Способ непрерывного изготовления электрических кабелей

Классификация по МПК: H01B

Патентная информация
Патент на изобретение №: 
2319240
Дата публикации: 
Понедельник, Март 10, 2008
Начало действия патента: 
Пятница, Июль 25, 2003

Настоящее изобретение касается способа изготовления электрического кабеля. В частности, способ включает фазы (а) подачи проводника с заранее заданной скоростью подачи, (б) экструзии термопластического изоляционного слоя в положении, радиально наружном относительно проводника, (в) охлаждения вспененного изоляционного слоя и (г) формирования замкнутого по окружности металлического щита вокруг упомянутого экструдированного изоляционного слоя. Способ согласно изобретению выполняют непрерывно, то есть время, прошедшее между концом фазы охлаждения и началом фазы формирования щита, обратно пропорционально скорости подачи проводника, что позволяет уменьшить время изготовления и повысить механическую стойкость кабеля. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 6 ил., 2 табл.


Настоящее изобретение относится к способам изготовления электрических кабелей, в частности электрических кабелей для передачи или распределения электроэнергии при среднем или высоком напряжении.

В настоящем описании понятие "среднее напряжение" используется для определения напряжения обычно в диапазоне от около 1 кВ до около 60 кВ, а понятие "высокое напряжение" относится к напряжению свыше 60 кВ (понятие "очень высокое напряжение" также иногда используется в данной области техники для определения напряжений свыше чем от около 150 кВ или 220 кВ до 560 кВ или более).

Такие кабели могут быть использованы для передачи или распределения электроэнергии как постоянного тока (DC), так и переменного тока (АС).

Кабели для передачи или распределения электроэнергии при среднем или высоком напряжении обычно имеют металлический проводник, который охвачен соответственно первым внутренним полупроводящим слоем, изоляционным слоем и наружным полупроводящим слоем. Ниже в тексте настоящего описания упомянутая группа элементов будет определена понятием "жила кабеля".

В положении, наружном (в радиальном направлении) относительно упомянутой жилы кабеля, кабель снабжен металлическим щитом (или экраном), выполненным обычно из алюминия или меди.

Металлический щит может состоять из ряда металлических проводов или лент, спирально намотанных вокруг жилы кабеля, или из сплошной по окружности трубы, такой как металлическая лента, которой придана форма, соответствующая трубчатой форме и сваренная или герметизированная для обеспечения герметичности.

Металлический щит выполняет электрическую функцию за счет создания внутри кабеля, в результате непосредственного контакта между металлическим щитом и наружным полупроводящим слоем жилы кабеля, однородного электрического поля радиального типа, в то же самое время подавляя внешнее электрическое поле кабеля. Другой функцией является противодействие токам короткого замыкания.

Будучи выполненным в виде сплошной по окружности трубы, металлический щит также обеспечивает герметичность против проникновения воды в радиальном направлении.

Пример металлических щитов описан в документе США Re36307.

В конфигурации униполярного типа упомянутый кабель дополнительно включает полимерную наружную оболочку в положении, внешнем (в радиальном направлении) относительно металлического щита, упомянутого выше.

Кроме того, кабели для передачи и распределения электроэнергии обычно снабжены одним или несколькими слоями для защиты упомянутых кабелей от случайных ударов, которые могут иметь место на их внешней поверхности.

Случайные удары по кабелю могут иметь место, например, во время его транспортировки или во время операции прокладки кабеля при закапывании траншеи в грунте. Упомянутые случайные удары могут вызвать ряд структурных повреждений кабеля, включая деформацию изоляционного слоя и отделение изоляционного слоя от полупроводящих слоев, т.е. таких повреждений, которые могут вызвать изменения в электрическом градиенте напряжения изоляционного слоя с последующим снижением изоляционной способности упомянутого слоя.

Кабели со сшитой изоляцией известны, и их способ изготовления описан, например, в ЕР 1288218, ЕР 426073, US 2002/0143114 и US 4469539.

Сшивание изоляции кабеля может быть выполнено или с использованием так называемого силанового сшивания, или с использованием пероксидов.

В первом случае жила кабеля, включающая экструдированную изоляцию, охватывающую проводник, удерживается в течение относительно длительного времени (часов или дней) в окружающей среде, содержащей воду ( либо в виде жидкости, либо в виде пара, как, например, влажная окружающая среда), так что вода может диффундировать через изоляцию, чтобы вызвать сшивание. Это требует намотки на барабаны жилы кабеля фиксированной длины, и этот факт неизбежно препятствует выполнению непрерывного способа изготовления.

Во втором случае сшивание вызвано разложением пероксида при сравнительно высоких температуре и давлении. Химические реакции, которые имеют место, образуют газообразные побочные продукты, которым должна быть предоставлена возможность диффундировать через изоляционный слой не только во время отверждения, но также и после отверждения. Поэтому должна быть предусмотрена операция дегазации, в течение которой жила кабеля выдерживается в течение периода времени, достаточного для устранения таких газообразных побочных продуктов, прежде чем на жилу кабеля будут наложены дополнительные слои (в частности, если такие слои являются газонепроницаемыми или по существу газонепроницаемыми, как в случае наложения металлического слоя, свернутого в продольном направлении).

Как показывает практика заявителя, при отсутствии стадии дегазации перед наложением дополнительных слоев при определенных условиях окружающей среды (например, при заметном солнечном облучении жилы кабеля) упомянутые побочные продукты расширяются, вызывая таким образом вредные деформации металлического щита и/или полимерной наружной оболочки.

Кроме того, при отсутствии операции дегазации газообразные побочные продукты (например, метан, ацетофенон, куминовый спирт) остаются захваченными внутри жилы кабеля из-за присутствия дополнительных слоев, наложенных на нее, и они могут выходить из кабеля только со стороны его концов. Это особенно опасно, поскольку некоторые из побочных продуктов являются воспламеняющимися (например, метан) и, таким образом, имеется вероятность взрывов, например, во время прокладки или сращивания упомянутых кабелей при закапывании траншеи в грунте.

Более того, при отсутствии стадии дегазации перед наложением дополнительных слоев имеется вероятность того, что будет обнаружена пористость в изоляции, которая может ухудшить свойства электрической изоляции.

Способ изготовления кабеля, имеющего термопластическую изоляцию, описан в международной заявке WO 02/47092 на имя настоящего заявителя, где описано изготовление кабеля посредством экструдирования и пропускания через статический смеситель термопластического материала, включающего термопластический полимер, смешанный с диэлектрической жидкостью, причем такой термопластический материал наносят вокруг проводника посредством экструзионной головки. После операции охлаждения и сушки жилу кабеля выдерживают на барабане и затем наносят металлический щит посредством наложения по спиральной линии тонких полос меди или медных проводов на жилу кабеля. Наложение полимерной наружной оболочки завершает процесс изготовления кабеля.

Непрерывная подача жилы кабеля с экструдированной изоляцией к агрегату для наложения щита не предусматривалась. Фактически щит был такого типа, который пригоден только для способа прерывистого наложения, так как он требовал использования барабанов, установленных на вращающемся устройстве, как это будет пояснено ниже.

Заявитель обнаружил, что присутствие фазы покоя (т.е. выдержки без обработки) во время изготовления кабеля, например, для его отверждения или дегазации, является нежелательным, поскольку она ограничивает длину каждого отрезка кабеля (требуется выдерживание на кабельных барабанах), она обусловливает необходимость пространства и проблемы материально-технического обеспечения на заводе, она удлиняет время изготовления кабеля, и, наконец, она увеличивает стоимость изготовления кабеля.

Согласно одному объекту настоящего изобретения заявитель обнаружил, что кабель может быть изготовлен весьма удобным образом посредством непрерывного способа, то есть при отсутствии промежуточных фаз покоя или выдерживания, посредством использования термопластического изоляционного материала в сочетании со свернутым в продольном направлении, сплошным в окружности металлическим щитом.

Первым объектом настоящего изобретения является способ непрерывного изготовления электрического кабеля, включающий фазы подачи с заранее заданной скоростью подачи проводника, экструдирования термопластического изоляционного слоя, являющегося наружным в радиальном направлении относительно проводника, охлаждения экструдированного изоляционного слоя, формирования замкнутого по окружности металлического щита вокруг упомянутого экструдированного изоляционного слоя, отличающийся тем, что время, прошедшее между концом фазы охлаждения и началом фазы формирования щита, обратно пропорционально скорости подачи проводника.

В частности, замкнутый по окружности металлический щит вокруг упомянутого экструдированного изоляционного слоя формируют посредством свертывания в продольном направлении металлического листа, имеющего или перекрывающие кромки, или соединенные на стыке кромки.

Фаза формирования металлического щита согласно способу настоящего изобретения предпочтительно включает операцию перекрытия кромок металлического листа. Как вариант, упомянутая фаза формирования включает операцию соединения встык кромок упомянутого металлического листа.

Способ предпочтительно включает фазу подачи проводника в виде металлического стержня.

Кроме того, способ настоящего изобретения предпочтительно включает фазу наложения элемента защиты от удара вокруг металлического щита. Упомянутый элемент защиты от удара предпочтительно налагают посредством экструзии. Упомянутый элемент защиты от удара предпочтительно включает плотный (невспененный) полимерный слой и вспененный (пористый) полимерный слой. Вспененный полимерный слой предпочтительно размещен радиально снаружи относительно плотного полимерного слоя. Плотный полимерный слой и вспененный полимерный слой предпочтительно налагают посредством совместной экструзии (соэкструзии).

Способ изобретения дополнительно включает фазу наложения наружной оболочки вокруг металлического щита. Наружную оболочку предпочтительно налагают экструзией.

Элемент защиты от удара предпочтительно налагают между закрытым металлическим щитом и наружной оболочкой.

Термопластический полимерный материал изоляционного слоя предпочтительно включает заранее заданное количество диэлектрической жидкости.

Заявитель обнаружил, кроме того, что кабель, полученный согласно непрерывному способу настоящего изобретения, неожиданно обладает высокой механической стойкостью к случайным ударам, которые могут иметь место на кабеле.

В частности, заявитель обнаружил, что высокая защита от удара предпочтительно придана кабелю посредством сочетания замкнутого по окружности металлического щита с элементом защиты от удара, включающим, по меньшей мере, один вспененный полимерный слой, причем последний размещен снаружи в радиальном направлении относительно металлического щита.

Кроме того, заявитель заметил, что в случае деформации щита из-за соответствующего удара по кабелю присутствие замкнутого по окружности металлического щита оказывается в особенности эффективным, поскольку щит деформируется непрерывно и плавно, тем самым избегая каких-либо локальных скачков электрического поля в изоляционном слое.

Кроме того, заявитель обнаружил, что кабель, снабженный термопластическим изоляционным слоем, замкнутым по окружности металлическим щитом и элементом защиты от удара, включающим, по меньшей мере, один вспененный полимерный слой, может быть предпочтительно получен посредством непрерывного производственного процесса.

Кроме того, заявитель обнаружил, что механическая стойкость к случайным ударам может быть эффективно увеличена, если кабелю придать дополнительный вспененный полимерный слой в положении, внутреннем (в радиальном направлении) относительно металлического щита.

Будет предпочтительным, если упомянутый вспененный полимерный слой является блокирующим воду слоем.

Вторым объектом настоящего изобретения является электрический кабель, включающий проводник, термопластический изоляционный слой, расположенный радиально снаружи относительно проводника, по меньшей мере, один вспененный полимерный слой вокруг упомянутого изоляционного слоя, замкнутый по окружности металлический щит вокруг упомянутого изоляционного слоя и элемент защиты от удара в положении снаружи (в радиальном направлении) относительно металлического щита, причем упомянутый элемент защиты от удара включает, по меньшей мере, один плотный полимерный слой вокруг упомянутого металлического щита и, по меньшей мере, один вспененный полимерный слой в положении снаружи (в радиальном направлении) относительно плотного полимерного слоя.

Другие подробности будут проиллюстрированы в следующем ниже подробном описании со ссылкой на сопроводительные чертежи, в которых

Фиг.1 - вид в перспективе электрического кабеля согласно первому воплощению настоящего изобретения,

Фиг.2 - вид в перспективе электрического кабеля согласно второму воплощению настоящего изобретения,

Фиг.3-схематическое представление установки для изготовления кабелей согласно способу настоящего изобретения,

Фиг.4 - схематическое представление альтернативной установки для изготовления кабелей согласно способу настоящего изобретения,

Фиг.5 - вид в поперечном сечении электрического кабеля, изготовленного согласно способу настоящего изобретения,

Фиг.6 - вид в поперечном сечении традиционного электрического кабеля, снабженного щитом, выполненным из проводов, поврежденного ударом.

Фиг.1, 2 показывают вид в перспективе, частично в поперечном сечении, электрического кабеля 1, обычно предназначенного для использования в диапазоне среднего или высокого напряжения, который выполнен согласно способу настоящего изобретения.

Кабель 1 включает проводник 2, внутренний полупроводящий слой 3, изоляционный слой 4, наружный полупроводящий слой 5, металлический щит 6 и защитный элемент 20.

Проводник 2 предпочтительно является металлическим стержнем. Проводник предпочтительно выполнен из меди или алюминия.

Как вариант, проводник 2 включает, по меньшей мере, два металлических провода, предпочтительно из меди или алюминия, которые скручены вместе согласно обычным техническим приемам.

Площадь поперечного сечения проводника 2 определяется в зависимости от электроэнергии, передаваемой при выбранном напряжении. Предпочтительные площади поперечного сечения для кабелей согласно настоящему изобретению лежат в диапазоне от 16 мм2 до 1600 мм2.

В настоящем описании понятие "изоляционный материал" используется для указания материала, имеющего диэлектрическую прочность, по меньшей мере, 5 кВ/мм, предпочтительно более 10 кВ/мм. Для кабелей передачи электроэнергии при среднем - высоком напряжении (то есть напряжении более около 1 кВ) изоляционный материал предпочтительно имеет диэлектрическую прочность более 40 кВ/мм.

Обычно изоляционный слой кабелей передачи электроэнергии имеет диэлектрическую постоянную (К) более 2.

Внутренний полупроводящий слой 3 и внешний полупроводящий слой 5 обычно получают экструзией.

К основным полимерным материалам полупроводящих слоев 3, 5, которые в удобном случае выбирают из материалов, упомянутых ниже в настоящем описании со ссылкой на вспененный полимерный слой, добавляют электропроводящую углеродную сажу, например электропроводящую печную сажу или ацетиленовую сажу, так чтобы придать полупроводящие свойства полимерному материалу. В частности, поверхностная площадь углеродной сажи в общем составляет более 20 м2/г, а обычно от 40 до 500 м2/г. Может быть использована предпочтительно высокопроводящая углеродная сажа, имеющая поверхностную площадь, по меньшей мере, 900 м2/г, такая как, например, печная углеродная сажа, промышленно изготавливаемая под фирменным наименованием Ketjenblack® EC (фирма Akzo Chemie NV). Количество углеродной сажи, которое должно быть добавлено к полимерной матрице, может изменяться в зависимости от типа полимера и используемой углеродной сажи, степени расширения, которую предполагают получить, расширителя и т.д. Таким образом, количество углеродной сажи должно быть таким, чтобы придать вспененному материалу достаточные проводящие свойства, в частности таким, чтобы получить значение объемного удельного сопротивления для вспененного материала при комнатной температуре менее 500 Ом·м, предпочтительно менее 20 Ом·м. Обычно количество углеродной сажи может изменяться в диапазоне 1-50 вес.%, предпочтительно в диапазоне 3-30 вес.% относительно веса полимера.

В предпочтительном воплощении настоящего изобретения внутренние и внешние полупроводящие слои 3, 5 включают несшитый полимерный материал и более предпочтительно полипропиленовый материал.

Изоляционный слой 4 предпочтительно выполнен из термопластического материала, включающего термопластический полимерный материал, который содержит заранее заданное количество диэлектрической жидкости.

Термопластический полимерный материал предпочтительно выбирают из полиолефинов, сополимеров различных олефинов, сополимеров олефина с этилен-ненасыщенным сложным эфиром, полиэфиров, полиацетатов, полимеров целлюлозы, поликарбонатов, полисульфонов, фенольных смол, мочевинных смол, поликетонов, полиакрилатов, полиамидов, полиаминов и их смесей. Примерами подходящих полимеров являются полиэтилен (РЕ), в частности РЕ низкой плотности (LDPE), РЕ средней плотности (MDPE), РЕ высокой плотности (HDPE), линейный РЕ низкой плотности (LLDPE), РЕ сверхнизкой плотности (ULDPE), полипропилен (РР), сополимеры этилена/сложного винилового эфира, например сополимер этилена/винилацетата (EVA), сополимеры этилена/акрилата, в частности этилена/метилакрилата (ЕМА), этилена/этилакрилата (ЕЕА) и этилена/бутилакрилата (ЕВА), термопластические сополимеры этилена/α-олефина, полистирол, акрилонитрил/бутадиен/стирольные (ABS) смолы, галогенированные полимеры, в частности поливинилхлорид (PVC), полиуретан (PUR), полиамиды, ароматические полиэфиры, такие как полиэтилентерефталат (РЕТ) или полибутилентерефталат (РВТ), и их сополимеры или механические смеси.

Диэлектрическая жидкость может быть выбрана предпочтительно из минеральных масел, таких как, например, нафтеновые масла, ароматические масла, парафиновые масла, полиароматические масла, причем упомянутые минеральные масла необязательно содержат, по меньшей мере, один гетероатом, выбранный из кислорода, азота или серы, жидкие парафины, растительные масла, такие как, например, соевое масло, льняное масло, касторовое масло, олигомерные ароматические полиолефины, парафиновые воски, такие как, например, полиэтиленовые воски, полипропиленовые воски, синтетические масла, такие как, например, силиконовые масла, алкилбензолы (такие как, например, дибензилтолуол, додецилбензол, ди(октилбензил)толуол), алифатические сложные эфиры (такие как, например, тетраэфиры пентаэритритита, сложные эфиры себациновой кислоты, фталевые сложные эфиры), олефиновые олигомеры (такие как, например, произвольно гидрированные полибутены или полиизобутены) или их смеси. Ароматические, парафиновые и нафтеновые масла являются особенно предпочтительными.

В предпочтительных воплощениях изобретения, показанных на фиг.1 и 2, металлический щит 6 выполнен из непрерывного металлического листа, предпочтительно из алюминия или меди, который сформирован в виде трубы.

Металлический лист, формирующий металлический щит 6, свернут в продольном направлении вокруг внешнего полупроводящего слоя 5 с перекрывающими кромками.

В подходящем случае между перекрывающими кромками расположен герметизирующий и связывающий материал, так чтобы сделать металлический щит водонепроницаемым. Как вариант, кромки металлического листа могут быть сварены.

Как показано на фиг.1 и 2, металлический щит 6 охвачен наружной оболочкой 23, предпочтительно выполненной из несшитого полимерного материала, например поливинилхлорида (PVC) или полиэтилена (РЕ), толщину такой наружной оболочки можно выбрать так, чтобы придать кабелю определенную степень стойкости к механическим нагрузкам и ударам, однако без чрезмерного увеличения диаметра кабеля и его прочности. Такое решение удобно, например, для кабелей, предназначенных для использования в защищенных зонах, где ожидаются ограниченные удары, или предусмотрена защита иным образом.

Согласно предпочтительному воплощению изобретения, показанному на фиг.1, которое особенно удобно, когда требуется дополнительная защита от удара, кабель 1 снабжают элементом 20 защиты, размещенным в положении радиально снаружи относительно упомянутого металлического щита 6. Согласно упомянутому воплощению элемент 20 защиты включает плотный полимерный слой 21 (во внутреннем положении по радиальному направлению) и вспененный полимерный слой 22 (во внешнем положении по радиальному направлению). Согласно воплощению по фиг.1 плотный полимерный слой 21 находится в контакте с металлическим щитом 6, а вспененный полимерный слой 22 лежит между плотным полимерным слоем 21 и полимерной наружной оболочкой 23.

Толщина плотного полимерного слоя 21 находится в диапазоне 0,5-5 мм.

Толщина вспененного полимерного слоя 22 находится в диапазоне 0,5-6 мм.

Толщина вспененного полимерного слоя 22 в 1-2 раза больше толщины плотного полимерного слоя 21.

Элемент 20 защиты обладает функцией обеспечения дополнительной защиты кабеля от внешних ударов посредством, по меньшей мере, частичного поглощения энергии удара.

Вспениваемый полимерный материал, который пригоден для использования во вспененном полимерном слое 22, может быть выбран из группы, включающей полиолефины, сополимеры различных олефинов, сополимеры олефина с этилен-ненасыщенным сложным эфиром, сложные полиэфиры, поликарбонаты, полисульфоны, фенольные смолы, мочевинные смолы и их смеси. Примерами подходящих полимеров являются полиэтилен (РЕ), в частности РЕ низкой плотности (LDPE), РЕ средней плотности (MDPE), РЕ высокой плотности (HDPE), линейный РЕ низкой плотности (LLDPE), РЕ сверхнизкой плотности (ULDPE), полипропилен (РР), эластомерные сополимеры этилена/пропилена (EPR) или тройные сополимеры этилена/пропилена/диена (EPDM), натуральный каучук, бутилкаучук, сополимеры этилена/сложного винилового эфира, например этилен/виниловый ацетат (EVA), сополимеры этилена/акрилата, в частности этилена/метилакрилата (ЕМА), этилена/этилакрилата (ЕЕА) и этилена/бутилакрилата (ЕВА), термопластические сополимеры этилена/α-олефина, полистирол, акрилонитрил/бутадиен/стирольные (ABS) смолы, галогенированные полимеры, в частности поливинилхлорид (PVC), полиуретан (PUR), полиамиды, ароматические полиэфиры, такие как полиэтилентерефталат (РЕТ) или полибутилентерефталат (РВТ), и их сополимеры или механические смеси.

Полимерным материалом, образующим вспененный полимерный слой 22, предпочтительно является полиолефиновый полимер или сополимер, основанный на этилене и/или пропилене, и он выбирается, в частности, из следующих сополимеров:

(а) сополимеров этилена с этилен-ненасыщенным сложным эфиром, например винилацетатом или бутилацетатом, в котором количество ненасыщенного сложного эфира в общем случае составляет от 5 до 80 вес.%, предпочтительно от 10 до 50 вес.%,

(б) эластомерных сополимеров этилена, по меньшей мере, с одним С312 α-олефином, и, необязательно, диеном, предпочтительно сополимеров этилена/пропилена (EPR) или этилена/пропилена/диена (EPDM), имеющих следующий состав: 35-90 мол.% этилена, 10-65 мол.% α-олефина, 0-10 мол.% диена (например, 1,4-гексадиена или 5-этилиден-2-норборнена),

(в) сополимеров этилена, по меньшей мере, с одним С412 α-олефином, предпочтительно 1-гексеном, 1-октеном и аналогичными соединениями, и, необязательно, диена, в общем случае имеющих плотность от 0,86 до 0,90 г/см3 и следующий состав: 75-97 мол.% этилена, 3-25 мол.% α-олефина, 0-5 мол.% диена,

(г) сополимеров, модифицированных пропиленом, с сополимерами этилена/С312 α-олефина, в которых весовое соотношение между сополимером полипропилена и этилена/С312 α-олефина составляет от 90/10 до 10/90, предпочтительно от 80/20 до 20/80.

Например, промышленно изготавливаемые продукты Elvax® (фирма DuPont), Levapren® (фирма Bayer) и Lotryl® (фирмы Elf-Atochem) лежат в классе (а), продукты Dutral® (фирма Enichem) или Nordel® (фирмы Dow-DuPont) лежат в классе (б), продуктами, принадлежащими классу (в), являются Engage® (фирмы Dow-DuPont) или Exact® (фирма Exxon), тогда как сополимеры, модифицированные пропиленом, с сополимерами этилена/С312 α-олефина класса (г) промышленно доступны под фирменными названиями Mophen® или Hifax® (фирма Basell) или также Fina-Pro® (фирма Fina), и тому подобное.

В классе (г) особенно предпочтительными являются термопластические эластомеры, включающие непрерывную матрицу термопластического полимера, например полипропилена, и мелкие частицы (в общем случае имеющие диаметр порядка 1-10 мкм) отвержденного эластомерного полимера, например сшитого EPR или EPDM, диспергированных в термопластической матрице.

Эластомерный полимер может быть внедрен в термопластическую матрицу в неотвержденном состоянии и затем динамически сшит во время обработки добавлением соответствующего количества сшивающего агента.

Как вариант, эластомерный полимер может быть отвержден отдельно и затем диспергирован в термопластическую матрицу в виде мелких частиц.

Термопластические эластомеры этого типа описаны, например, в патенте США № 4104210 или в европейской заявке на патент ЕР 324430. Эти термопластические эластомеры являются предпочтительными, поскольку они оказались особенно эффективными при упругом поглощении радиальных сил во время тепловых циклов кабеля во всем диапазоне рабочих температур.

Понятие "вспененный полимер" подразумевает в настоящем описании полимер, внутри структуры которого процент объема "пустот" (то есть пространства, занятого не полимером, а газом или воздухом) обычно составляет более 10% от общего объема упомянутого полимера.

В общем случае процент свободного пространства во вспененном полимере выражается в значениях степени расширения (G). В настоящем описании понятие "степень расширения полимера" относится к расширению полимера, определяемому следующим образом:

G (степень расширения) = (do/de -1),

где do указывает плотность плотного полимера (то есть полимера со структурой, которая, по существу, свободна от объема пустот), а de указывает кажущуюся плотность, измеренную для вспененного полимера.

Степень расширения вспененного полимерного слоя предпочтительно выбирается в диапазоне от 0,35 до 0,7 и более предпочтительно от 0,4 до 0,6.

Плотный полимерный слой 21 и наружная оболочка предпочтительно выполнены из полиолефиновых материалов, обычно из поливинилхлорида или полиэтилена.

Как показано на фиг.1 и 2, кабель дополнительно снабжен блокирующим воду слоем 8, размещенным между наружным полупроводящим слоем 5 и металлическим щитом 6.

Блокирующий воду слой 8 предпочтительно является вспениваемым, набухающим от воды полупроводящим слоем.

Пример вспениваемого, набухающего от воды полупроводящего слоя описан в международной заявке на патент WO 01/46965 на имя настоящего заявителя.

Вспениваемый полимер блокирующего воду слоя 8 предпочтительно выбран из полимерных материалов, упомянутых выше, для использования во вспененном слое 22.

Толщина блокирующего воду слоя 8 предпочтительно находится в диапазоне от 0,2 мм до 1,5 мм.

Упомянутый блокирующий воду слой 8 предназначен для создания эффективного барьера, предотвращающего проникновение воды внутрь кабеля вдоль его длины (в продольном направлении).

Упомянутый набухающий от воды материал в общем случае представлен в измельченном виде, в частности в виде порошка. Частицы, образующие набухающий от воды порошок, имеют предпочтительно диаметр не более 250 мкм и средний диаметр от 10 мкм до 100 мкм. Более предпочтительно количество частиц, имеющих диаметр от 10 мкм до 50 мкм, составляет, по меньшей мере, 50% по весу относительно общего веса порошка.

Набухающий от воды материал в общем случае состоит из гомополимера или сополимера, имеющего гидрофильные группы вдоль полимерной цепи, например сшитой и, по меньшей мере, частично образующей соль полиакриловой кислоты (например, продукты Cabloc® фирмы C. F. Stockhausen GmbH или Waterlock® фирмы Grain Processing Co.), крахмала или его производных, смешанных с сополимерами между акриламидом и акрилатом натрия (например, продукты SGP Absorbent Polymer® фирмы Henkel AG), карбоксиметилцеллюлозы натрия (например, продукты Blanose® фирмы Hercules Inc.).

Количество набухающего от воды материала, которое должно быть включено во вспененный полимерный слой, составляет обычно от 5 част. мас. на 100 част. мас. до 120 част. мас. на 100 част. мас., предпочтительно от 15 част. мас. на 100 част. мас. до 80 част. мас. на 100 част. мас. (част. мас. на 100 част. мас. = частей массы относительно 100 частей массы основного полимера).

Кроме того, вспененный полимерный материал блокирующего воду слоя 8 модифицируют до полупроводящего материала добавлением соответствующей электропроводящей углеродной сажи, как упомянуто выше со ссылкой на полупроводящие слои 3, 5.

Кроме того, за счет снабжения кабеля согласно фиг.1 вспененным полимерным материалом, имеющим полупроводящие свойства и включающим набухающий от воды материал (то есть полупроводящий набухающий от воды слой 8), образуют слой, который способен упруго и равномерно поглощать радиальные усилия расширения в результате тепловых циклов, которым подвергается кабель во время эксплуатации, и при этом обеспечивают необходимую электрическую целостность между кабелем и металлическим щитом.

Кроме того, присутствие набухающего от воды материала, диспергированного во вспененный слой, способно эффективно блокировать влагу и/или воду, и таким образом избегают использования набухающих от воды лент или свободных набухающих порошков.

Кроме того, за счет снабжения кабеля по фиг.1 полупроводящим блокирующим воду слоем 8 можно эффективно снизить толщину наружного полупроводящего слоя 5, поскольку электрические свойства внешнего полупроводящего слоя 5 частично реализуются упомянутым блокирующим воду полупроводящим слоем. Поэтому упомянутый аспект успешно способствует снижению толщины внешнего полупроводящего слоя и, таким образом, общего веса кабеля.

Производственный процесс и установка

Как показано на фиг.3, установка для изготовления кабеля согласно изобретению включает агрегат 201 для подачи проводника, первую секцию 202 экструзии для получения изоляционного слоя 4 и полупроводящих слоев 3 и 5, секцию 203 охлаждения, секцию 204 для наложения металлического щита, вторую секцию 214 экструзии для наложения элемента 20 защиты, секцию 205 экструзии наружной оболочки, секцию 206 дополнительного охлаждения и приемную секцию 207.

Агрегат 201 для подачи проводника включает в удобном случае устройство для прокатки металлического стержня до требуемого диаметра проводника кабеля (обеспечивая требуемую отделку поверхности).

В случае, когда требуется соединение отрезков металлического стержня для получения непрерывного конечного отрезка кабеля, как это требует применение (или согласно другим требованиям заказчика), агрегат 201 для подачи проводника включает соответственно устройство для сварки и термообработки проводника, а также аккумулирующие агрегаты, предназначенные для обеспечения достаточного времени для операции сварки, не влияя на непрерывную подачу с постоянной скоростью самого проводника.

Первая секция 202 экструзии включает первый экструдер 110, предназначенный для экструзии изоляционного слоя 4 на проводнике 2, подаваемом агрегатом 201 подачи проводника, первому экструдеру 110 предшествует второй экструдер 210, если смотреть вдоль направления перемещения проводника 2, который предназначен для экструзии внутреннего полупроводящего слоя 3 на внешней поверхности проводника 2 (и ниже изоляционного слоя 4), и за ним следует третий экструдер 310, который предназначен для экструзии внешнего полупроводящего слоя 5 вокруг изоляционного слоя 4, чтобы получить жилу 2а кабеля.

Первый, второй и третий экструдеры могут быть установлены последовательно, каждый со своей собственной головкой, или предпочтительно они все соединены с общей тройной экструзионной головкой 150, чтобы получить совместную экструзию упомянутых трех слоев.

Пример конструкции, пригодной для экструдера 110, описан в документе WO 02/47092 на имя настоящего заявителя.

Второй и третий экструдеры в удобном случае имеют аналогичную конструкцию, что и первый экструдер 110 (если не требуются разные устройства, обусловленные применением специфических материалов).

Секция 203 охлаждения, через которую пропускается жила 2а кабеля, может состоять из удлиненной открытой трубы, вдоль которой заставляют течь охлаждающую текучую среду. Вода является предпочтительным примером такой охлаждающей среды. Длина такой секции охлаждения, а также характер, температура и скорость потока охлаждающей текучей среды определяются с учетом обеспечения конечной температуры, пригодной для последующих операций способа.

Сушилка 208 в удобном варианте введена перед вхождением в последующую секцию, причем упомянутая сушилка является эффективной для удаления остатков охлаждающей текучей среды, таких как влажность или водяные капли, особенно в случае, когда такие остатки ухудшают общую рабочую характеристику кабеля.

Секция 204 для наложения металлического щита включает устройство 209 доставки металлического листа, которое предназначено для подачи металлического листа 60 к агрегату 210 наложения.

В предпочтительном воплощении изобретения агрегат 210 наложения включает формирователь (не показан), посредством которого металлический лист 60 сворачивают в продольном направлении в трубчатую форму, так чтобы охватить жилу 2а кабеля, продвигаясь вдоль нее, и образовывать замкнутый по окружности металлический щит 6.

Соответствующий герметизирующий и связывающий агент может наноситься на зону перекрытия кромок листа 60, так чтобы образовать закрытый по периферии металлический лист 6.

Как вариант, соответствующий герметизирующий и связывающий агент может наноситься на кромки листа 60, так чтобы образовать замкнутый по окружности металлический щит 6.

Использование свернутого в продольном направлении металлического щита является особенно удобным, поскольку оно предоставляет возможность изготовления кабеля в непрерывном способе без необходимости использования сложных машин для вращения барабана, которые, иначе, были бы необходимы в случае многопроводного (или ленточного) спирально намотанного металлического щита.

Если это удобно для специфической конструкции кабеля, устанавливают дополнительный экструдер 211, оборудованный экструзионной головкой 212, и его устанавливают вверх по потоку от агрегата 210 наложения, вместе с охладителем 213, чтобы наложить вспененный полупроводящий слой 8 вокруг жилы 2а кабеля ниже по потоку металлического щита 6.

Охладитель 213 предпочтительно является охладителем с принудительной подачей воздуха.

Если не требуется дополнительной защиты от удара, кабель получает окончательную обработку при прохождении его через секцию 205 экструзии наружной оболочки, которая включает экструдер 220 наружной оболочки и его экструзионную головку 221.

После секции 206 окончательного охлаждения установка включает приемную секцию 207, посредством которой окончательно обработанный кабель наматывают на барабан 222.

Приемная секция 207 предпочтительно включает аккумулирующую секцию 223, которая позволяет заменить заполненный кабелем барабан на пустой барабан без прерывания производственного процесса изготовления кабеля.

Если требуется повышенная защита от удара, ниже по потоку относительно агрегата 210 наложения размещают дополнительную секцию экструзии.

В воплощении изобретения, показанном на фиг.3, секция 214 экструзии включает три экструдера 215, 216, 217, снабженные общей тройной экструзионной головкой 218.

Более конкретно, секция 214 экструзии пригодна для наложения элемента 20 защиты, включающего вспененный полимерный слой 22 и плотный полимерный слой 21. Плотный полимерный слой 21 налагается экструдером 216, тогда как вспененный полимерный слой 22 налагается экструдером 217.

Кроме того, секция 214 экструзии включает дополнительный экструдер 215, который предназначен для наложения слоя грунтовки, подходящего для улучшения связи между металлическим щитом 6 и элементом 20 защиты (то есть плотным полимерным слоем 21).

Секция 219 охлаждения образована соответственно ниже по потоку относительно секции 214 дополнительной экструзии.

Фиг.4 показывает установку, аналогичную установке по фиг.3, согласно которой экструдеры 215, 216, 217 отделены друг от друга, и она содержит три отдельные независимые экструзионные головки 215а, 216а, 217а.

Отдельные охлаждающие каналы или трубы 219a и 219b размещены соответственно за экструдерами 215 и 216, тогда как охлаждающий канал 219 размещен за экструдером 217.

Согласно дополнительному воплощению изобретения (не показано) слой грунтовки и плотный полимерный слой 21 налагаются вместе посредством совместной экструзии, и впоследствии проводится экструзия вспененного полимерного слоя 22.

Согласно дополнительному воплощению изобретения (не показано) слой грунтовки и плотный полимерный слой 21 налагаются вместе посредством экструзии, и впоследствии налагаются вместе вспененный полимерный слой 22 и наружная оболочка 23 посредством совместной экструзии. Как вариант, слой грунтовки и плотный полимерный слой 21 налагаются раздельно при использовании двух отдельных экструзионных головок 215а, 216а, тогда как вспененный полимерный слой 22 и наружная оболочка 23 налагаются вместе посредством совместной экструзии.

На фиг.3 и 4 показана схема производственной установки, которая является U-образной для того, чтобы снизить продольные размеры завода. На этих фигурах показано, что продвижение кабеля реверсируется в конце секции 203 охлаждения посредством известного соответствующего устройства в данной области техники, например посредством роликов.

Как вариант, схема производственной установки развивается в продольном направлении, и не происходит какого-либо реверсирования в направлении подачи кабеля.

Непрерывный производственный процесс

На вышеописанной установке кабель может быть изготовлен согласно непрерывному способу.

В настоящем описании понятие "непрерывный способ" подразумевает способ, в котором время, требующееся для изготовления заданного отрезка кабеля, обратно пропорционально скорости подачи кабеля в линии, так что исключены промежуточные фазы покоя между подачей кабеля и приемкой окончательно обработанного кабеля.

Согласно настоящему изобретению проводник непрерывно подается от агрегата 201 подачи.

Агрегат 201 подачи предназначен для непрерывной подачи проводника.

Проводник представляет собой элемент, выполненный соответственно в виде одного металлического стержня (обычно из алюминия или меди). В этом случае непрерывная подача проводника обеспечивается соединением доступного отрезка металлического проводника (обычно загруженного на барабане или аналогичном средстве) с дополнительным отрезком металлического стержня.

Такое соединение может быть выполнено, например, сваркой концов металлического проводника.

Согласно непрерывному способу настоящего изобретения максимальная длина изготовленного кабеля определяется требованиями заказчика или монтажника, такими как длина пролагаемой линии (между двумя промежуточными станциями), максимальный размер транспортировочного барабана, который используется (с соответствующими ограничениями транспортировки), максимальная устанавливаемая длина и аналогичные ограничения, а не доступным сырьем или длиной полуфабриката, или мощностью оборудования. Таким образом, имеется возможность устанавливать электрические линии с минимальным числом соединений между отрезками кабеля с целью увеличения надежности линии, поскольку известно, что кабельные соединения являются точками обрыва, порождающими проблемы при эксплуатации линии.

В случае целесообразности применения скрученной жилы требуются вращающиеся машины для скрутки, и проводник изготавливается автономно соответствующим образом на требуемую длину, а операция сращивания оказывается трудоемкой. В таком случае длина изготовленных кабелей определяется доступной длиной скрученного проводника (которая может быть заранее задана на основании требований заказчика) и/или емкостью отгрузочных барабанов, тогда как в других отношениях способ остается непрерывным от подачи проводника до окончания процесса.

Экструзия изоляционного слоя 4, полупроводящих слоев 3 и 5, наружной оболочки 23, элемента 20 защиты (если он имеется) и блокирующего воду слоя 8 (если он имеется) может быть выполнена непрерывно, поскольку различные материалы и соединения, подвергающиеся экструзии, подаются к соответствующим входам экструдеров непрерывно.

Поскольку не требуется операции сшивания из-за использования термопластических, несшитых материалов, в частности, для изоляционного слоя, то не требуется прерывания способа.

В действительности, обычные способы изготовления кабелей со сшитой изоляцией включают фазу "покоя", при которой изолированный проводник выдерживается автономно в течение определенного периода времени (часов или даже дней), чтобы а) прошли реакции сшивания в случае использования силанового сшивания, или б) произошла эмиссия газов в результате реакций сшивания побочных продуктов в случае пероксидного сшивания.

Фаза покоя случая а) может быть проведена посредством введения кабеля (намотанного на опорный барабан) в печь или посредством погружения его в воду при температуре около 80°С, так чтобы повысить скорость реакции сшивания.

Фаза покоя в случае б), то есть фаза дегазации, может быть выполнена введением кабеля (намотанного на барабан) в печь, так чтобы снизить время дегазации.

Фазу "покоя" обычно проводят охлаждением полуотделанного элемента на барабанах в конце экструзии соответствующих слоев. После этого сшитый, полуотделанный элемент подают на другую, независимую линию, где завершают обработку кабеля.

Согласно способу настоящего изобретения металлический щит 6 формируют из свернутого в продольном направлении металлического листа, который удобным образом сматывают из барабана, установленного на стационарном устройстве, когда он свободно вращается вокруг его поворотной оси, так что лист может быть смотан с барабана. Таким образом, в способе настоящего изобретения металлический лист может быть подан без прерываний процесса, поскольку задний конец листа используемого барабана может быть просто соединен (например, сваркой) с передним концом листа, загруженного на новом барабане. В общем случае дополнительно используется соответствующее аккумулирующее лист устройство.

Это было бы невозможно в случае использования щита спирального типа (сформированного намотанными по спирали проводами или лентами), так как в таком случае барабаны, несущие провода или ленты, должны быть загружены во вращающихся устройствах, поворачивающихся вокруг кабеля, и замена пустых барабанов новыми барабанами потребует прерывания подачи кабеля.

Однако имеется возможность снабдить кабель металлическим щитом, выполненным из проводов или лент, сохраняя при этом непрерывность производственного процесса, при использовании устройства, согласно которому упомянутые провода/ленты подают к кабелю согласно операциям S- и Z-скрутки, проводимым поочередно. В таком случае барабанам, несущим упомянутые провода/ленты, не потребуется обязательного поворота вокруг кабеля.

Однако использование металлического щита, свернутого в продольном направлении, оказалось особенно удобным в сочетании с использованием термопластических изоляционных и полупроводящих слоев.

В действительности, как упомянуто выше, в случае использования сшитого материала необходимо предусмотреть определенный период времени после завершения реакции сшивания, чтобы дать возможность испускания газообразных побочных продуктов. В стандартном случае это обеспечивается предоставлением полуотделанному продукту (то есть жиле кабеля) пребывать в состоянии покоя в течение определенного периода времени после завершения реакции сшивания. В случае использования не являющегося непрерывным по окружности металлического щита (как в случае проводов или лент, спирально намотанных вокруг жилы кабеля) может происходить также испускание газа посредством диффузии через металлический щит (например, через провода или зоны перекрытия лент) и через экструдированные слои, размещенные радиально внутри относительно металлического щита.

Однако в случае использования металлического щита, свернутого в продольном направлении, он распространяется по окружности вокруг всего периметра жилы кабеля, тем самым образуя, по существу, непроницаемый кожух, который, по существу, предотвращает дальнейшее удаление газообразных побочных продуктов. Поэтому, когда используется металлический щит, свернутый в продольном направлении, в сочетании со сшитыми изоляционными слоями, дегазация этого материала должна быть завершена, по существу, перед наложением металлического щита.

Наоборот, использование для кабеля изоляционного слоя из термопластических несшитых материалов, которые не испускают сшивающие газообразные побочные продукты (и, следовательно, не требуют какой-либо фазы дегазации) в сочетании с металлическим листом, свернутым в продольном направлении и используемым в качестве металлического щита, дает возможность проводить производственный процесс в непрерывном режиме, поскольку не требуется фазы "покоя" в автономном режиме.

Для дальнейшего описания изобретения ниже приведен в качестве иллюстрации пример.

Пример 1

Нижеприведенный пример подробно описывает главные операции способа непрерывного изготовления кабеля на 20 кВ с поперечным сечением 150 мм2 согласно фиг.1. Линейная скорость установлена на 60 м/мин.

а) экструзия жилы кабеля

Изоляционный слой кабеля получают подачей непосредственно в бункер экструдера 110 гетерофазного сополимера пропилена, имеющего точку плавления 165°С, энтальпию плавления 30 Дж/г, индекс расплава (MFI) 0,8 дг/мин и модуль упругости при изгибе 150 МПа ( Adflex® Q 200 F - промышленно изготавливаемый продукт фирмы Basell).

После этого диэлектрическое масло Jarylec® Exp3 (промышленно изготавливаемый продукт фирмы Elf Atochem - дибензилтолуол), предварительно смешанное с антиоксидантами, инжектируют под высоким давлением в экструдер.

Экструдер 110 имеет диаметр 80 мм и соотношение L/D (длина/диаметр) 25.

Инжекцию диэлектрического масла выполняют во время экструзии при расстоянии около 20D от начала шнека экструдера 110 посредством трех точек инжекции одинакового поперечного сечения, отстоящих друг от друга на 120°. Диэлектрическое масло инжектируют при температуре 70°С и давлении 250 бар.

Соответствующие экструдеры используют для внутреннего и наружного полупроводящих слоев.

Стержнеобразный алюминиевый проводник 2 (с поперечным сечением 150 мм2) подают через тройную экструзионную головку 150.

Жилу 2а кабеля, выходящую из экструзионной головки 150, охлаждают при пропускании через каналообразную секцию 203 охлаждения, через которую протекает холодная вода.

Полученная в результате жила 2а кабеля имеет внутренний полупроводящий слой толщиной около 0,5 мм, изоляционный слой толщиной около 4,5 мм и наружный полупроводящий слой толщиной около 0,5 мм.

б) блокирующий воду полупроводящий вспененный слой

Блокирующий воду полупроводящий вспененный слой 8, имеющий толщину около 0,7 мм и степень расширения 0,6, налагают на жилу 2а кабеля экструдером 211, который имеет диаметр 60 мм и соотношение L/D, равное 20.

Материал для упомянутого вспененного слоя 8 приведен ниже в таблице 1. Материал химически расширен добавлением около 2% расширителя Hydrocerol® CF 70 (карбоновая кислота + бикарбонат натрия) в бункер экструдера.




Таблица 1
Соединения Количество (част. мас. на 100 част. мас.)
Elvax® 470 100
Ketjenblack® ЕС 300 20
Irganox® 1010 0,5
Waterloock® J 550 40
Hydrocerol® CF 70 2

В этой таблице

- Elvax® 470 является сополимером этилена/винилацетата (EVA) (промышленно изготавливаемый продукт фирмы DuPont),

- Ketjenblack® ЕС 300 является высокопроводящей печной углеродной сажей (промышленно изготавливаемый продукт фирмы Akzo Chemie),

- Irganox® 1010 - продукт пентаэритрил-тетракис[3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)пропионат] (промышленно изготавливаемый продукт фирмы Ciba Specialty Chemicals),

- Waterloock® J 550 - измельченная сшитая полиакриловая кислота (частично в форме соли) (промышленно изготавливаемый продукт фирмы Grain Processing),

-Hydrocerol® CF 70 - расширитель - карбоновая кислота/бикарбонат натрия (промышленно изготавливаемый продукт фирмы Boeheringer Ingelheim).

После экструзионной головки 212 экструдера 211 предусмотрено охлаждение посредством охладителя 213 принудительной подачи воздуха.

в) наложение металлического щита кабеля

Жилу 2а кабеля, снабженную вспененным полупроводящим слоем 8, затем покрывают посредством агрегата 210 наложения свернутым в продольном направлении, покрытым лаком алюминиевым листом толщиной около 0,3 мм, используя адгезив для связи его перекрывающихся кромок. Адгезив наносят посредством экструдера 215.

г) наложение элемента защиты кабеля

После этого внутренний полимерный слой 21, выполненный из полиэтилена, толщиной около 1,5 мм наносят посредством экструдера 216, имеющего диаметр 120 мм и соотношение L/D 25, на алюминиевый щит.

Согласно производственной установке по фиг.3 вспененный полимерный слой 22, имеющий толщину около 2 мм и степень расширения 0,55, подвергают совместной экструзии с плотным внутренним полимерным слоем 21. Вспененный полимерный слой 22 покрывают посредством экструдера 217, который имеет диаметр 120 мм и соотношение L/D 25.

Материал для вспененного полимерного слоя 22 приведен ниже в таблице 2.




Таблица 2
Соединения Количество (част. мас. на 100 част. мас.)
Hifax® SD 817 100
Hydrocerol® BiH40 1,2

В этой таблице

- Hifax® SD 817 - пропилен, модифицированный сополимером этилена/пропилена, промышленно изготавливаемый фирмой Basell),

- Hydrocerol® BiH40 - расширитель - карбоновая кислота + бикарбонат натрия, промышленно изготавливаемый фирмой Boeheringer Ingelheim.

Полимерный материал подвергается химическому расширению посредством добавления расширителя (Hydrocerol® BiH40) в бункер экструдера.

На расстоянии около 500 мм от экструзионной головки 218 секция 219 охлаждения в виде трубы или канала, через который протекает холодная вода, останавливает расширение и охлаждает экструдированный материал перед экструзией внешнего плотного полимерного слоя 23.

д) экструзия наружной оболочки кабеля

После этого наружную оболочку 23, выполненную из полиэтилена, толщиной около 1,5 мм, подвергают экструзии при использовании экструдера 220, имеющего диаметр 120 мм и соотношение L/D 25.

Кабель, выходящий из экструзионной головки 221, подвергают окончательному охлаждению в секции 206 охлаждения, через которую протекает холодная вода.

Охлаждение окончательно обработанного кабеля может быть выполнено с использованием многоходового охлаждающего канала, который эффективно снижает продольные размеры секции охлаждения.

Стойкость к удару и нагрузке

В присутствии механического напряжения, прилагаемого к кабелю, такого как удар, приложенный к внешней поверхности кабеля, или значительная местная нагрузка, способная вызвать деформацию самого кабеля, было замечено, что даже в случае, когда деформация затрагивает также изоляцию, например, из-за того, что энергия удара превышает допустимую величину, которую способен выдерживать защищающий от удара слой, или в случае, когда элемент защиты выбран сравнительно малой толщины, профиль деформации металлического щита следует непрерывной плавной линии, тем самым избегая локальных увеличений электрического поля.

В общем случае, материалы, использованные для изоляционного слоя и наружной оболочки кабеля, упруго восстанавливают лишь часть их первоначального размера и формы после удара, так что после удара, даже в случае, если он произошел перед тем, как было подано напряжение на кабель, снижается толщина изоляционного слоя, выдерживающая электрическое напряжение.

Однако заявитель заметил, что когда используют металлический щит снаружи слоя, изолирующего кабель, материал такого щита необратимо деформируется ударом, дополнительно ограничивая упругое восстановление деформации, так что изоляционный слой имеет ограничения для упругого восстановления его первоначальной формы и размера.

Следовательно, деформация, вызванная ударом, или, по меньшей мере, ее часть сохраняется после удара даже тогда, когда была устранена причина самого удара.

Упомянутая деформация приводит к тому, что толщина изоляционного слоя изменяется от первоначальной величины t0 до "поврежденной" величины td (см. фиг.5).

Следовательно, когда кабель был запитан напряжением, то, соответственно, реальная толщина изоляционного слоя, которая выдерживает нагрузку (F) электрического напряжения в зоне удара, составляет уже не t0, а td.

Кроме того, когда удар нанесен по кабелю, имеющему металлический щит "прерывистого" типа, например выполненный из спирально намотанных проводов или лент, или в случае отсутствия защищающего от удара слоя (как показано на фиг.5), или даже при наличии защищающего от удара слоя (уплотненного или вспененного типа), неравномерная стойкость конструкции металлического щита, состоящей из проводов, обусловливает значительную деформацию провода, размещенного ближе к зоне удара, и передачу такой деформации лежащим ниже слоям, как "локальной" деформации, с минимальным воздействием на соседние зоны.

В изоляционном слое это приводит к эффекту "выброса", который обусловливает деформацию кольцевых эквипотенциальных линий электрического поля в зоне удара, как показано на фиг.5, где первоначальные кольцевые эквипотенциальные линии показаны штрихпунктирными линиями, а деформированные эквипотенциальные линии - сплошными линиями.

Деформация эквипотенциальных линий электрического поля заставляет их уплотняться в зоне удара, что означает существенное увеличение градиента электрического поля в этой зоне. Этот локальный рост градиента электрического поля, вероятно, вызывает электрические разряды, определяющие повреждение кабеля (подвергшегося удару) при испытании по определению частичных электрических разрядов даже в случае, если удары имеют сравнительно низкую энергию.

Однако в случае, когда металлический щит выполнен из свернутого в продольном направлении металлического листа, особенно когда он сочетается со вспененным элементом защиты, заявитель обнаружил, что значительно снижается локальная деформация щита или лежащего под ним изоляционного слоя.

Фактически вспененный элемент защиты, непрерывно поддерживаемый лежащим ниже металлическим щитом, выполнен с возможностью распределять энергию удара по сравнительно большой зоне вокруг положения удара, как показано на фиг.6.

Следовательно, снижается деформация эквипотенциальных линий электрического поля (также связанная с большей зоной), так что они уплотняются меньше, чем в случае упомянутых выше спирально намотанных проводов, если имеет место удар с той же самой энергией.

В результате минимизируется рост локального градиента электрического поля, вызванного ударом, и значительно увеличивается способность кабеля выдерживать испытания по определению частичных разрядов.

Формула изобретения

1. Способ изготовления электрического кабеля (1), включающий фазы: подачи (201) проводника (2) с заранее заданной скоростью подачи, экструдирования (202) термопластического изоляционного слоя (4), являющегося наружным в радиальном направлении относительно проводника (2), охлаждения (203) экструдированного изоляционного слоя (4), формирования (210) замкнутого по окружности металлического щита (6) вокруг упомянутого экструдированного изоляционного слоя (4), отличающийся тем, что время, прошедшее между концом фазы охлаждения (203) и началом фазы формирования (210) щита обратно пропорционально скорости подачи проводника (2).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что фаза формирования (210) включает операцию свертывания металлического листа (60) в продольном направлении вокруг упомянутого экструдированного изоляционного слоя (4).

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что фаза формирования (210) включает операцию перекрытия кромок упомянутого металлического листа (60) для образования металлического щита (6).

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что фаза формирования (210) включает операцию соединения кромок упомянутого металлического листа (60) для образования металлического щита (6).

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно включает фазу подачи проводника (2) в виде металлического стержня.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно включает фазу наложения слоя грунтовки вокруг металлического щита (6).

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что фазу наложения слоя грунтовки выполняют посредством экструзии.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно включает фазу наложения элемента (20) защиты от удара вокруг упомянутого замкнутого по окружности металлического щита (6).

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что фаза наложения элемента (20) защиты от удара включает фазу наложения плотного полимерного слоя (21) вокруг упомянутого металлического щита (6).

10. Способ по п.8, отличающийся тем, что фаза наложения элемента (20) защиты от удара включает фазу наложения вспененного полимерного слоя (22).

11. Способ по пп.9 и 10, отличающийся тем, что вспененный полимерный слой (22) налагают вокруг плотного полимерного слоя (21).

12. Способ по п.1, дополнительно включающий фазу наложения наружной оболочки (23) вокруг металлического щита (6).

13. Способ по пп.10 и 12, отличающийся тем, что наружную оболочку (23) налагают вокруг вспененного полимерного слоя (22).

14. Способ по п.1, отличающийся тем, что фазу охлаждения (203) экструдированного изоляционного слоя (4) выполняют посредством подачи в продольном направлении проводника (2) с термопластическим изоляционным слоем (4) через удлиненное устройство охлаждения.

15. Способ по п.1, отличающийся тем, что термопластический полимерный материал изоляционного слоя (4) выбран из полиолефинов, сополимеров различных олефинов, сополимеров олефина с этилен-ненасыщенным сложным эфиром, сложных полиэфиров, полиацетатов, полимеров целлюлозы, поликарбонатов, полисульфонов, фенольных смол, мочевинных смол, поликетонов, полиакрилатов, полиамидов, полиаминов и их смесей.

16. Способ по п.15, отличающийся тем, что упомянутый термопластический полимерный материал выбран из полиэтилена (РЕ), полипропилена (РР), этилена/винилацетата (EVA), этилена/метилакрилата (ЕМА), этилена/этилакрилата (ЕЕА), этилена/бутилакрилата (ЕВА), термопластических сополимеров этилена/α-олефина, полистирола, акрилонитрил/бутадиен/стирольных (ABS) смол, поливинилхлорида (PVC), полиуретана, полиамидов, полиэтилентерефталата (PET), полибутилентерефталата (РВТ) и их сополимеров или механических смесей.

17. Способ по п.1, отличающийся тем, что термопластический полимерный материал изоляционного слоя (4) включает заранее заданное количество диэлектрической жидкости.

18. Электрический кабель, включающий проводник (2), термопластический изоляционный слой (4), расположенный снаружи в радиальном направлении относительно проводника (2), по меньшей мере, один вспененный полимерный слой (8) вокруг упомянутого изоляционного слоя (4), замкнутый по окружности металлический щит (6) вокруг упомянутого изоляционного слоя (4) и элемент (20) защиты от удара в наружном положении в радиальном направлении относительно металлического щита (6), причем упомянутый элемент (20) защиты от удара включает, по меньшей мере, один плотный полимерный слой (21) вокруг упомянутого металлического щита (6) и, по меньшей мере, один вспененный полимерный слой (22) в наружном положении в радиальном направлении относительно плотного полимерного слоя (21).

19. Электрический кабель (1) по п.18, отличающийся тем, что толщина вспененного полимерного слоя (22) в 1-2 раза больше толщины плотного полимерного слоя (21).