ES2178223T5 - Cable con revestimiento resistente al impacto. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un revestimiento para cables que el capaz de proteger el cable contra impactos accidentales. Insertando dentro de la estructura de un cable de transmisión de energía un revestimiento adecuado de material polimérico expandido de un grosor adecuado, preferiblemente en contacto con la cubierta del revestimiento polimérico, es posible obtener un cable que tenga una alta resistencia a los impactos. También se ha observado que un material polimérico expandido utilizado como revestimiento para cables hace posible obtener una mayor resistencia al impacto para este cable que utilizando un revestimiento similar basado en el mismo polímero que no esté expandido. Un cable con un revestimiento de este tipo tiene diferentes ventajas sobre un cable tradicional con armadura de metal, tal como, por ejemplo, un procesamiento más fácil, una reducción en el peso y las dimensiones del cable finalizado y un menor impacto medio ambiental en lo que se refiere al reciclado del cable una vez que haya finalizado su ciclo de trabajo.

Description

Cable con revestimiento resistente al impacto.

La presente invención se refiere a un revestimiento para cables que es capaz de proteger al cable de impactos accidentales.

Los impactos accidentales sobre un cable, que pueden suceder, por ejemplo, durante su transporte, tendido, etc., pueden causar una serie de daños estructurales al cable, que comprenden la deformación de la capa aislante, separación de la capa aislante de la capa semiconductora, y similares; este daño puede originar variaciones del gradiente eléctrico del revestimiento aislante, con una disminución en consecuencia de la capacidad aislante de este revestimiento.

En los cables que se encuentran actualmente disponibles comercialmente, por ejemplo los que se utilizan para transmisión o distribución de potencia a media o baja tensión, se aplica normalmente una capa de armadura metálica capaz de resistir dichos impactos para proteger a los cables de posibles daños causados por impactos accidentales. Esta armadura puede ser en forma de cintas o hilos (generalmente de acero), o alternativamente en forma de una cubierta metálica (generalmente de plomo o aluminio); esta armadura se encuentra, a su vez, recubierta con una cubierta externa de polímero. Un ejemplo de dicha estructura de cable se describe en la patente de Estados Unidos 5.153.381.

El solicitante ha observado que la presencia de la armadura metálica anteriormente mencionada presenta un cierto número de inconvenientes. Por ejemplo, la aplicación de dicha armadura comprende una o más fases adicionales en la elaboración del cable. Además, la presencia de la armadura metálica aumenta considerablemente el peso del cable, además de presentar problemas medioambientales puesto que, si es necesario sustituirlo, un cable construido de esta forma no es fácil de eliminar.

La patente japonesa publicada bajo el número (Kokai) 7-320550 describe un cable doméstico con un revestimiento resistente al impacto de 0,2-1,4 mm de grosor, dispuesto entre el aislante y la cubierta exterior. Este revestimiento resistente al impacto es un material polimérico no expandido que contiene una resina de poliuretano como componente principal.

Por otro lado, la utilización de materiales poliméricos expandidos en la construcción de cables es conocida para una variedad de propósitos.

Por ejemplo, la solicitud de patente alemana número P 15 15 709 muestra la utilización de una capa intermedia entre la cubierta exterior de plástico y la cubierta metálica interna del cable, para aumentar la resistencia de la cubierta exterior de plástico a las bajas temperaturas. No se hace ninguna mención en dicho documento sobre la protección de la estructura interna del cable con dicha capa intermedia. De hecho, dicha capa intermedia debería compensar las tensiones elásticas generadas en la cubierta externa de plástico debidas al descenso de la temperatura y puede consistir en fibras de vidrio dispuestas de forma suelta o en un material que puede expandirse o que incorpora esferas de vidrio huecas.

Otro documento, el modelo de utilidad alemán número G 81 03 947.6, muestra un cable eléctrico para utilizar en conexiones dentro de dispositivos y máquinas, que presenta una resistencia mecánica y flexibilidad particulares. Dicho cable está diseñado específicamente para pasar por una polea y es suficientemente flexible como para recuperar su estructura recta después de pasar por dicha polea. Por consiguiente, este tipo de cable está dirigido específicamente a resistir cargas mecánicas de tipo estático (como las que se generan durante el paso por una polea), y su característica principal es la flexibilidad. Se hace aparente de forma inmediata a las personas expertas en la técnica que este tipo de cable difiere sustancialmente del de transmisión o distribución de potencia a media o baja tensión que dispone de una armadura metálica que, antes que ser flexible, debería ser capaz de soportar cargas dinámicas debidas a impactos de una cierta fuerza sobre el cable.

Además, en cables de transmisión de señal de tipo coaxial o de par trenzado, se conoce la utilización de materiales expandidos para aislar un metal conductor. Los cables coaxiales deben transportar normalmente señales de alta frecuencia, como en los cables coaxiales para TV (CATV) (10-100 MHz), cables de señal de satélite (hasta 2 GHz), cables coaxiales para ordenadores (por encima de 1 MHz); los cables telefónicos tradicionales transportan normalmente señales con frecuencias de aproximadamente 800 Hz.

El propósito al utilizar un aislante expandido en dichos cables es aumentar la velocidad de transmisión de las señales eléctricas, para acercarse a la velocidad ideal de transmisión de señal en un metal conductor de antena (que se acerca a la velocidad de la luz). La razón para esto es que, en comparación con materiales poliméricos no expandidos, los materiales expandidos presentan generalmente una constante dieléctrica (K) menor, que es más cercana proporcionalmente a la del aire (K = 1) cuanto más alto es el grado de expansión del polímero.

Por ejemplo, la patente de Estados Unidos 4.711.811 describe un cable de transmisión de señal que presenta como aislante un fluoropolímero expandido (grosor de 0,05-0,76 mm) revestido con una película de copolímero de etileno/tetrafluoroetileno o etileno/clorotrifluoroe-tileno (grosor de 0,013-0,254 mm). Como se describe en esa patente, el propósito del polímero expandido es aislar al conductor, mientras que el propósito de la película de polímero no expandido que reviste al polímero expandido es mejorar las propiedades mecánicas del aislamiento, en concreto por medio de impartir la resistencia a la compresión necesaria cuando dos conductores aislados se trenzan para formar el llamado "par trenzado".

La patente EP 442.346 describe un cable de transmisión de señal con una capa aislante basada en polímero expandido, dispuesto directamente alrededor del conductor; este polímero expandido presenta una estructura ultramicrocelular con un volumen vacío mayor que 75% (correspondiente a un grado de expansión mayor que 300%). La estructura ultramicrocelular de este polímero debería ser tal que se comprima por lo menos un 10% bajo una carga de 6,89 x 10^{4} Pa y recupere por lo menos el 50% de su volumen inicial después de quitar la carga; estos valores corresponden aproximadamente a la resistencia a la compresión típica que necesita tener el material para resistir la compresión durante el trenzado de los cables.

En la solicitud de patente internacional WO 93/15512, que se refiere también a un cable de transmisión de señal con una capa de aislante expandido, se afirma que por medio de revestir el aislante expandido con una capa de aislante polimérico termoplástico no expandido (como se describe, por ejemplo, en la patente de Estados Unidos 4.711.811 anteriormente mencionada) se obtiene la resistencia a la compresión requerida, reduciendo esto sin embargo la velocidad de propagación de la señal. Dicha solicitud de patente WO 93/15512 describe un cable coaxial con una capa doble de revestimiento aislante, donde ambas capas consisten en un material polimérico expandido, consistiendo la capa interior en politetrafluoroetileno (PTFE) microporoso y consistiendo la capa exterior en un polímero expandido de célula cerrada, en concreto polímeros de perfluoroalquiloxitetra-fluoroetileno (PFA). El revestimiento aislante basado en polímero expandido se obtiene por extrusión del polímero PFA sobre la capa interna de aislante PTFE, inyectando gas freón 113 como agente expansor. Según los detalles que se dan en la descripción, este aislante expandido de célula cerrada hace posible mantener una alta velocidad de transmisión de señal. Además en esa solicitud de patente se define que es resistente a la compresión, aunque no se dan datos numéricos referentes a esta resistencia a la compresión. La descripción destaca el hecho de que los conductores recubiertos con un aislante de doble capa de este tipo se pueden trenzar. Además, según esa solicitud de patente, el aumento de volumen vacío en la capa exterior expandida hace posible obtener un aumento de la velocidad de transmisión, dando lugar a la aparición de pequeñas variaciones de la capacidad de este revestimiento que se oponen a la compresión de la capa interna expandida.

Como se observa a partir de los documentos mencionados anteriormente, el propósito principal al utilizar materiales de polímero expandido de "célula abierta" como revestimientos aislantes para cables de transmisión de señal es aumentar la velocidad de transmisión de la señal eléctrica; sin embargo, estos revestimientos expandidos presentan el inconveniente de tener una resistencia a la compresión insuficiente. Ciertos materiales expandidos se definen también genéricamente como "resistentes a la compresión", puesto que deben garantizar no solamente una alta velocidad de transmisión de señal sino también una resistencia suficiente a las fuerzas de compresión que se generan típicamente cuando se trenzan juntos dos conductores revestidos con el aislamiento expandido anteriormente mencionado; por consiguiente, también en este caso, la carga aplicada es sustancialmente de tipo estático.

Por tanto, mientras por un lado es necesario que estos materiales aislantes realizados con material polimérico expandido para cables de transmisión de señal tengan características que les permitan soportar una carga de compresión relativamente modesta (como la que aparece cuando se trenzan juntos dos cables), por otro lado no se menciona en ningún documento conocido por el solicitante ningún tipo de resistencia al impacto que pueda proporcionar el revestimiento de polímero expandido. Además, aunque un revestimiento aislante expandido de este tipo favorece una velocidad de transmisión de señal más alta, esto se considera menos ventajoso que un revestimiento realizado con un material similar no expandido por lo que respecta a la resistencia a la compresión, como se indica en la solicitud de patente anteriormente mencionada WO 93/15512.

Un cable de transmisión de señal se menciona en el documento DE 7122512. Una capa tampon hecha de material polímero espumado, como por ejemplo polietileno de alta intensidad, polietileno de baja densidad, protege el núcleo de dicho cable frente a 30 impactos. El polímero, material que se expande del 30 al 40%.

El solicitante ha encontrado que por medio de insertar dentro de la estructura de un cable de transmisión de potencia un revestimiento adecuado hecho de material polimérico expandido de grosor y módulo de flexión apropiados, preferiblemente en contacto con la cubierta de revestimiento externo de polímero, es posible obtener un cable con una alta resistencia al impacto, haciendo posible de este modo evitar la utilización de la armadura metálica anteriormente mencionada en la estructura de este cable. En concreto, el solicitante ha observado que el material polimérico debería seleccionarse para tener un módulo de flexión suficientemente alto, medido antes de su expansión, para lograr las propiedades deseadas de resistencia al impacto y evitar posibles daños de la estructura interna del cable debidos a impactos no deseados sobre la superficie exterior del mismo. En la descripción presente, el término "impacto" se utiliza para englobar todas las cargas dinámicas de una cierta energía capaces de producir daños sustanciales a la estructura de cables convencionales sin armadura, mientras que tienen efectos despreciables sobre la estructura de cables con armadura convencionales. Como indicación, un impacto así puede considerarse un impacto de aproximadamente 20-30 julios producido por un punzón en forma de V de borde redondeado, con un radio de curvatura de aproximadamente 1 mm, sobre la cubierta exterior del cable.

El solicitante ha observado además que, sorprendentemente, un material polimérico expandido utilizado como revestimiento para cables según la invención hace posible obtener una resistencia al impacto que es mejor que la que se obtiene utilizando un revestimiento similar basado en el mismo polímero no expandido.

Un cable con un revestimiento de este tipo presenta numerosas ventajas sobre un cable convencional con armadura metálica como, por ejemplo, elaboración más sencilla, reducción del peso y las dimensiones del cable terminado y un impacto ambiental reducido en lo que se refiere al reciclaje del cable una vez terminada su vida útil.

La presente invención se refiere a un cable de transmisión de potencia como se establece en la reivindicación 1.

El material polimérico expandido se obtiene a partir de un material polimérico que presenta, antes de la expansión, un módulo de flexión a temperatura ambiente, medido según el estándar ASTM D790, mayor que 200 MPa, preferiblemente entre 400 MPa y 1500 MPa, prefiriéndose particularmente valores entre 600 MPa y 1300 MPa.

Dicho material polimérico tiene un grado de expansión de material polimérico expandido, consistiendo la capa interna de politetrafluoroetileno (PTFE) microporoso y la externa desde aproximadamente 30% hasta aproximadamente 500%, prefiriéndose particularmente un grado de expansión entre aproximadamente 50% hasta aproximadamente 200%

Según una realización preferida de la presente invención, el revestimiento de material polimérico expandido presenta un grosor de por lo menos 0,5 mm, preferiblemente entre 1 y 6 mm, en concreto entre 2 y 4 mm. Según un aspecto preferido de la presente invención, este material polimérico expandido se escoge entre polietileno (PE), PE de baja densidad (LDPE), PE de densidad media (MDPE), PE de alta densidad (HDPE) y PE lineal de baja densidad (LLDPE); polipropileno (PP); goma de etileno-propileno (EPR), copolímero de etileno-propileno (EPM), terpolímero de etileno-propileno-dieno (EPDM); goma natural; goma butílica; copolímero de acetato de etileno/vinilo (EVA); poliestireno; copolímero de etileno/acrilato, copolímero de acrilato de etileno/metilo (EMA), copolímero de acrilato de etileno/etilo (EEA), copolímero de acrilato de etileno/butilo (EBA); copolímero de etileno/\alpha-olefina; resinas de acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS); polímero halogenado, cloruro de polivinilo (PVC); poliuretano (PUR); poliamida; poliéster aromático, tereftalato de polietileno (PET), tereftalato de polibutileno (PBT); y copolímeros o mezclas mecánicas de los mismos.

Según otro aspecto preferido, este material polimérico es un polímero o copolímero de poliolefina basado en PE y/o PP, preferiblemente modificado con goma de etileno-propileno, en el cual la relación de peso PP/EPR es entre 90/10 y 50/50, preferiblemente entre 85/15 y 60/40, en concreto de aproximadamente 70/30.

Según otro aspecto preferido, este polímero o copolímero de poliolefina basado en PE y/o PP contiene una cantidad predeterminada de goma vulcanizada en forma de polvo, preferiblemente entre 10% y 60% del peso del polímero.

Según otro aspecto preferido, este cable comprende además una cubierta externa de polímero, que se encuentra preferiblemente en contacto con el revestimiento de polímero expandido, presentando esta cubierta preferiblemente un grosor de por lo menos 0,5 mm, preferiblemente entre 1 y 5 mm.

En la presente descripción, el término "grado de expansión del polímero" se entiende que se refiere a la expansión del polímero determinada de la siguiente forma:

G (grado de expansión) = (d_{0}/d_{e} -1) \cdot 100

donde d_{0} indica la densidad del polímero no expandido (o sea el polímero con una estructura esencialmente libre de volumen vacío) y d_{e} indica la densidad aparente medida para el polímero expandido.

Para el propósito de la presente descripción, el término polímero "expandido" se entiende que se refiere a un polímero dentro de cuya estructura el porcentaje de volumen vacío (o sea el espacio no ocupado por el polímero sino por un gas o aire) es típicamente mayor que el 10% del volumen total de este polímero.

En la presente descripción, el término resistencia al "arrastre" se entiende que se refiere a la fuerza que se requiere para separar (pelar) una capa de revestimiento del conductor o de otra capa de revestimiento; en el caso de separación de dos capas de revestimiento una de la otra, estas capas son típicamente la capa de aislante y la capa semiconductora exterior.

Típicamente, la capa aislante de los cables de transmisión de potencia presenta una constante dieléctrica (K) mayor que 2. Además, en contraste con los cables de transmisión de señal, en los cuales el parámetro "gradiente eléctrico" no asume ninguna importancia, en cables de transmisión de potencia se aplican gradientes eléctricos comprendidos entre aproximadamente 0,5 kV/mm para baja tensión, hasta aproximadamente 10 kV/mm para alta tensión; por tanto, en estos cables, la presencia de inhomogeneidad en el revestimiento aislante (por ejemplo volúmenes vacíos), que podría originar una variación local de la rigidez dieléctrica con un descenso consecuente de la capacidad de aislamiento, tiende a evitarse. Este material aislante será por tanto típicamente un material polimérico compacto, donde, en la presente descripción, el término aislante "compacto" se entiende que se refiere a un material aislante que presenta una rigidez dieléctrica de por lo menos 5 kV/mm, preferiblemente mayor que 10 kV/mm, en concreto mayor que 40 kV/mm para cables de transmisión de potencia de media-alta tensión. En contraste con un material polimérico expandido, este material compacto se encuentra sustancialmente libre de volumen vacío en el interior de su estructura; en concreto, este material presentará una densidad de 0,85 g/cm^{3} o mayor.

En la presente descripción, el término baja tensión se entiende que se refiere a una tensión hasta 1000 V (típicamente mayor que 100 V), el término media tensión se entiende que se refiere a una tensión desde aproximadamente 1 hasta aproximadamente 30 kV y el término alta tensión se entiende que se refiere a una tensión por encima de 30 kV. Dichos cables de transmisión de potencia funcionan típicamente a frecuencias nominales de 50 o 60 Hz.

A pesar de que, en el transcurso de la descripción, se ilustra en detalle la utilización del revestimiento de polímero expandido con referencia a cables de transmisión de potencia, en los cuales este revestimiento puede sustituir ventajosamente la armadura metálica que se utiliza actualmente en dichos cables, es claro para las personas expertas en la técnica que este revestimiento expandido puede utilizarse ventajosamente en cualquier tipo de cable al cual se desee impartir una protección adecuada contra impactos. En concreto, la definición de cables de transmisión de potencia comprende no solamente aquellos que son específicamente del tipo de baja y media tensión sino también cables para transmisión de potencia de alta tensión.

La presente invención se puede comprender mejor con la ayuda de las siguientes figuras:

La figura 1 muestra un cable de transmisión de potencia según el estado de la técnica, del tipo tripolar con armadura metálica.

La figura 2 muestra una primera realización de un cable de tipo tripolar según la presente invención.

La figura 3 muestra una segunda realización de un cable de tipo unipolar según la presente invención.

La figura 1 es el diagrama en sección transversal de un cable de transmisión de potencia de media tensión según el estado de la técnica, del tipo tripolar con armadura metálica. Este cable comprende tres conductores (1), cada uno revestido con un revestimiento semiconductor interno (2), una capa aislante (3), una capa semiconductora externa (4) y una pantalla metálica (5); por razones de simplicidad, esta estructura semiacabada será referida en el resto de la descripción como el "núcleo". Los tres núcleos se cablean juntos y las zonas en forma de estrella entre ellos se llenan con un material de relleno (9) (generalmente mezclas elastoméricas, fibras de polipropileno y similares) para hacer la estructura transversal circular, revistiéndose el conjunto a su vez con una cubierta interna de polímero (8), una armadura de hilos metálicos (7) y una cubierta de polímero externa (6).

La figura 2 es el diagrama de la sección transversal de un cable según la presente invención, también del tipo tripolar para transmisión de potencia a media tensión. Este cable comprende los tres conductores (1), cada uno revestido con un revestimiento semiconductor interno (2), una capa aislante (3), una capa semiconductora externa (4), y una pantalla metálica (5); la zonas con forma de estrella entre los núcleos se rellenan en este caso con un material polimérico expandido (10) resistente al impacto que, a su vez, se reviste con una cubierta exterior de polímero (6). En el revestimiento de polímero expandido (10) también se indica (por medio de una línea punteada) un borde circular (10a) que corresponde al grosor mínimo del revestimiento de polímero expandido, cerca de la superficie exterior de los núcleos.

La figura 3 es el diagrama de la sección transversal de un cable según la presente invención, de tipo unipolar para la transmisión de potencia a media tensión. Este cable comprende un conductor central (1), revestido con un revestimiento interno semiconductor (2), una capa aislante (3), una capa exterior semiconductora (4), una pantalla metálica (5), una capa de material polimérico expandido (10) y una cubierta exterior de polímero (6). En el caso de este cable unipolar que se representa en la figura 3, puesto que el núcleo presenta una sección transversal circular, el borde circular (10a) indicado en el caso del cable tripolar coincide con la capa de material polimérico expandido (10).

Estas figuras solamente muestran obviamente unas pocas de las posibles realizaciones de cables en los cuales se puede utilizar ventajosamente la presente invención. Es claro que se pueden realizar modificaciones adecuadas conocidas en la técnica a estas realizaciones sin limitar la aplicación de la presente invención implicada. Por ejemplo, en referencia a la figura 2, las zonas en forma de estrella entre los núcleos se pueden rellenar de antemano con un material de relleno convencional, obteniendo de esta forma un cable semielaborado de sección transversal correspondiente aproximadamente a la sección transversal contenida dentro del borde circular (10a); a continuación es posible ventajosamente extrusionar la capa de material polimérico expandido (10) sobre este cable semielaborado, con un grosor correspondiente aproximadamente al borde circular (10a), y subsiguientemente la cubierta exterior (6). Alternativamente, se pueden proporcionar núcleos con un sector de sección transversal tal que cuando estos núcleos se juntan se forma un cable de sección transversal aproximadamente circular, sin necesidad de utilizar el material de relleno para las zonas en forma de estrella; a continuación se extrusiona sobre estos núcleos puestos juntos la capa de material polimérico expandido (10) resistente al impacto, seguida por la cubierta exterior (6).

En el caso de cables para la transmisión de potencia a baja tensión, la estructura de estos cables comprenderá normalmente el único revestimiento aislante dispuesto directamente en contacto con el conductor, que a su vez se reviste con el revestimiento de material polimérico expandido y con la cubierta exterior.

Otras soluciones son bien conocidas para la persona experta en la técnica, que puede evaluar la solución más conveniente, basada en, por ejemplo, los costes, el tipo de tendido del cable (aéreo, insertado en tuberías, enterrado directamente en el suelo, dentro de edificios y bajo el mar), la temperatura de funcionamiento del cable (temperatura máxima y mínima, y márgenes de temperatura del ambiente).

El revestimiento de polímero expandido resistente al impacto puede consistir en cualquier tipo de polímero expandible como, por ejemplo, poliolefinas, copolímeros de poliolefina, copolímeros de olefina/éster, poliésteres, policarbonatos, polisulfonas, resinas fenólicas, resinas ureicas y mezclas de los mismos. Ejemplos de polímeros adecuados son polietileno (PE), en concreto PE de baja densidad (LDPE), PE de media densidad (MDPE), PE de alta densidad (HDPE) y PE lineal de baja densidad (LLDPE); polipropileno (PP); goma de etileno-propileno (EPR), en concreto copolímero de etileno-propileno (EPM) o terpolímero de etileno-propileno-dieno (EPDM); goma natural; goma butílica; copolímero de acetato de etileno/vinilo (EVA); poliestireno; copolímero de etileno/acrilato, en concreto copolímero de acrilato de etileno/metilo (EMA), copolímero de acrilato de etileno/etilo (EEA), copolímero de acrilato de etileno/butilo (EBA); copolímero de etileno/\alpha-olefina; resinas de acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS); polímeros halogenados, en concreto cloruro de polivinilo (PVC); poliuretano (PUR); poliamidas; poliésteres aromáticos, como tereftalato de polietileno (PET) o tereftalato de polibutileno (PBT); y copolímeros o mezclas mecánicas de los mismos. Preferiblemente, se utilizan polímeros de poliolefina o copolímeros, en concreto aquellos basados en PE y/o PP mezclados con gomas de etileno-propileno. Ventajosamente, se puede utilizar polipropileno modificado con goma de etileno-propileno (EPR), siendo la relación de peso de PP/EPR entre 90/10 y 50/50, preferiblemente entre 85/15 y 60/4, prefiriéndose en concreto una relación de peso de aproximadamente 70/30.

Según otro aspecto de la presente invención, el solicitante ha observado además que es posible mezclar mecánicamente el material polimérico que se somete a la expansión, en concreto en el caso de polímeros de olefina, especialmente polietileno o polipropileno, con una cantidad predeterminada de goma en forma de polvo, por ejemplo goma natural vulcanizada.

Típicamente, estos polvos se forman a partir de partículas con tamaños entre 10 y 1000 \mum, preferiblemente entre 300 y 600 \mum. Ventajosamente, se pueden utilizar desechos de goma vulcanizada derivados de la elaboración de neumáticos. El porcentaje de goma en forma de polvo puede variar desde 10% hasta 60% en peso relativo al polímero a expandir, preferiblemente entre 30% y 50%.

El material polimérico a expandir, que se utiliza sin más procesos o que se utiliza como una base expandible en una mezcla con goma pulverizada, deberá tener una rigidez tal que, una vez se ha expandido, asegure una cierta magnitud de resistencia al impacto deseada, para proteger la parte interior del cable (o sea la capa de aislante y las capas semiconductoras que puedan existir) del daño subsiguiente a los impactos accidentales que puedan ocurrir. En concreto, este material deberá tener una capacidad de absorber la energía de impacto suficientemente elevada como para transmitir a la capa aislante inferior una cantidad de energía tal que no se modifiquen las propiedades aislantes de los revestimientos interiores más allá de un valor predeterminado. La razón para esto, como se ilustra en mayor detalle en la descripción siguiente, es que el solicitante ha observado que en un cable sujeto a un impacto, se observa una diferencia, entre el valor medio y el valor medido en el punto de impacto, de la resistencia al arrastre de los revestimientos aislantes subyacentes; ventajosamente, esta resistencia al arrastre se puede medir entre la capa aislante y la capa semiconductora externa. La diferencia en esta resistencia es proporcionalmente mayor cuanto mayor es la energía de impacto transmitida a las capas subyacentes; en el caso en el que la resistencia al arrastre se mide entre la capa aislante y la capa semiconductora externa, se ha evaluado que el revestimiento protector ofrece una protección suficiente a las capas internas cuando la diferencia en la resistencia al arrastre en el punto de impacto, relativa al valor medio, es menor que el 25%.

El solicitante ha observado que un material polimérico escogido entre los anteriormente mencionados es particularmente adecuado para este propósito, presentando este material, antes de la expansión, un módulo de flexión a temperatura ambiente mayor que 200 MPa, preferiblemente de por lo menos 400 MPa, medido según el estándar ASTM D790. Por otro lado, puesto que la rigidez excesiva del material expandido puede hacer difícil de manipular el producto terminado, se prefiere utilizar un material polimérico que presenta un módulo de flexión a temperatura ambiente menor que 2000 MPa. Los materiales poliméricos que son particularmente adecuados para este propósito son los que presentan, antes de la expansión, un módulo de flexión a temperatura ambiente entre 400 y 1800 MPa, prefiriéndose concretamente un material polimérico con un módulo de flexión a temperatura ambiente entre 600 y 1500 MPa.

Estos valores de módulo de flexión pueden ser característicos de un material específico o pueden resultar de la mezcla de dos o más materiales con módulos diferentes, mezclados en una relación tal que se obtiene el valor de rigidez deseado para el material. Por ejemplo, el polipropileno, que presenta un módulo de flexión mayor que 1500 MPa, puede modificarse apropiadamente con cantidades adecuadas de goma de etileno-propileno (EPR), con un módulo de aproximadamente 100 MPa, con el propósito de disminuir su rigidez de forma adecuada.

Por ejemplo, el polipropileno, que presenta un módulo de flexión mayor que 1500 MPa, puede modificarse apropiadamente con cantidades adecuadas de goma de etileno-propileno (EPR), con un módulo de aproximadamente 100 MPa, con el propósito de disminuir su rigidez de forma adecuada.

Ejemplos de compuestos poliméricos disponibles comercialmente son:

polietileno de baja densidad: Riblene FL 30 (Enichem);

polietileno de alta densidad: DGDK 3364 (Union Carbide);

polipropileno: PF 814 (Montell);

polipropileno modificado con EPR: Moplen EP-S 30R, 33R y 81R (Montell); Fina-Pro 5660G, 4660G, 2660S y 3660S (Fina-Pro).

El grado de expansión del polímero y el grosor de la capa de revestimiento deberá ser tal que asegure, en combinación con la cubierta externa de polímero, resistencia a los impactos típicos que ocurren durante la manipulación y tendido del cable.

Como se ha mencionado anteriormente, el "grado de expansión del polímero" se determina de la siguiente forma:

G (grado de expansión) = (d_{0}/d_{e} - 1) \cdot 100

donde d_{0} indica la densidad del polímero no expandido y d_{e} indica la densidad aparente medida para el polímero expandido.

El solicitante ha observado que, mientras se mantenga la característica de resistencia al impacto deseada, para un grosor igual de la capa expandida, es preferible utilizar un material polimérico con un alto grado de expansión puesto que, de esta forma, es posible limitar la cantidad de material polimérico utilizado, con ventajas en términos tanto económicos como de reducción de peso del producto terminado.

El grado de expansión es muy variable, tanto en función del material polimérico específico utilizado como en función del grosor del revestimiento que se quiere utilizar; en general, este grado de expansión puede encontrarse desde 30% hasta 500%, prefiriéndose en concreto un grado de expansión entre 50% y 200%. El polímero expandido presenta generalmente una estructura de célula cerrada.

El solicitante ha observado que más allá de un cierto grado de expansión, disminuye la capacidad del revestimiento de polímero de proporcionar la resistencia al impacto deseada. En concreto, se ha observado que la posibilidad de obtener altos grados de expansión del polímero manteniendo una alta eficacia en la protección contra el impacto puede estar correlada con el valor del módulo de flexión del polímero a expandir. La razón para esto es que el solicitante ha observado que el módulo del material polimérico disminuye cuando aumenta el grado de expansión de este material, aproximadamente según la siguiente fórmula:

E_{2}/E_{1} = (\rho_{2}/\rho_{1})^{2}

donde:

E_{2} representa el módulo de flexión del polímero en el grado de expansión alto;

E_{1} representa el módulo de flexión del polímero en el grado de expansión bajo;

\rho_{2} representa la densidad aparente del polímero en el grado de expansión alto;

\rho_{1} representa la densidad aparente del polímero en el grado de expansión bajo.

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Como guía, para un polímero con un módulo de flexión de aproximadamente 1000 MPa, una variación en el grado de expansión desde aproximadamente 20% hasta 100% conlleva aproximadamente la disminución a la mitad del valor del módulo de flexión para el material. Los materiales poliméricos que presentan un módulo de flexión alto pueden expandirse por tanto hasta un grado mayor que los materiales poliméricos que presentan unos valores de módulo bajos, sin que esto represente un perjuicio sobre la capacidad del revestimiento de resistir impactos.

Otra variable que puede influenciar sobre la resistencia al impacto del cable es el grosor del revestimiento expandido; el grosor mínimo que es capaz de asegurar la resistencia al impacto que se desea obtener con dicho revestimiento dependerá principalmente del grado de expansión y del módulo de flexión de este polímero. En general, el solicitante ha observado que, para el mismo polímero y para el mismo grado de expansión, es posible alcanzar valores más altos de la resistencia al impacto por medio de aumentar el grosor del revestimiento expandido. Sin embargo, para el propósito de utilizar una cantidad limitada de material de revestimiento, disminuyendo de esta forma tanto los costes como las dimensiones del producto terminado, el grosor de la capa de material expandido será ventajosamente el grosor mínimo requerido para asegurar la resistencia al impacto deseada. En concreto, para cables del tipo de media tensión, se ha observado que un grosor de revestimiento expandido de aproximadamente 2 mm es normalmente capaz de asegurar una resistencia suficiente a los impactos normales a los que se encuentra expuesto un cable de este tipo. Preferiblemente, el grosor del revestimiento será mayor que 0,5 mm, en concreto entre aproximadamente 1 mm y aproximadamente 6 mm, prefiriéndose concretamente un grosor de entre 2 mm y 4 mm.

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El solicitante ha observado que es posible definir, hasta una aproximación razonable, la relación entre el grosor del revestimiento y el grado de expansión del material polimérico, para materiales con varios valores de módulo de flexión, de forma que el grosor del revestimiento expandido se dimensiona adecuadamente como función del grado de expansión y del módulo del material polimérico, en concreto para grosores del revestimiento expandido de aproximadamente 2-4 mm. Dicha relación se puede expresar de la forma siguiente:

V \cdot d_{e} \geq N

donde

V representa el volumen del material polimérico expandido por metro lineal de cable (m^{3}/m), siendo este volumen relativo al borde circular definido por el grosor mínimo del revestimiento expandido, correspondiente al borde circular (10a) de la figura 2 para cables multipolares, o al revestimiento (10) definido en la figura 3 para cables unipolares;

d_{e} representa la densidad aparente medida para el material polimérico expandido (kg/m^{3}); y

N es el resultado del producto de los dos valores arriba mencionados, que deberá ser mayor o igual que:

0,03 para materiales con un módulo > 1000 MPa,

0,04 para materiales con un módulo de 800-1000 MPa,

0,05 para materiales con un módulo de 400-800 MPa,

0,06 para materiales con un módulo < 400 MPa.

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El parámetro V se relaciona con el grosor (S) del revestimiento expandido por medio de la siguiente relación:

V = \pi(2R_{i} \cdot S + S^{2})

donde R_{i} representa el radio interior del borde circular (10a).

El parámetro d_{e} se relaciona con el grado de expansión del material polimérico por medio de la relación anterior:

G = (d_{0}/d_{e} - 1) \cdot 100

Basándose en la relación arriba mencionada, para un revestimiento expandido de aproximadamente 2 mm de grosor, dispuesto sobre una sección circular de cable con un diámetro de aproximadamente 22 mm, para varios materiales con diferentes módulos de flexión a temperatura ambiente (Mf), se encuentra que este revestimiento deberá tener una densidad aparente mínima de aproximadamente:

0,40 g/cm^{3} para LDPE (Mf de aproximadamente 200);

0,33 g/cm^{3} para una mezcla 70/30 de PP/EPR (Mf de aproximadamente 800);

0,26 g/cm^{3} para HDPE (Mf de aproximadamente 1000);

0,20 g/cm^{3} para PP (Mf de aproximadamente 1500).

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Estos valores de densidad aparente del polímero expandido corresponden a un grado máximo de expansión de aproximadamente:

130% para LDPE (d_{0} = 0,923)

180% para la mezcla PP/EPR (d_{0} = 0,890)

260% para HDPE (d_{0} = 0,945)

350% para PP (d_{0} = 0,900)

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Similarmente, para un grosor del revestimiento expandido de aproximadamente 3 mm dispuesto sobre un cable de idénticas dimensiones, se obtienen los siguientes valores para la mínima densidad aparente:

0,25 g/cm^{3} para LDPE;

0,21 g/cm^{3} para la mezcla PP/EPR;

0,17 g/cm^{3} para HDPE;

0,13 g/cm^{3} para PP;

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que corresponden a un grado de expansión máximo de aproximadamente:

270% para LDPE;

320% para la mezcla PP/EPR;

460% para HDPE;

600% para PP.

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Los resultados que se muestran arriba indican que para optimizar las características de resistencia a impacto de un revestimiento expandido de un grosor predeterminado, tanto las características de resistencia mecánica del material (en concreto su módulo de flexión) como el grado de expansión de dicho material deberían ser tenidos en cuenta. Sin embargo, los valores determinados por medio de aplicar la anterior relación no deberían considerarse limitativos del ámbito de la presente invención. En concreto, el grado máximo de expansión de polímeros que presentan valores de módulo de flexión cercanos al límite máximo de los intervalos definidos para la variación del número N (es decir 400, 800 y 1000 MPa) pueden en realidad ser incluso superiores que los calculados según la relación anterior; por tanto, por ejemplo, una capa de PP/EPR de aproximadamente 2 mm de grosor (con Mf de aproximadamente 800 MPa) todavía podrá proporcionar la protección al impacto deseada incluso con un grado de expansión de aproximadamente 200%.

El polímero se expande normalmente durante la fase de extrusión; esta expansión puede tener lugar químicamente, por medio de la adición de un compuesto "expansor" adecuado, es decir un compuesto que es capaz de generar un gas bajo condiciones de temperatura y presión definidas, o puede tener lugar físicamente, por medio de la inyección de gas a alta presión directamente dentro del cilindro de extrusión.

Ejemplos de "expansores" químicos adecuados son azodicarboamida, mezclas de ácidos orgánicos (por ejemplo ácido cítrico) con carbonatos y/o bicarbonatos (por ejemplo bicarbonato sódico).

Ejemplos de gases para inyectar a alta presión dentro del cilindro de extrusión son nitrógeno, dióxido de carbono, aire e hidrocarburos de bajo punto de ebullición como propano y butano.

La cubierta exterior protectora que reviste la capa de polímero expandido puede convenientemente ser del tipo utilizado normalmente. Materiales que se pueden utilizar para la cubierta exterior son polietileno (PE), en concreto PE de densidad media (MDPE) y PE de alta densidad (HDPE), cloruro de polivinilo (PVC), mezclas de elastómeros y similares. Preferiblemente se utiliza MDPE o PVC. Típicamente, el material polimérico que forma esta cubierta exterior presenta un módulo de flexión entre aproximadamente 400 y aproximadamente 1200 MPa, preferiblemente entre aproximadamente 600 MPa y aproximadamente 1000 MPa.

El solicitante ha observado que la presencia de la cubierta exterior contribuye a proporcionar al revestimiento la característica de resistencia al impacto deseada, en combinación con el revestimiento expandido. En concreto, el solicitante ha observado que esta contribución de la cubierta a la resistencia al impacto, para el mismo grosor de revestimiento expandido, aumenta al aumentar el grado de expansión del polímero que forma este revestimiento expandido. El grosor de esta cubierta exterior es preferiblemente mayor que 0,5 mm, en concreto entre 1 y 5 mm, preferiblemente entre 2 y 4 mm.

La preparación de un cable con una resistencia al impacto según la presente invención se describe en referencia al diagrama de estructura de cable de la figura 2, en el cual, sin embargo, los espacios en forma de estrella entre los núcleos a revestir se rellenan, no directamente con el polímero expandido (10) sino con un relleno convencional; a continuación el revestimiento expandido se extrusiona sobre este cable semielaborado, para formar un borde circular (10a) alrededor de este cable semielaborado y se recubre subsiguientemente con la cubierta de polímero exterior (2). La preparación de los núcleos de cable, es decir el montaje del conductor (4), capa semiconductora interior (9), aislante (5), capa semiconductora exterior (8) y pantalla metálica (4) se realiza de la forma como se conoce dentro de la técnica, por ejemplo por medio de extrusión. Estos núcleos a continuación se cablean juntos y los espacios en forma de estrella se llenan con un material de relleno convencional (por ejemplo mezclas elastoméricas, fibras de polipropileno y similares), típicamente por medio de extrusión del relleno sobre los núcleos cableados, para obtener un cable semielaborado con una sección transversal circular. El revestimiento de polímero expandido (10) se extrusiona a continuación sobre el material de relleno. Preferiblemente, la boquilla de la cabeza de extrusión tendrá un diámetro ligeramente menor que el diámetro final del cable con revestimiento expandido, para permitir que el polímero se expanda fuera de la extrusora.

Se ha observado que, bajo condiciones de extrusión idénticas (como velocidad de rotación del tornillo, velocidad de la línea de extrusión, diámetro de la cabeza extrusora y similares) la temperatura de extrusión es una de las variables del proceso que tiene una influencia considerable sobre el grado de expansión. En general, para temperaturas de extrusión por debajo de 160ºC, es difícil obtener un grado de expansión suficiente; la temperatura de extrusión es preferiblemente por lo menos 180ºC, en concreto aproximadamente 200ºC. Normalmente, un aumento de la temperatura de extrusión corresponde a un grado de expansión mayor.

Además, es posible controlar hasta cierto punto el grado de expansión del polímero por medio de actuar sobre la velocidad de enfriamiento puesto que, haciendo apropiadamente más lento o más rápido el enfriamiento del polímero que forma el revestimiento expandido a la salida de la extrusora, es posible aumentar o disminuir el grado de expansión de dicho polímero.

Como se ha mencionado, el solicitante ha observado que es posible determinar cuantitativamente los efectos de un impacto sobre un revestimiento de cable por medio de medir la resistencia al arrastre de las capas de revestimiento de cable, evaluándose las diferencias entre el valor medio de esta resistencia al arrastre y el valor en el punto de impacto. En concreto, para cables del tipo de media tensión, con una estructura que comprende una capa semiconductora interna, una capa aislante y una capa semiconductora externa, la resistencia al arrastre (y la diferencia relativa) puede medirse ventajosamente entre la capa de material semiconductor externa y la capa aislante.

El solicitante ha observado que los efectos de los impactos particularmente severos a los que pueda estar sometido el cable, en concreto un cable de media tensión con armadura, se pueden reproducir por medio de una prueba de impacto basada en el estándar francés HN 33-S-52, que se refiere a cables con armadura para transmisión de potencia a alta tensión, que proporciona una energía de impacto sobre el cable de aproximadamente 72 julios (J).

La resistencia al arrastre de la capa de revestimiento se puede medir según el estándar francés HN 33-S-52, según el cual se mide la fuerza que se necesita aplicar para separar la capa semiconductora externa de la capa aislante. El solicitante ha observado que por medio de medir continuamente esta fuerza, en los puntos en los que tiene lugar el impacto, se miden picos de fuerza que indican una variación de la fuerza cohesiva entre las dos capas. Se observó que estas variaciones se encuentran generalmente asociadas con la disminución de la capacidad aislante del revestimiento. La variación será proporcionalmente mayor cuanto menor sea la fuerza de impacto proporcionada por la funda exterior (que, en el caso de la presente invención, consiste en el revestimiento expandido y la cubierta exterior). La magnitud de la variación de esta fuerza medida en los puntos de impacto, en relación con el valor medio medido a lo largo del cable, proporciona por tanto una indicación del grado de protección proporcionado por el revestimiento protector. En general, se consideran aceptables variaciones la resistencia al arrastre de hasta 20-25% relativas al valor medio.

Las características del revestimiento expandido (material, grado de expansión, grosor), que se puede utilizar ventajosamente junto con una cubierta exterior protectora de polímero, pueden seleccionarse apropiadamente según la resistencia al impacto que se pretende proporcionar a la estructura de cable subyacente, y dependiendo también de las características del material específico que se utiliza como aislante y/o semiconductor, como la dureza del material y la densidad.

Como se puede apreciar a través de la presente descripción, el cable de la presente invención es adecuado particularmente para sustituir cables con armadura convencionales, debido a las propiedades ventajosas del revestimiento de polímero expandido respecto a la armadura metálica. Sin embargo, su utilización no debería limitarse a una aplicación tan específica. De hecho, el cable de la presente invención se puede utilizar ventajosamente en todas aquellas aplicaciones en las que sería deseable un cable con unas propiedades de resistencia al impacto mejoradas. En concreto, el cable resistente al impacto de la presente invención puede sustituir cables convencionales sin armadura en todas aquellas aplicaciones en la que, hasta ahora, sería ventajosa la utilización de cables con armadura pero se ha desestimado debido a los inconvenientes de la armadura metálica.

A continuación se dan algunos ejemplos ilustrativos para describir la invención con más detalle.

Ejemplo 1

Preparación del cable con revestimiento expandido

Para evaluar la resistencia al impacto de un revestimiento de polímero expandido según la presente invención, se prepararon varias piezas de prueba extrusionando grosores variables de unos pocos polímeros con varios grados de expansión sobre un núcleo compuesto de un conductor multifilar de aproximadamente 14 mm de grosor revestido con una capa de 0,5 mm de material semiconductor, una capa de 3 mm de una mezcla aislante basada en EPR y otra capa de 0,5 mm de material semiconductor de "separación fácil" basado en EVA suplementado con negro de carbón, para un grosor total de núcleo de aproximadamente 22 mm.

Se utilizó como material polimérico a expandir polietileno de baja densidad (LDPE), polietileno de alta densidad (HDPE), polipropileno (PP), una mezcla mecánica a 70/30 en peso de LDPE y goma natural vulcanizada finamente pulverizada (tamaño de partícula de 300-600 \mum) (polvo de PE), PP modificado con goma EPR (PP-EPR en mezcla a 70/30 en peso); estos materiales se identifican en el siguiente texto por medio de las letras A a E y se describen en detalle en la siguiente tabla:

1

El polímero se expandió químicamente, utilizando alternativamente dos compuestos de expansión (CE) diferentes, que se identifican de la siguiente forma:

2

El polímero a expandir y el compuesto expansor se cargaron (en las relaciones indicadas en la tabla 2) en una máquina extrusora de 80 mm - 25D de tornillo único (Bandera); esta extrusora está equipada con un tornillo de transferencia ensartado caracterizado por una profundidad en la zona final de 9,6 mm. El sistema de extrusión consiste en una boquilla macho capaz de proporcionar un tránsito suave del núcleo a revestir (generalmente con un diámetro que es aproximadamente 0,5 mm mayor que el diámetro del núcleo a revestir), y una boquilla hembra en la que el diámetro se escoge para tener un tamaño de aproximadamente 2 mm menos que el diámetro del cable con el revestimiento expandido; de esta forma, el material extrusionado se expande al salir de la cabeza de extrusión más que en el interior de esta cabeza o dentro de la extrusora. La velocidad de tránsito del núcleo a revestir (velocidad de la línea de extrusión) se establece como función del grosor deseado de material expandido (ver la tabla 2). A una distancia de aproximadamente 500 mm de la cabeza de extrusión se encuentra una conducción de enfriamiento (que contiene agua fría) para detener la expansión y enfriar el material extrusionado. A continuación se devana el cable sobre una bobina.

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(Tabla pasa a página siguiente)

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La composición de la mezcla de material polimérico/expansor y las condiciones de extrusión (velocidad, temperatura) se hicieron variar apropiadamente, como se describe a continuación en la tabla 2.

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TABLA 2 Mezcla de expansión y condiciones de extrusión

3

100

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La muestra 1 no sufrió expansión, presumiblemente porque la temperatura de la extrusora era demasiado baja (165ºC), y similarmente, por la misma razón, la muestra 5 sufrió una expansión limitada (solamente 5%).

Subsiguientemente el cable con el revestimiento expandido se revistió con una cubierta convencional de MDPE (CE 90 - Materie Plastiche Bresciane) de grosor variable (ver la tabla 3) por medio de procedimientos de extrusión convencionales, obteniendo de esta forma muestras de cables con las características que se definen en la tabla 3; el cable número 1, en el que el polímero no sufrió expansión, se ha tomado como revestimiento de polímero no expandido comparativo. La tabla 3 da también, por motivos de comparación, las características de un cable que carece de relleno expandido y que se encuentra revestido solamente con la cubierta externa (cable número 0).

TABLA 3 Características del revestimiento

4

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De forma similar a la arriba descrita, se prepararon 6 muestras más utilizando un revestimiento de polímero expandido con un módulo de flexión de aproximadamente 600 MPa consistente en polipropileno modificado con aproximadamente 30% de una goma de EPR, como se presenta en la tabla 4 (ejemplos 12-17); la tabla 4 da también dos ejemplos comparativos de cables con revestimiento expandido pero que no disponen de la cubierta exterior (ejemplos 16a y 17a).

TABLA 4 Características del revestimiento

6

Ejemplo 2

Pruebas de resistencia a impacto

Para evaluar la resistencia al impacto de los cables preparados según el ejemplo 1, se efectuaron pruebas de impacto sobre el cable con la evaluación subsiguiente del daño. Los efectos del daño se evaluaron tanto por medio de análisis visual del cable como por medio de medir la variación en la resistencia al arrastre de la capa de material semiconductor en el punto de impacto. Las pruebas de impacto están basadas en el estándar francés HN 33-S-52, que proporciona una energía de impacto sobre el cable de aproximadamente 72 Joules (J), que se obtiene dejando caer un peso de 27 kg desde una altura de 27 cm. Para la prueba presente, dicha energía de impacto ha sido producida por un peso de 8 kg dejado caer desde una altura de 97 cm. El extremo de impacto del peso dispone de una cabeza percutora con un borde redondeado en forma de V (1 mm de radio de curvatura). Para los propósitos de la presente invención, se evaluó la resistencia al impacto en un único impacto. Para las muestras 6-12, la prueba se repitió una segunda vez a una distancia de aproximadamente 100 mm de la primera.

La resistencia al arrastre se midió según el estándar francés HN 33-S-52, según el cual se mide la fuerza que es necesario aplicar para separar la capa semiconductora externa de la capa aislante. Por medio de medir continuamente esta fuerza, se miden los picos de fuerza en los puntos en los que ha tenido lugar el impacto. Para cada pieza de prueba, en el punto de impacto, se midió un pico de fuerza "positivo", correspondiente a un aumento de la fuerza (en relación con el valor medio) que se requiere para separar las dos capas, y un pico de fuerza "negativo" (decremento respecto al valor medio). A partir de la diferencia entre el mínimo (Fmin) y el máximo (Fmax) de los picos de fuerza medidos, se obtiene la variación máxima de la resistencia al arrastre en el punto de impacto.

La variación de la resistencia al arrastre se calcula por tanto determinando la relación de porcentaje entre la diferencia arriba mencionada (Fmax-Fmin) y el valor medio de resistencia al arrastre medido para el cable (F<>), según la siguiente relación:

% variación = 100 (Fmax-Fmin) / F<>

La magnitud de la variación de esta resistencia medida en los puntos de impacto, relativa al valor medio medido a lo largo del cable, da por tanto una indicación del grado de protección proporcionado por el revestimiento expandido. En general, variaciones de hasta 20-25% se consideran aceptables. La tabla 5 da los valores de la variación de la resistencia al arrastre para las muestras 0-17a.

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TABLA 5 % de variación de la resistencia al arrastre

7

8

Como se observa en la tabla 3, para la muestra 1 (para la cual no se obtuvo ninguna expansión), la variación en porcentaje de la resistencia al arrastre es extremadamente alta; esto indica que un polímero no expandido presenta una capacidad decididamente menor de absorber impactos que una capa de idéntico grosor del mismo polímero expandido (ver ejemplo 3, con revestimiento expandido de 61%). La muestra 3 presenta una variación de la resistencia al arrastre que se encuentra ligeramente por encima del valor límite de 25%; la resistencia al impacto limitada proporcionada por la muestra se puede atribuir principalmente al grosor, de solamente 1 mm, del revestimiento expandido, en relación con los grosores de 2-3 mm de las demás muestras.

La muestra 5, con un grosor de revestimiento expandido de 3 mm, presenta un alto valor de resistencia al arrastre a causa del bajo grado de expansión del polímero (5%), demostrando así la resistencia al impacto limitada que proporciona un revestimiento con un grado de expansión bajo. La muestra 4, aunque presenta un grosor de material expandido menor que el de la muestra 5 (2,5 mm en contraposición con 3 mm), tiene a pesar de todo una mayor resistencia al impacto, con una variación de la resistencia al arrastre de 13% en comparación con 21% de la muestra 5, demostrando de esta forma el hecho de que un grado de expansión mayor proporciona una mayor resistencia al impacto.

Comparando la muestra 13 con la muestra 15, se observa cómo un aumento del grado de expansión del polímero (desde 22 a 124%), para el mismo grosor de la capa de material expandido y de la cubierta exterior, conlleva un aumento de la resistencia al impacto del revestimiento (pasando de 16-17% a 10% de variación de la resistencia al arrastre). Esta tendencia se ve confirmada comparando la muestra 16 con la muestra 17. Sin embargo, comparando las muestras 16a y 17a (sin cubierta externa) con las muestras respectivas 16 y 17, se puede observar cómo la contribución proporcionada por la cubierta exterior a la protección frente al impacto aumenta al aumentar el grado de expansión.

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Ejemplo 3

Prueba de comparación de resistencia al impacto con cable con armadura

El cable número 10 se ha probado frente a un cable con armadura convencional, para verificar la eficiencia de la resistencia al impacto de la capa de revestimiento expandido.

El cable con armadura tiene el mismo núcleo que el cable número 10 (o sea un conductor multifilar de aproximadamente 14 mm de grosor revestido con una capa de 0,5 mm de material semiconductor, una capa de 3 mm de una mezcla aislante basada en EPR y otra capa de 0,5 mm de material semiconductor de "separación fácil" basado en EVA suplementado con negro de carbón, para un grosor total del núcleo de aproximadamente 22 mm). Dicho núcleo se envuelve, desde el interior hasta el exterior del cable con:

a) una capa de material de relleno basado en goma de aproximadamente 0,6 mm de grosor;

b) una cubierta de PVC de aproximadamente 0,6 mm de grosor;

c) dos cintas de acero de armadura de aproximadamente 0,5 mm de grosor cada una;

d) una cubierta exterior de MDPE de aproximadamente 2 mm de grosor.

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Para la prueba de comparación se ha utilizado una máquina dinámica del tipo de "caída de peso" (CEAST, modelo 6758). Se han realizado dos conjuntos de pruebas, dejando caer un peso de 11 kg desde una altura de 50 cm (energía de impacto de aproximadamente 54 julios) y de 20 cm (energía de impacto de aproximadamente 21 julios), respectivamente; el peso dispone en su extremo de impacto de una cabeza semiesférica de aproximadamente 10 mm de radio.

La deformación de los cables resultante se muestra en las figuras 4 y 5 (50 cm y 20 cm de altura, respectivamente), en las que el cable según la presente invención se indica por medio de a), mientras que el cable con armadura convencional se indica por medio de b).

Se ha medido la deformación del núcleo, para evaluar los daños en la estructura del cable. De hecho, grandes deformaciones de la cubierta semiconductor-aislante-semiconductor causan con más probabilidad defectos eléctricos en las propiedades aislantes del cable. Los resultados se presentan en la tabla 6.

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TABLA 6 % de reducción del grosor de la capa semiconductora después del impacto

9

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Como se observa a partir de los resultados que se presentan en la tabla 6, el cable de la presente invención muestra un comportamiento de resistencia al impacto incluso mejor que un cable con armadura convencional.

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Referencias citadas en la descripción

Esta lista de referencias citadas por el solicitante está prevista únicamente para ayudar al lector y no forma parte del documento de patente europea. Aunque se ha puesto el máximo cuidado en su realización, no se pueden excluir errores u omisiones y la OEP declina cualquier responsabilidad en este respecto.

Documentos de patente citados en la descripción

\bullet US 5153381 A [0003]

\bullet DE 1515709 [0007]

\bullet DE 8103947 [0008]

\bullet US 4711811 A [0011] [0013]

\bullet EP 442346 A [0012]

\bullet WO 9315512 A [0013] [0013] [0015]

\bullet DE 7122512 [0016]

Claims (19)

1. Un cable de transmisión de potencia que comprende:

a) un conductor (1);

b) al menos una capa de revestimiento aislante compacto (3) con un gradiente eléctrico comprendido desde aproximadamente 0.5kV/mm hasta aproximadamente 10kV/mm colocado alrededor de dicho (1); y

c) un revestimiento (10, 10a) hecho de material polimérico expandido alrededor de dicho revestimiento aislante compacto (3),

en el que dicho material polimérico, antes de la expansión, tiene un módulo de flexión a temperatura ambiente mayor que 200 MPa, medido según el estándar ASTM D790, y un grado de expansión de desde aproximadamente 30% hasta 500%.

2. Cable como se reivindica en la reivindicación 1, en el que dicho módulo de flexión se encuentra entre 400 MPa y 1800 MPa.

3. Cable como se reivindica en la reivindicación 1, en el que dicho módulo de flexión se encuentra entre 600 MPa y 1500 MPa.

4. Cable como se reivindica en la reivindicación 1, en el que el grado de expansión de dicho material polimérico se encuentra entre aproximadamente 50% y aproximadamente 200%.

5. Cable como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 4, en el que dicho revestimiento de material polimérico expandido tiene un grosor de 0,5 mm.

6. Cable como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 4, en el que dicho revestimiento de material polimérico expandido tienen un grosor de entre 1 y 6 mm.

7. Cable como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 4, en el que dicho revestimiento de material polimérico expandido tiene un grosor de entre 2 y 4 mm.

8. Cable como se reivindica en la reivindicación 1, en el que dicho material polimérico expandido se escoge entre polietileno (PE), PE de baja densidad (LDPE), PE de densidad media (MDPE), PE de alta densidad (HDPE) y PE lineal de baja densidad (LLDPE); polipropileno (PP); goma de etileno-propileno (EPR), copolímero de etileno-propileno (EPM), terpolímero de etileno-propileno-dieno (EPDM); goma natural; goma butílica; copolímero de acetato de etileno/vinilo (EVA); poliestireno; copolímero de etileno/acrilato, copolímero de acrilato de etileno/metilo (EMA), copolímero de acrilato de etileno/etilo (EEA), copolímero de acrilato de etileno/butilo (EBA); copolímero de etileno/\alpha-olefina; resinas de acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS); polímero halogenado, cloruro de polivinilo (PVC); poliuretano (PUR); poliamida; poliéster aromático, tereftalato de polietileno (PET), tereftalato de polibutileno (PBT); y copolímeros o mezclas mecánicas de los mismos.

9. Cable como se reivindica en la reivindicación 1, en el que dicho material polimérico expandido es un polímero de poliolefina o copolímero basado en PE y/o PP.

10. Cable como se reivindica en la reivindicación 1, en el que dicho material polimérico expandido es un polímero de poliolefina o compolímero basado en PE y/o PE modificado con goma de etileno-propileno.

11. Cable como se reivindica en la reivindicación 10, en el que dicho material polimérico expandido es polipropileno modificado con goma de etileno-propileno (EPR), siendo la relación en peso de PP/EPR entre 90/10 y 50/50.

12. Cable como se reivindica en la reivindicación 11, en el que dicha relación en peso de PP/EPR se encuentra entre 85/15 y 60/40.

13. Cable como se reivindica en la reivindicación 11, en el que dicha relación en peso de PP/EPR es aproximadamente 70/30.

14. Cable como se reivindica en la reivindicación 11, en el que dicho polímero de poliolefina o copolímero basado en PE y/o PP contiene también una cantidad predeterminada de goma vulcanizada en forma de polvo.

15. Cable como se reivindica en la reivindicación 14, en el que la cantidad predeterminada de goma vulcanizada en forma de polvo es entre 10% y 60% del peso de polímero.

16. Cable como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 15, en el que dicho cable comprende una cubierta exterior de polímero.

17. Cable como se reivindica en la reivindicación 16, en el que dicha cubierta está en contacto con dicho revestimiento de polímero expandido.

18. Cable como se reivindica en la reivindicación 16 o 17, en el que dicha cubierta tiene un grosor mayor que
0,5 mm.

19. Cable como se reivindica en la reivindicación 16 o 17, en el que dicha cubierta tiene un grosor de entre 1 y
5 mm.