SK286369B6 - Kábel vybavený opláštením s odolnosťou proti pôsobeniu rázov - Google Patents

Abstract

Opláštenie kábla je uspôsobené na ochranu tohto kábla proti nepredvídanému alebo náhodnému pôsobeniu rázov. Vložením vhodnej povlakovej vrstvy z expandovaného polymerizačného materiálu primeranej hrúbky do štruktúrneho usporiadania silového rozvodného kábla je možné vytvoriť kábel majúci vysokú odolnosť proti pôsobeniu rázov. Prihlasovateľ navyše zistil, že použitie expandovaného polymerizačného materiálu ako súčasti opláštenia kábla umožňuje vytvoriť kábel s vyššou odolnosťou proti pôsobeniu rázov ako pri použití na tento účel v podstate tohoistého, ale expandovaním nespracovaného polymerizačného materiálu.

Description

Oblasť techniky

Predložený vynález sa týka opláštenia na káble, uspôsobeného na ochranu kábla proti nepredvídanému alebo náhodnému pôsobeniu rázov.

Doterajší stav techniky

Nepredvídané alebo náhodné pôsobenie rázov na silové rozvodné káble, ku ktorému môže dochádzať napríklad počas ich transportu, kladenia a inštalácie a podobne, môže spôsobovať alebo byť príčinou výskytu radu poškodení konštrukcie štruktúry kábla, zahrnujúcich deformáciu izolačnej vrstvy, odtrhávanie izolačnej vrstvy od vrstvy z polovodivého materiálu a podobne; pričom toto poškodenie môže spôsobovať zmeny elektrického gradientu izolačnej vrstvy, ktorého následkom je znižovanie izolačnej únosnosti uvedenej izolačnej vrstvy.

Pri v súčasnosti komerčne dostupných kábloch, napríklad silových rozvodných kábloch na vedenie alebo rozvádzanie stredného a nízkeho napätia, sa z dôvodu ochrany takýchto káblov proti nežiaducemu poškodeniu, spôsobenému nepredvídaným alebo náhodným pôsobením rázov, na káble zvyčajne aplikuje kovové armovanie prispôsobené na znášanie takéhoto pôsobenia rázov. Uvedené armovanie môže byť vytvorené vo forme pásikov alebo drôtov (vytvorených spravidla z pancierovej ocele) alebo alternatívne vo forme kovového plášťa (vytvoreného spravidla z olova alebo hliníka); pričom toto kovové armovanie je zvyčajne povlečené vonkajším ochranným polymerizačným plášťom. Charakteristický príklad takéhoto usporiadania silového rozvodného kábla je podrobne opísaný v patentovom spise U.S. č. 5 153 381.

Prihlasovateľ zistil, že prítomnosť uvádzaného kovového armovania v opláštení kábla má určitý počet nevýhod. Napríklad, aplikácia uvedeného kovového armovania predstavuje jednu alebo viacero dodatočných fáz, ktoré je nevyhnutné zahrnúť do procesu výroby kábla. Okrem toho, prítomnosť kovového armovania v opláštení kábla vo svojom dôsledku podstatne zvyšuje celkovú hmotnosť kábla, pričom, okrem toho, predstavuje problémy týkajúce sa znečisťovania životného prostredia, lebo v prípade nutnosti výmeny takéhoto kábla sa tento kábel stáva veľmi problematickým z hľadiska jeho likvidácie.

Japonský patent publikovaný pod č. JP 07-320 550 (Kokai) opisuje prívodný kábel na domáce elektrické spotrebiče vybavený povlakovou vrstvou odolnou proti pôsobeniu rázov, umiestnenou medzi izolačným povlakom a vonkajším ochranným plášťom. Táto povlaková vrstva, odolná proti pôsobeniu rázov, je vytvorená z neexpandovaného polymerizačného materiálu obsahujúceho ako základnú zložku polyuretánovú živicu.

Oproti tomu je rovnako tak zo stavu techniky známe použitie expandovaných polymerizačných materiálov v konštrukčnom usporiadaní káblov na rôzne účely.

Napríklad nemecká patentová prihláška DE P č. 15 15 709 opisuje použitie medzíľahlej vrstvy, usporiadanej z dôvodu zvýšenia odolnosti vonkajšieho ochranného plášťa z plastu proti pôsobeniu nízkych teplôt medzi týmto vonkajším ochranným plášťom a vnútorným kovovým armovaním kábla. V dokumente však nie je uvedená akákoľvek zmienka týkajúca sa ochrany vnútorného štruktúrneho usporiadania kábla vybaveného medziľahlou vrstvou. V skutočnosti by totiž takáto medziľahlá vrstva mala byť uspôsobená na kompenzáciu elastických napätí generovaných vo vonkajšom ochrannom plášti z plastu v dôsledku pôsobenia nízkych teplôt, pričom táto vrstva môže obsahovať buď voľne rozptýlené sklenené vlákna, alebo materiál, ktorý je buď expandovateľný, alebo ktorý zahŕňa duté sklenené telieska.

Ďalší dokument, nemecký úžitkový vzor DE G č. 81 03 947.6 opisuje elektrický kábel určený na použitie ako inštalačný kábel v zariadeniach a strojoch, majúci špecifickú mechanickú odolnosť a ohybnosť. Uvedený kábel je špecificky navrhnutý na navíjanie na kladku a je z tohto dôvodu dostatočne ohybný tak, aby po jeho odvinutí dochádzalo v podstate k navráteniu sa jeho opláštenia do pôvodného stavu. Z uvedeného dôvodu je tento typ kábla špecificky zameraný na zodpovedajúce zaistenie odolnosti proti mechanickému zaťažovaniu statického typu (t. j. takých zaťažovaní, ktoré vznikajú počas jeho navíjania na priechode cez kladku), pričom hlavným charakteristickým znakom takéhoto kábla je jeho ohybnosť. Osobám oboznámeným so stavom techniky musí byť preto dostatočne zrejmé, že tento typ kábla sa podstatne odlišuje od silového rozvodného kábla na vedenie a rozvádzanie stredného a nízkeho napätia s kovovým armovaním, ktorý musí byť, skôr ako ohybný, schopný odolávať dynamickým zaťaženiam vyvolávaným pôsobením rázov, v dôsledku čoho musí opláštenie kábla mať určitú rázovú pevnosť.

Okrem toho je použitie expandovaných materiálov z dôvodu odizolovania kovových vodičov známe z konštrukčných usporiadaní káblov na prenos elektrického signálu koaxiálneho alebo do štvorky DT splietaného typu. Takéto koaxiálne káble sú zvyčajne zamýšľané na prenos vysokofrekvenčných signálov a používajú sa napríklad ako koaxiálne káble na televíznu inštaláciu (CATV; na frekvencie 10 až 100 MHz), satelitné koaxiálne káble (na frekvencie až 2 GHz) alebo koaxiálne káble pre výpočtovú techniku (na frekvencie nad 1 MHz); pričom, kvôli porovnaniu, štandardne používané telefónne káble zvyčajne prenášajú elektrické signály s frekvenciami asi 800 Hz.

Ί

Účelom použitia izolačných vrstiev z expandovaných materiálov v opisovaných kábloch je zvýšenie rýchlosti prenosu elektrických signálov z dôvodu priblíženia sa ideálnej rýchlosti prenosu signálu vo vonkajších kovových vodičoch (ktorá sa tesne približuje rýchlosti svetla). Dôvodom na toto tvrdenie je skutočnosť, že pri porovnaní s neexpandovanými polymerizačnými materiálmi majú expandované materiály spravidla nižšiu dielektrickú konštantu (permitivitu) (K), ktorá sa so zvyšujúcim stupňom expandovania polymerizačného materiálu proporcionálne približuje dielektrickej konštantné vzduchu (K = 1).

Napríklad americký patent U. S. č. 4 711 811 opisuje kábel na prenos elektrického signálu vybavený expandovaným fluórovaným polymérom ako izolačnou vrstvou (s hrúbkou 0,05 aŽ 0,76 mm), potiahnutým tenkou vrstvou etyléntetrafluóretylénového alebo etylén-chlorotrifluóretylénového kopolyméru (s hrúbkou 0,013 až 0,254 mm). Ako je uvedené v opise tohto patentu, dôvodom opatrenia expandovaného polymerizačného materiálu je odizolovanie vodiča, zatiaľ čo dôvodom opatrenia tenkej vrstvy neexpandovaného polymerizačného materiálu, ktorá expandovaný polymerizačný materiál prekrýva, je zlepšenie mechanických vlastností izolačnej vrstvy, zaisťujúce hlavne dodanie nevyhnutne nutnej základnej pevnosti v tlaku pre prípad, kedy sa dva izolované vodiče splietajú spolu na vytvorenie usporiadania tzv. „štvorka DT“.

Európsky patent EP č. 0 442 346 opisuje kábel na prenos elektrického signálu s izolačnou vrstvou na báze expandovaného polymerizačného materiálu, umiestnenou priamo na povrchu vodiča; pričom tento expandovaný polymerizačný materiál má ultramikroporéznu štruktúru s medzerovým objemom pórov väčším ako 75 % (zodpovedajúci stupňu expandovania väčšiemu ako 300 %). Ultramikroporézna štruktúra tohto polymerizačného materiálu musí byť taká, aby umožňovala pri zaťažení 6,89 . 10⁴ Pa jeho stlačenie v rozsahu aspoň 10 % a po prerušení tohto zaťaženia jeho vrátenie do pôvodného stavu v rozsahu aspoň 50 % pôvodného objemu; pričom tieto hodnoty zodpovedajú v podstate charakteristickým hodnotám pevnosti v tlaku, ktorý takýto materiál musí bezpodmienečne nutne mať z dôvodu schopnosti odolávať stláčaniu pôsobením tlaku počas splietania káblov.

V medzinárodnej patentovej prihláške WO č. 93/15512, ktorá sa tiež týka kábla na prenos elektrického signálu vybaveného izolačným povlakom z expandovaného polymerizačného materiálu, sa uvádza tvrdenie, že požadovaná nevyhnutná pevnosť v tlaku sa dosiahne prostredníctvom izolačného povlaku z expandovaného materiálu v kombinácii s vrstvou neexpandovaného izolačného termoplastického polymerizačného materiálu (opísaného napríklad v uvádzanom patente U. S. č. 4 711 811), súčasne však dochádza k znižovaniu rýchlosti prenosu elektrického signálu. Uvedená patentová prihláška WO č. 93/15512 opisuje koaxiálny kábel vybavený dvojitou vrstvou izolačného povlaku s tým, že obe tieto vrstvy sú vytvorené z expandovaného polymerizačného materiálu a to, že vnútorná vrstva z mikroporézneho polytetrafluoroetylénu (PTFE) a vonkajšia vrstva z expandovaného polymerizačného materiálu s uzatvorenými pórmi, hlavne z períluorotetrafluroetylén (PFA) polymérov. Izolačný povlak na báze expandovaného polymerizačného materiálu sa získa spracovávaním PFA polyméru pretláčaním za jeho súčasného nanášania na vnútornú izolačnú vrstvu z PTFE polyméru kombinovaného so vstrekovaním plynu typu Freón 113 ako nadúvacieho prostriedku. Podľa podrobného objasnenia, uvedeného v opise patentovej prihlášky, umožňuje použitie takto vytvorenej izolačnej vrstvy expandovaného polymerizačného materiálu s uzatvorenými pórmi udržiavať vysokú rýchlosť prenosu elektrických signálov. Okrem toho je uvedená izolačná vrstva v tejto patentovej prihláške definovaná a charakterizovaná ako majúca odolnosť proti tlaku, hoci táto skutočnosť nie je v opise doložená žiadnymi údajmi týkajúcimi sa pevnosti v tlaku. V opise sa ďalej zdôrazňuje skutočnosť, že vodiče vybavené dvojitou vrstvou izolačného povlaku je možné splietať. Okrem toho, podľa skutočností uvádzaných v tejto patentovej prihláške, umožňuje zvyšovanie medzerového objemu pórov vo vonkajšej vrstve z expandovaného materiálu dosiahnuť zvyšovanie rýchlosti prenosu elektrických signálov, čo vo svojom dôsledku poskytuje zdroj malých zmien únosnosti v tejto vonkajšej vrstve kvôli zabráneniu stláčania vnútornej expandovanej vrstvy.

Ako môže byť z uvádzaných dokumentov poznateľné, je hlavným dôvodom a účelom použitia expandovaných polymerizačných materiálov s „otvorenými pórmi“ ako izolačných povlakových vrstiev v konštrukčnom usporiadaní káblov na prenos elektrického signálu zvyšovanie rýchlosti prenosu elektrických signálov; pričom však uvedené expandované povlakové vrstvy majú nevýhodu spočívajúcu v nedostatočnej pevnosti v tlaku. Napriek tomu však existuje niekoľko typov expandovaných materiálov, ktoré sa charakterizujú ako „odolné proti stláčaniu“ vzhľadom na to, že nezaisťujú iba dosiahnutie vysokej rýchlosti prenosu elektrických signálov, ale rovnako tak dosiahnutie dostatočnej odolnosti proti pôsobeniu tlakových síl, ktoré sa charakteristicky vyskytujú počas vzájomného splietania a skrúcania dvoch uvádzanou expandovanou izolačnou vrstvou povlečených vodičov spolu; v tomto prípade ide vzhľadom na uvedené rovnako o zaťaženie v podstate statického typu.

Takto, zatiaľ čo je na jednej strane bezpodmienečne nutné, aby tieto izolačné povlakové vrstvy, vytvorené z expandovaného polymerizačného materiálu a určené pre káble na prenos elektrického signálu, mali charakteristické vlastnosti vhodné na prenášanie relatívne miernych tlakových zaťažení (napríklad takých ako sú tlakové zaťaženia vznikajúce počas splietania dvoch káblov spolu), nie je na druhej strane v žiadnom prihlasovateľovi známom patentovom dokumente a ani inej publikácii uvedená akákoľvek zmienka o tom, že by povlaková vrstva alebo opláštenie z expandovaného polymerizačného materiálu boli schopné zaistiť dosiah3 nutie akéhokoľvek typu rázovej pevnosti, resp. odolnosti proti pôsobeniu rázov. Okrem toho, hoci takéto expandované izolačné povlakové vrstvy podporujú dosahovanie vyšších rýchlosti prenosu elektrických signálov, pokladá sa táto vrstva za menej vhodnú ako povlaková vrstva alebo opláštenie vytvorené z podobného alebo v podstate rovnakého, ale neexpandovaného materiálu z hľadiska pevnosti v tlaku, ako je podrobne objasnené v uvádzanej patentovej prihláške WO č. 93/15512.

Podstata vynálezu

Prihlasovateľ v súčasnosti zistil, že vložením do štruktúrneho usporiadania silového rozvodného kábla vhodnej povlakovej vrstvy expandovaného polymerizačného materiálu primeranej hrúbky a modulu pružnosti v ohybe, umiestnenej výhodne v styku s vonkajším plášťom alebo vonkajšou polymerizačnou povlakovou vrstvou, je možné vytvoriť kábel majúci vysokú rázovú pevnosť, čo vo svojom dôsledku umožňuje z konštrukčnej štruktúry kábla vypustiť použitie uvádzaného ochranného kovového armovania. Prihlasovateľ najmä zistil, že polymerizačný materiál musí byť zvolený tak, aby mal dostatočne vysoký modul pružnosti v ohybe, meraný pred jeho spracovávaním expandovaním tak, aby sa mohli dosiahnuť požadované vlastnosti týkajúce sa odolnosti proti pôsobeniu rázov a takto celkom anulovať možnosť poškodenia vnútornej štruktúry kábla ako dôsledku nežiaduceho pôsobenia rázov na jeho vonkajšiu povrchovú plochu. Výrazom „ráz, pôsobenie rázov alebo rázové pôsobenie“ sa na účely predloženého opisu chápe také pôsobenie, ktoré zahrnuje všetky typy dynamických zaťažení určitej energetickej veľkosti, schopné spôsobovať podstatné poškodenia konštrukčnej štruktúry štandardných nearmovaných káblov, zatiaľ čo na konštrukčnú štruktúru štandardne používaných armovaných káblov majú takéto zaťaženia iba zanedbateľné účinky. Za takéto rázové pôsobenie sa môže pokladať rázové pôsobenie s rázovou energiou asi 20 až 30 Joulov, dosiahnuté nárazom narážacej hlavy so zaoblenou pracovnou hranou v tvare písmena V s polomerom zaoblenia 1 mm na vonkajší ochranný plášť kábla.

Okrem toho prihlasovateľ s prekvapením zistil, že expandovaný polymerizačný materiál použitý ako súčasť konštrukčného usporiadania silových rozvodných káblov podľa predloženého vynálezu umožňuje dosiahnutie vyššej odolnosti proti pôsobeniu rázov ako odolnosť, ktorú má v podstate rovnaká povlaková vrstva vytvorená z materiálu na báze rovnakého polyméru, ale nespracovaného expandovaním.

Kábel vybavený opláštením tohto typu má v porovnaní so štandardne používanými káblami s kovovým armovaním rad rôznych výhod, napríklad takých ako je ľahšia výroba kábla, redukcia hmotnosti a rozmerovej veľkosti dohotoveného kábla a menšie ohrozovanie životného prostredia spojené s nahradzovaním kábla po vyčerpaní jeho pracovnej životnosti a jeho likvidácii.

Na základe prvého aspektu predloženého vynálezu sa navrhuje silový rozvodný kábel, obsahujúci:

a) elektrický vodič,

b) aspoň jednu vrstvu kompaktného izolačného opláštenia a

c) povlakovú vrstvu vytvorenú z expandovaného polymerizačného materiálu, pričom uvedený polymerizačný materiál, na účely zaistenia zodpovedajúcich vlastností týkajúcich sa odolnosti kábla proti pôsobeniu rázov, má vopred stanovené mechanické pevnostné charakteristiky a vopred stanovený stupeň expandovania.

Podľa prednostného vyhotovenia predloženého vynálezu je povlaková vrstva z expandovaného polymerizačného materiálu vytvorená z takého polymerizačného materiálu, ktorý pred expandovaním má modul pružnosti v ohybe pri teplote okolitej miestnosti, meraný podľa Technickej normy ASTM D790, aspoň 200 MPa, výhodne v rozmedzí od 400 do 1 500 MPa, pričom je na uvedené účely obzvlášť výhodný modul pružnosti v ohybe pohybujúci sa v rozmedzí od 600 do 1 300 MPa.

Podľa ďalšieho prednostného vyhotovenia predloženého vynálezu má uvedený polymerizačný materiál stupeň expandovania pohybujúci sa v rozmedzí od asi 20 do asi 3 000 %, výhodne v rozmedzí od asi 30 do asi 500 %, pričom je na uvedené účely obzvlášť výhodný stupeň expandovania pohybujúci sa v rozmedzí od asi 50 do asi 200 %.

Podľa ďalšieho prednostného vyhotovenia predloženého vynálezu má povlaková vrstva z expandovaného polymerizačného materiálu hrúbku 0,5 mm, výhodne v rozmedzí od 1 do 6 mm, pričom, na uvedené účely, je obzvlášť výhodná hrúbka pohybujúca sa v rozmedzí od 2 do 4 mm.

Podľa ďalšieho prednostného vyhotovenia predloženého vynálezu je uvedený polymerizačný materiál zvolený z polymerizačných materiálov zahrnujúcich polyetylén (PE), polyetylén s nízkou hustotou (LDPE), polyetylén so strednou hustotou (MDPĽ), polyetylén s vysokou hustotou (HDPE) a lineárny polyetylén s nízkou hustotou (LLDPE); polypropylén (PP), etylén-propylénový kaučuk (EPR), etylén-propylénový kopolymér (EPM), etylén-propylén-diénový terpolymér (EPDM), prírodný kaučuk, butylkaučuk (polyizobutén), etylén-vinylacetátový (EVA) kopolymér, polystyrén, etylén-akrylátový kopolymér, etylén-metylakrylátový (EMA) kopolymér, etylén-etylakrylátový (EEA) kopolymér, etylén-butylakrylátový (EBA) kopolymér, etylén/alfa-olefmový kopolymér, akrylonitrilbutadién-styrénové (ABS) živice, halogenované polyméry, polyvi nylchlorid (PVC), polyuretán (PUR), polyamidy, aromatické polyestery, polyetyléntereftalát (PET) alebo polybutyléntereftalát (PBT) a ich kopolyméry alebo mechanické zmesi.

Podľa ďalšieho prednostného vyhotovenia predloženého vynálezu je týmto polymerizačným materiálom olefinový polymér alebo kopolymér na báze polyetylénu (PE) a/alebo polypropylénu (PP), výhodne modifikovaný etylén-propylénovým kaučukom (EPR) v hmotnostnom pomere PP/EPR pohybujúcom sa v rozmedzí od 90/10 do 50/50, výhodne v rozmedzí 85/15 až 60/40, pričom obzvlášť výhodnou modifikovanou zmesou je zmes s hmotnostným pomerom 70/30.

Podľa ďalšieho prednostného vyhotovenia predloženého vynálezu obsahuje uvedený olefinový polymér alebo kopolymér na báze polyetylénu (PE) a/alebo polypropylénu (PP) ďalej vopred stanovené množstvo vulkanizovaného kaučuku v práškovej forme, pričom toto množstvo sa výhodne pohybuje v rozmedzí od 10 do 60 % hmotnostných, vzťahujúc na obsah polymerizačného materiálu.

Podľa ďalšieho prednostného vyhotovenia predloženého vynálezu je silový rozvodný kábel ďalej vybavený vonkajším ochranným polymerizačným plášťom, ktorý je usporiadaný v styku s povlakovou vrstvou z expandovaného polymerizačného materiálu, pričom tento plášť má výhodne hrúbku väčšiu ako 0,5 mm a prednostne hrúbku pohybujúcu sa v rozmedzí od 1 do 5 mm.

Na základe druhého aspektu predloženého vynálezu sa navrhuje spôsob zaistenia odolnosti silového rozvodného kábla proti pôsobeniu rázov spočívajúci v tom, že obsahuje povliekanie tohto kábla povlakovou vrstvou vytvorenou z expandovaného polymerizačného materiálu.

Podľa prednostného vyhotovenia predloženého vynálezu obsahuje spôsob zaistenia odolnosti silového rozvodného kábla proti pôsobeniu rázov ďalej povliekanie uvedenej povlakovej vrstvy z expandovaného polymerizačného materiálu vonkajším ochranným polymerizačným plášťom.

Na základe ďalšieho aspektu predloženého vynálezu sa navrhuje použitie expandovaného polymerizačného materiálu na účely zaistenia odolnosti silového rozvodného kábla proti pôsobeniu rázov.

Na základe ďalšieho aspektu predloženého vynálezu sa navrhuje spôsob vyhodnocovania odolnosti silového rozvodného kábla, obsahujúceho aspoň jednu vrstvu izolačného povlaku, proti pôsobeniu rázov, spočívajúci v tom, že obsahuje:

a) meranie a stanovenie priemernej adhéznej pevnosti pri odtrhovaní uvedenej vrstvy izolačného povlaku,

b) podrobenie kábla pôsobeniu rázovej energie vopred stanovenej veľkosti,

c) meranie adhéznej pevnosti pri odtrhovaní uvedenej vrstvy izolačného povlaku v mieste pôsobenia rázu a

d) kontrolu, ktorý z rozdielov hodnôt priemernej adhéznej pevnosti pri odtrhovaní a adhéznej pevnosti pri odtrhovaní v mieste pôsobenia rázu je menší ako vopred stanovená hodnota pre uvedený kábel vzhľadom na priemernú adhéznu pevnosť pri odtrhovaní.

Podľa prednostného vyhotovenia predloženého vynálezu sa meranie uvedenej adhéznej pevnosti pri odtrhovaní vykonáva medzi vrstvou izolačného povlaku a vonkajšou vrstvou polovodivého povlaku.

Výrazom „stupeň expandovania polymerizačného materiálu“, používaným v predloženom vynáleze pre účely opisu, sa chápe expandovanie polymerizačného materiálu determinované nasledujúcim vzťahom:

G (stupeň expandovania) = (do/d_e - 1)⁰100, kde:

d₀ predstavuje hustotu expandovaním nespracovaného polymerizačného materiálu (alebo inak povedané, polyméru so štruktúrou v podstate nemajúcou žiaden medzerový objem pórov) a ď predstavuje relatívnu hustotu polymerizačného materiálu, meranú v expandovanom stave.

Výrazom „expandovaný polymerizačný materiál“, používaným v predloženom vynáleze na účely opisu sa chápe polymerizačný materiál so štruktúrou majúcou medzerový objem pórov (alebo, inak povedané, určitý priestor neobsadený polymérom, ale v polyméri uzatvoreným plynom alebo vzduchom), ktorého percentuálne množstvo je charakteristicky väčšie ako 10 % celkového objemu tohto polymerizačného materiálu.

Výrazom „adhézna pevnosť pri odtrhovaní“ polymerizačného materiálu, používaným v predloženom vynáleze na účely opisu, sa chápe sila, nevyhnutne potrebná na oddelenie (odtrhnutie) vrstvy opláštenia z vodiča alebo ďalšej vrstvy opláštenia; pričom v prípade oddeľovania dvoch vrstiev od seba sú týmito vrstvami charakteristicky izolačná vrstva a vonkajšia polovodivá vrstva.

Izolačná vrstva silových rozvodných káblov má charakteristicky dielektrickú konštantu (alebo permitivitu) (K) s hodnotou väčšou ako 2. Okrem toho, na rozdiel od káblov na prenos elektrického signálu, pri ktorých parameter „elektrický gradient“ nepredstavuje žiaden dôležitý význam, sa pri silových rozvodných kábloch využívajú elektrické gradienty od asi 0,5 kV/mm pre nízke napätie a elektrické gradienty až 10 kV/mm pre vysoké napätie; čo vo svojom dôsledku, vzhľadom na existenciu nehomogenity vrstvy izolačného povlaku silových rozvodných káblov (napríklad uvádzaný medzerový objem pórov), ktorá by mohla predstavovať prípadný zdroj miestnych zmien dielektrickej pevnosti a z nich vyplývajúceho znižovania izolačnej únosnosti, zaisťuje absolútnu elimináciu opísaných účinkov. Vzhľadom na to bude použitým izolačným materiálom charakteristicky kompaktný polymerizačný materiál, pričom sa tu na účely opisu predloženého vynálezu používaným výrazom „kompaktný izolačný materiál“ bude chápať izolačný materiál, ktorý na účely použitia v konštrukčnej štruktúre silových rozvodných káblov na vedenie a rozvádzanie stredného a nízkeho napätia má dielektrickú pevnosť aspoň 5 kV/mm, výhodne dielektrickú pevnosť väčšiu ako 10 kV/mm a prednostne dielektrickú pevnosť väčšiu ako 40 kV/mm. Na rozdiel od expandovaného polymerizačného materiálu tento kompaktný materiál vo svojej štruktúre nemá v podstate žiadne póry, resp. medzerový objem pórov; charakteristicky bude tento materiál mať hustotu 0,85 g/cm³ alebo väčšiu.

Výrazom „nízke napätie“ sa na účely opisu predloženého vynálezu bude chápať napätie s veľkosťou až 1 000 V (charakteristicky väčšie ako 100 V), výrazom „stredné napätie“ sa bude na účely opisu chápať napätie pohybujúce sa v rozmedzí od 1 do 30 kV a výrazom „vysoké napätie“ sa bude na účely opisu chápať napätie s veľkosťou nad 30 kV. Opisované silové rozvodné káble budú charakteristicky činné pri menovitých kmitočtoch 50 alebo 60 Hz.

Hoci bude počas nasledujúceho opisu použitie povlakovej vrstvy z expandovaného polymerizačného materiálu podrobne objasňované v spojení so silovými rozvodnými káblami, v ktorých môže byť touto povlakovou vrstvou výhodne nahradené kovové armovanie v týchto kábloch v súčasnej dobe používané na zaistenie odolnosti proti pôsobeniu rázov, musí byť osobám oboznámeným so stavom techniky celkom zrejmé, že uvedenú expandovanú po vlakovú vrstvu je možné s úžitkom použiť v konštrukčnom usporiadaní akéhokoľvek typu kábla, pri ktorom sa vyžaduje zaistenie zodpovedajúcej mechanickej odolnosti a húževnatosti. Konkrétne povedané, predložený výklad a vymedzenie silových rozvodných káblov sa netýka iba káblov na vedenie nízkeho a stredného napätia, ale rovnako tak káblov na rozvod vysokého napätia.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Predložený vynález bude bližšie vysvetlený prostredníctvom ďalej uvedených príkladov jeho konkrétnych vyhotovení v spojení s pripojenou výkresovou dokumentáciou, v ktorej predstavuje:

obr. 1 silový rozvodný kábel trojžilového typu s kovovým armovaním podľa doterajšieho stavu techniky;

obr. 2 prvé vyhotovenie kábla podľa predloženého vynálezu trojžilového typu;

obr. 3 druhé vyhotovenie kábla podľa predloženého vynálezu;

obr. 4 výsledné deformácie kábla podľa predloženého vynálezu a) a bežne používaného kovom armovaného kábla b) po skúške rázovej húževnatosti s padacou výškou 50 cm;

obr. 5 výsledné deformácie kábla podľa predloženého vynálezu a) a bežne používaného kovom armovaného kábla b) po skúške rázovej húževnatosti s padacou výškou 20 cm.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Obr. 1 pripojenej výkresovej dokumentácie predstavuje schematické znázornenie silového rozvodného kábla na vedenie stredného napätia trojžilového typu s kovovým armovaním podľa doterajšieho stavu techniky v priečnom reze. Tento kábel obsahuje tri vodiče í, z ktorých každý je povlečený vnútornou vrstvou 2 z polovodivého materiálu, izolačnou vrstvou 3 z izolačného materiálu, vonkajšej vrstvy 4 z polovodivého materiálu a kovovým tienením 5; z dôvodu zjednodušenia bude na účely predloženého opisu táto čiastočná štruktúra označená ako „žila kábla“. Tri takto usporiadané žily kábla sú navzájom spriahnuté do jedného celku a priestory hviezdicového prierezu, vytvorené medzi nimi, sú vyplnené výplňovým materiálom 9 (ktorým sú zvyčajne elastoméme zmesi, polypropylénové vláknité materiály a podobne) na účely dosiahnutia v priereze kruhovej konštrukčnej štruktúry, ktorá je zasa, ako celok, povlečená vnútorným polymerizačným plášťom 8, kovovým armovaním 7 drôteným pletivom a polymerizačným vonkajším ochranným plášťom 6.

Obr. 2 pripojenej výkresovej dokumentácie predstavuje schematické znázornenie silového rozvodného kábla podľa predloženého vynálezu v priečnom reze, ktorý je rovnako trojžilového typu a ktorý je rovnako tak určený na vedenie a privádzanie stredného napätia. Tento kábel obsahuje tri vodiče 1, z ktorých každý je povlečený vnútornou vrstvou 2 z polovodivého materiálu, izolačnou vrstvou 3, vonkajšou vrstvou 4 z polovodivého materiálu, a kovovým tienením 5; pričom priestory hviezdicového prierezu nachádzajúce sa medzi jednotlivými vodičmi sú v tomto prípade vyplnené expandovaným polymerizačným materiálom 10, odolným proti pôsobeniu rázov, ktorý je ďalej zapuzdrený do vonkajšieho ochranného polymerizačného plášťa 6. V povlakovej vrstve 10 expandovaného polymerizačného materiálu je na uvádzanom obr. 2 ďalej, v tesnej blízkosti vonkajšieho povrchu navzájom spriahnutých žíl kábla, naznačená (prostredníctvom prerušovanej čiary) tenká kruhová vrstva 10a, ktorej hrúbka zodpovedá minimálnej hrúbke povlakovej vrstvy z expandovaného polymerizačného materiálu.

Obr. 3 pripojenej výkresovej dokumentácie predstavuje schematické znázornenie silového rozvodného kábla podľa predloženého vynálezu v priečnom reze, jednožilového typu na vedenie a privádzanie stredného napätia. Tento kábel obsahuje stredovo usporiadaný vodič 1, ktorý je povlečený vnútornou vrstvou 2 z polovodivého materiálu, izolačnou vrstvou 3, vonkajšou vrstvou 4 z polovodivého materiálu, kovovým tienením 5, po vlakovou vrstvou 10 expandovaného polymerizačného materiálu a vonkajším ochranným polymerizačným plášťom 6. V prípade jednožilového kábla, znázorneného na obr. 3, sa tenká kruhová vrstva 10a, nazna6 čená na obr. 2 trojžilového kábla, vzhľadom na to, že žila kábla má kruhový prierez, zhoduje s povlakovou vrstvou 10 expandovaného polymerizačného materiálu.

V pripojenej výkresovej dokumentácii je z celkom pochopiteľných dôvodov znázornených iba niekoľko z mnohých možných vyhotovení silového rozvodného kábla, v ktorých môže byť výhodne využiteľný predložený vynález. Musí byť celkom zrejmé, že je možné tieto vyhotovenia zo stavu techniky známym spôsobom vhodne prispôsobiť alebo obmeniť s tým, že takéto prispôsobenia alebo obmeny spadajú alebo sú zahrnuté do presne stanoveného nárokovaného rozsahu predloženého vynálezu bez toho, aby došlo k jeho akémukoľvek obmedzeniu. Napríklad, s odvolaním na uvádzaný obr. 2, môžu byť priestory hviezdicového prierezu nachádzajúce sa medzi jednotlivými žilami kábla, vyplnené najprv bežne používaným výplňovým materiálom za vytvorenia čiastočne dokončeného kábla s priečnym prierezom, zodpovedajúcim približne kruhovému prierezu, ktorý vypĺňa a je obklopený tenkou kruhovou vrstvou 10a; a až potom je výhodne možné na takto čiastočne dohotovený kábel, v jeho príslušnej kruhovej prierezovej oblasti, pretláčaním vytvarovať povlakovú vrstvu 10 expandovaného polymerizačného materiálu, ktorá hrúbkou zodpovedá približne rozsahu tenkej kruhovej vrstvy 10a a ktorá je usporiadaná medzi povrchom žilovej štruktúry kábla a vonkajším ochranným plášťom 6. Alternatívne môžu byť žily kábla vytvorené s určitým prierezovým obrysom (napríklad obrysom čiastočnej kruhovej výseče) tak, aby pri vzájomnom spriahnutí jednotlivých žíl do jedného celku došlo k vytvoreniu káblového žilového jadra približne kruhového prierezu bez toho, aby bolo potrebné akékoľvek použitie výplňového materiálu; a takto usporiadané žilové jadro kábla, pozostávajúce z jednotlivých žíl kábla, spriahnutých do jedného celku, sa potom, prostredníctvom pretláčania, vybaví povlakovou vrstvou 10, expandovaného polymerizačného materiálu, odolného proti pôsobeniu rázov, a následne vonkajším ochranným plášťom 6.

V prípade káblov na prenos nízkeho napätia bude ich konštrukčná štruktúra obsahovať spravidla iba vrstvu izolačného povlaku, umiestnenú priamo v styku s vodičom, ktorý je potom vybavený najprv povlakovou vrstvou expandovaného polymerizačného materiálu a následne vonkajším ochranným plášťom.

Osobám oboznámeným so stavom techniky budú veľmi dobre známe ďalšie možné riešenia s tým, že tieto osoby sú schopné vykonávať vyhodnocovaním na uvedené účely najviac vyhovujúce riešenia, napríklad na základe veľkosti zriaďovacích nákladov, typu prevádzkového umiestnenia kábla (vnútorná inštalácia kábla, vonkajšia inštalácia kábla, uloženie kábla v potrubí, uloženie kábla priamo do zeme alebo podpovrchových kolektorov, uloženie kábla na dne mora a podobne), prevádzkové teploty kábla (maximálna a minimálna pracovná teplota kábla, teplotné rozmedzie okolitého prostredia) a podobne.

Expandovaná polymerizačná povlaková vrstva odolná proti pôsobeniu rázov môže byť vytvorená z ktoréhokoľvek typu expandovateľného alebo nadúvateľného polymerizačného materiálu, napríklad takého, ako sú olefmové polyméry alebo kopolyméry, olefín-esterové kopolyméry, polyestery, polykarbonáty, polysulfóny, fenolové živice, močovinové živice a ich zmesi. Príklady vhodných a na uvedené účely použiteľných polymerizačných materiálov predstavujú polyetylén (PE), hlavne polyetylén s nízkou hustotou (LDPE), polyetylén so strednou hustotou (MDPE), polyetylén s vysokou hustotou (HDPE) a lineárny polyetylén s nízkou hustotou (LLDPE); polypropylén (PP), etylén-propylénový kaučuk (EPR), hlavne etylén-propylénový kopolymér (EPM) alebo etylén-propylén-diénový terpolymér (EPDM), prírodný kaučuk, butylkaučuk (polyizobutén), etylén-vinylacetátový (EVA) kopolymér, polystyrén, etylén-akrylátový kopolymér, hlavne etylénmetylakrylátový (EMA) kopolymér, etylén-etylakrylátový (EEA) kopolymér, etylén-butylakrylátový (EBA) kopolymér, etylén/alfa-olefmový kopolymér, akrylonitrilbutadién-styrénové (ABS) živice, halogenované polyméry, hlavne polyvinylchlorid (PVC), polyuretán (PUR), polyamidy, aromatické polyestery, napríklad polyetyléntereftalát (PET) alebo polybutyléntereftalát (PBT) a ich kopolyméry alebo mechanické zmesi. Výhodne sa na tento účel používajú olefmové polyméry alebo kopolyméry, hlavne polyméry a kopolyméry na báze polyetylénu (PE) a/alebo polypropylénu (PP) v zmesi s etylén-propylénovými kaučukmi (EPR). Výhodne sa môže na tento účel použiť polypropylén (PP) modifikovaný etylén-propylénovým kaučukom (EPR), pričom hmotnostný pomer zmesi PP/EPR sa pohybuje v rozmedzí 90/10 až 50/50, výhodne v rozmedzí 85/15 až 60/40, pričom obzvlášť výhodnou zmesou je zmes s hmotnostným pomerom 70/30.

Okrem toho, v súlade s ďalším aspektom predloženého vynálezu, prihlasovateľ zistil, že je možné polymerizačný materiál, ktorý sa podrobuje spracovávaniu expandovaním, hlavne v prípade použitia olefínových polymérov a presne povedané, polyetylénu alebo polypropylénu, mechanicky zmiešavať s vopred stanoveným množstvom kaučuku v práškovej forme, napríklad vulkanizovaným prírodným kaučukom.

Uvedené práškové kaučuky sú charakteristicky vytvorené z častíc, ktorých veľkosť sa pohybuje v rozmedzí 10 až 1 000 pm, a výhodne v rozmedzí 300 až 600 pm. Výhodne môže byť ako vulkanizovaný kaučuk použitý odpadový kaučuk získaný z výroby pneumatík. Percentuálne množstvo kaučuku v práškovej forme, obsiahnutej v zmesi a vzťahujúc na obsah polymerizačného materiálu spracovávaného expandovaním, sa môže pohybovať v rozmedzí od 10 % do 60 % hmotnostných, a výhodne v rozmedzí od 30 % do 50 % hmotnostných.

Polymerizačný materiál, určený na spracovávanie expandovaním, ktorý je použitý buď bez ďalšieho spracovávania, alebo ktorý je použitý ako základná expandovateľná zložka v zmesi s práškovým kaučukom, bude mať takú tuhosť, ktorá bude, len čo dôjde k jeho spracovaniu expandovaním, zaisťovať dosiahnutie určitej, vopred stanovenej hodnoty odolnosti proti pôsobeniu rázov nevyhnutnej z dôvodu ochrany vnútornej štruktúry kábla (alebo, inak povedané, uvádzanej izolačnej vrstvy a vrstiev z polovodivého materiálu, ktoré môžu byť v tejto štruktúre prítomné) proti možnému poškodeniu, ku ktorému by mohlo dochádzať následkom prípadne náhodne sa vyskytujúceho alebo nepredvídaného pôsobenia rázov. Hlavne potom bude tento materiál mať dostatočne vysokú kapacitu na pohlcovanie rázovej energie tak, aby k. prenášaniu tejto rázovej energie na dole usporiadanú izolačnú vrstvu dochádzalo iba v takom rozsahu, ktorý zaručuje, že nebude dochádzať k ovplyvňovaniu alebo modifikácii izolačných vlastností dole usporiadaných povlakových vrstiev mimo vopred stanovenú hodnotu. Dôvodom na toto opatrenie je, ako bude podrobne objasnené a doložené v nasledujúcom opise, zistenie prihlasovateľa týkajúce sa toho, že pri kábli podrobenom pôsobeniu rázov boli namerané rozdiely medzi priemernou hodnotou adhéznej pevnosti v odtrhovaní a hodnotou adhéznej pevnosti v odtrhovaní, meranou v mieste pôsobenia rázu a týkajúcou sa odtrhávania dole usporiadaných izolačných povlakových vrstiev; pričom uvedená adhézna pevnosť pri odtrhovaní môže byť výhodne meraná medzi izolačnou vrstvou a vonkajšou vrstvou z polovodivého materiálu. Nameraný rozdiel uvedenej adhéznej pevnosti pri odtrhovaní je proporcionálne o to väčší, o čo väčšia je sila prenášaná na dole usporiadané povlakové vrstvy; v prípade, kedy sa adhézna pevnosť pri odtrhovaní meria medzi izolačnou vrstvou a vonkajšou vrstvou z polovodivého materiálu, sa na základe vyhodnotenia zistilo, že povlaková vrstva expandovaného polymerizačného materiálu poskytuje zaistenie dostatočnej ochrany dole usporiadaných vrstiev vtedy, kedy je rozdiel medzi adhéznou pevnosťou pri odtrhávani v mieste pôsobenia rázu a jej priemernou hodnotou menší ako 25 %.

Prihlasovateľ ďalej zistil, že na uvedený účel je obzvlášť vhodný a využiteľný polymerizačný materiál zvolený z uvádzanej skupiny polymerizačných materiálov, pričom takýto materiál, pred jeho spracovávaním expandovaním, má modul pružnosti v ohybe pri teplote okolitej miestnosti, meraný na základe Technickej normy ASTM D790, väčší ako 200 MPa, a výhodne aspoň 400 MPa. Z ďalšieho hľadiska, týkajúceho sa príliš veľkej tuhosti expandovaného polymerizačného materiálu, ktorá môže byť vo svojom dôsledku príčinou ťažkej manipulácie s konečne dokončeným produktom, sa uprednostňuje použitie takého polymerizačného materiálu, ktorý má modul pružnosti v ohybe pri teplote okolitej miestnosti menší ako 2 000 MPa. Polymerizačnými materiálmi, ktoré sú na tento účel obzvlášť vhodné a použiteľné, sú také polymerizačné materiály, ktoré pred ich spracovaním expandovaním majú modul pružnosti v ohybe pri teplote okolitej miestnosti pohybujúci sa v rozmedzí od 400 do 1 800 MPa, pričom obzvlášť na uvedený účel uprednostňovaný polymerizačný materiál je polymerizačný materiál majúci modul pružnosti v ohybe pri teplote okolitej miestnosti v rozmedzí od 600 do 1 500 MPa.

Uvedené hodnoty modulov pružnosti v ohybe môžu predstavovať charakteristické hodnoty špecifického materiálu alebo môžu byť výsledkom zmiešavania dvoch alebo viacerých materiálov s odlišnými modulmi pružnosti v ohybe, ktoré sú zmiešané v takom pomere, ktorý vo svojom dôsledku zaručí dosiahnutie požadovanej hodnoty tuhosti konečného materiálu. Napríklad tuhosť polypropylénu (PP), ktorý má modul pružnosti v ohybe väčší ako 1 500 MPa, môže byť zodpovedajúcim spôsobom znížená prostredníctvom jeho vhodne zvolenej modifikácie vhodným a presne stanoveným množstvom etylén-propylénového kaučuku (EPR), majúceho modul pružnosti v ohybe asi 100 MPa.

Príkladmi komerčne dostupných polymerizačných zmesí alebo zlúčenín tohto typu sú; polyetylén s nízkou hustotou: obchodné označenie Riblene FL 30 (výrobca Enichem), polyetylén s vysokou hustotou: obchodné označenie DGDK 3364 (výrobca Union Carbide), polypropylén: obchodné označenie PF 814 (výrobca Montell) a polypropylén modifikovaný etylén-propylénovým kaučukom: obchodné označenie Moplen EP-S 30R, 33R a 81R (výrobca Montell); Fina-Pro 5660G, 4660G, 2660G a 3660S (výrobca Fina-Pro).

Stupeň expandovania polymerizačného materiálu a hrúbka povlakovej vrstvy musia byť také, aby boli, v kombinácii s vonkajším polymerizačným plášťom, schopné zaručiť zodpovedajúcu odolnosť proti charakteristickému pôsobeniu rázov, vyskytujúceho sa počas manipulácie, kladenia a inštalácie kábla.

Ako sa už uvádzalo, uvedený „stupeň expandovania polymerizačného materiálu“ sa stanovuje na základe nasledujúceho vzťahu:

G (stupeň expandovania) = (d₀/d_e - 1) ⁰ 100, kde:

d_o predstavuje hustotu expandovaním nespracovaného polymerizačného materiálu a d_e predstavuje relatívnu hustotu polymerizačného materiálu, meranú v expandovanom stave.

Prihlasovateľ ďalej zistil, že v prípade, kedy toto udržiavanie požadovaných charakteristických vlastností týkajúcich sa odolnosti proti pôsobeniu rázov výslovne dovolí, je pre rovnakú hrúbku expandovanej vrstvy výhodné, ak sa použije polymerizačný materiál majúci vysoký stupeň expandovania, a to hlavne preto, že prostredníctvom tohto opatrenia je možné obmedziť nevyhnutne nutné množstvo na uvedený účel použitého polymerizačného materiálu, so zreteľnými výhodami z hľadiska tak ekonomických nákladov, ako z hľadiska celkovo redukovanej hmotnosti konečne dokončeného produktu.

Stupeň expandovania je premenlivý v širokom rozsahu, a to jednak ako funkčná závislosť od použitého špecifického polymerizačného materiálu a súčasne ako funkčná závislosť od zamýšľanej hrúbky vytváranej povlakovej vrstvy; zvyčajne sa stupeň expandovania môže pohybovať v rozmedzí od 20 % až do 3 000 %, výhodne v rozmedzí od 30 % do 500 %, pričom obzvlášť uprednostňovaným stupňom expandovania je stupeň expandovania pohybujúci sa v rozmedzí od 50 % do 200 %. Expandovaný polymerizačný materiál má štruktúru s uzatvorenými pórmi.

Prihlasovateľ ďalej zistil, že pri prekročení určitého, vopred stanoveného stupňa expandovania sa únosnosť polymerizačnej povlakovej vrstvy pre danú rázovú pevnosť znižuje. Najmä sa zistilo, že možnosť dosahovania vysokých stupňov expandovania polymerizačného materiálu za udržiavania vysoko účinnej odolnosti proti pôsobeniu rázov môže byť nevyhnutne uvedené do vzájomného súladu s hodnotou modulu pružnosti v ohybe polymerizačného materiálu, určeného na expandovanie. Dôvodom na toto opatrenie bolo zistenie prihlasovateľa, že so zvyšovaním stupňa expandovania polymerizačného materiálu dochádza k znižovaniu modulu pružnosti v ohybe tohto materiálu, a to v podstate približne podľa nasledujúceho vzťahu:

E₂/E, = (p₂/_Pl)², kde:

E₂ predstavuje modul pružnosti v ohybe polymerizačného materiálu, meraný pri vyššom stupni expandovania,

Ľ! predstavuje modul pružnosti v ohybe polymerizačného materiálu, meraný pri nižšom stupni expandovania, p₂ predstavuje relatívnu hustotu polymerizačného materiálu, meranú pri vyššom stupni expandovania a

P! predstavuje relatívnu hustotu polymerizačného materiálu, meranú pri nižšom stupni expandovania.

Tu je na účely ilustrácie potrebné konštatovať, že pre polymerizačný materiál s modulom pružnosti v ohybe s hodnotou asi 1 000 MPa má zmena stupňa expandovania v rozmedzí od 25 % do 100 % za následok zníženie hodnoty modulu pružnosti v ohybe tohto materiálu približne na polovicu. Polymerizačné materiály, majúce vysoký modul pružnosti v ohybe, môžu byť z uvedeného dôvodu expandované na vyšší stupeň ako polymerizačné materiály, ktoré majú nízke hodnoty modulu pružnosti v ohybe bez toho, aby toto opatrenie viedlo k akémukoľvek nepriaznivému ovplyvňovaniu spôsobilosti povlakovej vrstvy odolávať a znášať pôsobenie rázového zaťažovania.

Ďalšia premena, ktorá ovplyvňuje rázovú pevnosť, resp. odolnosť proti pôsobeniu rázov kábla, je hrúbka povlakovej vrstvy expandovaného polymerizačného materiálu; pričom minimálna hrúbka, ktorá je ešte spôsobilá zaručiť nevyhnutnú požadovanú rázovú pevnosť, ktorej dosiahnutie sa predpokladá v súlade s použitím takejto povlakovej vrstvy, bude závislá hlavne od stupňa expandovania polymerizačného materiálu a od modulu pružnosti v ohybe tohto materiálu. Stručne povedané, prihlasovateľ zistil, že, pre jeden a ten istý polymerizačný materiál a pre jeden a ten istý stupeň expandovania tohto materiálu je možné prostredníctvom zvyšovania hrúbky expandovaného povlaku možno dosiahnuť vyššie hodnoty rázovej pevnosti. Ale z dôvodu žiaduceho používania obmedzeného, minimálne možného množstva povlakového polymerizačného materiálu a z toho vyplývajúceho jednak znižovania zriaďovacích nákladov a jednak redukovania rozmerovej veľkosti konečne dokončeného produktu, musí byť hrúbka expandovaného materiálu minimálna možná hrúbka, ktorá je nevyhnutná na zaistenie požadovanej rázovej pevnosti. Hlavne v prípade káblov typu určeného na prenos stredného napätia sa zistilo, že hrúbka expandovanej povlakovej vrstvy s hodnotou asi 2 mm je zvyčajne schopná zaručiť dostatočnú odolnosť proti pôsobeniu bežne sa vyskytujúcich rázov, ktorým je kábel tohto typu počas svojej funkčnej inštalácie vystavený. Hrúbka expandovanej povlakovej vrstvy môže výhodne mať hodnotu väčšiu ako 0,5 mm, hlavne hodnotu pohybujúcu sa v rozmedzí od asi 1 mm do asi 6 mm, pričom obzvlášť uprednostňovaná hodnota hrúbky sa pohybuje v rozmedzí od 2 mm do 4 mm.

Prihlasovateľ ďalej zistil, že je možné dostatočne približne presne charakterizovať a definovať vzájomnú súvislosť medzi hrúbkou povlakovej vrstvy a stupňom expandovania polymerizačného materiálu pre materiály s rôznymi hodnotami modulu pružnosti v ohybe tak, že hrúbka povlakovej vrstvy expandovaného polymerizačného materiálu je vhodne rozmerovo dimenzovaná ako funkcia stupňa expandovania a modulu pružnosti v ohybe polymerizačného materiálu, a to hlavne hrúbky povlakovej vrstvy expandovaného polymerizačného materiálu pohybujúcej sa v rozmedzí 2 až 4 mm. Takúto vzájomnú súvislosť, resp. funkčnú zvislosť je možné vyjadriť pomocou nasledujúceho vzťahu:

V ° d_c > N, kde

V predstavuje objem expandovaného polymerizačného materiálu na meter dĺžky kábla (m³/m), pričom sa tento objem týka objemu tenkej kruhovej vrstvy, presne vymedzený prostredníctvom minimálnej hrúbky povlakovej vrstvy expandovaného polymerizačného materiálu, korešpondujúcej s tenkou kruhovou vrstvou 10a z obr. 2, znázorňujúceho štruktúrne usporiadanie kábla viacžilového typu alebo polymerizačnej povlakovej vrstvy 10 z obr. 3, na ktorom je znázornený kábel jednožilového typu, d_e predstavuje relatívnu hustotu polymerizačného materiálu, meranú v expandovanom stave (kg/m³),

N predstavuje výsledok súčinu dvoch uvádzaných hodnôt, ktorý musí byť väčší alebo rovnajúci sa hodnote:

0,03 pre materiály s modulom pružnosti v ohybe > 1 000 MPa,

0,04 pre materiály s modulom pružnosti v ohybe v rozmedzí 800 až 1 000 MPa,

0,05 pre materiály s modulom pružnosti v ohybe v rozmedzí 400 až 800 MPa a

0,06 pre materiály s modulom pružnosti v ohybe v rozmedzí < 400 MPa.

Parameter V je závislý od hrúbky (S) povlakovej vrstvy expandovanej povlakovej vrstvy podľa nasledujúceho vzťahu:

V = π ⁰ (2Rj⁰ S + S²), kde

R; predstavuje vnútorný polomer tenkej kruhovej vrstvy 10a.

Parameter d₆ je funkciou stupňa expandovania polymerizačného materiálu podľa už skôr uvádzaného vzťahu:

G = (d₀/d_e - 1)⁰100.

Na základe uvádzaných vzťahov bolo pre povlakovú vrstvu expandovaného polymerizačného materiálu s hrúbkou asi 2 mm, umiestnenú na kruhovom priereze kábla s priemerom asi 22 mm, pre rôzne polymerizačnc materiály majúce pri teplote okolitej miestnosti odlišné moduly pružnosti v ohybe (Mf), zistené, že táto povlaková vrstva má minimálnu relatívnu hustotu s hodnotou asi:

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

0,33 g/m³ pre zmes PP/EPR v pomere 70/30 (Mf je asi 800 MPa),

0,26 g/m³ pre HDPE (Mf je asi 1 000 MPa) a

0,20 g/m³ pre PP (Mf je asi 1 500 MPa).

Uvedené hodnoty relatívnej hustoty expandovaného polymerizačného materiálu zodpovedajú maximálnemu stupňu expandovania:

130 % pre LDPE (d₀ = 0,923 g/m³),

180 % pre zmes PP/EPR (d₀ = 0,890 g/m³),

260 % pre HDPE (d₀ = 0,945 g/m³) a

350 % pre PP (d₀ = 0,900 g/m³).

Podobným spôsobom boli pre povlakovú vrstvu expandovaného polymerizačného materiálu s hrúbkou asi 3 mm, nanesenú na žilové jadro kábla identických rozmerov, zistené nasledujúce hodnoty minimálnej relatívnej hustoty:

0,25 g/'m³ pre LDPE,

0,21 g/m³ pre zmes PP/EPR

0,26 g/m³ pre HDPE a

0,20 g/m³ pre PP, zodpovedajúce maximálnemu stupňu expandovania:

270 % pre LDPE,

320 % pre zmes PP/EPR,

460 % pre HDPE a

600 % pre PP.

Uvedené výsledky naznačujú, že na účely čo najlepšieho, resp. optimálneho využitia charakteristických pevnostných charakteristík povlakovej vrstvy expandovaného polymerizačného materiálu vopred stanovenej hrúbky z hľadiska rázovej pevnosti, sa musia brať do úvahy tak mechanické pevnostné charakteristiky materiálu (hlavne modul pružnosti v ohybe), ako i stupeň expandovania tohto materiálu. Je však potrebné poznamenať, že hodnoty stanovené na základe uvedených vzťahov nie sú v žiadnom prípade myslené ako skutočnosti obmedzujúce rozsah predloženého vynálezu. Hlavne maximálny stupeň expandovania polymerizačných materiálov, ktorých moduly pružnosti v ohybe sa pohybujú v tesnej blízkosti horných hraníc intervalov definovaných pre varianty parametra N (alebo dané hodnoty 400, 800 a 1 000 MPa), môže byť v skutočnosti dokonca i väčší ako jeho hodnoty, vypočítané na základe uvedených vzťahov; pričom za tohto stavu bude vrstva vytvorená zo zmesi polypropylénu a etylén/propylénového kaučuku PP/EPR s hrúbkou asi 2 mm (s hodnotou Mf asi 800 MPa) stále ešte spôsobilá zaručiť požadovanú odolnosť proti pôsobeniu rázov i pre stupeň expandovania asi 200 %.

Expandovanie polymerizačného materiálu sa zvyčajne vykonáva počas fázy jeho spracovávania pretláčaním; pričom uvedené spracovávanie pretláčaním sa môže uskutočňovať buď chemicky, prostredníctvom pridávania k polymerizačnému materiálu vhodného „expandovacieho alebo nadúvacieho prostriedku“, ktorým je, stručne povedané, taký prostriedok, ktorý je schopný za vopred presne stanovených teplotných a tlakových podmienok spôsobovať vyvíjanie plynu alebo fyzikálnou cestou, prostredníctvom priameho vstrekovania plynu za vysokého tlaku do pretláčacieho valca.

Príklady vhodných a na uvedené účely použiteľných „načúvacích prostriedkov“ zahrnujú azodikarboamid alebo zmesi organických kyselín (napríklad kyseliny citrónovej) s uhličitanmi a/alebo hydrouhličitanmi (napríklad uhličitanom sodným).

Príklady plynov, použiteľných na vstrekovanie do pretláčacieho valca za vysokého tlaku, zahrnujú dusík, oxid uhličitý, vzduch a uhľovodíky s nízkou teplotou varu, napríklad také, ako je propán a bután.

Ako vonkajší ochranný plášť, ktorý prekrýva povlakovú vrstvu expandovaného polymerizačného materiálu, sa môže bez ťažkostí použiť opláštenie štandardného typu. Materiály používané na vytvorenie takéhoto vonkajšieho ochranného plášťa zahrnujú polyetylén (PE), hlavne polyetylén so strednou hustotou (MDPE) a polyetylén s vysokou hustotou (HDPE), polyvinylchlorid (PVC), zmesi elastomérov a podobne. Výhodne sa na tento účel používajú polyetylén so strednou hustotou (MDPE) a polyvinylchlorid (PVC). Polymerizačný materiál, z ktorého je vytvorený vonkajší ochranný plášť, má charakteristicky modul pružnosti v ohybe pohybujúci sa v rozmedzí od asi 400 MPa do asi 1 200 MPa, a výhodne v rozmedzí od asi 600 MPa do asi 1 000 MPa.

Prihlasovateľ ďalej zistil, že prítomnosť vonkajšieho ochranného plášťa v štruktúre opláštenia kábla, v kombinácii s charakteristickými vlastnosťami povlakovej vrstvy expandovaného polymerizačného materiálu samými osebe, podporuje zaistenie požadovaných pevnostných charakteristík povlakovej vrstvy, z hľadiska odolnosti proti pôsobeniu rázov. Prihlasovateľ hlavne zistil, že podpora celkovej odolnosti proti pôsobeniu rázov prostredníctvom vonkajšieho ochranného plášťa pre jednu a tú istú hrúbku povlakovej vrstvy expandovaného polymerizačného materiálu sa zvyšuje so zvyšovaním stupňa expandovania polymerizačného materiálu, z ktorého je táto expandovaná povlaková vrstva vytvorená. Hrúbka tohto vonkajšieho ochranného plášťa je výhodne väčšia ako 0,5 mm, hlavne v rozmedzí od 1 do 5 mm a prednostne v rozmedzí od 2 do 4 mm.

Konštrukcia silového rozvodného kábla s odolnosťou proti pôsobeniu rázov podľa predloženého vynálezu bude ďalej opísaná s odvolaním na schematické znázornenie kábla uvedené na obr. 2 pripojenej výkresovej dokumentácie, ktorého oblasti hviezdicového prierezu, nachádzajúce sa medzi jednotlivými navzájom spriahnutými žilami kábla vybaveného povlakovou vrstvou, sú vyplnené polymerizačným materiálom, nie však priamo expandovaným polymerizačným materiálom, ale zvyčajne používaným výplňovým materiálom; povlaková vrstva 10 expandovaného polymerizačného materiálu sa potom vytvára pretláčaním polymerizačného materiálu na čiastočne dokončený kábel za vytvorenia tenkej kruhovej vrstvy 10a okolo uvedeného čiastočne dokončeného kábla a táto povlaková vrstva sa následne povlieka vonkajším ochranným polymerizačným plášťom 6. Príprava jednotlivých žíl kábla, stručne povedané, štruktúrnu zostavu obsahujúcu vodič 1, vnútornú vrstvu 2 z polovodivého materiálu, izolačnú vrstvu 3, vonkajšiu vrstvu 4 z polovodivého materiálu a kovové tienenie 5, sa vykonáva spôsobom známym zo stavu techniky, napríklad prostredníctvom technológie spracovávania pretláčaním. Uvedené žily kábla sú potom navzájom spriahnuté do jedného celku a takto vytvorené priestory hviezdicového prierezu sa vyplnia zvyčajne používaným výplňovým materiálom (napríklad zmesou elastomérov, polypropylénovým vláknitým materiálom a podobne), charakteristicky s použitím technológie nanášania výplňového materiálu na povrch navzájom, do jedného celku spriahnutých žíl kábla pretlačením až do vytvorenia čiastočne dokončeného kábla s kruhovým prierezom. Potom sa na povrch vrstvy výplňového materiálu prostredníctvom nanášania pretláčaním aplikuje povlaková vrstva 10 expandovaného polymerizačného materiálu. Priemer prievlaku pretláčacej hlavy bude z dôvodu umožnenia expandovania polymerizačného materiálu na výstupe z pretláčacieho lisu výhodne mať o niečo menši ako konečný priemer kábla vybaveného povlakovou vrstvou expandovaného polymerizačného materiálu.

Prihlasovateľ ďalej zistil, že pri identických podmienkach pretláčania (takých ako sú rýchlosť otáčania závitovkového vretena, postupová rýchlosť pretláčania, priemer prievlaku pretláčacej hlavy a podobne) je jednou z premenných teplota pretláčania, ktorá má značne veľký vplyv na stupeň expandovania. Všeobecne povedané, pri teplotách pretláčania nižších ako 160 °C je veľmi ťažké dosiahnuť dostatočný stupeň expandovania polymerizačného materiálu; pričom je, vzhľadom na uvedené, teplota pretláčania výhodne aspoň 180 °C a hlavne asi 200 °C. Zvyšovanie teploty pretláčania zvyčajne zodpovedá vyššiemu stupňu expandovania.

Okrem toho je stupeň expandovania polymerizačného materiálu možné regulovať, v určitom rozsahu, prostredníctvom ovplyvňovania intenzity ochladzovania vzhľadom na to, že vhodným znižovaním alebo zvyšovaním intenzity ochladzovania polymerizačného materiálu, z ktorého sa vytvára príslušná povlaková vrstva expandovaného polymerizačného materiálu, na výstupe z prievlaku pretláčacieho lisu je možné zvyšovať alebo znižovať stupeň expandovania tohto polymerizačného materiálu.

Ako sa už uvádzalo, prihlasovateľ zistil, že je možné kvantitatívne determinovať účinky pôsobenia rázov na opláštenie kábla prostredníctvom merania adhéznej pevnosti pri odtrhávaní povlakových vrstiev opláštenia kábla, pri ktorom boli medzi priemernou hodnotou adhéznej pevnosti pri odtrhávaní a hodnotou adhéznej pevnosti pri odtrhávaní meranou v mieste pôsobenia rázu, zistené rozdiely. Hlavne pre silové rozvodné káble, určené na vedenie stredného napätia a majúce konštrukčnú štruktúru obsahujúcu vnútornú vrstvu z polovodivého materiálu, izolačnú vrstvu a vonkajšiu vrstvu z polovodivého materiálu, môže byť adhézna pevnosť pri odtrhávaní (a, pochopiteľne, jej vzájomné rozdiely) výhodne merané medzi vonkajšou vrstvou z polovodivého materiálu a izolačnou vrstvou.

Prihlasovateľ ďalej zistil, že účinky hlavne kombinovaného pôsobenia niekoľkých rázov súčasne, ktorému môže byť príslušný kábel, hlavne silový kábel s kovovým armovaním na vedenie stredného napätia, vystavený, je možné zisťovať s použitím skúšky rázovej húževnatosti, vykonávanej na základe francúzskej Technickej normy HN 33-S-52, týkajúcej sa pancierom armovaného silového rozvodného kábla na vedenie vysokého napätia, a podľa ktorej sa na tento kábel pôsobí rázovou energiou s veľkosťou asi 72 Joulov (J).

Rovnako tak adhézna pevnosť pri odtrhávaní príslušnej povlakovej vrstvy sa môže zisťovať s použitím skutočností uvádzaných v už uvádzanej francúzskej Technickej norme HN 33-S-52, na ktorej základe sa meria sila, ktorá sa musí nevyhnutne aplikovať, aby došlo k oddeleniu vonkajšej vrstvy z polo vodivého materiálu od izolačnej vrstvy. Prihlasovateľ v tomto prípade zistil, že prostredníctvom nepretržitého merania tejto sily v príslušných miestach, v ktorých sa uskutočňuje pôsobenie rázov, sa merajú špičkové hodnoty uvedenej sily, ktoré indikujú zmeny kohéznej sily medzi dvoma uvedenými vrstvami. Zistilo sa, že tieto zmeny sú spravidla spojené so znížením izolačnej únosnosti ochranného opláštenia. Uvedené zmeny budú proporcionálne o to väčšie, o čo menšiu odolnosť proti pôsobeniu rázov má vonkajšie ochranné opláštenie kábla (ktoré v prípade tohto vyhotovenia podľa predloženého vynálezu pozostáva z povlakovej vrstvy expandovaného polymerizačného materiálu) a vonkajší ochranný plášť. Veľkosť zmien tejto sily, meranej v mieste pôsobenia rázu, v porovnaní s jej priemernou hodnotou, meranou po celej dĺžke kábla takto predstavuje indikáciu stupňa ochrany proti pôsobeniu rázov dosahovanú prostredníctvom ochranného opláštenia. Všeobecne povedané, zmeny adhéznej pevnosti pri odtrhávaní s veľkosťou až do 20 až 25 % v porovnaní s priemernými hodnotami tejto sily sa budú pre uvedené účely pokladať za prijateľné.

Charakteristické parametre povlakovej vrstvy expandovaného polymerizačného materiálu (t. j. použitý materiál, stupeň expandovania, hrúbka), ktorá môže byť s úžitkom spoločne s vhodným vonkajším ochranným polymerizačným plášťom použitá v konštrukčnej štruktúre kábla, sa môžu zodpovedajúcim spôsobom zvoliť v závislosti od požadovaného stupňa odolnosti proti pôsobeniu rázov, ktorú je nutné zaistiť kvôli zodpovedajúcej ochrane dole usporiadanej káblovej štruktúry a okrem toho rovnako v závislosti od charakteristických vlastností špecifického materiálu použitého na vytvorenie izolačnej vrstvy a/alebo polovodivej vrstvy, napríklad tvrdosť tohto materiálu, jeho hustota a podobne.

Ako môže byť z uvedeného podrobného opisu poznateľné, je silový rozvodný kábel podľa predloženého vynálezu obzvlášť vhodný na nahradzovanie štandardne používaných kovom armovaných silových rozvodných káblov hlavne z dôvodu výhodných vlastností povlakovej vrstvy expandovaného polymerizačného materiálu v porovnaní s kovovým armovaním kábla. Použitie kábla podľa predloženého vynálezu však nie je obmedzené iba na túto špecifickú aplikáciu. V skutočnosti môže byť opisovaný silový rozvodný kábel s úžitkom použitý vo všetkých takých aplikáciách, v ktorých sa požaduje použitie káblov majúcich zvýšené pevnostné charakteristiky z hľadiska odolnosti proti pôsobeniu rázov. Silovým rozvodným káblom odolným proti pôsobeniu rázov podľa predloženého vynálezu môžu byť nahradzované hlavne doteraz štandardne používané silové rozvodné káble neobsahujúce žiadne kovové armovanie vo všetkých takých aplikáciách, v ktorých by bolo oveľa výhodnejšie používať kovom armované silové rozvodné káble, ale ktorých použitie v týchto aplikáciách je nemožné v dôsledku nevýhody spočívajúcej v ich kovovom armovaní.

V nasledujúcom opise je uvedených niekoľko príkladových vyhotovení predloženého vynálezu, opisujúcich a objasňujúcich jeho podstatu v podrobnejších detailoch.

Príklad 1

Príprava kábla vybaveného expandovanou povlakovou vrstvou

Na účely vyhodnocovania rázovej pevnosti povlakovej vrstvy expandovaného polymerizačného materiálu podľa predloženého vynálezu boli prostredníctvom pretláčania niekoľkých rôznych polymerizačných materiálov s rôznym stupňom expandovania nanášané povlakové vrstvy s rôznymi hrúbkami, a to vrstva polovodivého materiálu s hrúbkou 0,5 mm, izolačná vrstva vytvorená zo zmesi na báze etylén-propylénového kaučuku (EPR) s hrúbkou 3 mm a ďalšia vrstva „ľahko odtrhnuteľného“ polovodivého materiálu s hrúbkou 0,5 mm na báze etylénvinyl- acetátového (EVA) kopolyméru s prídavkom sadzí na žilu kábla, pozostávajúcej z niekoľkých drôtových vodičov a majúcej priemer asi 14 mm, za vytvorenia žilového jadra kábla s celkovým priemerom asi 22 mm, pripravené rôzne, navzájom odlišné skúšobné vzorky čiastočne dokončeného kábla.

Ako polymerizačné materiály na vytvorenie expandovanej povlakovej vrstvy sa použili polyetylén s nízkou hustotou (LDPE), polyetylén s vysokou hustotou (HDPE), polypropylén (PP), polypropylén (PP) modifikovaný etylén-propylénovým kaučukom (EPR) v hmotnostnom pomere PP/EPR 70/30 a zmes polyetylénu s nízkou hustotou (LDPE) a vulkanizovaného prírodného kaučuku, rozdrveného na jemný prášok s veľkosťou častíc v rozmedzí 300 až 600 mm v hmotnostnom pomere LDPE/kaučuk 70/30 (alebo PE/práškov kaučuk); uvedené materiály sú na účely nasledujúceho opisu, v uvedenom poradí, označené písmenami A až E a ich niektoré charakteristické parametre sú uvedené v nasledujúcej tabuľke la.

Tabuľka la

	Použitý materiál	Obchodné označenie, výrobca	Modul pružnosti (MPa)
A	PE s nízkou hustotou (LDPE)	Riblene FL 30;, Enichem	260
B	PE s vysokou hustotou (HDPE)	DGDK 3364, Union Carbide	1000
C	Polypropylén (PP)	PF 814, Montell	1600
D	Zmes PP/EPR	FINA-PRO 3660S, Finna-Pro	1250
E	PE/práškový kaučuk	Riblene FL 30, Enichem	-

Expandovanie uvedených polymerizačných materiálov sa uskutočňovalo chemickou cestou za alternatívneho použitia dvoch navzájom odlišných nadúvacích prostriedkov (označených ako CE), ktorých identifikácia je uvedená v nasledujúcej tabuľke lb:

Tabuľka lb

	Nadúvací prostriedok	Obchodné označenie; výrobca
CE1	Azodikarboamid	Sarmapor PO; Sarma
CE2	Karboxylová kyselina s hydrouhličitanom	Hydrocerol CF 70; Boehringer Ingelheim

Polymerizačné materiály na expandovanie a nadúvacie prostriedky boli (v pomeroch ilustrativne naznačených v následne uvedenej tabuľke 2) zavedené do valca závitovkového jedno vretenového pretláčacieho lisu s rozmermi: dĺžka 80 mm - priemer 25 mm (výrobca Bandera); pričom tento závitovkový pretláčací lis pozostáva z pretláčacej hlavy a valca a je vybavený dopravným závitovkovým vretenom, ktorého závit má v koncovej zóne valca hĺbku 9,6 mm. Pretláčacia sústava lisu pozostáva z vnútorného prievlaku, prispôsobeného na zaistenie hladkého a plynulého priechodu žily kábla, ktorá sa má povliekať (ktorý spravidla má priemer o asi 0,5 mm väčší ako je priemer povliekaniu podrobovanej žily kábla), z vonkajšieho prievlaku, ktorého priemer sa volí tak, aby bol čo do veľkosti o asi 2 mm menší ako priemer kábla povliekaného povlakovou vrstvou expandovaného polymerizačného materiálu; pri tomto usporiadaní pretláčacieho lisu pretlačením spracovávaný materiál expanduje nie vo vnútornom priestore pretláčacej hlavy alebo vo vnútornom priestore valca pretláčacieho lisu, ale na výstupe pretláčacej hlavy. Rýchlosť priechodu povliekaniu podrobovanej žily kábla (alebo postupovej rýchlosti pretláčania) sa nastavuje ako funkcia požadovanej hrúbky expandovaného materiálu (pozri tabuľka 2). Vo vzdialenosti asi 500 mm od pretláčacej hlavy je, z dôvodu skončenia priebehu expandovania a ochladzovania expandovaného materiálu na teplotu okolitého prostredia, usporiadaná chladiaca sústava (obsahujúca studenú vodu). Takto vytvorený kábel sa následne navíja na bubnovú cievku.

Zloženie spracovávaného polymerizačného materiálu a použitého nadúvacieho prostriedku a podmienky pretláčania (rýchlosť, teplota) sa menia podľa požiadavky a sú uvedené v nasledujúcej tabuľke 2.

Tabuľka 2 Materiálová zmes na expandovanie a podmienky spracovávania pretláčaním

Kábel vzorka č.:	Polymér + druh a obsah nadúvacieho prostriedku	Rýchlosť pretl. lisu (ot./min.)	(1) Teplota pretl. lisu (°C)	Postupová rýchlosť pretláč. (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 pretláčacieho lisu sa týka teploty valca a teploty pretláčacej hlavy. V prípade, kedy je v tabuľke 2 uvedená iba jediná hodnota, sú tieto teploty identické. V počiatočnej zóne valca pretláčacieho lisu je teplota asi 150 °C.

Pri kábli podľa vzorky č. 1 expandovanie polymerizačného materiálu neprebehlo, a to pravdepodobne vzhľadom na to, že teplota pretláčacieho lisu bola príliš nízka (165 °C) a podobne, z rovnakých dôvodov, pri kábli podľa vzorky č. 5 prebehlo expandovanie iba v obmedzenom rozsahu (iba 5 %).

Kábel vybavený povlakovou vrstvou expandovaného polymerizačného materiálu bol následne povlečený zvyčajne používaným vonkajším ochranným plášťom vytvoreným z polyetylénu so strednou hustotou MDPE (obchodné označenie CE 90, výrobca Materie Plastischc Bresciane) rôznej hrúbky (pozri tabuľka 3) s použitím bežne známych a štandardne používaných technologických postupov pretláčania, za vytvorenia prísluš5 ných vzoriek kábla, majúcich definované a presne vymedzené charakteristické parametre, ktoré sú uvedené v nasledujúcej tabuľke 3; pričom kábel podľa vzorky č. 1, pri ktorej nebol polymerizačný materiál podrobený spracovaniu expandovaním, je na tento prípad braný ako porovnávacia vzorka povlakovej vrstvy neexpandovaného polymerizačného materiálu. Tabuľka 3 okrem toho ďalej poskytuje, na účely porovnávania, charakteristické parametre kábla vybaveného iba vonkajším ochranným plášťom, ktorý neobsahuje žiaden výplňový 10 materiál (pozri kábel podľa vzorky č. 0).

Tabuľka 3 Charakteristické parametre povlakovej vrstvy

Kábel vz. č.:	Stupeň expandovania výplňového materiálu (%)	Hrúbka výplňového mat. (mm)	Hrúbka vonkajšieho plášťa (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 spôsobom ako práve opísaný spôsob bolo pripravených ďalších 6 vzoriek s použitím povlako15 vej vrstvy expandovaného polymerizačného materiálu, majúci modul pružnosti v ohybe asi 600 MPa a pozostávajúci z polypropylénu (PP) modifikovaného etylén-propylénovým kaučukom (EPR) v množstve asi 30 % hmotnostných, ktorých charakteristické parametre sú uvedené v tabuľke 4 (tieto vzorky sú v tabuľke 4 označené ako vzorky 12 až 17); v tabuľke 4 sú okrem toho ďalej uvedené dve porovnávacie vzorky káblov vybavených povlakovou vrstvou expandovaného polymerizačného materiálu, ale bez vonkajšieho plášťa (po20 zri káble podľa vzoriek č. 16a a 17a).

Tabuľka 4 Charakteristické parametre povlakovej vrstvy

Kábel vz. č.:	Stupeň expandovania výplňového materiálu (%)	Hrúbka výplňového mat. (mm)	Hrúbka vonkajšieho plášťa (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	-

Príklad 2

Skúšobné testovania rázovej pevnosti, resp. odolnosti proti pôsobeniu rázov

Na účely merania, zisťovania a vyhodnocovania rázovej pevnosti káblov pripravených podľa príkladu 1 boli pri týchto kábloch vykonané skúšobné testy rázovej pevnosti s následným vyhodnocovaním pôsobením rázov spôsobeného poškodenia. Výsledné účinky pôsobenia rázov boli vyhodnocované jednak prostredníctvom vizuálnej kontroly kábla a jednak prostredníctvom merania zmeny adhéznej pevnosti pri odtrhovaní 30 vrstvy z polovodivého materiálu v mieste pôsobenia rázu. Skúšobný test rázovej pevnosti sa vykonával na základe skutočností uvedených vo francúzskej Technickej norme HN 33-S-52, podľa ktorej sa na kábel pôsobí rázovou energiou s veľkosťou asi 72 Joulov (J), získanej prostredníctvom pádu závažia s hmotnosťou 27 kg na kábel z výšky 27 cm. Na účely skúšobného testu podľa predloženého vynálezu bola táto nárazová energia dosiahnutá pádom závažia s hmotnosťou 8 kg z výšky 97 cm. Rázové pôsobenie spôsobujúce koniec toh35 to závažia je vybavené narážacou hlavou so zaoblenou hranou v tvare písmena V (polomer zaoblenia 1 mm).

SK 286369 Β6

Vyhodnocovanie rázovej pevnosti bolo na účely predloženého vynálezu vykonávané po ovplyvnení kábla pôsobením jediného rázu. V prípade vzoriek č. 6 až 12 bol kábel pri skúšobnom teste podrobený pôsobeniu dvoch nezávislých rázov s tým, že miesto pôsobenia druhého rázu sa nachádzalo vo vzdialenosti 100 mm od miesta pôsobenia prvého rázu.

Meranie adhéznej pevnosti pri odtrhávaní sa vykonávalo rovnako v súlade so skutočnosťami uvádzanými vo francúzskej Technickej norme HN 33-S-52, na ktorej základe sa na tento účel vykonáva meranie sily, ktorú je nevyhnutné nutné aplikovať kvôli dosiahnutiu oddelenia vonkajšej vrstvy z polovodivého materiálu od izolačnej vrstvy. Prostredníctvom nepretržitého merania tejto sily v príslušných miestach kábla, v ktorých sa uskutočňuje pôsobenie rázov, sa merajú ich špičkové hodnoty. Pre každú testovanú vzorku sa v mieste pôso10 benia rázu merajú „pozitívne“ špičkové hodnoty uvedenej sily, zodpovedajúce zvyšovaniu tejto sily (vzhľadom na ich priemerné hodnoty), požadovanej na oddeľovanie dvoch vrstiev oplášteni kábla od seba a „negatívne“ špičkové hodnoty (zodpovedajúce zníženej veľkosti tejto sily vzhľadom na uvedené priemerné hodnoty). Rozdiel medzi maximálnou (F_max) a minimálnou (F_min) špičkovou hodnotou uvedenej sily potom predstavuje maximálnu zmenu adhéznej pevnosti pri odtrhávaní v mieste pôsobenia rázu.

Zmeny adhéznej pevnosti pri odtrhávaní v mieste pôsobenia rázu sa za tohto stavu vypočítava prostredníctvom určovania pomeru medzi uvádzaným rozdielom (F_max - F_nlin) a priemernou adhéznou pevnosťou pri odtrhávaní pre meraný kábel (F<>), vyjadreného v percentách, podľa nasledujúceho vzťahu:

Percentuálna zmena = 100 ⁰ (F,_nax - F^) / F o.

Veľkosť zmeny uvedenej sily, meranej v mieste pôsobenia rázu, v porovnaní s priemernou hodnotou tejto 20 sily, meranou po celej dĺžke kábla vzhľadom na uvedené, predstavuje indikáciu stupňa ochrany proti pôsobeniu rázov, ktorá bude zaistená prostredníctvom opatrenia povlakovej vrstvy expandovaného polymerizačného materiálu. Všeobecne povedané, zmeny odtrhávacej sily až do veľkosti 20 až 25 % sú pre uvedené účely pokladané za prijateľné. Príslušné hodnoty odchýlok adhéznej pevnosti pri odtrhávaní pre káble podľa vzoriek č. 0 až č. 17a sú uvedené v tabuľke 5.

Tabuľka 5 Percentuálna odchýlka adhéznej pevnosti pri odtrhávaní

Kábel vz. č.	Prvý skúšobný test	Druhý skúšobný 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

Ako môže byť poznateľné z tabuľky 3, v prípade vzorky č. 1 (pri ktorej nedošlo k expandovaniu polymerizačného materiálu) je percentuálna zmena adhéznej pevnosti pri odtrhávaní extrémne vysoká; táto skutoč30 nosť vyjadruje, že neexpandovaný polymerizačný materiál má rozhodne nižšiu kapacitu na pohlcovanie rázového pôsobenia ako vrstva vytvorená z toho istého materiálu, ktorá je spracovaná expandovaním (pozri vzorka č. 3 s povlakovou vrstvou expandovanou v rozsahu 61 %). Vzorka č. 3 má zmenu adhéznej pevnosti pri odtrhávaní, ktorej hodnota sa nachádza nepatrne nad 25 % medznej hodnoty; pričom obmedzená odolnosť proti pôsobeniu rázov, dosiahnutá vo vyhotovení podľa tejto vzorky, sa môže prisudzovať, pri porovnaní s 35 hrúbkami ďalších vzoriek s veľkosťou 2 až 3 mm, predovšetkým hrúbke, ktorej veľkosť je iba 1 mm, povlakovej vrstvy expandovaného polymerizačného materiálu.

Vzorka č. 5, vybavená povlakovou vrstvou expandovaného polymerizačného materiálu s hrúbkou 3 mm, má vysokú hodnotu adhéznej pevnosti pri odtrhávaní, ktorá je pripočítaná nízkemu stupňu expandovania po15 lymerizačného materiálu (5 %), čo vo svojom dôsledku vyjadruje, že vytvorenie povlakovej vrstvy expandovaného polymerízačného materiálu s nízkym stupňom expandovania predstavuje zaistenie obmedzenej rázovej pevnosti. Vzorka č. 4, hoci má hrúbku expandovaného polymerízačného materiálu menšiu ako je hrúbka vzorky č. 5 (2,5 mm proti 3 mm), má však dosiahnutie vyššej rázovej pevnosti, so zmenou adhéznej pevnosti pri odtrhávaní 1 % v porovnaní s odchýlkou 21 % pri vzorke č. 5, čo demonštruje skutočnosť, že vyšší stupeň expandovania vo svojom dôsledku poskytuje dosiahnutie vyššej rázovej pevnosti.

Z porovnania vzorky č. 13 so vzorkou č. 15 je poznateľné, akým spôsobom zvyšovanie stupňa expandovania polymerízačného materiálu (od 22 do 124 %) pre jednu a tú istú hrúbku povlakovej vrstvy expandovaného materiálu a vonkajšieho ochranného plášťa ovplyvňuje zvyšovanie rázovej pevnosti opláštenia ako celku (percentuálna zmena adhéznej pevnosti pri odtrhávaní sa pohybuje z hodnoty 16 až 17 % na hodnotu 10 %). Táto tendencia je potvrdená porovnaním vzorky č. 16 so vzorkou č. 17. Oproti tomu z porovnania vzoriek č. 16a a č. 17a (kábel bez vonkajšieho ochranného plášťa) s príslušnými vzorkami č. 16 a č. 17 môže byť poznateľné, akým spôsobom podporuje vybavenie kábla vonkajším ochranným plášťom zvyšovanie odolnosti proti pôsobeniu rázov v závislosti od zvyšovania stupňa expandovania materiálu povlakovej vrstvy.

Príklad 3

Porovnávací skúšobný test rázovej pevnosti kábla podľa vynálezu s káblom s kovovým armovaním

V tomto prípade boli skúšobnému testovaniu podrobené kábel podľa vzorky č. 10 spolu so štandardne používaným kovom armovaným silovým rozvodným káblom, pričom na základe tohto testovania sa zisťovala rázová húževnatosť alebo účinnosť odolnosti proti pôsobeniu rázov ich povlakového opláštenia.

Armovaný kábel má rovnako konštrukčne usporiadanú žilu ako kábel podľa vzorky č. 10 (alebo viacdrôtový vodič s priemerom asi 14 mmpovlečeným vrstvou z polovodivého materiálu s hrúbkou 0,5 mm, izolačnou vrstvou vytvorenou zo zmesi na báze etylén-propylénového kaučuku (EPR) s hrúbkou 3 mm, a ďalšou „ľahko odtrhnuteľnou“ vrstvou z polovodivého materiálu s hrúbkou 0,5 mm na báze etylénvinylacetátového (EVA) kopolyméru s prídavkom sadzí za vytvorenia žily kábla s celkovým priemerom asi 22 mm). Uvedená žila kábla je povlečená, v smere od povrchu žily k vonkajšiemu obvodu kábla:

a) vrstvou výplňového materiálu na báze kaučuku s hrúbkou asi 0,6 mm,

b) plášťom z polyvinylchloridu (PVC) s hrúbkou asi 0,6 mm,

c) dvoma armovacími pásikmi z pancierovej ocele, z ktorých každý má hrúbku asi 0,5 mm a

d) vonkajším ochranným plášťom z polyetylénu so strednou hustotou (MDPE) s hrúbkou asi 2 mm.

Na účely vykonávania porovnávacieho skúšobného testu sa použilo skúšobné dynamické zariadenie typu s „padacím závažím“ (CEAST, model 6758). Vykonali sa dve súpravy skúšobných testov s použitím padacieho závažia s hmotnosťou 11 kg spúšťaných z výšky 50 cm (prvá súprava - nárazová energia asi 54 Joulov) a z výšky 20 cm (druhá súprava - nárazová energia asi 21 Joulov); padacie závažie je na pracovnom konci vybavené pologuľovou narážacou hlavou so sférickým polomerom asi 10 mm.

Výsledné deformácie káblov, zistené počas skúšobného testovania (pre padacie výšky 50 cm a 20 cm), sú znázornené na obr. 4 a 5 pripojenej výkresovej dokumentácie, na ktorých je kábel podľa predloženého vynálezu označený písmenom a), zatiaľ čo štandardne používaný kovom armovaný kábel je označený písmenom b).

Na účely vyhodnocovania poškodenia štruktúry kábla, spôsobenej pôsobením rázu, sa merala veľkosť deformácie žily kábla. V skutočnosti piati, že o čo väčšie sú deformácie povlakovej štruktúry vrstiev polovodivého - izolačného - polovodivého materiálu, o to väčšia je pravdepodobnosť, že tieto deformácie budú spôsobovať elektrické poruchy izolačných vlastností kábla. Zistené a namerané výsledky sú uvedené v tabuľke 6.

Tabuľka 6

Percentuálna redukcia hrúbky polovodivej vrstvy po rázovom pôsobení

	Štandardný armovaný kábel	Kábel podľa vynálezu vz. č. 10
Skúška rázovej húževnatosti vykonávaná pri padacej výške závažia 50 cm	41 %	26,5 %
Skúška rázovej húževnatosti vykonávaná pri padacej výške závažia 20 cm	4,4 %	2,9 %

Z výsledkov uvedených v tabuľke 6 úplne zreteľne vyplýva, že kábel má podľa predloženého vynálezu porovnateľnú a dokonca i podstatne lepšiu odolnosť proti pôsobeniu rázov ako štandardne používaný kovom armovaný kábel.

Claims (30)

1. PATENTOVÉ NÁROKY tým, že modul pružnosti v ohybe polymérového tým, že modul pružnosti v ohybe polymérového a tým, že stupeň expandovania polymérového a tým, že stupeň expandovania polymérového

   1. Kábel obsahujúci vnútornú konštrukciu a povlakovú vrstvu obklopujúcu vnútornú konštrukciu, v y značujúci sa tým, že povlaková vrstva je vytvorená z expandovaného polymérového materiálu so stupňom expandovania od asi 20 % do asi 3000 % a modulom pevnosti v ohybe pri teplote okolitej miestnosti, pred expanziou polyméru, aspoň 200 MPa.
2. 2. Kábel podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že je tvorený silovým rozvodným káblom obsahujúcim vnútornú konštrukciu tvorenú elektrickým vodičom a aspoň jednu vrstvu kompaktného izolačného opláštenia, usporiadanú okolo vodiča.
3. 3. Kábel podľa nároku 1, vyznačujúci s materiálu je v rozmedzí od 400 MPa do 1 800 MPa.
4. 4. Kábel podľa nároku 1, vyznačujúci s materiálu je v rozmedzí od 600 MPa do 1 500 MPa.
5. 5. Kábel podľa nároku 1, vyznačujúci materiálu je v rozmedzí od asi 30 % do asi 500 %.
6. 6. Kábel podľa nároku 1, vyznačujúci materiálu je v rozmedzí od asi 50 % do asi 200 %.
7. 7. Kábel podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov 1 až 6, vyznačujúci sa tý že povlaková vrstva expandovaného polymérového materiálu má hrúbku 0,5 mm.
8. 8. Kábel podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov 1 až 6, vyznačujúci sa tý že povlaková vrstva expandovaného polymérového materiálu má hrúbku v rozmedzí od 1 mm do 6 mm.
9. 9. Kábel podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov 1 až 6, vyznačujúci sa tý že povlaková vrstva expandovaného polymérového materiálu má hrúbku v rozmedzí od 2 mm do 4 mm.
10. 10. Kábel podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že expandovaný polymérový materiál je zvolený zo skupiny polymérových materiálov zahrnujúcej polyetylén (PE), polyetylén s nízkou hustotou (LDPE), polyetylén so strednou hustotou (MDPE), polyetylén s vysokou hustotou (HDPE) a lineárny polyetylén s nízkou hustotou (LLDPE), polypropylén (PP), etylén-propylénový kaučuk (EPR), etylén-propylénový kopolymér (EPM), etylén-propylén-diénový terpolymér (EPDM), prírodný kaučuk, butylkaučuk (polyizobutén), etylénvinylacetátový (EVA) kopolymér, polystyrén, etylén-akrylátový kopolymér, etylénmetylakrylátový (EMA) kopolymér, etylén-etylakrylátový (EEA) kopolymér, etylén-butylakrylátový (EBA) kopolymér, etylén/alfa-olefínový kopolymér, akrylonitril-butadién-styrénové (ABS) živice, halogenované polyméry, polyvinylchlorid (PVC), polyuretán (PUR), polyamidy, aromatické polyestery, polyetyléntereftalát (PET) alebo polybutyléntereftalát (PBT) a ich kopolyméry alebo mechanické zmesi.
11. 11. Kábel podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že expandovaným polymérovým materiálom je olefínový polymér alebo kopolymér na báze polyetylénu (PE) a/alebo polypropylénu (PP).
12. 12. Kábel podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že expandovaným polymérovým materiálom je olefínový polymér alebo kopolymér na báze polyetylénu (PE) a/alebo polypropylénu (PP) modifikovaný etylén-propylénovým kaučukom (EPR).
13. 13. Kábel podľa nároku 12, vyznačujúci sa tým, že expandovaným polymérovým materiálom je polypropylén (PP) modifikovaný etylén-propylénovým kaučukom (EPR) v hmotnostnom pomere PP/EPR pohybujúcom sa v rozmedzí od 90/10 do 50/50.
14. 14. Kábel podľa nároku 13, vyznačujúci medzí od 85/15 do 60/40.
15. 15. Kábel podľa nároku 13, vyznačujúci
16. 16. Kábel podľa nároku 12, vyznačujúci na báze polyetylénu (PE) a/alebo polypropylénu (PP) ďalej obsahuje vopred stanovené množstvo vulkanizovaného kaučuku v práškovej forme.
17. 17. Kábel podľa nároku 16, vyznačujúci sa tým, že vopred stanovené množstvo vulkanizovaného kaučuku v práškovej forme je v rozmedzí od 10 do 60 % hmotnostných, vzťahujúc na obsah polymérového materiálu.
18. 18. Kábel podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov 1 až 17, vyznačujúci sa tým, žc kábel je ďalej vybavený vonkajším ochranným polymérovým plášťom.
19. 19. Kábel podľa nároku 18, vyznačujúci sa tým, že vonkajší ochranný polymérový plášť je usporiadaný v styku s po vlakovou vrstvou expandovaného polymérového materiálu.
20. 20. Kábel podľa nároku 18 alebo 19, v y z n rový plášť má hrúbku väčšiu ako 0,5 mm.
21. 21. Kábel podľa nároku 18 alebo 19, v y z n rový plášť má hrúbku v rozmedzí od 1 do 5 mm.

    tým, tým, tým, že hmotnostný pomer PP/EPR je v rozže hmotnostný pomer PP/EPR je 70/30. že olefínový polymér alebo kopolymér čujúci sa tým, Že vonkajší ochranný polyméčujúci sa tým, že vonkajší ochranný polymé17
22. 22. Spôsob zaistenia odolnosti vnútornej konštrukcie silového rozvodného kábla proti pôsobeniu rázov, vyznačujúci sa tým, že zahrnuje krok rozmiestňovania povlaku obsahujúceho expandovaný polymérový materiál okolo vnútornej konštrukcie.
23. 23. Spôsob podľa nároku 22, vyznačujúci sa tým, že expandovaný polymérový materiál má stupeň expandovania od asi 20 % do asi 3000 % a modul pevnosti v ohybe pri teplote okolitej miestnosti, pred expanziou polyméru, aspoň 200 MPa.
24. 24. Spôsob podľa nároku 22, vyznačujúci sa tým, že kábel je tvorený silovým rozvodným káblom.
25. 25. Spôsob podľa nároku 22, vyznačujúci sa tým, že obsahuje povliekanie povlakovej vrstvy expandovaného polymérového materiálu vonkajším ochranným polymérovým plášťom.
26. 26. Spôsob podľa nároku 22, vyznačujúci sa tým, že vnútorná konštrukcia obsahuje aspoň dve susedné povlakové vrstvy majúce vopred dané priemerné vzájomné povrchové napätie, moduly pružnosti v ohybe a stupeň expanzie polymérového materiálu je taký, že keď je tento kábel podrobený rázu s energiou okolo 72 J, rozdiel medzi daným priemerným povrchovým napätím a povrchovým napätím meraným v mieste rázu je menší ako asi 25 %.
27. 27. Použitie expandovaného polymérového materiálu na zaistenie odolnosti silového rozvodného kábla proti pôsobeniu rázov.
28. 28. Spôsob vyhodnocovania odolnosti silového rozvodného kábla, obsahujúceho aspoň jednu vrstvu izolačného povlaku, proti pôsobeniu rázov, vyznačujúci sa tým, že obsahuje:

    a) meranie a stanovenie priemernej adhéznej pevnosti pri odtrhávaní uvedenej vrstvy izolačného povlaku;

    b) podrobenie kábla pôsobeniu rázovej energie vopred stanovenej veľkosti;

    c) meranie adhéznej pevnosti pri odtrhávaní uvedenej vrstvy izolačného povlaku v mieste pôsobenia rázu a

    d) kontrolu, ktorý z rozdielov priemernej adhéznej pevnosti pri odtrhávaní a adhéznej pevnosti pri odtrhávaní v mieste pôsobenia rázu je menší ako vopred stanovená hodnota.
29. 29. Spôsob podľa nároku 28, vyznačujúci sa tým, že meranie adhéznej pevnosti pri odtrhávaní sa vykonáva medzi vrstvou izolačného povlaku a vonkajšou vrstvou polovodivého povlaku.
30. 30. Spôsob podľa nároku 29, vyznačujúci sa tým, že rozdiel medzi priemernou adhéznou pevnosťou pri odtrhávaní a adhéznou pevnosťou pri odtrhávaní meranou v mieste pôsobenia rázu je menší ako 25 %.

    5 výkresov