesielt etylen-propylenkopolymer (EPM) eller etylen-propylen-dienterpolymer (EPDM), naturlig gummi, butylgummi, etylen/vinylacetat (EVA) kopolymer, polystyren, etylen/akrylatkopolymer, spesielt etylen/metylakrylat (EMA) kopolymer, etylen/etylakrylat (EEA) kopolymer, etylen/butylakrylat (EBA) kopolymer, etylen/alfaolefinkopolymer, akrylonitrill-butadien-styren (ABS) resiner, halogenerte polymerer, spesielt polyvinylklorid (PVC), polyuretan (PUR), polyamider, aromatiske polyestere, så som polyetylentereftalat (PET) eller polybutylentereftalat (PBT), og kopolymerer eller mekaniske blandinger av disse. Fortrinnsvis er polyolefin polymerer eller kopolymerer brukt, spesielt slike som er basert på PE og/eller PP blandet med etylen-propylen gummi. Polypropylen modifisert med etylen-propylen gummi (EPR) kan med fordel brukes, hvor PP/EPR vektforholdet er mellom 90/10 og 50/50, fortrinnsvis mellom 85/15 og 60/40, mens et vektforhold på omkring 70/30 er spesielt å foretrekke.

Ifølge et videre aspekt ved den foreliggende oppfinnelse, har søkeren dessuten observert at det er mulig å blande mekanisk de polymermaterialer som er utsatt for ekspansjon, spesielt i tilfelle med olefinpolymerer, spesielt polyetylen eller polypropylen, med en forutbestemt mengde av gummi i pulverform, f.eks. vulkanisert naturgummi.

Disse pulverne er typisk utformet av partikler med en størrelse på mellom 10 og 1000 mikrometer, fortrinnsvis mellom 300 og 600 mikrometer. Vulkanisert gummiavfall utledet fra prosessering av dekk kan med fordel brukes. Prosenten av gummi i pulverform kan ligge i området fra 10 % til 60 % etter vekt i forhold til den polymer som skal ekspanderes, fortrinnsvis mellom 30 % og 50 %.

Polymermaterialet som skal ekspanderes, som enten blir brukt uten videre prosessering eller som brukes som en ekspanderbar basis i en blanding med gummipulver, må ha en slik stivhet, at så snart den er ekspandert, vil den sikre en viss størrelse av ønsket slagmotstand, for å beskytte den indre del av kabelen (dvs. laget av isolasjon og de halvledende lagene som kan være til stede) mot skade som følge av tilfeldige anslag som kan oppstå. Dette materialet må spesielt ha tilstrekkelig kapasitet til å absorbere slagenergien, for å overføre til det underliggende isolerende lag en energimengde som er slik at de isolerende egenskaper av de underliggende belegg ikke er blir modifisert utover en forutbestemt verdi. Grunnen for dette, som illustrert i mer detalj i den følgende beskrivelse, er at søkeren har observert at i en kabel som er utsatt for et støt, blir det observert en forskjell mellom den gjennomsnittlige verdi og den verdi som blir målt ved anslagspunktet, av avrivningsstyrken på det underliggende isolerende belegg. Denne avrivningsstyrken kan med fordel måles mellom det isolerende lag og det ytre halvledende lag. Forskjellen i styrke er proporsjonalt større med størrelsen av anslagsenergi som overføres til de underliggende lag, i tilfelle hvor avrivningsstyrken måles mellom det isolerende lag og det ytre halvledende lag, har det vært evaluert at det beskyttende belegg gir en tilstrekkelig beskyttelse til det indre lag når forskjellen i avrivningsstyrke ved anslagspunktet, i forhold til den gjennomsnittlige verdi, er mindre enn 25 %.

Søkeren har observert at et polymermateriale valgt fra de som er nevnt ovenfor er spesielt egnet for dette formål, i det materialet har, før ekspansjon, en bøyningsmodul ved romtemperatur på mer enn 200 MPa, fortrinnsvis på minst 400 MPa, målt i henhold til ASTM standard D790. På den annen side, siden for stor stivhet av det ekspanderte materiale kan gjøre det ferdige produkt vanskelig å håndtere, er det å foretrekke å bruke et polymermateriale som har en bøyningsmodul ved romtemperatur på mindre enn 2000 MPa. Polymermaterialer som er spesielt egnet for dette formål er de som har, før ekspansjon, en bøyningsmodul ved romtemperatur på mellom 400 og 1800 MPa, mens et polymermateriale med en bøyningsmodul ved romtemperatur på mellom 600 og 1500 MPa er spesielt å foretrekke.

Disse bøyningsmodulverdier kan være karakteristiske for spesifikt materiale, eller kan være et resultat av blanding av to eller flere materialer som har forskjellige moduler, blandet i et slikt forhold at man oppnår den ønskede stivhetsverdi for materialet. F.eks., polypropylen, som har en bøyningsmodul på mer enn 1500 MPa, kan være passende modifisert med en egnet mengde av etylen-propylen gummi (EPR), som har en modul på omkring 100 MPa, for det formål å senke dens stivhet på en passende måte.

Eksempler på kommersielt tilgjengelig polymersammensetninger er:

lavdensitets polyetylen: Riblene FL 30 (Enichem),

høydensitets polyetylen: DGDK 3364 (Union Carbide),

polypropylen: PF 814 (Montell),

polypropylen modifisert med EPR: Moplen EP-S 30R, 33R og 8IR (Montell), Fina-Pro 5660G, 4660G, 2660S og 3660S (Fina-Pro).

Graden av ekspansjon av polymeren og tykkelsen av beleggslaget må være slik at de sikrer, i kombinasjon med den ytre polymerskjede, motstand mot typiske anslag som kan skje under håndtering og legging av kabelen.

Som nevnt tidligere, er "graden av ekspansjon av polymeren" bestemt på den følgende måte:

G (grad av ekspansjon) = do/de-1) -100

hvor do indikerer densiteten av den ikke-ekspanderte polymer og de indikerer den viste densitet som målt for ekspandert polymer.

Søkeren har observert, at for såvidt som opprettholdelse av de ønskede slagmotstandskarakteristikker tillater, for en lik tykkelse av det ekspanderte lag, er det å foretrekke å bruke et polymermateriale som har en høy grad av ekspansjon, siden det på denne måten er mulig å begrense mengden av polymermaterialet som brukes, med fordeler både i økonomi og redusert vekt av det ferdige produkt.

Graden av ekspansjon er meget variabel, både som en funksjon av det spesifikke polymermateriale som brukes og som en funksjon av tykkelsen av belegget som man har tenkt å bruke, i alminnelighet, kan denne graden av ekspansjon ligge i området fra 20 % til 3000 %, fortrinnsvis fra 30 % til 500 %, mens en ekspansjonsgrad på mellom 50 % og 200 % er spesielt foretrukket. Det ekspanderte polymermaterialet har generelt en lukket cellestruktur.

Søkeren har observert, at utover en viss grad av ekspansjon, vil polymerbeleggets kapasitet til å gi den ønskede slagstyrke avta. Spesielt har man observert at muligheten for å oppnå høy grad av ekspansjon av polymer ved å opprettholde en høy virkningsgrad av beskyttelsen mot anslag kan korreleres med verdien av bøyningsmodulen for polymeren som skal ekspanderes. Grunnen for dette er at søkeren har observert at modulen for polymermaterialet avtar som graden av ekspansjon av materialet øker, tilnærmet i henhold til den følgende formel:

E2/El=(p2/pl)2

hvor E2 representerer bøyingsmodulen av polymermaterialet ved den høyere grad av ekspansjon,

El representerer bøyingsmodulen for polymeren ved den lavere ekspansjonsgrad,

p2 representerer den viste densitet av polymeren ved den høyere grad av ekspansjon, og

pl representerer den viste densitet av polymeren ved den lavere grad av ekspansjon. Som en veiledning, for en polymer med bøyingsmodul på omkring 1000 MPa, vil en variasjon i graden av ekspansjon fra 25 % til 100 % omfatte en tilnærmet halvering av verdien av bøyingsmodulen for materialet. Polymermaterialer som har en høy bøyingsmodul kan derfor ekspanderes til en større grad enn polymermaterialer som har lave modulverdier, uten at dette ødelegger beleggets evne til å motstå anslag.

En annen variabel som kan påvirke slagstyrken av kabelen er tykkelsen av det ekspanderte belegg. Minimumstykkelsen som er i stand til å sikre anslagsstyrken som er ønsket å oppnå med et slikt belegg vil avhenge i hovedsak av graden av ekspansjon og bøyingsmodulen for denne polymer. Generelt, har søkeren observert at, for den samme polymer og for den samme ekspansjonsgrad, ved å øke tykkelsen av det ekspanderte belegg, er det mulig å nå høyere verdier av slagstyrke. Imidlertid, for det formål å bruke en begrenset mengde av beleggmateriale, og således redusere både kostnadene og dimensjonen av det ferdige produkt, vil tykkelsen av laget av ekspandert materiale med fordel være den minimumstykkelse som er nødvendig for å sikre den ønskede slagstyrke. Spesielt, for kabelen av middels spenningstypen, har man observert at en ekspandert beleggstykkelse på omkring 2 mm vanligvis er i stand til å sikre en tilstrekkelig motstand mot de normale anslag som kabelen av denne typen er utsatt for. Beleggstykkelsen vil fortrinnsvis være mer enn 0,5 mm, spesielt mellom omkring 1 mm og omkring 6 mm, mens en tykkelse på mellom 2 mm og 4 mm er spesielt å foretrekke.

Søkeren har observert at det er mulig å definere, til en rimelig tilnærming, forholdet mellom beleggstykkelsen og graden av ekspansjon av polymermaterialet, for materialer med forskjellige verdier av bøyingsmodul, slik at tykkelsen av det ekspanderte belegg er tilstrekkelig dimensjonert som en funksjon av ekspansjonsgraden og modulen for polymermaterialet, spesielt for tykkelsen av ekspandert beleggsmateriale på omkring 2 til 4 mm. Et slikt forhold kan uttrykkes som følger:

V ■ de > N

hvor

V representerer volumet av ekspandert polymermateriale per lineær meter av kabel (m3/m), hvor dette volum er relatert til den sirkelrunde kant som definert ved minimumstykkelsen av ekspandert belegg, tilsvarende den sirkelrunde kant 10a på figur 2 for flerpolete kabler, eller til belegget 10 som definert på figur 3 for enpolete kabler,

de representerer den viste densitet målt for ekspandert polymermateriale (kg/m3), og

N er resultatet av produktet av de to ovennevnte verdier, som må være større enn eller lik:

0,03 for materialer med en modul på over 1000 MPa,

0,04 for materialer med en modul på 800 til 1000 MPa,

0,05 for materialer med en modul på 400 til 800 MPa,

0,06 for materialer med en modul mindre enn 400 MPa.

Parameteren V er relatert til tykkelsen S av det ekspanderte belegg ved det følgende forhold:

V = 7i(2Ri-S + S2)

hvor Ri representerer den indre radius av den sirkelrunde kant 10a.

Parameteren de er relatert til graden av ekspansjon av polymermaterialet ved det tidligere forhold:

G = (do/de-1)-100

Basert på de ovennevnte forhold, for et ekspandert belegg på omkring 2 mm i tykkelse, plassert på en sirkelrund seksjon av kabel med en diameter på omkring 22 mm, for forskjellige materialer som har forskjellige bøyingsmoduler ved romtemperatur (Mf), finner man at dette belegget vil måtte ha en minimum vist densitet på omkring:

0,40 g/cm3 for LDPE (Mf omkring 200),

0,33 g/cm3 for en 70/30 PP/EPR blanding (Mf på omkring 800),

0,26 g/cm3 for HDPE (Mf omkring 1000),

0,2 g/cm3 for PP (Mf omkring 1500).

Disse verdiene for vist densitet av den ekspanderte polymer tilsvarer en maksimum grad av ekspansjon på omkring:

130 % for LDPE (do = 0,923)

180 % for PP/EPR-blandingen (do = 0,890)

260 % for HDPE (do = 0,945)

350 % for PP (do = 0,900).

Lignende, for en tykkelse av ekspandert belegg på omkring 3 mm plassert på en kabel med identiske dimensjoner, er de følgende verdier for minimum vist densitet oppnådd:

0,25 g/cm3 for LDPE,

0,21 g/cm3 for PP/EPR-blandingen,

0,17g/cm3 for HDPE,

0,13 g/cm3 forPE,

tilsvarende en maksimum grad av ekspansjon på omkring:

270% for LDPE,

320 % for PP/EPR-blandingen,

460% for HDPE,

600% for PP.

De resultater som er vist ovenfor indikerer, at for å optimalisere anslagsstyrke karakteristikkene for ekspandert belegg av forutbestemt tykkelse, må både de mekaniske styrke-karakteristikker for materialet (spesielt dets bøyingsmodul) og graden av ekspansjon for materialet, tas i betraktning. Verdiene bestemt ved anvendelse av de ovennevnte forhold bør imidlertid ikke anses som begrensende for omfanget av den foreliggende oppfinnelse. Spesielt, kan maksimumsgraden for ekspansjon av polymerer med bøyingsmodul-verdier nær de øvre grenser av intervallene definert for variasjonen av antallet N (dvs. 400, 800 og 1000 MPa) i virkeligheten være enda større enn beregnet i henhold til de ovenstående forhold. F.eks., et lag av PP/EPR omkring 2 mm i tykkelse (med Mf på omkring 800 MPa) vil således fremdeles være i stand til å gi den ønskede anslagsbeskyttelse selv med en ekspansjonsgrad på omkring 200 %.

Polymeren blir vanligvis ekspandert under ekstrusjonsfasen, og denne ekspansjonen kan enten finne sted kjemisk, ved hjelp av tilsetning av en passende "ekspanderende" sammensetning, dvs. en som er i stand til å generere en gass under definerte temperatur- og trykkforhold, eller kan finne sted fysisk, ved hjelp av injeksjon av gass ved høyt trykk direkte inn i ekstrusjonssylinderen.

Eksempler på egnede kjemiske "ekspandere" er azodikarboamid, blandinger av organiske syrer (f.eks. sitronsyre) med karbonater og/eller dikarbonater (f.eks. natriumbikarbonat). Eksempler på gasser for injisering ved høyt trykk inn i ekstrusjonssylinderen er nitrogen, karbondioksid, luft og lav-kokende hydrokarboner så som propan og butan.

Den beskyttende ytre skjede som kler laget av ekspandert polymer kan beleilig være av den typen som normalt blir brukt. Materialer for det ytre belegg som kan brukes er polyetylen (PE), spesielt middelsdensitets PE (MDPE) og høydensitets PE (HDPE), polyvinylklorid (PVC), blandinger av elastomerer og lignende. MDPE eller PVC blir fortrinnsvis brukt. Det polymermaterialet som danner den ytre skjeden har typisk en bøyingsmodul mellom omkring 400 og omkring 1200 MPa, fortrinnsvis mellom omkring 600 MPa og omkring 1000 MPa.

Søkeren har observert at nærvær av den ytre skjeden bidrar til å gi belegget de ønskede slagstyrkekarakteristikker, i kombinasjon med det ekspanderte belegg. Søkeren har spesielt observert at dette bidrag til skjedens slagstyrke for den samme tykkelse av ekspandert belegg, øker når ekspansjonsgraden for den polymer som danner det ekspanderte belegg øker. Tykkelsen av denne ytre skjeden er fortrinnsvis mer enn 0,5 mm, spesielt mellom 1 og 5 mm, og fortrinnsvis mellom 2 og 4 mm.

Fremstillingen av en kabel med en slagstyrke ifølge oppfinnelsen er beskrevet med henvisning til kabelstrukturdiagrammet på figur 2, hvor imidlertid de stjerne-formede rom mellom kjernene som skal belegges er fylt, ikke direkte med den ekspanderte polymer 10, men isteden med en konvensjonell fyller, det ekspanderte belegg er så ekstrudert over denne halvprosesserte kabelen for å danne en sirkelrund kant 10a rundt denne halvprosesserte kabel, og senere kledt med en ytre polymerskjede 2. Fremstillingen av kabelkjernene, dvs. sammenmonteringen av lederen 4, det indre halvledende lag 9, isolatoren 5, ytre halvledende lag 8 og metallskjerm 4, blir utført som kjent i teknikken, f.eks. ved hjelp av ekstrusjon. Disse kjernene blir så sammenbundet, og de stjerneformede rommene blir fylt med konvensjonelt fyllingsmateriale (f.eks. elastomeriske blandinger, polypropylenfibre og lignende), typisk ved hjelp av ekstrusjon av fyllematerialet over de sammenbundne kjernene, for å oppnå en halvprosessert kabel med et sirkelrundt tverrsnitt. Belegget av ekspandert polymer 10 blir så ekstrudert over fyllingsmaterialet. Dysen på ekstruderingshodet vil fortrinnsvis ha en diameter som er noe mindre enn den endelige diameter av kabelen med ekspandert belegg, for å tillate polymeren å ekspandere utenfor ekstruderen.

Man har observert, at under identiske ekstrusjonsforhold (så som spinnehastighet av skruen, hastigheten av ekstrusjonslinjen, diameteren av ekstruderingshodet og lignende), er ekstrusjonstemperaturen en av de prosessvariable som har en betydelig påvirkning på graden av ekspansjon. I alminnelighet, for ekstrusjonstemperaturer under 160 °C, er det vanskelig å oppnå en tilstrekkelig grad av ekspansjon, ekstrusjonstemperaturen er fortrinnsvis minst 180 °C, spesielt omkring 200 °C. Vanligvis vil en økning i ekstrusjonstemperaturen tilsvare en høyere grad av ekspansjon.

Dessuten, er det mulig å styre i en viss utstrekning, graden av ekspansjon av polymer ved å påvirke hastigheten av kjølingen, siden ved passende forsinking eller fremskynding av kjølingen hvis polymeren som danner det ekspanderte belegg i ekstruderingsutløpet, er det mulig å øke eller redusere graden av ekspansjon av den nevnte polymer.

Som nevnt, har søkeren observert at det er mulig å bestemme kvantitativt virkningene av slag på et kabelbelegg ved hjelp av måling av avrivningsstyrken av kabelens belegglag, forskjellene mellom gjennomsnittsverdiene for denne avrivningsstyrke og verdien som måles ved anslagspunktet som blir evaluert. Spesielt, for kabler av middels spenning typen, med en struktur omfattende et indre halvledende lag, et isolerende lag og et ytre halvledende lag, kan avrivningsstyrken (og den relative forskjell) med fordel bli målt mellom lagene av det ytre halvledende materiale og det isolerende lag.

Søkeren har observert at virkningen av de spesielt harde anslag som kabelen kan utsettes for, spesielt en armert middels spenningskabel, kan bli reprodusert ved hjelp av en anslagstest basert på fransk standard HN 33-S-52, relatert til armerte kabler for høyspent kraftoverføring, som tillater en energi i anslaget på kabelen på omkring 72 joules (J).

Avrivningsstyrken av belegglagene kan måles i henhold til fransk standard HN 33-S-52, i henhold til hvilken den kraft som må tilføres for å skille det ytre halvledende lag fra det isolerende lag blir målt. Søkeren har observert at ved å måle denne kraften kontinuerlig, ved de punkter ved hvilke anslagene finner sted, blir det målt krafttopper som indikerer en variasjon i sammenholdingskraften mellom de to lagene. Det ble observert at disse variasjonene generelt er forbundet med en reduksjon i isolasjonskapasiteten for belegget. Variasjonen vil være proporsjonalt større jo mindre anslagsstyrken i det ytre belegg (hvilket i tilfelle den foreliggende oppfinnelse, består av det ekspanderte belegg og den ytre skjede). Størrelsen av variasjonen av denne kraften som ble målt ved anslagspunktene, i forhold til gjennomsnittsverdien målt langs kabelen, gir således en indikasjon av graden av beskyttelse som gis av det beskyttende belegg. I alminnelighet, er variasjoner i avrivningsstyrken på opptil 20 til 25 % i forhold til gjennomsnittsverdien ansett for å være akseptable.

Karakteristikkene av det ekspanderte belegg (materiale, ekspansjonsgrad, tykkelse), som med fordel kan brukes sammen med en egnet beskyttende ytre polymerskjede, kan velges i henhold til den slagbeskyttelse som man mener å gi den underliggende kabelstruktur, og også avhengig av karakteristikkene for de spesifikke materialer som brukes som isolator og/eller halvleder, så som hardhet av materialet, densitet og lignende.

Som man kan forstå gjennom hele den foreliggende beskrivelse, er kabelen ifølge oppfinnelsen spesielt egnet til å erstatte konvensjonelle armerte kabler, på grunn av de fordelaktige egenskaper av det ekspanderte polymerbelegg i forhold til metallarmering. Bruken skal imidlertid ikke begrenses til en slik spesifikk anvendelse. Kabelen ifølge oppfinnelsen kan faktisk med fordel benyttes i alle slike anvendelser hvor kabler med forbedrede slagbestandige egenskaper vil være ønskelige. Spesielt, den slagfaste kabel ifølge oppfinnelsen kan erstatte konvensjonelle ikke-armerte kabler i alle slike anvendelser hvor, opptil nå, bruk av armerte kabler ville ha vært fordelaktige, men ikke har vært brukt på grunn av ulempene med metallarmeringen.

Noen eksempler er gitt nedenfor for å beskrive oppfinnelsen i videre detalj.

Eksempel 1

Fremstilling av kabelen med ekspandert belegg.

For å evaluere anslagsstyrken for et ekspandert polymerbelegg ifølge oppfinnelsen, ble forskjellige teststykker fremstilt ved å ekstrudere variable tykkelser av noen få polymerer med forskjellige grader av ekspansjon over en kjerne bestående av en flertråds leder omkring 14 mm tykk belagt med et lag på 0,5 mm halvledende materiale, et lag av 3 mm av en isolerende blanding basert på EPR, og et ytterligere lag av 0,5 mm av "lett stripping" halvledende materiale basert på EVA supplementert med kjønrøk, for en total kjernetykkelse på omkring 22 mm.

Lavdensitets polyetylen (LDPE), høydensitets polyetylen (HDPE), polypropylen (PP) en 70/30 mekanisk blanding etter vekt av LDPE og finpulverisert vulkanisert naturgummi (partikkelstørrelse på 300 til 600 mikrometer) (PE-pulver), PP modifisert med EPR gummi (PP-EPR som en 70/30 blanding etter vekt) ble brukt som polymermaterialer for ekspandering. Disse materialene er identifisert i den følgende tekst ved bokstavene A til E, og er beskrevet i detalj i tabell 1.

Polymeren ble ekspandert kjemisk, vekselvis ved bruk av to forskjellige ekspanderings-sammensetninger (CE), hvor disse er identifisert i tabell la.

Polymeren som skulle ekspanderes og ekspanderings sammensetningen ble ladet (i de forhold som er indikert i tabell 2) inn i en 80 mm - 25 D enkeltskrue ekstruder (Bandera). Denne ekstruder er utstyrt med en gjenget overføringsskrue karakterisert ved en dybde i den endelige sone på 9,6 mm. Ekstrusjonssystemet består av en hann-del som kan gi en glatt gjennomkjøring av kjernen som skal belegges (generelt med en diameter som er omkring 0,5 mm større enn diameteren av kjernen som skal belegges), og en hunn-del i hvilken diameteren er valgt slik at den har en størrelse omkring 2 mm mindre enn diameteren av kabelen med det ekspanderte belegg, på denne måten, vil det ekstruderte materiale ekspanderes ved utgangen av ekstrusjonshodet istedenfor inne i dette hodet eller inne i ekstruderen. Gjennomkjøringshastigheten for kjernen som skal belegges (hastigheten av ekstrusjonslinjen) er satt som en funksjon av den ønskede tykkelse av ekspandert materiale (se tabell 2). Ved en avstand på omkring 500 mm fra ekstrusjonshodet er det et kjølerør (inneholdende kaldt vann) for å stoppe ekspansjonen og kjøle ned det ekstruderte materiale. Kabelen blir så viklet på en snelle.

Sammensetningen av polymermaterialet/ekspanderingsblandingen og ekstrusjonsforholdene (hastighet, temperatur) ble passende variert, som beskrevet i tabell 2.

Prøve 1 gjennomgikk ingen ekspansjon, antagelig fordi temperaturen i ekstruderen var for lav (150 °C), og likeledes, for samme grunn, gjennomgikk prøve 5 en begrenset ekspansjon (bare 5 %).

Kabelen med det ekspanderte belegg ble så senere belagt med en konvensjonell skjede av MDPE (CE90 - Materie Plastiche Bresciane) av variabel tykkelse (se tabell 3) ved hjelp av konvensjonelle ekstrusjonsmetoder, og man oppnådde således en kabelprøve med de karakteristikker som er definert i tabell 3. Kabel nr. 1, i hvilken polymeren ikke har gjennomgått ekspansjon, ble tatt som sammenlignende ikke-ekspandert polymerbelegg. Tabell 3 gir også, for sammenligningsformål, karakteristikkene for en kabel som mangler den ekspanderte fylling og er belagt bare med den ytre skjede (kabel nr. 0).

På lignende måte som beskrevet ovenfor, ved bruk av et ekspandert polymerbelegg med en bøyingsmodul på omkring 600 MPa bestående av en polypropylen modifisert med omkring 30 % av EPR-gummi, ble ytterligere 6 kabelprøver fremstilt, som rapportert i tabell 4 (eksemplene 12 til 17). Tabellen 4 gir også to sammenligningseksempler for kabler med ekspandert belegg men som mangler den ytre skjede (eksemplene 16a og 17a).

Eksempel 2

Slagstyrketester

For å evaluere slagstyrken av kablene fremstilt ifølge eksempel 1, ble anslagstester utført på kablene med etterfølgende evaluering av skaden. Virkningene av anslagene ble evaluert både ved hjelp av visuell analyse av kablene og ved hjelp av måling av variasjonen i avrivningsstyrke for lagene av halvledende materiale ved anslagspunktet. Anslagstestene er basert på fransk standard HN 33-S-52, som gir en energi i anslaget på kabelen på omkring 72 joule (J), som er oppnådd ved å la en 27 kg vekt falle fra en høyde på 27 cm. For den foreliggende test, har slik anslagsenergi vært produsert ved en 8 kg vekt som faller fra en høyde på 97 cm. Anslag-enden på vekten er utstyrt med et meiselhode med en v-formet avrundet kant (1 mm kurvaturradius). For formålet med den foreliggende oppfinnelse, ble anslagsstyrken evaluert på et enkelt anslag. For prøvene 6 til 12, ble testen gjentatt en annen gang i en avstand på omkring 100 mm fra den første.

Avrivningsstyrken ble målt i henhold til fransk standard HN 33-S-52, hvor man måler den kraft som er nødvendig for å skille det ytre halvledende lag fra det isolerende lag. Ved å måle denne kraften kontinuerlig, blir det målt krafttopper ved de punkter som anslagene skjedde. For hvert teststykke, ved anslagspunktet, ble en "positiv" krafttopp målt, tilsvarende en økning i den kraft (i forhold til den gjennomsnittlige verdi) som er nødvendig for å skille de to lagene, og en "negativ" krafttopp (reduksjon i forhold til den gjennomsnittlige verdi). Fra forskjellen mellom maksimum (Fmaks) og minimum (Fmin) av de målte krafttopper, ble maksimums-variasjonen i avrivningsstyrke på anslagspunktene oppnådd.

Variasjonen i avrivningsstyrke ble således beregnet ved å bestemme prosentforholdet mellom de ovennevnte forskjeller (Fmaks-Fmin) og den gjennomsnittlige verdi av avrivningsstyrken ble målt for kabelen (Fo), i henhold til det følgende forhold:

% variasjon =100 (Fmaks-Fmin)/Fo

Størrelsen av variasjonen i denne kraft målt ved anslagspunktene, i forhold den gjennomsnittlige verdi målt langs kabelen, gir således en indikasjon av graden av beskyttelse gitt av det ekspanderte belegg. I alminnelighet, anses variasjoner på opptil 20 til 25 % for å være akseptable. Tabell 5 gir verdiene av variasjonen i avrivningsstyrke for prøvene 0 til 17a.

Som man kan se på tabell 3, for prøve 1 (for hvilken ingen ekspansjon var oppnådd), er prosentvariasjonen i avrivningsstyrke ekstremt høy, dette indikerer at en ikke-ekspandert polymer har en merkbart lavere kapasitet for å absorbere anslag enn et lag av identisk tykkelse av den samme polymer som er ekspandert (se prøve 3, med 61 % ekspandert belegg). Prøve 3 viser en variasjon i avrivningsstyrken som er litt over 25 % grenseverdien, den begrensede anslagsstyrke frembrakt av prøven kan tilkjennes hovedsakelig tykkelsen, på bare 1 mm, av det ekspanderte belegg, i forhold til de 2 til 3 mm tykkelser i andre prøver.

Prøve 5, som er en ekspandert beleggtykkelse på 3 mm, har en høy verdi av avrivningsstyrke på grunn av den lave grad av ekspansjon av polymeren (5 %), og demonstrerer således den begrensede anslagsstyrke som frembringes av et belegg med en lav grad av ekspansjon. Prøve 4, skjønt den har en tykkelse av ekspandert materiale som er mindre enn den i prøven 5 (2,5 mm i motsetning til 3 mm, ikke desto mindre har en høyere anslagsstyrke, med en variasjon i avrivningsstyrke på 13 % sammenlignet med 21 % for prøve 5, og demonstrerer dermed det faktum at den høye grad av ekspansjon gir en høyere slagstyrke.

Ved å sammenligne prøve 13 med prøve 15, kan man se hvordan en økning i graden av ekspansjon av polymer (fra 22 til 124 %), for den samme tykkelse av laget av ekspandert materiale og den ytre skjeden, gir en økning i anslagsstyrke av belegget) som går fra 16 til 17 % til 10 % av variasjonen i avrivningsstyrke). Denne tendensen bekreftes ved å sammenligne prøve 16 med prøve 17. Ved imidlertid å sammenligne prøvene 16a og 17a (uten ytre skjede) med de respektive prøver 16 og 17, kan man se hvordan bidraget som gis av den ytre skjede mot en anslagsbeskyttelse øker som graden av ekspansjon øker.

Eksempel 3

Anslagsstyrke sammenligningstest med armert kabel

Kabel nr. 10 har vært testet mot en konvensjonell armert kabel, for å verifisere anslagsstyrke-effektiviteten av laget av ekspandert belegg.

Den armerte kabel har samme kjernen som kabel nr. 10 (dvs. en flertråds leder med omkring 14 mm tykkelse belagt med et lag av 0,5 mm halvledende materiale, et lag av 3 mm isolerende blanding basert på EPR, og et ytterligere lag av 0,5 mm av "lett stripping" halvledende materiale basert på EVA supplementert med kjønrøk, for en total kjernetykkelse på omkring 22 mm). Den nevnte kjerne er omgitt, fra innsiden mot utsiden av kabelen, med:

a) et lag av gummibasert fyllingsmateriale med omkring 0,6 mm tykkelse,

b) en skjede av PVC på omkring 0,6 mm tykkelse,

c) to bånd av armeringsstål, hver med omkring 0,5 mm tykkelse,

d) en ytre skjede av MDPE med omkring 2 mm tykkelse.

For sammenligningstesten, ble det benyttet en dynamisk maskin av typen

"fallende vekt" (CEAST, modell 6758). To sett av tester har vært utført, ved å la en 11 kg vekt falle fra en høyde på 50 cm, (energianslag på omkring 54 joule), og 20 cm (energianslag på omkring 21 joule). Vekten har ved sin anslagsende et halvkuleformet hode med omkring 10 mm radius. Den resulterende deformasjon av kablene er vist på figurene 4 og 5 (henholdsvis 50 cm og 20 cm høyde), hvor kabelen ifølge oppfinnelsen er indikert med a), mens den konvensjonelle armerte kabel er indikert med b).

Deformasjonen av kjernen er målt, for å evaluere skaden på kabelstrukturen. Det er et faktum at høyere deformasjoner av den halvledende-isolerende-halvledende skjeden mer sannsynlig vil forårsake elektriske defekter i kabelens isolasjons-egenskaper. Resultatene er rapportert i tabell 6.

Som det fremgår fra resultatene rapportert i tabell 6, viser kabelen ifølge oppfinnelsen bedre anslagsstyrke-ytelse enn en konvensjonell armert kabel.

Claims (19)

1. Kabel omfattende a) en leder (1), b) minst ett lag med et kompakt isolerende belegg (3) med en elektrisk gradient i området 0,5 kV/mm til omkring 10 kV/med mer plassert omkring lederen (1) og c) et belegg (10, 10a) av et ekspandert polymert materiale omkring det kompakte isolerende belegget (3), karakterisert ved at polymermaterialet før ekspansjon har en bøyingsmodul på minst 200 MPa målt ved romtemperatur i henhold til ASTM standard D790 før ekspansjon av polymeren, og en ekspansjonsgrad fra omkring 30 % til omkring 500 %.

2. Kabel ifølge krav 1, karakterisert ved at bøyingsmodulen er mellom 400 MPa og 1 800 MPa.

3. Kabel ifølge krav 1, karakterisert ved at bøyingsmodulen er mellom 600 MPa og 1 500 MPa.

4. Kabel ifølge krav 1, karakterisert ved at det polymermaterialets ekspansjonsgrad er fra omkring 50 % til omkring 200 %.

5. Kabel ifølge krav 1-4, karakterisert ved at belegget av det ekspanderte polymermateriale har en tykkelse på 0,5 mm.

6. Kabel ifølge krav 1-4, karakterisert ved at belegget av det ekspanderte polymermateriale har en tykkelse på mellom 1 og 6 mm.

7. Kabel ifølge krav 1-4, karakterisert ved at belegget av det ekspanderte polymermateriale har en tykkelse på mellom 2 og 4 mm.

8. Kabel ifølge krav 1, karakterisert ved at det ekspanderte polymermateriale er valgt fra polyetylen (PE), lavdensitets PE (LDPE), middelsdensitet PE (MDPE), høydensitets PE (HDPE) og lineær lavdensitets PE (LLDPE), polypropylen (PP), etylen-propylengummi (EPR), etylen-propylenkopolymer (EPM), etylen-propylen-dienterpolymer (EPDM), naturlig gummi, butylgummi, etylen/vinylacetat (EVA) kopolymer, polystyren, etylen/akrylatkopolymer, etylen/metylakrylat (EMA) kopolymer, etylen/etylakrylat (EEA) kopolymer, etylen/butylakrylat (EBA) kopolymer, etylen/alfa-olefinkopolymer, akrylonitrill-butadien-styren (ABS) resiner, halogenert polymer, polyvinylklorid (PVC), polyuretan (PUR), polyamid, aromatisk polyester, polyetylentereftalat (PET), polybutylentereftalat (PBT), og kopolymerer eller mekaniske blandinger av disse.

9. Kabel ifølge krav 1, karakterisert ved at det ekspanderte polymermateriale er en polyoleifnpolymer eller kopolymer basert på PE og/eller PP.

10. Kabel ifølge krav 1, karakterisert ved at det ekspanderte polymermateriale er en polyoleifnpolymer eller kopolymer basert på PE og/eller PP modifisert med etylen-propylen gummi.

11. Kabel ifølge krav 10, karakterisert ved at det ekspanderte polymermateriale er polypropylen modifisert med etylen-propylen gummi (EPR), hvor PP/EPR vektforholdet er mellom 90/10 og 50/50.

12. Kabel ifølge krav 11, karakterisert ved at PP/EPR vektforholdet er mellom 85/15 og 60/40.

13. Kabel ifølge krav 11, karakterisert ved at PP/EPR vektforholdet er omkring 70/30.

14. Kabel ifølge krav 11, karakterisert ved at polyolefinpolymeren eller kopolymeren basert på PE og/eller PP også inneholder en fastlagt mengde vulkanisert gummi i pulverform.

15. Kabel ifølge krav 15, karakterisert ved at den fastlagte mengde vulkanisert gummi i pulverform er mellom 10 % og 60 % av polymerens vekt.

16. Kabel ifølge foregående krav, karakterisert ved at kabelen omfatter en ytre polymerkappe.

17. Kabel ifølge krav 18, karakterisert ved at kappen er i kontakt med belegget av ekspandert polymer.

18. Kabel ifølge krav 16-17, karakterisert ved at kappens tykkelse er større enn 0,5 mm.

19. Kabel ifølge krav 16-17, karakterisert ved at kappens tykkelse er mellom 1 og 5 mm.