Способ непрерывного изготовления электрических кабелей

Способ непрерывного изготовления электрических кабелей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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 С₃-С₁₂ 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 С₄-С₁₂ 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/С₃-С₁₂ α-олефина, в которых весовое соотношение между сополимером полипропилена и этилена/С₃-С₁₂ 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/С₃-С₁₂ 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) = (d_o/d_e -1),

где d_o указывает плотность плотного полимера (то есть полимера со структурой, которая, по существу, свободна от объема пустот), а d_e 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