Компактный противоударный кабель

Компактный противоударный кабель

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к кабелю, в частности к электрическому кабелю для передачи или распределения мощности при среднем или высоком напряжении.

Более точно настоящее изобретение относится к электрическому кабелю, в котором сочетаются противоударные качества и компактность его конструкции.

В настоящем изобретении термин среднее напряжение используется для обозначения напряжения примерно от 10 до примерно 60 кВ ("очень высокое напряжение" также иногда используют в данной области техники для обозначения напряжений, превышающих примерно 150 или 200 кВ, вплоть до 500 кВ или более); термин низкое напряжение обозначает напряжение, меньшее чем 10 кВ, обычно превышающее 100 В.

Помимо этого, в настоящем описании термин класс по напряжению указывает на определенные значения напряжения (например, 10 кВ, 20 кВ, 30 кВ и т.д.), входящие в определенные пределы по напряжению (например, низкое, среднее или высокое напряжение, или НН, СН, ВН).

Кабели для передачи или распределения мощности при среднем или высоком напряжении в общем случае имеют металлический проводник, который окружен, соответственно, первой внутренней полупроводящей оболочкой, изолирующим слоем и внешней полупроводящей оболочкой. Ниже в настоящем описании указанная, заранее определенная, последовательность элементов обозначается термином "сердечник".

В положении, внешнем в радиальном направлении от указанного сердечника, кабель снабжен металлической оболочкой (или экраном), обычно из алюминия, свинца или меди, которая расположена внешне в радиальном направлении от указанного сердечника, причем металлическая оболочка в общем случае состоит из непрерывной трубы или металлической ленты, которой придана трубчатая форма и которая сварена или загерметизирована для гарантии герметичности.

Указанная металлическая оболочка имеет две основные функции: с одной стороны, она обеспечивает герметичность по отношению к внешней для кабеля среде, создавая барьер для проникновения воды в радиальном направлении, а с другой стороны, она выполняет электрическую функцию, создавая внутри кабеля, в результате непосредственного контакта между металлической оболочкой и внешним полупроводящим слоем указанного сердечника, однородное электрическое поле радиального типа, одновременно блокируя внешнее электрическое поле указанного кабеля. Дополнительной функцией является способность выдерживать токи короткого замыкания.

В конфигурации униполярного типа указанный кабель также имеет полимерную поверхностную оболочку в положении внешнем в радиальном направлении по отношению к металлической оболочке, упомянутой выше.

Помимо этого, кабели для передачи или распределения мощности в общем случае снабжаются одним или несколькими слоями для предохранения указанных кабелей от случайных ударов по их наружной поверхности.

Случайные удары по кабелю могут иметь место, например, во время его транспортировки или на этапе укладки кабеля в траншею, вырытую в почве. Указанные случайные удары могут вызвать ряд структурных нарушений в кабеле, в том числе деформацию изолирующего слоя и отделение изолирующего слоя от полупроводящих слоев, повреждения, которые могут вызвать перепады градиента напряжения в изолирующем слое с последующим уменьшением изолирующей способности указанного слоя.

В кабелях, доступных на рынке в настоящее время, например, предназначенных для передачи или распределения мощности при низком и среднем напряжении, обычно предусмотрена металлическая броня, способная противостоять указанным ударам, для защиты указанных кабелей от возможных повреждений, вызванных случайными ударами. В общем случае указанная броня представляет собой ленты или проволоку (предпочтительно из стали) или, в качестве альтернативы, представляет собой кожух (предпочтительно из алюминия или свинца). Пример такой структуры кабеля раскрыт в Патенте США 5153381.

Европейский Патент № 981821 на имя заявителя раскрывает кабель, снабженный слоем расширенного полимерного материала для обеспечения указанного кабеля высокой устойчивостью к случайным ударам, причем указанный слой расширенного полимерного материала предпочтительно наносят в положении, внешнем в радиальном направлении от сердечника кабеля. Указанное предложенное техническое решение позволяет избежать использования традиционной металлической брони, тем самым уменьшая вес кабеля, а также упрощая процесс его изготовления.

Европейский Патент № 981821 не раскрывает конкретную конструкцию сердечника кабеля. На практике составные элементы сердечника кабеля выбирают и их размеры определяют согласно известным стандартам (например, стандарт IEC 60502-2, упоминаемый ниже в настоящем описании).

Согласно настоящему изобретению заявитель установил, что использование расширенной защиты специальной конструкции может не только заменить другие типы защиты, но также позволяет использовать изоляцию меньших размеров, тем самым получая более компактный кабель, не снижая его надежности.

Помимо этого, кабели для передачи и распределения мощности в общем случае снабжены одним или несколькими слоями, гарантирующими наличие барьера, задерживающего проникновение воды во внутренность (то есть сердечник) кабеля. Проникновение воды внутрь кабеля особенно нежелательно, поскольку при отсутствии соответствующих решений, разработанных для защиты от проникновения воды, последняя, однажды проникнув в кабель, способна свободно течь внутри кабеля. По показателям это является особенно губительным для целостности кабеля, поскольку могут возникнуть проблемы, связанные с коррозией внутри него, также как и проблемы ускоренного старения вместе с ухудшением электрических характеристик изолирующего слоя (особенно, если последний изготовлен из полиэтилена сетчатой структуры).

Например, известно явление "водных дендритообразований", которое в основном заключается в образовании микроскопических каналов в разветвленной структуре ("деревьях") вследствие комбинированного воздействия электрического поля, генерируемого приложенным напряжением, и влажности, которая проникает внутрь указанного изолирующего слоя. Например, явление "водных дендритообразований" описано в EP-750319 и ЕР-814485 на имя заявителя.

Следовательно, это означает, что в случае проникновения воды во внутреннюю часть кабеля последний должен быть заменен. Однако, как только вода достигла соединений, терминалов или любого другого оборудования, электрически подсоединенного к одному концу кабеля, вода не только не позволяет последнему выполнять свою функцию, но также повреждает указанное оборудование, в большинстве случаев вызывая повреждение, которое является необратимым и существенным с экономической точки зрения.

Проникновение воды во внутреннюю часть кабеля может произойти по многим причинам, особенно если указанный кабель образует часть подземной укладки. Такое проникновение может произойти, например, путем обычной диффузии воды через полимерную поверхностную оболочку кабеля или в результате износа, случайного удара или воздействия грызунов, факторов, которые могут привести к насечке или даже разрыву наружной оболочки кабеля и, следовательно, к образованию предпочтительного маршрута для доступа воды во внутреннюю часть кабеля.

Известны многочисленные решения для борьбы с указанными проблемами. Например, могут быть использованы гидрофобные и водонабухающие соединения в виде порошков или геля, которые расположены внутри кабеля в различных положениях, в зависимости от рассматриваемого типа кабеля.

Например, указанные соединения могут быть размещены в положении, радиально внутреннем по отношению к металлической оболочке, более точно, в положении между сердечником кабеля и металлической оболочкой, или в положении, радиально внешнем по отношению к нему, обычно в положении непосредственно под полимерной наружной оболочкой или в обоих вышеуказанных положениях одновременно.

Водонабухающие соединения в результате контакта с водой обладают способностью увеличиваться в объеме и, таким образом, предотвращают продольное и радиальное распространение воды путем образования физического барьера для ее свободного протекания. Документ WO 99/33070 на имя заявителя описывает использование слоя расширенного полимерного материала, расположенного в непосредственном контакте с сердечником кабеля, в положении непосредственно под металлическим экраном кабеля, и обладающего заранее определенными полупроводящими свойствами с целью гарантии необходимой электрической целостности между проводящими элементами и металлическим экраном.

Техническая проблема, решаемая в WO 99/33070, заключалась в том, что покрывающие слои кабеля постоянно подвергались механическим растяжениям и сжатиям из-за многочисленных тепловых циклов, которые испытывает кабель во время его обычного использования. Указанные тепловые циклы, вызываемые ежедневными различиями в силе проходящего электрического тока, которые связаны с соответствующими температурными изменениями внутри самого кабеля, приводят к возникновению радиальных напряжений внутри кабеля, которые влияют на каждый из указанных слоев, а следовательно, также и на его металлический экран. Следовательно, это означает, что последний может испытывать существенные механические деформации с образованием пустот между экраном и внешним полупроводящим слоем, и возможно образование неоднородности в электрическом поле, или даже приводящие в результате, со временем, к разрыву самого экрана. Такая проблема была решена путем помещения под металлическим экраном слоя расширенного полимерного материала, способного к поглощению, упруго и равномерно вдоль кабеля, выше указанных радиальных сил расширения/сжатия, с тем, чтобы предотвратить возможное разрушение металлического экрана. Помимо этого, документ WO 99/33070 раскрывает, что вводится внутренний указанный расширенный полимерный материал, расположенный под металлическим экраном, водонабухающий порошкообразный материал, который способен блокировать влажность и/или небольшое количество воды, которая может просочиться во внутреннюю часть кабеля даже под указанный металлический экран.

Как это будет изложено более подробно в следующем ниже описании настоящего изобретения, при тех же самых условиях электрического напряжения, приложенного к кабелю, его сетчатая структура и изолирующий материал указанного изолирующего слоя кабеля, уменьшение толщины изолирующего слоя кабеля приводит к увеличению градиента электрического напряжения (электрический градиент) поперек указанного изолирующего слоя. Следовательно, обычно изолирующий слой данного кабеля разработан, то есть выполнен согласно требуемым размерам, так, чтобы выдерживать условия электрической нагрузки, предназначенные для категории использования данного указанного кабеля.

Обычно, даже если кабель разработан, обеспечивая толщину изолирующего слоя, которая больше, чем необходима, с тем, чтобы были включены соответствующие факторы безопасности, случайный удар по внешней поверхности кабеля может вызвать остаточную деформацию изолирующего слоя и уменьшение, иногда заметное, его толщины в области удара, таким образом, возможно вызывая электрический пробой, если кабель находится под напряжением.

Фактически, в общем случае, материалы, которые обычно используют для изолирующего слоя кабеля и наружной оболочки, упруго восстанавливают только часть их исходного размера и формы после удара. Следовательно, после удара, даже если последний произошел до подачи мощности в кабель, толщина изолирующего слоя, выдерживающая электрическую нагрузку, неизбежно уменьшается.

Помимо этого, когда металлическая оболочка находится в положении, радиально внешнем по отношению к изолирующему слою кабеля, материал, указанной оболочки при ударе необратимо деформируется, факт, который дополнительно ограничивает упругое восстановление от деформации таким образом, что сдерживается упругое восстановление исходной формы и размера изолирующего слоя.

Следовательно, деформация, вызванная случайным ударом, или, по меньшей мере, ее значительная часть сохраняется после удара, даже если сама причина удара удалена, причем указанная деформация приводит в результате к уменьшению толщины изолирующего слоя, которая изменяется от его исходного значения к уменьшению толщины. Следовательно, если кабель находится под напряжением, реальная толщина изолирующего слоя, которая выдерживает градиент электрического напряжения (Г) в области удара, имеет указанное уменьшенное значение, а не исходное.

Заявитель установил, что путем обеспечения кабеля защитным элементом, содержащим расширенный полимерный слой, подходящий для обеспечения кабеля заранее определенной устойчивостью к случайным ударам, существует возможность создать конструкцию кабеля более компактного, чем конструкция обычного кабеля.

Заявитель установил, что расширенный полимерный слой указанного защитного элемента лучше поглощает случайные удары, которые могут произойти на внешней поверхности кабеля, относительно любого обычного защитного элемента, например, выше указанных видов металлической брони, и, таким образом, деформация, происходящая на изолирующем слое кабеля вследствие случайного удара, может быть существенно уменьшена.

Заявитель установил, что путем обеспечения кабеля защитным элементом, содержащим расширенный полимерный слой, существует возможность преимущественно уменьшить толщину изолирующего слоя кабеля до электрической нагрузки, совместимой с электрической устойчивостью изолирующего материала. Следовательно, согласно настоящему изобретению, существует возможность создать конструкцию кабеля, более компактную без уменьшения его свойств электрической и механической устойчивости.

Другими словами, заявитель установил, что, поскольку деформация изолирующего слоя кабеля заметно уменьшается при помощи наличия указанного расширенного полимерного слоя, отсутствует необходимость в предоставлении кабеля с толщиной, превышающей размер указанного изолирующего слоя, который гарантирует безопасное функционирование кабеля также в поврежденной области.

Заявитель установил, что путем обеспечения кабеля защитным элементом, содержащим расширенный полимерный слой, толщина последнего может преимущественно коррелировать с толщиной изолирующего слоя для минимизации веса всего кабеля, при этом гарантируя безопасное функционирование изолирующего слоя с точки зрения электричества, а также предоставляя кабель с соответствующей механической защитой от любых случайных ударов, которые могут случаться.

После выбора поперечного сечения проводника кабеля, рабочего напряжения кабеля и изолирующего материала изолирующего слоя кабеля и выбора толщины изолирующего слоя, выдерживающего градиент электрического напряжения (Г), совместимый с диэлектрической прочностью материала изолирующего слоя, заявитель установил, что указанная толщина изолирующего слоя может коррелировать с толщиной расширенного полимерного слоя указанного защитного элемента. Толщина указанного расширенного полимерного слоя может быть выбрана для минимизации деформации изолирующего слоя кабеля при ударе таким образом, чтобы для указанного кабеля могла быть обеспечена уменьшенная толщина изолирующего слоя.

Первый аспект настоящего изобретения относится к кабелю для использования в заранее определенном классе по напряжению, причем указанный кабель содержит:

проводник;

изолирующий слой, окружающий указанный проводник, и

защитный элемент вокруг указанного изолирующего слоя, имеющий толщину и механические свойства, выбранные для обеспечения заранее определенных противоударных свойств, причем защитный элемент содержит, по меньшей мере, один расширенный полимерный слой,

отличающийся тем, что толщина указанного изолирующего слоя является такой, чтобы обеспечить градиент напряжения на внешней поверхности изолирующего слоя кабеля не меньше, чем 1,0 кВ/мм, и толщина указанного защитного элемента является достаточной для предотвращения обнаружимого повреждения изолирующего слоя при ударе с энергией, по меньшей мере, 25 Дж.

Предпочтительно, в случае, если градиент напряжения на внешней поверхности изолирующего слоя кабеля не меньше, чем 1,0 кВ/мм, и удар имеет энергию, по меньшей мере, 25 Дж, указанный заранее определенный класс по напряжению не превышает 10 кВ.

Предпочтительно, в случае, если градиент напряжения на внешней поверхности изолирующего слоя кабеля не меньше, чем 2,5 кВ/мм, и удар имеет энергию, по меньшей мере, 50 Дж, указанный заранее определенный класс по напряжению заключен между 10 кВ и 60 кВ.

Предпочтительно, в случае, если градиент напряжения на внешней поверхности изолирующего слоя кабеля не меньше, чем 2,5 кВ/мм, и удар имеет энергию, по меньшей мере, 70 Дж, указанный заранее определенный класс по напряжению превышает 60 кВ.

Заявитель установил, что толщина изоляции (изолирующего слоя) может быть определена путем выбора наиболее сдерживающего ограничения, относящегося к электричеству, принимая во внимание его запланированное применение, без необходимости добавления дополнительной толщины для учета деформации изоляции из-за ударов.

Например, обычно в возможной конструкции кабеля учитывают, в качестве значимых ограничений, относящихся к электричеству, максимальный градиент напряжения на поверхности проводника (или на внешней поверхности внутреннего полупроводящего слоя, размещенного на нем) и градиент на соединениях, то есть градиент на внешней поверхности изоляции кабеля.

Предпочтительно, толщина изолирующего слоя, по меньшей мере, на 20% меньше, чем соответствующая толщина изолирующего слоя, предусмотренная стандартом IEC 60502-2. Более предпочтительно, уменьшение толщины изолирующего слоя составляет в пределах от 20 до 40%. Еще более предпочтительно, толщина изолирующего слоя примерно на 60% меньше, чем соответствующая толщина изолирующего слоя, предусмотренная стандартом IEC.

Предпочтительно, толщину изолирующего слоя выбирают таким образом, чтобы градиент электрического напряжения внутри изолирующего слоя, когда кабель задействован при номинальном напряжении, относящемся к указанному заранее определенному классу по напряжению, находился в пределах значений между 2,5 и 18 кВ/мм.

Предпочтительно, если указанный заранее определенный класс по напряжению составляет 10 кВ, то указанная толщина изолирующего слоя не превышает 2,5 мм; если указанный заранее определенный класс по напряжению составляет 20 кВ, то указанная толщина изолирующего слоя не превышает 4 мм; если указанный заранее определенный класс по напряжению составляет 30 кВ, то указанная толщина изолирующего слоя не превышает 5,5 мм.

Предпочтительно, указанный проводник является сплошным стержнем.

Предпочтительно, кабель дополнительно включает в себя электрический экран, окружающий указанный изолирующий слой, причем указанный электрический экран содержит металлический лист, которому придана трубчатая форма.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения указанный защитный элемент расположен в положении, радиально внешнем по отношению к указанному изолирующему слою.

Предпочтительно, степень увеличения расширенного полимерного слоя указанного защитного элемента находится между 0,35 и 0,7, более предпочтительно между 0,4 и 0,6.

Предпочтительно, толщина расширенного полимерного слоя указанного защитного элемента находится между 1 и 5 мм.

В дополнительном аспекте настоящего изобретения выше указанный защитный элемент дополнительно включает в себя, по меньшей мере, один нерасширенный полимерный слой, соединенный с указанным расширенным полимерным слоем.

В случае, если происходит удар по кабелю, заявитель установил, что функция поглощения (демпфирования) расширенного полимерного слоя преимущественно увеличивается при соединении последнего, по меньшей мере, с одним нерасширенным полимерным слоем.

Следовательно, согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения указанный защитный элемент дополнительно содержит первый нерасширенный полимерный слой в положении, радиально внешнем по отношению к указанному расширенному полимерному слою.

Согласно еще одному варианту осуществления защитный элемент настоящего изобретения дополнительно содержит второй нерасширенный полимерный слой в положении, радиально внутреннем по отношению к указанному расширенному полимерному слою.

Помимо этого, заявитель установил, что путем увеличения толщины указанного первого нерасширенного полимерного слоя, при сохранении постоянной толщины расширенного полимерного слоя, механическая защита, обеспеченная кабелю защитным элементом, преимущественно увеличивается.

Предпочтительно, указанный, по меньшей мере, один нерасширенный полимерный слой изготовлен из полиолефинового материала.

Предпочтительно, указанный, по меньшей мере, один нерасширенный полимерный слой изготовлен из термопластического материала.

Предпочтительно, указанный, по меньшей мере, один нерасширенный полимерный слой имеет толщину в пределах от 0,2 до 1 мм.

В дополнительном аспекте, заявитель установил, что вследствие произошедшего удара по кабелю деформация изолирующего слоя кабеля преимущественно уменьшается, если защитный элемент настоящего изобретения объединен с дополнительным расширенным полимерным слоем, предусмотренным в кабеле в положении, радиально внутреннем по отношению к защитному элементу.

Помимо этого, заявитель установил, что путем обеспечения дополнительного расширенного полимерного слоя в комбинации с указанным защитным элементом предоставляется возможность для увеличения свойства поглощения (демпфирования) указанного защитного элемента.

Как указано выше, после выбора толщины изолирующего слоя совместное присутствие указанного расширенного полимерного слоя защитного элемента и указанного дополнительного расширенного полимерного слоя дает возможность получения по существу такой же защиты от ударов с уменьшенным общим размером кабеля.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения указанный дополнительный расширенный полимерный слой находится в положении, радиально внутреннем по отношению к указанному защитному элементу.

Предпочтительно, указанный дополнительный расширенный полимерный слой находится в положении, радиально внешнем по отношению к указанному изолирующему слою.

Предпочтительно, указанный дополнительный расширенный полимерный слой представляет собой слой, задерживающий воду, и включает в себя водонабухающий материал.

Предпочтительно, указанный дополнительный расширенный полимерный слой является полупроводящим.

Предпочтительно, кабель согласно настоящему изобретению используется для среднего и высокого классов по напряжению.

В дополнительном аспекте настоящего изобретения заявитель установил, что путем обеспечения кабеля защитным элементом, содержащим, по меньшей мере, один расширенный полимерный слой, толщина указанного защитного элемента уменьшается в соответствии с увеличением площади поперечного сечения проводника.

Следовательно, настоящее изобретение дополнительно относится к кабелю для использования в заранее определенном классе по напряжению, причем указанный кабель содержит:

проводник;

изолирующий слой, окружающий указанный проводник, и

защитный элемент вокруг указанного изолирующего слоя, содержащий, по меньшей мете, один расширенный полимерный слой,

отличающийся тем, что толщина защитного элемента имеет величину меньшую, чем 7,5 мм, при площади поперечного сечения проводника больше, чем 50 мм², и величину большую, чем 8,5 мм, при площади поперечного сечения проводника меньше, чем 50 мм².

Предпочтительно, в случае, если указанный заранее определенный класс по напряжению превышает 60 кВ, то указанный изолирующий слой не испытывает обнаружимого повреждения при ударе с энергией, по меньшей мере, 70 Дж.

Предпочтительно, в случае, если указанный заранее определенный класс по напряжению не превышает 60 кВ, то указанный изолирующий слой не испытывает обнаружимого повреждения при ударе с энергией, по меньшей мере, 50 Дж.

Предпочтительно, в случае, если указанный заранее определенный класс по напряжению превышает 10 кВ, то указанный изолирующий слой не испытывает обнаружимого повреждения при ударе с энергией, по меньшей мере, 25 Дж.

При рассмотрении семейства (группы) кабелей, подходящих для одного и того же класса по напряжению (например, 10 кВ, 20 кВ, 30 кВ и т.д.), заявитель установил, что при увеличении поперечного сечения проводника кабеля толщина защитного элемента кабеля может преимущественно уменьшаться, при этом сохраняя по существу такую же противоударную защиту. Это означает, что кабель с небольшой площадью поперечного сечения проводника может быть обеспечен защитным элементом, который является толще, чем защитный элемент кабеля, имеющего большую площадь поперечного сечения проводника.

Следовательно, настоящее изобретение дополнительно относится к группе кабелей, выбранных для заранее определенного класса по напряжению и имеющих различные площади поперечного сечения проводника, причем каждый кабель содержит:

проводник;

изолирующий слой, окружающий указанный проводник, и

защитный элемент вокруг указанного изолирующего слоя, содержащий, по меньшей мере, один расширенный полимерный слой,

причем толщину указанного защитного элемента выбирают в обратной зависимости от площади поперечного сечения проводника.

Предпочтительно, указанный защитный элемент дополнительно включает в себя, по меньшей мере, один нерасширенный полимерный слой, окружающий указанный, по меньшей мере, один расширенный полимерный слой.

Предпочтительно, каждый кабель содержит дополнительный расширенный полимерный слой в положении, радиально внутреннем по отношению к указанному защитному элементу.

Согласно дополнительному аспекту настоящее изобретение дополнительно относится к способу разработки кабеля, содержащего проводник, изолирующий слой, окружающий указанный проводник, и защитный элемент, окружающий указанный изолирующий слой, причем указанный защитный элемент включает в себя, по меньшей мере, один полимерный расширенный слой, причем указанный способ содержит этапы:

выбора площади поперечного сечения проводника;

определения толщины указанного изолирующего слоя, достаточной для безопасной работы в заранее определенном классе по напряжению при указанной выбранной площади поперечного сечения проводника в соответствии с одним из некоторого количества заранее определенных ограничивающих условий, относящихся к электричеству;

выбора максимальной толщины изолирующего слоя среди определенных по указанному количеству заранее определенных ограничивающих условий, относящихся к электричеству;

определения толщины указанного защитного элемента таким образом, чтобы указанный изолирующий слой не испытывал обнаружимого повреждения при ударе по кабелю с энергией, по меньшей мере, 50 Дж, и

применения указанного выбранного изолирующего слоя и толщины указанного определенного защитного элемента при разработке кабеля для указанного заранее определенного класса по напряжению и выбранной площади поперечного сечения проводника.

Согласно настоящему изобретению деформация (то есть повреждение) изолирующего слоя кабеля меньше или равное 0,1 мм считается не обнаружимой. Следовательно, предполагается, что изолирующий слой кабеля не повреждается в случае, если происходит деформация меньше, чем 0,1 мм.

В случае, если защитный элемент состоит из указанного расширенного полимерного слоя, этап определения толщины указанного защитного элемента состоит из определения толщины указанного расширенного полимерного слоя.

В случае, если защитный элемент дополнительно содержит нерасширенный полимерный слой, связанный с указанным расширенным полимерным слоем, этап определения толщины защитного элемента содержит этап определения толщины указанного нерасширенного полимерного слоя.

Предпочтительно, этап определения толщины указанного нерасширенного полимерного слоя содержит этап коррелирования в обратной зависимости толщины указанного нерасширенного полимерного слоя с площадью поперечного сечения проводника.

Настоящее изобретение преимущественно применимо не только к электрическим кабелям передачи или распределения мощности, но также к кабелям смешанного типа силовой/телекоммуникационный, которые включают в себя оптоволоконный сердечник. В этом смысле, следовательно, в остальной части настоящего описания и формуле изобретения, которая следует ниже, термин "проводящий элемент" означает проводник металлического типа или смешанного, электрического/оптического типа.

Дополнительные детали будут проиллюстрированы в подробном описании, которое следует ниже, со ссылкой на прилагаемые чертежи, в которых:

Фиг.1 является перспективой электрического кабеля согласно настоящему изобретению;

Фиг.2 является поперечным сечением иллюстративного электрического кабеля, поврежденного ударом;

Фиг.3 является поперечным сечением электрического кабеля согласно настоящему изобретению при наличии деформации защитного элемента, вызванной ударом;

Фиг.4 является графиком, иллюстрирующим связь между толщиной наружной оболочки и площадью поперечного сечения проводника, как предусмотрено для защиты изолирующего слоя от повреждения при ударе в обычном кабеле;

Фиг.5 является графиком, иллюстрирующим связь между толщиной защитного элемента и площадью поперечного сечения проводника, как предусмотрено для защиты изолирующего слоя от повреждения при ударе в кабеле согласно настоящему изобретению;

Фиг.6 является графиком, иллюстрирующим связь между толщиной защитного элемента и площадью поперечного сечения проводника, как предусмотрено для защиты изолирующего слоя от повреждения при ударе в кабеле, снабженном двумя расширенными полимерными слоями согласно настоящему изобретению.

На Фиг.1 показана перспектива с частичным поперечным сечением, электрического кабеля 1 согласно настоящему изобретению, разработанного обычным способом для использования при средних и/или высоких напряжениях.

Кабель для передачи электроэнергии типа, раскрытого в настоящем описании, обычно работает при номинальных частотах от 50 до 60 Гц.

Кабель 1 содержит: проводник 2; внутренний полупроводящий слой 3; изолирующий слой 4; внешний полупроводящий слой 5; металлическую оболочку 6 и защитный элемент 20.

Предпочтительно, проводник 2 является металлическим стержнем, предпочтительно изготовленным из меди или алюминия. В качестве альтернативы проводник 2 содержит, по меньшей мере, две металлические проволоки, предпочтительно медную и алюминиевую, которые скручены вместе обычным способом.

Площадь поперечного сечения проводника 2 определяют в связи с мощностью, предназначенной для передачи при выбранном напряжении. Предпочтительные площади поперечного сечения для кабелей согласно настоящему изобретению находятся в пределах от 16 до 1000 мм².

В общем случае изолирующий слой 4 изготовлен из полиолефинов, более конкретно из полиэтилена, полипропилена, сополимеров этилен/пропилен и т.п.

Предпочтительно, указанный изолирующий слой 4 изготовлен из основного полимерного материала несетчатой структуры; более предпочтительно указанный полимерный материал содержит полипропиленовое соединение.

В настоящем описании термин "изолирующий материал" используется для обозначения материала, имеющего диэлектрическую прочность, по меньшей мере, от 5 кВ/мм, предпочтительно больше, чем 10 кВ/мм. В кабелях электропередачи средних-высоких напряжений изолирующий материал имеет диэлектрическую прочность больше, чем 40 кВ/мм.

Предпочтительно, изолирующий материал изолирующего слоя 4 является нерасширенным полимерным материалом. В настоящем изобретении термин "нерасширенный" полимерный материал используется для обозначения материала, который по существу не имеет пустого объема внутри своей структуры, т.е. материал, имеющий по существу нулевую степень расширения, как лучше объяснено в ниже следующем описании настоящего изобретения. Более конкретно, указанный изолирующий материал имеет плотность от 0,85 г/см² или больше.

Обычно изолирующий материал кабелей электропередачи имеет диэлектрическую постоянную (К), превышающую 2.

Внутренний полупроводящий слой 3 и внешний полупроводящий слой 5, оба не расширенные, получают согласно известным способам, более конкретно путем экструзии, причем основной полимерный материал и сажа (последняя используется для придания указанным слоям полупроводящих свойств) выбираются из указанных материалов в ниже следующем описании настоящего изобретения.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения внутренний и внешний полупроводящие слои 3, 5 содержат основной полимерный материал несетчатой структуры, более предпочтительно полипропиленовое соединение.

В предпочтительном варианте, показанном на Фиг.1, металлическая оболочка 6 изготовлена из металлического листа, предпочтительно алюминия или, в качестве альтернативы, меди, которому придана трубчатая форма. В некоторых случаях, также может быть использован свинец.

Металлический лист 6 обернут вокруг внешнего полупроводящего слоя 5 с перекрывающимися концами, с герметизирующим материалом, расположенным между ними для создания металлической водонепроницаемой оболочки. В качестве альтернативы металлический лист является сварным.

В качестве альтернативы металлическая оболочка 6 изготовлена из спиралеобразно намотанных металлических проволок или лент, расположенных вокруг указанного внешнего полупроводящего слоя 5.

Обычно металлическая оболочка покрыта наружной оболочкой (не показана на фиг.1), состоящей из полимерного материала сетчатой и несетчатой структуры, например, поливинилхлорида (ПВХ) или полиэтилена (ПЭ).

Согласно предпочтительному варианту осуществления, показанному на фиг.1, в положении, радиально внешнем по отношению к указанной металлической оболочке 6, кабель 1 обеспечивается защитным элементом 20. Согласно указанному варианту осуществления защитный элемент 20 содержит расширенный полимерный слой 22, который заключен между двумя нерасширенными полимерными слоями, внешним (первым) нерасширенным полимерным слоем 23 и внутренним (вторым) нерасширенным полимерным слоем 21 соответственно. Защитный элемент 20 имеет функцию защиты кабеля от любых внешних ударов по кабелю путем, по крайней мере, частичного поглощения указанного удара.

Согласно Европейскому Патенту № 981821 на имя заявителя полимерный материал, составляющий расширенный полимерный слой 22, может быть расширенным полимером любого типа, таким как, например, полиолефины, сополимеры различных олефинов, сополимеры олефина с этиленоненасыщенным эфиром, полиэфиры, поликарбонатами, полисульфонами, фенольные смолы, карбамидные смолы и их смеси. Примерами соответствующих полимеров являются: полиэтилен (ПЭ), более конкретно, ПЭ низкой плотности (ПЭНП), ПЭ средней плотности (ПЭСП), ПЭ высокой плотности (ПЭВП), линейный ПЭ низкой плотности (ЛПЭНП), ПЭ ультранизкой плотности (ПЭУНП); полипропилен (ПП); эластомерные сополимеры этилен/пропилен (СЭП) или тримеры этилен/пропилен/диен (ЭПДМ); натуральный каучук; бутилкаучук; сополимеры этилен/виниловый эфир, например, этилен/винилацетат (ЭВА); сополимеры этилен/акрилат, более конкретно, этилен/метилакрилат (ЭМА), этилен/этилакрилат (ЭЭА) и этилен/бутилакрилат (ЭБА); термопластические сополимеры этилен/альфа-олефин; полистирол; смолы акрилонитрил/бутадиен/стирол (АБС); галогенированные полимеры, более конкретно, поливинилхлорид (ПВХ); полиуретан (ПУ); полиамиды; ароматические полиэфиры, такие как полиэтилен терефталат (ПЭТ) или полибутилен терефталат (ПБТ); и их сополимеры или их механические смес