抗禦衝擊的緊湊型電纜的製作方法

2023-05-01 13:01:01 2

專利名稱：抗禦衝擊的緊湊型電纜的製作方法
技術領域：
本發明涉及電纜，具體涉及在中壓或高壓下傳輸或分配電能的電力電纜。更具體地，本發明涉及將高度耐衝擊和緊湊性組合在一起設計的電力電纜。
在本說明書中，術語「中壓」用於指電壓值典型地從大約10kV至大約60kV，術語「高壓」用於指電壓高於60kV(在技術領域內有時也用於指很高的電壓，規定為電壓高於大約150kV或220kV，甚至為500kV或更高)；術語「低壓」指電壓低於10kV，典型地大於100V。
此外，本描述中，術語「電壓等級」是指在相應電壓範圍(例如，低、中、高壓或即LV、MV、HV)內特定的電壓值(例如，10kV、20kV、30kV等)。
在中壓或高壓下供電能傳輸或分配用的電纜通常有一根金屬導線，它外面分別包圍有第一內半導電層、絕緣層和外半導電層。下面，本說明書對所述預定的序列單元以術語「纜芯」表示。
在所述纜芯的徑向外周上，對電纜提供一個外罩(或屏蔽)，一般地是用鋁、鉛或銅加於所述纜芯的徑向外周上，金屬外罩通常由連貫的管子或金屬帶構成，按管狀形式成形，它通過焊接或包封以確保氣密性。
所述金屬外罩有兩個主要功能一方面，借用於阻擋層的介入提供出電纜對外界的氣密性，防止水沿徑向透入；另一方面，由於金屬外罩與所述纜芯外半導電層之間的直接接觸使電纜內部產生一個徑向均勻電場的電學作用，此時可抵消所述纜芯的外電場。再一個功能在於，它能抗禦短路電流。
單極性類型的配置中，所述電纜在上述金屬外罩的徑向外周上最後還有一個聚合物護套。
此外，用於功率傳輸或分配的電纜通常又附加一個或多個薄層，以防護所述電纜外表面遭受可能發生的意外衝擊。
電纜遭受意外衝擊例如可能發生在運輸期間，或是地面上挖掘溝槽後的電纜鋪設階段。所述意外衝擊可能造成電纜的一系列結構損傷，包括絕緣層變形和絕緣層與半導電層分離等，此類損傷會導致絕緣層的電場應力變動，結果使所述層的絕緣能力下降。
市場上當前可供應的電纜，例如用於低壓或中壓功率傳輸或分配的電纜，通常具有能抗卸所述衝擊的金屬鎧裝以保護所述電纜免受因意外衝擊可能造成的損傷。一般地，所述鎧裝為帶狀或線狀形式(可取地由銅製成)，或者是金屬護套形式(可取地由鉛或鋁製成)。此種電纜結構的一個例子說明於美國專利US Patent 5,153,381中。
以本申請人名義提出的歐洲專利European Patent(EP)No981,821中公開了一種電纜，具有一個膨化聚合材料層以賦與所述電纜對意外衝擊的高抗禦能力，所述膨化型聚合材料層可取地配置於電纜纜芯的徑向外周上。所提出的技術方案能避免使用傳統的金屬鎧裝，由此減小了電纜重量，產使得生產工藝較容易。
European Patent(EP)No981,821沒有公開特定電纜纜芯的設計。實際上，是根據已知標準(例如，按照本說明書在下文中將說明的IEC標準60502-2)選擇電纜纜芯的構成單元和尺寸規定。
按照本發明，本申請人注意到，應用特定設計的膨化型材料保護不僅能替代其他類型的保護，而且能採用較小的絕緣層尺寸，由此可得到較緊湊的電纜而不降低其可靠性。
並且，用於功率傳輸或分配的電纜通常有一個或多個層以確保阻擋層效應能堵塞水向電纜內部(也即纜芯)透入。
水侵入電纜內部是特別不希望的，如果缺乏合適的設計方案阻塞透水而一旦有水透入時，它在電纜內部將自由流動。就電纜的完整性而言那樣是特別有害的，電纜裡面會引起腐蝕問題，又在絕緣層電性能的下降上會出現加速老化問題(尤其是絕緣層由交聯的聚乙烯構成時)。
例如，已知的「水氣樹形化」現象是由分支結構(「樹狀」)的微觀通道組織形成的，原因在於所施加電壓產生的電場與滲透入所述絕緣層內的溼氣的聯合作用。「水氣樹形化」現象比如說明於以本申請人名字提出的歐洲專利EP 750,319和EP-814,485內。
所以，這意味著，水透入電纜內部時將佔據有它在電纜內的位置。並且，一旦水氣到達與電纜一個端頭上存在電連接的接合處、端點或任何其他設備上時，水氣不僅會阻礙電纜實現其功能而且會損傷所述設備，極多情況下會導致在經濟方面不可逆的、重大的損失。
水透入電纜內部可以通過多種原因發生，尤其是所述電纜為地下裝置的一部分時。例如，此類滲透的發生是由於水氣簡單地漫越過電纜的聚合物護套，或是由於擦傷、意外衝擊或齧齒動物咬蝕等導致電纜誓護套裂口甚至破損，這一些對水的侵入電纜內部提供了便捷路徑。
為解決所述問題，已知有很多方法。例如，可以應用粉狀或膠狀的憎水性和遇水脹大型的複合物，根據所考慮的電纜類型將複合物放置於電纜內部各種位置處。
例如，所述複合物可以放置於金屬外罩內的徑向位置上，更準確地說放置於電纜纜芯與其金屬外罩之間，或是放置於該處的徑向外側，通常使之直接位於聚合物護套的底下，或者在上述兩個位置上同時放置。
遇水脹大型複合物與水接觸時具有體積擴展的特性，由此介入一個阻擋水氣自由流通的物理層，可阻止它在縱向和徑向上蔓延。
以本申請人名字的文件WO 99/33070中，描述了一種安排成與電纜纜芯直接接觸的特定膨化型聚合物材料層，其位置直接在電纜金屬外罩的底下，它具有預定的半導電性能，目標是確保在導電單元與金屬外罩之間具有必需的電連通性。
WO 99/33070面臨的技術問題在於，電纜在正常使用期間會經受無數次的熱循環作用，因而不斷地導致機械性的擴張和收縮。所述熱循環的產生是由於在每天內輸送的電流強度有變動，隨之在電纜本身內部發生相應的溫度變化，造成電纜內產生徑向應力而影響所述諸覆蓋層的每一層，由此也影響到電纜的金屬外罩。所以，這意味著金屬外罩將遭受相關的機械變形，隨之在金屬外罩與外半導電層之間形成空白的空間，可能生成不均勻的電場，或是甚至隨時間的流逝而造成金屬外罩本身破損。這個問題的解決是在金屬外罩下面插入一個膨化型聚合物材料層，它具有彈性並沿電纜均勻分布能吸收上述徑向的膨脹/收縮力，從而防止金屬外罩可能的損傷。此外，文件WO 99/33070中公開了在金屬外罩底下的所述膨化型聚合物材料內混入進遇水脹大的粉狀材料，它能夠阻擋溼氣和/或小量的水透入電纜內部甚至透入到所述金屬外罩的下面。
對於下面的描述可以先仔細回顧一下，若電纜上施加同樣的電壓值，此時在電纜橫截面上所述電纜絕緣層的絕緣材料內，當電纜絕緣層厚度減小時將導致橫跨在所述絕緣層內的電場應力(電位梯度)增加。所以，要設計好給定電纜的絕緣層，也即確定好尺寸，以使得對於所述給定電纜的應用類型規定出其抗卸電場應力的條件。
通常，即使電纜設計上給出的絕緣層厚度大於所需厚度以包括有適當的安全係數，但因電纜外表面上發生的意外衝擊會造成絕緣層的永久變形，它降低甚至顯著降低衝擊區域處對應的絕緣層厚度，由此，當電纜通電時仍可能造成在該處發生電擊穿。
事實上，通常應用於電纜絕緣層和護套的典型彈性材料在受到衝擊變形後只是部分地回復到原來的尺寸和形狀。所以，在受到衝擊後即使是電纜通電之前已發生彈性恢復，其抗禦電場應力的絕緣層厚度也被不可避免地減小。
此外，由於金屬外罩的位置處於電纜絕緣層的徑向外周上，在衝擊作用下所述外罩的材料將永久變形，這一點進一步限制了彈性材料變形的彈性恢復，因而絕緣層在恢復其原來的形狀和尺寸上受到彈性的制約。
結果，由意外衝擊造成的電纜變形或者至少一大部分變形在衝擊之後將保留，即使衝擊本身的原因已除擊後該所述變形仍使絕緣層厚度減小，從原來的尺寸值改變到一個減低的值上。所以，當電纜通電時，在衝擊區域內承受電場應力(Γ)的實際絕緣層厚度是所述減小的值而不是初始的值。
本申請人察知到，對電纜提供一個包含有膨化型聚合物的保護單元以使電纜合適地具有對意外衝擊的預定抗禦能力，有可能使電纜的設計比之常規電纜的設計電纜體積更緊湊。
本申請人注意到，所述保護單元的膨化型聚合物層比之任何傳統的保護單元，例如上面提到的金屬鎧裝，能更好地吸收可能發生於電纜外表面上的意外衝擊，如此，可有益地減小因意外衝擊而出現在電纜絕緣層上的變形。
本申請人察知到，對電纜提供一個包含有膨化型聚合物層的保護單元時有可能將電纜絕緣層厚度減低其電場應力適應於絕緣材料的抗電強度。所以，按照本發明能夠使電纜結構較緊湊，而並不降低它在抗禦電和機械作用上的性能。
換言之，本申請人察知到，依靠所述膨化型聚合物層的存在可顯著減小電纜絕緣層的變形，不再需要對電纜中所述絕緣層的厚度給予過大尺寸，而可保證在受損傷區域內電纜也有完全的功能。
本申請人發現，對電纜提供一個包含有膨化型聚合物層的保護單元，可使其厚度做到與絕緣層的厚應有利地關聯，以求得電纜總體重量最小化，同時，從電學觀點看又保證絕緣層的安全功能，並且對可能發生的任何意外衝擊能給出合適的機械保護能力。
當電纜導體截面、電纜工作電壓和電纜絕緣層絕緣材料都已選定，以及為抗禦電壓應力(Γ)而符合於該絕緣層材料介電強度的絕緣層厚度選定之後，本申請人發現，所述絕緣層厚度可以與所述保護單元中膨化型聚合物之厚度相關聯。可選擇所述膨化型聚合物層的厚度以使得電纜絕緣層受衝擊後的變形最小，因而對所述電纜能提供以減小的絕緣層厚度。
本發明的第一方面涉及在預定電壓等級下使用的電纜，所述電纜包括●導體；●圍繞所述導體的絕緣層；以及
●包圍所述絕緣層的保護單元，其選定的厚度和機械性能可提供預定的衝擊抗禦能力，所述保護單元至少包含一個膨化型聚合物層，其特徵在於—所述絕緣層厚度可以在電纜絕緣層外表面上提供不小於1.0kV/mm的電位梯度，以及—所述保護單元的厚度能夠在受到至少25J能量的衝擊後防止出現可檢測到的絕緣層損傷。
可取地，在電纜絕緣層外表面上電位梯度不小於1.0kV/mm和衝擊能量至少25J的場合下，所述預定的電壓等級不高於10kV。
可取地，在電纜絕緣層外表面上電位梯度不小於2.5kV/mm和衝擊能量至少50J的場合下，所述預定的電壓等級在10kV與60kV之間。
可取地，在電纜絕緣層外表面上電位梯度不小於2.5kV/mm和衝擊能量至少70J的場合下，所述預定的電壓等級高於60kV。
本申請人發現，絕緣物(絕緣層)厚度的確定可藉助於在考慮到電纜的預定應用下選擇最嚴格的電參數限制，不需要再附加額外厚度來顧及因衝擊造成的絕緣物變形。
例如，電纜設計中典型地考慮的重要電參數限制是導體表面(或是突出於導體表面的內半導電層的外表面)上的最大電位梯度，以及在連接處的電位梯度，也即電纜絕緣物外表面上的電位梯度。
可取地，本絕緣層厚度比之IEC標準60502-2中給出的相應絕緣層厚度至少小20％。更可取地，絕緣層厚度的減小量範圍為20％至40％。還有更可取的，絕緣層厚度比之所述IEC標準中給出的相應絕緣層厚度大約小60％。
可取地，所述絕緣層厚度的選擇上，當電纜工作於所述預定電壓等級的標稱電壓值2.5kV/mm至18kV/mm範圍內時，其電場應力處於絕緣層的抗禦能力內。
可取地，所述預定電壓等級為10kV時，所述絕緣層厚度不大於2.5mm；所述電壓等級為20kV時，所述絕緣層厚度不大於4mm；所述預定電壓等級為30kV時，所述絕緣層厚度不大於5.5mm。
可取地，所述導體是實心條。
可取地，電纜中還包括圍繞於所述絕緣層外的電屏蔽，所述電屏蔽由成形為管狀的金屬薄片構成。
按照本發明的優選實施例，所述保護單元的位置處於所述絕緣層的徑向外周上。
可取地，所述保護單元用的膨化型聚合物層的膨化度處於0.35至0.7之間，更可取的是在0.4至0.6之間。
可取地，所述保護單元用的膨化型聚合物層的厚度在1mm至5mm之間。
本發明的再一個方面，上述保護單元還包括至少一個非膨化型聚合物層，它與所述膨化型聚合物相接合。
當電纜上發生衝擊時，本申請人發現，膨化型聚合物的吸收(也即清除)作用通過膨化型聚合物層與至少一個非膨化型聚合物層的相關聯而有利地增強。
所以，按照本發明的優選實施例，所述保護單元還包含第一非膨化型聚合物層，其位置處於所述膨化型聚合物層的徑向外周上。
按照再一個實施例，本發明的保護單元還包含第二非膨化型聚合物層，其位置處於所述膨化型聚合物層的徑向內周上。
並且，本申請人發現，通過增大所述第一非膨化型聚合物層的厚度，而保持膨化型聚合物層的厚度恆定，由所述保護單元對電纜給出的機械保護作用將有利地增強。
可取地，所述至少一個非膨化型聚合物層由聚烯烴材料製成。
可取地，所述至少一個非膨化型聚合物層由熱塑材料製成。
可取地，所述至少一個非膨化型聚合物層的厚度在0.2mm至1mm的範圍內。
在再一方面，本申請人發現，如果本發明的保護單元與再一個膨化型聚合物層相組合，在保護單元的徑向內周位置上提供給電纜，則對於電纜上發生的衝擊來說電纜絕緣層的變形將有利地減小。
此外，本申請人發現，通過提供再一個膨化型聚合物層與所述保護單元相組合，可增高所述保護單元的吸收(清除)性能。
如上面所述，絕緣層厚度選定之後，使保護單元的所述膨化型聚合物層與所述再一個膨化型聚合物層組合存在時，能夠以減小的電纜總尺寸獲得實質上相同的衝擊防護能力。
按照本發明的優選實施例，所述再一個膨化型聚合物層其位置處於所述保護單元的徑向內周上。
可取地，所述每一個膨化型聚合物層其位置處於所述絕緣層的徑向外周上。
可取地，所述再一個膨化型聚合物層是一種阻水層，它包括有吸水脹大材料。
可取地，所述再一個膨化型聚合物層是半導電的。
可取地，按照本發明的電纜使用於中壓或高壓範圍的電壓等級上。
本發明的再一個方面，本申請人發現，通過對電纜提供至少包含一個膨化型聚合物層的保護單元，所述保護單元厚度的減小對應於導體橫截面的面積可增大。
所以，本發明還涉及一種在預定電壓等級上使用的電纜，所述電纜包括●導體；●圍繞所述導體的絕緣層；以及●包圍所述絕緣層、包含至少一個膨化型聚合物層的保護單元，其特徵在於，導體截面積大於50mm2時保護單元厚度值小於7.5mm，導體截面積小於或等於50mm2時保護單元厚度值大於8.5mm。
可取地，在所述預定電壓等級高於60kV的情況下，當受到至少70J能量的衝擊後所述絕緣層上沒有可檢測到的損傷。
可取地，在所述預定電壓等級不高於60kV的情況下，當受到至少50J能量的衝擊後所述絕緣層上沒有可檢測到的損傷。
可取地，在所述預定電壓等級不高於10kV的情況下，當受到至少25J能量的衝擊後所述絕緣層上沒有可檢測到的損傷。
如果考慮一族(組)適用於相同電壓等級(例如10kV，20kV，30kV，等)的電纜，本申請人發現，當電纜導體截面積增加時，電纜保護單元的厚度可以有利地減小，同時保持基本上同樣的衝擊保護。這意味著，小導體截面積的電纜能夠被提供的保護單元厚度大於具有大導體截面積的電纜的保護單元厚度。
困此，本發明還涉及一組被選擇用於一個預定電壓等級的電纜，它們有不同的導體截面積，每種電纜包括·導體(2)；·圍繞所述導體(2)的絕緣層(4)；以及·包圍住所述絕緣層(4)的保護單元(20)，它包含至少一個膨化型聚合物層(22)，其中，所述保護單元的厚度其選擇與導體橫截面面積間有反比關係。
可取地，所述保護單元還包括至少一個非膨化型聚合物層，圍繞在所述至少一個膨化型聚合物層上。
可取地，每一電纜在所述保護單元的徑向內周位置上包含有再一個膨化型聚合物層。
按照再一個方面，本發明還涉及一種設計電纜的方法，電纜中包含有導體、圍繞所述導體的絕緣層和圍繞所述絕緣層的保護單元，所述保護單元包括至少一個膨化型聚合物層，所述設計方法包含有步驟●選擇導體橫截面面積；●根據許多預定的電性能限制條件的每一個，對於所述選擇的導體橫截面面積方面適應的預定電壓等級之安全工作，確定出所述絕緣層的厚度；●從所述多個預定的電性能限制條件中確定的那些絕緣層厚度內，選擇最大的絕緣層厚度；●確定所述保護單元的厚度，以使得電纜上發生能量至少50J的衝擊時，檢測不到所述絕緣層有損傷；以及
●對於所述預定的電壓等級和選擇的導體橫截面面積，在電纜設計中使用所述選擇的絕緣層和所述確定的保護單元厚度。
按照本發明，電纜絕緣層上低於或等於0.1mm的變形(也即損傷)可看作是不能檢測到的。所以，可以認為，變形小於0.1mm的場合下電纜絕緣層為未受損的。
電纜保護單元由所述膨化型聚合物層構成的場合下，確定所述保護單元厚度的步驟中包含確定出所述膨化型聚合物層的厚度。
在電纜保護單元進一步包含一個與所述膨化型聚合物層關聯的非膨化型聚合物層的場合下，確定所述保護單元厚度的步驟中包含有確定所述非膨化型聚合物層厚度的步驟。
可取地，確定所述非膨化型聚合物層厚度的步驟中包含一個步驟，它使所述非膨化型聚合物層的厚度與導體橫截面面積反比地相關。
本發明不僅可有利地應用於傳輸和分配電能的電力電纜，而且可應用於其中包括一個光纖芯的電力/電信混合型電纜。所以，在這一意義上，本說明書的其餘部分內以及權利要求書內，其中的「導電單元(conductive element)」意味著金屬類型或是混合的電纜/光纜類型的導體。
進一步的內容在下面參照附圖的詳細描述中示明，附圖中

圖1是按照本發明的電纜透視圖；圖2是按照對象電纜受衝擊後損傷的截面圖；圖3是存在有衝擊造成的保護單元變形的、按照本發明的電纜橫截面圖；圖4示明設計為傳統電纜受衝擊時能防止絕緣層損傷所對應的護套厚度與導體截面積之間的關係曲線；圖5示明按照本發明的電纜受衝擊時設計為能防止絕緣層損傷所對應的電纜保護單元厚度與導體截面積之間的關係曲線；以及圖6示明按照本發明配置有兩個膨脹型聚合物層的電纜受衝擊時設計為能防止絕緣層損傷所對應的保護單元厚度與導體截面積之間的關係曲線。
圖1示明按照本發明典型地設計用於中壓或高壓範圍的電纜1其部分橫截面的透視圖。
這裡，所描述的電力傳輸電纜的類型典型地工作於標稱頻率50Hz或60Hz上。
電纜1包含有導體2；內半導電層3；絕緣層4；外半導電層5；金屬外罩6；以及保護單元20。
可取地，導體2為金屬條，最好由銅或鋁製成。另一種情況，導體2至少包含最好是兩條銅或鋁的金屬線，它們按照常規技術絞合在一起。
導體2截面積的確定與其選定的電壓下要傳送的電能有關。按照本發明的電纜優選的截面積範圍為16至1000mm2。
通常，絕緣層4由聚烯烴製成，特別是聚乙烯、聚丙烯、乙烯/丙烯共聚物等之類的聚烯烴。可取地，所述絕緣層4由非交聯基聚合物材料構成；更可取地，所述聚合物材料中包含有聚丙烯複合物。
本說明書中，術語「絕緣材料」用來指介電強度至少為5kV/mm、最好大於10kV/mm的材料。對於中-高電壓的電力傳輸電纜，絕緣材料具有大於40kV/mm的介電強度。
可取地，絕緣層4的絕緣材料為非膨化型聚合物材料。本發明中，術語「非膨化型」聚合物材料用以表示一種材料，在其結構內實質上沒有空閒容積，也就是，如後面的本描述較清楚地表明，材料的膨化度實質上為零。特別地，所述絕緣材料的密度為0.85g/cm3或更高。
典型地，電能傳輸電纜絕緣層的介電常數(K)大於2。
內半導電層3和外半導電層5兩者都是非膨脹型的，可根據已知技術獲得，特別是藉助於擠壓工藝，基礎聚合物材料和碳黑(碳黑應用來使所述聚合物層變為半導電的)可以從本描述的下面的說明中選擇。
本發明的優選實施例中，內、外半導電層3、5由非交聯基聚合物材料構成，更可取地由聚丙烯複合物構成。
圖1所示的優選實施例中，金屬外罩6由實體的金屬薄片構成，最好是鋁或者是銅形成的管子。某些場合下，也可以使用鉛。
金屬片6卷繞於外半導電層5上，在重疊邊沿處介入以密封材料以使得金屬外罩不透水。另一種情況，金屬外罩是焊接成的。
另一種情況，金屬外罩6由螺旋纏繞的金屬線或金屬帶包圍於所述外半導電層5上構成。
通常，在金屬外罩上覆蓋一個護套(圖1中未示出)，它由交聯或非交聯的聚合物材料比如是聚氯乙烯(PVC)或聚乙烯(PE)構成。
按照圖1中所示的優選實施例，在所述金屬外罩6的徑向外周處對電纜1提供保護單元20。根據所述實施例，保護單元20由膨化型聚合物層22構成，它夾入在兩個非膨化型聚合物層之間，它們分別地一個是外(第一)非膨化型聚合物層23，另一個是內(第二)非膨化型聚合物層21。保護單元20的作用是藉助於至少部分地吸收發生於電纜上的衝擊，保護電纜抗禦所述任何的外來衝擊。
按照以本申請人名字提出的歐洲專利EP No981,821，構成膨化型聚合物層22的聚合物材料可以是任何類型的可膨化的聚合物，諸如是聚烯烴、不同烯烴的共聚物、烯烴與烯鍵式不飽和酯的共聚物、聚酯物、聚碳酸酯、聚碸物、酚醛樹脂、尿素樹脂和以上這些的混合物。合適的聚合物例子有聚乙烯(PE)，特別是低密度PE(LDPE)、中密度PE(MDPE)、高密度PE(HDPE)、線性低密度PE(LDPE)、超低密度聚乙烯(ULDPE)；聚丙烯(PP)；彈性乙烯/丙烯共聚物(EPR)或乙烯/丙烯/二烯三元共聚物(EPDM)；天然橡膠；丁基橡膠；丁基橡膠；乙烯/乙烯樹脂共聚物，例如是乙烯/醋酸乙烯共聚物(EVA)；乙烯/丙烯酸酯共聚物，特別是乙烯/甲基丙烯酸聚合物(EMA)、乙烯/乙基丙烯酸聚合物(EEA)和乙烯/丁基丙烯酸聚合物(EBA)；乙烯/α-烯烴熱塑共聚物；聚苯乙烯；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(ABS)樹脂；滷代聚合物，特別是聚氯乙烯(PVC)；聚氨酯(PUR)；聚醯胺(尼龍)；芳香族聚酯，諸如聚對酞酸酯乙烯(PET)或聚對酞酸酯丁烯(PBT)；以及這些的共聚物或機械混和物。
可取地，聚合物材料是基於乙烯/或丙烯的聚烯烴聚合物或共聚物，具體地選擇自(a)乙烯與烯鍵式不飽和酯的共聚物，例如是醋酸乙烯酯或醋酸丁酯，其中，不飽和酯的量值通常佔5％至80％的重量，最好佔10％至50％的重量；(b)乙烯與至少一種C3-C12α-烯烴和可選的二烯相聚合的彈性共聚物，可取地是乙烯/丙烯共聚物(EPR)或乙烯/丙烯/二烯三元共聚物(EPDM)，通常有下面的組合單元35-90％克分子的乙烯，10-65％克分子的α-烯烴，0-10％克分子的二烯(例如，1，4-己二烯或5-亞乙基-2-norbornene)；(c)乙烯與至少一種C4-C12α-烯烴(最好是1-己烯、1-辛烯等之類)和可選的二烯的共聚物，密度通常在0.86至0.90g/cm3之間，並有下面的組合成分乙烯克分子75-97％，α-烯烴克分子3-25％，二烯克分子0-5％；(d)改型的聚丙烯與乙烯C3-C12α-烯烴的共聚物，其中，聚丙烯與乙烯/C3-C12α-烯烴共聚物之間的重量比在90/10與10/90之間，可取地在80/20與20/80之間。
例如，商品Elvax(Du Pont公司)、Levapren(Bayer公司)和Lotry(Elf-Atochem公司)屬於(a)類，商品Datral(Enichem公司)或Nordel(Dow-Du Pont公司)屬於(b)類，屬於(c)類的商品有Engage(Dow-Du Pont公司)或Exact(Exxon公司)，同時，改型的聚丙烯與乙烯/α-烯烴的共聚物商品可供應的商標名稱有Moplen或Hifax(Montell公司)、又或有Fina-Pro(Fina公司)等等。
至於(d)類的商品，特別推薦的是熱塑彈性體，它包含有例如是聚丙烯的熱塑聚合物完整母體，並有例如是交聯的EPR或EPDM的塑化高彈性聚合物精細顆粒(通常，直徑量級為1-10μm)分散在熱塑的母體內。高彈性聚合物可以在未塑化狀態下摻入熱塑的母體，然後在添加合適數量的交聯劑處理期間實現動態交聯。另一種情況，高彈性聚合物可以單獨塑化，然後以精細顆粒的形式分散入熱塑母體中。此種類型的熱塑高彈性體例如說明於US-4,104,210或EP-324,430內。應優選這些熱塑高彈性體，因為已經證明，在整個工作溫度範圍內電纜發生熱循環期間，對於電纜受徑向力的彈性吸收來說熱塑高彈性體特別地有效。
在本描述的含義中，術語「膨化型」聚合物應理解為是指這樣的聚合物，其結構內「空閒」容積的百分數(也就是說，不由聚合物佔據而是由氣體或空氣佔據的空間量)典型地大於所述聚合物總容積的10％。
一般地，膨化型聚合物中自由空間的百分數以名詞膨化度(G)表示。在本描述中，術語「聚合物膨化度」應理解為是指由下式確定的聚合物膨化量G(膨化度)＝(do/de-1)·100式中，do指非膨化型聚合物的密度(也就是說，聚合物結構中實質上沒有空閒容積)，de是指對膨化型聚合物測得的視在密度。
可取地，所述膨化聚合物層22的膨化度選定於0.35至0.7範圍內，更可取的是在0.4至0.6的範圍內。
可取地，所述保護單元20中兩個非膨化型聚合物層21、23是由聚烯烴材料構成的。
可取地，第一非膨化型聚合物層23由熱塑材料構成，最好是聚烯烴，諸如非交聯的聚乙烯(PE)；另一種情況下，也可使用聚氯乙烯(PVC)。
圖1中所示的實施例中，對電纜1還提供阻水層8，它處於外半導電層5與金屬外罩6之間。
按照本發明的優選實施例，如同以本申請人的名字在WO01.46965中所說明的，阻水層8是一個膨化型、遇水脹大的半導電層。
可取地，所述阻水層8由其中嵌入或分散有遇水脹大材料的膨化型聚合物材料構成。
可取地，所述阻水層8的可膨化聚合物是從上面述及的聚合物材料中選定的。
所述阻水層8的目的是對沿縱向滲透入電纜內部的水氣給出有效的阻擋層。
本申請人實施的測試表明，所述膨化型聚合物層內能結合入大量遇水脹大材料，依靠膨化型聚合物在其位置上接觸溼氣或水時所結合的遇水脹大材料能夠脹大，由此可有效地實現阻水功能。
遇水脹大材料通常以打碎形式存在，具體為粉狀形式。構成遇水脹大粉的顆粒最好直徑不大於250μm，平均直徑為10至100μm。更為可取的是，直徑10至50μm的顆粒總量就其重量而言相對於遇水脹大粉的總重量應至少佔50％。
遇水脹大材料通常由聚合物鏈上具有親水分子團的均聚物或共聚物構成。例如有交聯和至少部分地鹽化的聚丙烯酸(產品方面比如是C.F.Stockhausen GmbH公司的Cabloc或是Grain ProcessingCo.公司的Waterlock)；由澱粉或其衍生物與丙烯醯胺和丙烯酸鈉共聚物的混合物(例如，Henkel AG公司的產品SGP吸水聚合物)；羰甲基納纖維(產品比如有Hercules Inc.公司的Blanose)。
為得到有效的阻水作用，膨化型聚合物層內包含的遇水脹大材料的總量通常為5至120phr，最好是15至80phr(phr為100份基礎聚合物重量中所佔重量的比例單元)。
另外，阻水層8的膨化聚合物材料可以改型成半導電的。
本技術領域內有已知的產品可應用於製備半導電聚合物單元，以便對所述聚合物材料提供半導電特性。特別地，可以使用導電的碳黑，例如，導電的爐膛黑或乙炔黑等。碳黑的表面積通常地具有20m2/g以上的數值，一般地在40至500m2/g之間。有益地，可以使用高導電的碳黑，具有諸如至少900m2/g單位重量表面積，產品比如是商品名KetjenblackEC(Akzo Chemie NV公司)的已知市售爐膛碳黑。
加入到聚合物母體中的碳黑量可以隨情況改變，這取決於所使用的聚合物和碳黑的類型預定得到的膨化度、以及膨化作用劑等。因此，碳黑量必須做到使膨化型材料有足夠的半導電性能，尤其是膨化型材料諸如要得到一種體電阻率值，在室溫下小於500Ω·m，最好小於20Ω·m。典型地，相對於聚合物重量，碳黑量的重量範圍為1％至50％，最好是3％到30％的重量。
阻水層8膨化度的優選範圍為0.4至0.9。
此外，通過對電纜1提供半導電的阻水層8，由於外半導電層5的電特性部分地可以由所述半導電的阻水層8實現，所以能夠有利地減小外半導電層5的厚度。所以，所述情況能有利地促成外半導電層厚度的減小，從而促成總體電纜重量的減小。
絕緣層的電設計通常，電纜絕緣層在尺寸上必需抗禦所述電纜在使用類別下所規定的電場應力。特別地，電纜工作時，導體2是保持在電纜的額定工作電壓上而金屬外罩6是連接至地(也即處於零電位)的。
標稱上，內半導電層3處於與導體2同樣的工作電壓上，而外半導電層5和阻水層8處於與金屬外罩6同樣的電壓上。
根據絕緣層厚度，它決定了絕緣層橫斷面上的電場應力，須符合於絕緣層材料的介電強度(要包括合適的安全係數)。
環繞圓柱導體的電壓應力Γ由下式定義Γ＝Uo/[r.In(ri/rc)] (1)式中Uo是相線地線的電位差；ri是絕緣層表面的半徑；rc是導體表面(或是內半導電層表面，如果存在)的半徑。
式(1)是指AC電壓場合。對於CC電壓場合，有不同的和較複雜的表達式供應用。
例如，當絕緣層由交聯的聚乙烯(XLPE)構成時，國際標準CEIIEC 60502-2(1998.11版本1.1的18-19頁)中對20kV的電壓給出絕緣層標稱厚度值5.5mm，導體橫截面面積為35至1000mm2。再一個例子，當選定電壓10kV和導體橫截面面積16至1000mm2時，按照所述國際標準，電纜絕緣層必須給出3.4mm的標準厚度值。
衝擊防護按照本發明，對於例如是運輸或鋪設工作期間因石塊、工具等之類碰撞電纜造成的可能衝擊，保護單元20能防止絕緣層4受到損傷。
例如，普通做法是將電纜鋪設入在地面上挖掘的預定深度的溝槽內，隨後用先前挖出的地面物質再填進溝槽。
如果挖出的物質包括石塊、磚頭等類別，則一個重量幾公斤物體從相當高處(幾十釐米到1米或更高處)落到電纜上不是罕見的事，因而衝擊牽涉到比較高的能量。
電纜鋪設工作期間其他的可能衝擊源是施工機械，移動它們時在可能的誤操作和過高速度等情況下會撞擊電纜。
圖2中概略地示明衝擊力F對比照對象電力電纜的影響，這裡，應用同樣的參考號碼來標識在圖1中已經描述過的對應部件。
在圖2的電纜上提供有護套7，它處於金屬外罩6的外面。典型地，護套7由諸如聚乙烯或PVC之類的聚合物構成。
圖2的電纜上還提供遇水脹大條9，以避免任何的縱向水氣滲透入電纜內部。
如圖2中所示，因衝擊力F的作用結果，電纜局部變形。
通常，絕緣層和電纜護套使用的材料在受到衝擊後只能部分地彈性恢復它們原來的大小和形狀，因而，即使是在電纜通電之前發生的衝擊，抗禦電應力的絕緣層厚度已由於衝擊減小了。
然而，本申請人已察知，當電纜絕緣層的外面採用金屬外罩時，因此種外罩材料受衝擊後將永久變形，這進一步限制了絕緣層的彈性復原，從而制約絕緣層彈性恢復到其原來的形狀和大小上。
結果，由衝擊造成的變形在衝擊之後至少一大部分變形保留下來，即使衝擊因素本身已除去亦如此。所述變形導致絕緣層厚度從原來值to改變到「受損傷」值td上(參見圖2)。
因此，當電纜通電時，承載電壓應力(Γ)的實際絕緣層厚度在衝擊區域內不再是to而是td。
如果數值to選擇上按照例如前面提到的國際標準規範，相對於電纜的工作電壓來說to有充分的裕量，則即使在受衝擊區域仍足以使電纜安全地工作。
然而，需要在受損傷區域也容許安全工作時，將使得整個電纜在製造上絕緣層厚度比之必需值大很多。
另外，如果受衝擊區域隨後關聯到某些附加的運用，例如在此類區域處要實施接合，則即使在絕緣層厚度上已提供一定的安全裕量，仍然會出現某種地方電場應力增大到高於可接受值的情況(或是電纜或是相關附件它們工作在不同於原先設計好的直徑上)。
衝擊抗禦評估從各樣的參數角度對衝擊能量做出了評估，它找到對於不同的電纜等級的相關衝擊和衝擊的有關可能性。
例如，如果衝擊的原因是物體垂落到電纜上，則衝擊能量取決於碰撞到電纜上的物體上的質量以及所述物體垂落下的高度。
因此，當電纜鋪設入溝槽內之類時，在諸因素中，衝擊能量取決於電纜鋪設的深度，所述衝擊能量隨鋪設深度增加。
由此，可以得知，對於不同的電纜等級根據它們各別的鋪設深度而衝擊能量是不同的。
此外，對於鋪設入溝槽內之類的電纜，在鋪設施工時通常涉及開挖碎渣的存在，它們影響對電纜的意外衝擊的可能性，並且其大小關聯到對可能的衝擊能量的影響。另外要考慮到其他因素，諸如電纜的單位長度重量以及鋪設施工中使用的工作機器大小。
鑑於上面的分析，對於每一種電纜等級(例如是LV、MV、HV)已經標誌各基準衝擊能量作為它們出現的主要概率；根據這類衝擊已確定出能抗禦此類衝擊的具體電纜結構。
特別地，對於MV電纜，已確認50J的衝擊能量是電纜使用和鋪設中代表性的主要事件。
此種衝擊能量的發生例如出現在使27kg重的錐形實體從19cm高處垂落到電纜上時。特別地，測試用實體具有90°的錐體角，邊沿的圓度大約是1mm的半徑。
本描述中，術語「衝擊」預定包羅到有那些動態負荷，它們一定的能量能對電纜的結構產生實質的損傷。
對於低壓和高壓(LV和HV)應用場合的電纜，已分別確認衝擊能量為25J和70J。
本發明在目的上已考慮到，在同一電纜位置上發生相繼的4次衝擊後，如果永久變形量小於0.1mm(這是精密測量的界限值)，電纜能得到滿意的保護。
如圖3中所示，按照本發明的電纜受到衝擊時，或是單獨的保護單元20，或是可取地與膨化型阻水層8相結合，都能減小絕緣層4的變形。
按照本發明已得知，厚度tp的保護單元20結合以厚度選擇為「減小」值tr的絕緣層4，所形成的電纜能滿意地通過上面指明的衝擊抗禦測試，並仍能在所選擇的電壓等級下保持其安全工作的能力。
絕緣厚度的確定可以對其預定應用通過所考慮的最嚴格電參數界限來選取，不需要顧及因衝擊造成變形而附加額外的厚度。
例如，電纜設計中作為主要電參數界限需典型考慮的是導體表面(或是在該表面上伸出的內半導電層的外表面)上的最大電位梯度，以及在接合處的電位梯度，也即電纜絕緣外表面上的電位梯度。
將導體表面的電位梯度與絕緣所使用之材料的最大可接受電位梯度(例如，在聚烯烴場合下大約為18kV/mm)相比較，並將接合處的電位梯度與設想應用於電纜之接合器體的最大可接受電位梯度相比較。
例如，電纜接合處的構造可藉助於以彈性(或是熱收縮)套管取代導體接合區域上的絕緣物，套管以一定的長度與暴露的電纜絕緣層重疊。
對於此種類型接合能以大約2.5kV/mm的電位梯度(對於MV電纜)安全工作的場合，它將大體上成為最嚴格的條件，由此可確定出抗卸此種條件的絕緣厚度。在另一種條件的場合下可能得出更嚴格的要求，絕緣厚度設計應顧及到此種情況。
然而按照本發明，不必提供額外厚度來顧及由衝擊造成的絕緣層變形。
又已經發現，當保護單元20與選擇為「減小」值tr的絕緣層厚度組合應用時，在能夠抗禦相同衝擊能量的要求下(即便許可絕緣層有變形)，其總體電纜重量將低於沒有衝擊防護(也即沒有其中包含膨化型聚合物層的衝擊防護單元)而具有傳統絕緣層厚度t0(也即圖2上的電纜)之電纜的相應重量。
又已經發現，膨化型阻水層8的存在進一步給出衝擊抗禦能力，可再減小絕緣層4的變形。
表1示明20kV電壓等級和導體截面積50mm2下按照本發明的電纜和比照對象的電纜(在設計上通過了上面敘述的衝擊抗禦測試)兩者在絕緣層厚度和總體電纜重量上的參數值。
表1

表1詳細說明a)電纜1是本發明的電纜，包含有由遇水脹大條帶製造成的非膨化型阻水層8，所述電纜還包含保護單元20，它包括第一非膨化型聚合物層23；膨化型聚合物層22；以及第二非膨化型聚合物層21；b)電纜2是本發明的電纜，包含有膨化型阻水層8，所述電纜還包含保護單元20，它包括第一非膨化型聚合物層23；膨化型聚合物層22；以及第二非膨化型聚合物層21；c)電纜3是圖2中所示類型的比照電纜，包含護套，以及由遇水脹大條帶製造成的遇水脹大阻水層。
此外，表1表明，在提供有膨化型阻水層8的場合下，保護單元20的厚度可有利地減小(隨之總體電纜重量下降)而保持相同的絕緣層厚度。
並且，表1示明，比照電纜與本發明電纜相比較，在相同衝擊條件下要維護其可運行性時，需要有顯著地大的重量(也即大約0.90kg/m)。
表2中包含的例子表明在MV範圍內不同的工作電壓等級下，按照本發明之電纜的絕緣層尺寸與使用交聯的聚乙烯(XLPE)絕緣層時由上述國際標準CEI IEC 60502-2規定的相應絕緣層厚度的比較。
表2

按照表2中列出的數值，本發明的電纜所給出的絕緣層厚度，與按照所述國際標準給出的對應絕緣層厚度相比較，分別要小26％、27％和56％。
衝擊防護單元尺寸對於不同的電纜段估計了保護單元的尺寸，以使得對不同的導體段保證不存在絕緣層變形。
為此，對於存在膨化型阻水層場合和存在非膨化型阻水層場合兩種情況，根據各異的導體橫截面面積已確定出在50J衝擊能量下絕緣層變型≤0.1mm所對應的保護單元厚度。
改變保護單元厚度時，是保持第二非膨化型聚合物層21和膨化型聚合物層22的厚度恆定，而增加第一非膨化型聚合物層23的厚度。
對於不提供有所述保護單元20的電纜，還選定其非膨化型護套7的相應厚度(參見圖4)。
已經發現，隨著導體截面積的增大，所述保護單元的厚度相應地減小(參見圖5)。
又已發現，膨化型阻水層8的存在容許使用顯著地較薄的保護單元20(對照圖5，參見圖6)。
圖4、5、6中所示的結果分別適應於有護套7的比照電纜、有保護單元20的電纜和兼有保護單元20與膨化型阻水層8的電纜。
所示各圖中，護套厚度ts參照圖4，保護單元厚度tp參照圖5，而保護單元厚度tp與阻水層厚度tw之和參照圖6，這些曲線是20kV電壓等級下導體截面積S的函數。
本申請人又已經發現，通過增加第一非膨化型聚合物層厚度而保持膨化型聚合物層厚度恆定，能增大對機械力衝擊的防護。
本發明的電纜特別適用於中壓和高壓領域，此類領域內面臨有電場應力和機械應力問題。
然而，當情況需要時(例如，有嚴格的電場應力和機械應力要求、安全或可靠性要求等)，本發明也能應用於低壓場合。
按照本發明，如上面所述，通過對電纜提供膨化型聚合物層，能有利地減輕電纜總重量。
所述的特徵方面十分重要，它們反映出電纜的運輸大為方便，隨之降低運輸成本，並在電纜鋪設階段較容易處理。就此點而言值得指出，所安放的電纜總重量將減小(例如，直接關聯到在地面上開挖的溝槽內或埋下的導管內的電纜重量)，將電纜安放時對它需要施加的拉力也將減小。所以，這意味著，既能使鋪設費用較少，又有使施工操作較為簡單。
此外，按照本發明，在保持所需要電纜的機械性能和電性能下能得到較緊湊的電力電纜。由於所述特性的優點，在電纜盤上可存放較大長度的電纜，從而能降低運輸費用，並可使電纜鋪設時要實施的拼接工作減少。
權利要求
1.一種用於預定電壓等級的電纜(1)，所述電纜包括-導體(2)；-圍繞所述導體(2)的絕緣層(4)；以及-包圍住所述絕緣層(4)的保護單元(20)，其厚度和機械性能選擇得能提供預定的衝擊抗禦能力，所述保護單元(20)包含有至少一個膨化型聚合物層(22)，其特徵在於-所述絕緣層的厚度使得電纜絕緣層外表面上給出不小於1.0kV/mm的電位梯度；以及-所述保護單元厚度可使電纜受到至少25J能量的衝擊後足以防止有可檢測到的絕緣層損傷。
2.權利要求1的電纜(1)，其中，所述預定電壓等級不高於10kV。
3.權利要求1的電纜(1)，其中，所述電位梯度不小於2.5kV/mm，所述衝擊至少50J能量。
4.權利要求3的電纜(1)，其中，所述預定電壓等級在10kV至60kV之間。
5.權利要求1的電纜(1)，其中，所述電位梯度不小於2.5kV/mm，所述衝擊至少75J能量。
6.權利要求5的電纜(1)，其中，所述預定電壓等級高於60kV。
7.權利要求1的電纜(1)，其中，所述絕緣層厚度比之IEC標準60502-2對於相應電壓等級給出的絕緣層厚度至少小20％。
8.權利要求1的電纜(1)，其中，所述預定電壓等級為10kV，所述絕緣層厚度不高於2.5mm。
9.權利要求1的電纜(1)，其中，所述預定電壓等級為20kV，所述絕緣層厚度不高於4mm。
10.權利要求1的電纜(1)，其中，所述預定電壓等級為30kV，所述絕緣層厚度不高於5.5mm。
11.權利要求1的電纜(1)，其中，所述導體為實心條。
12.權利要求1的電纜(1)，還包括一個圍繞所述絕緣層(4)的電外罩(6)，所述電外罩包括金屬薄片構成的管形外罩。
13.權利要求1的電纜(1)，其中，所述絕緣層厚度的選擇上，使得當電纜工作於與所述預定電壓等級範圍相對應的標稱電壓下時，絕緣層內的電場應力處在2.5至18kV/mm的數值之間。
14.權利要求1的電纜(1)，其中，所述保護單元(20)處於所述絕緣層(4)的徑向外周位置上。
15.權利要求1的電纜(1)，其中，所述膨化型聚合物層(22)的膨化度在0.35至0.7之間。
16.權利要求15的電纜(1)，其中，所述膨化度在0.4至0.6之間。
17.權利要求1的電纜(1)，其中，所述膨化型聚合物層(22)的厚度在1至5mm之間。
18.權利要求1的電纜(1)，其中，所述膨化型聚合物層(22)的可膨化聚合物材料選擇自基於乙烯和/或丙烯的聚烯烴聚合物或共聚物。
19.權利要求18的電纜(1)，其中，所述可膨化聚合物材料選擇自a)乙烯與烯鍵式不飽和酯的共聚物，其中，不飽和酯的數量佔重量的5％至80％，b)乙烯與至少一種C3-C12α-烯烴和可選的二烯相聚合的彈性共聚物，有下面的組合單元35％-90％克分子的乙烯，10％-65％克分子的α-烯烴，0％-10％克分子的二烯；c)乙烯與至少一種C4-C12α-烯烴和可選的二烯的共聚物，密度在0.86至0.90g/cm3之間；d)改型的聚丙烯與乙烯/C3-C12α-烯烴的共聚物，其中，聚丙烯與乙烯/C3-C12α-烯烴共聚物之間的重量比在90/10與30/70之間。
20.權利要求1的電纜(1)，其中，所述保護單元(20)還包括至少一個與所述膨化型聚合物層(22)接合的非膨化型聚合物層(21，23) 。
21.權利要求20的電纜(1)，其中，所述至少一個非膨化型聚合物層(21，23)的厚度範圍為0.2至1mm。
22.權利要求20的電纜(1)，其中，所述至少一個非膨化型聚合物層(21，23)由聚烯烴材料構成。
23.權利要求20的電纜(1)，其中，所述保護單元(20)包括第一非膨化型聚合物層(23)，位於所述膨化型聚合物層(22)的徑向外周上。
24.權利要求20的電纜(1)，其中，所述保護單元(20)包括第二非膨化型聚合物層(21)，位於所述膨化型聚合物層(22)的徑向內周上。
25.權利要求1的電纜(1)，包括位於所述保護單元(20)徑向內周位置上的另外膨化型聚合物層(8)。
26.權利要求25的電纜(1)，其中，所述的另外膨化型聚合物層(8)位於所述絕緣層(4)的徑向外周上。
27.權利要求25的電纜(1)，其中，所述的另外膨化型聚合物層(8)為半導電的。
28.權利要求1的電纜(1)，其中，所述的另外膨化型聚合物層(8)是遇水可膨脹的。
29.權利要求1的電纜(1)，其中，所述導體(2)為金屬條。
30.權利要求1的電纜(1)，其中，所述絕緣層(4)由非交聯基聚合物材料構成。
31.權利要求1的電纜(1)，其中，所述預定的電壓等級屬於中壓或高壓範圍。
32.一種在預定電壓等級使用的電纜(1)，所述電纜包括·導體(2)；·圍繞所述導體(2)的絕緣層(4)；以及·包圍住所述絕緣層(4)的保護單元(20)，它包含至少一個膨化型聚合物層(22)，其特徵在於，導體截面積大於50mm2時保護單元厚度值小於7.5mm，導體截面積小於或等於50mm2時保護單元厚度值大於8.5mm。
33.權利要求32的電纜(1)，其中，所述預定電壓等級高於60kV，當受到至少70J能量的衝擊後所述絕緣層上沒有可檢測到的損傷。
34.權利要求32的電纜(1)，其中，所述預定電壓等級不高於60kV，當受到至少50J能量的衝擊後所述絕緣層上沒有可檢測到的損傷。
35.權利要求35的電纜(1)，其中，所述預定電壓等級不高於10kV，當受到至少25J能量的衝擊後所述絕緣層上沒有可檢測到的損傷。
36.一組選擇用於一個預定電壓等級的電纜，它們有不同的導體截面積，每種電纜包括·導體(2)；·圍繞所述導體(2)的絕緣層(4)；以及·包圍住所述絕緣層(4)的保護單元(20)，它包含至少一個膨化型聚合物層(22)，其中，所述保護單元(20)的厚度與導體截面積之間有反比關係。
37.權利要求36的一組電纜，其中，所述保護單元(20)還包括有與所述至少一個膨化型聚合物層(22)接合的至少一個非膨化型聚合物層(21，23)。
38.權利要求36的一組電纜，其中，每一電纜包括一個另外膨化型聚合物層(8)，位於所述保護單元(20)的徑向內周上。
39.權利要求37的一組電纜，其中，所述膨化型聚合物層(22)有恆定的厚度，而所述非膨化型聚合物層(21，23)的一個非膨化型聚合物層(23)其厚度的增大與導體截面積間有反比關係。
40.一種設計電纜(1)的方法，該電纜包括導體(2)、圍繞所述導體(2)的絕緣層(4)和圍繞所述絕緣層(4)的保護單元(20)，所述保護單元(20)包含至少一個膨化型聚合物層(22)，所述方法包括步驟·選擇導體截面積；·根據多個預定的電參數限制條件的每一個，在所述選擇的導體截面積下確定出符合於在預定電壓等級上安全工作的所述絕緣層的厚度；·在所述多個預定電參數限制條件所確定的那些厚度值中，選擇最大的絕緣層厚度；·確定所述保護單元的厚度，以使得至少50J的能量造成對電纜的衝擊後，所述絕緣層上沒有可檢測到的損傷；以及·將電纜設計中所述選擇的絕緣層以及所述確定的保護單元厚度應用於所述預定電壓等級和所述選擇的導體截面積上。
41.權利要求40的方法，其中，確定所述保護單元(20)厚度的所述步驟中包括步驟確定所述膨化型聚合物層(22)的厚度。
42.權利要求40的方法，其中，確定所述保護單元(20)厚度的所述步驟中包括步驟選擇所述膨化型聚合物層(22)的厚度，並確定出與所述膨化型聚合物層(22)關聯的至少一個非膨化型聚合物層(21，23)的厚度，所述保護單元(20)包括所述至少一個非膨化型聚合物層(21，23)。
43.權利要求42的方法，其中，確定至少一個非膨化型聚合物層的所述步驟中包括步驟使所述至少一個非膨化型聚合物層的厚度與導體的截面積以反比的關係相關聯。
44.權利要求42的方法，其中，所述預定的電參數限制條件中包括絕緣層外表面上電位梯度。
全文摘要
本發明涉及在預定電壓等級下使用的電纜，所述電纜包含有導體；圍繞所述導體的絕緣層，所述絕緣層的厚度選擇成當電纜工作於所述預定電壓等級中包含的標稱電壓上時，絕緣層能提供出預定的電場應力；包圍所述絕緣層的保護單元，其厚度和機械性能選擇成能給出預定的衝擊抗禦能力，又，所述保護單元包含有至少一個膨化型聚合物層。絕緣層厚度和保護單元厚度選擇成它們組合一起能在受到50J能量的衝擊後防止出現可檢測到的絕緣層損傷的同時，又使電纜的總重量最小。本發明還涉及一種設計電纜的方法。
文檔編號H01B7/282GK1666305SQ03815261
公開日2005年9月7日 申請日期2003年6月5日 優先權日2002年6月28日
發明者瑟奇奧·貝利, 法布裡奇奧·多納茲, 埃博託·巴爾吉, 西澤·比斯勒瑞, 卡洛·瑪林 申請人:皮雷利＆C·有限公司