专利名称：具有可区别于护套的半导外层的电缆的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于电カ输送或分配的电缆，例如中压或高压电缆。更具体地，本发明涉及具有视觉上或物理上可区别于下面的保护护套的挤出的半导外层的电カ电缆。
背景技术：
电カ电缆的结构可根据在它们打算的应用中使用的电压而变化。一般地，电カ电缆可分类为低压，中压或高压电缆。典型地，“低压”是指最多5kV的电压，“中压”是指5kV-46kV的电压，和“高压”是指大于46kV的电压。中压和高压电カ电缆包括四个主要的元件。从内部到外部，这些电カ电缆包括至少导电元件，电绝缘层，金属丝网或鞘层，和护套。也可存在相邻层。ー个实例是在导电元件和电绝缘层之间的半导导线屏蔽层。另ー实例是在电绝缘层和金属丝网或鞘层之间的半导绝缘屏蔽层。在本发明的说明书和权利要求中，“绝缘电缆芯”是指在护套下方的电カ电缆的内部且包括至少ー个导电元件，至少ー层绝缘层，和金属丝网或鞘层。通过额定电压和导线大小，确定在绝缘电缆芯中每ー层的厚度，且通过エ业标准，例如 the Insulated Conductors Engineering Association (ICEA), the Association ofEdison Illuminating Companies (AEIC),以及Underwriters Laboratories (UL)公布的那些予以规范。根据AEIC和ICEA标准，规定并测试电力电缆的性能衡量标准。术语“导电元件”可以是指电学类型或混合电学/光学类型的导体。电学类型的导体可以由铜，铝或铝合金制造。此外，电学类型的导体可以是或者固体或者绞合金属，其中绞合会增加电缆的挠性。若绞合的话，则用于中压电缆和常常也用于高压电缆的电学类型的导体常常包括线材密封(strand seal)，以填充其间隙，这有助于防止水沿着导线迁移。混合电学/光学类型导线可包括混合电カ/通信电缆，所述混合电カ/通信电缆除了包括导电元件以外，还包括光纤元件以供通信目的。半导内部层典型地包围电导体。半导内部层最常常是通过在导电元件周围挤出施加的半导交联聚合物层。在半导内部层径向向外的位置处排列的电绝缘层通常由热塑性或热固性材料制造。实例包括交联的聚こ烯(XLPE)，こ烯-丙烯橡胶(EPR)，或聚氯こ烯(PVC)。绝缘层可包括提高绝缘体寿命的添加剂。例如，常常添加水树延迟剂(tree retardant)添加剂到XLPE中，以抑制绝缘层内水树的生长。可在该绝缘层上挤出例如由半导聚合物制造的半导中间层。半导中间层通常通过挤出粘合到所述绝缘层上，或者尤其对于ー些高压电缆来说，可通过其他方式粘结到所述绝缘层上。交叠绝缘屏蔽层的金属屏蔽层可包括金属丝网或鞘层。通常金属丝网或鞘层由铝，钢，铅，或铜制造。一般地，金属丝网或鞘层是连续的管状组件或在自身上折叠且焊接或密封形成管状组件的金属片材。更特别地，金属屏蔽层可以例如以具有交叠的接缝或者焊接的接缝的纵向施加的波纹铜胶带，螺旋施加的线材(即加蔽线或同心的中性线(neutralwire))或平坦的铜带形式形成。半导中间层有利地与金属屏蔽层电接触。对于本发明说明书的目的来说，措辞“单极电缆”是指提供有具有以上定义的单一导电元件的绝缘电缆芯的电缆，而措辞“多极电缆”是指提供有至少一对导电元件的电缆。更详细地，当多极电缆具有数量等于2的导电元件时，该电缆在技术上定义为“双极电缆”，若存在三个导电元件，则该电缆被称为“三极电缆”，如此类推。在用于中压电力传输或分配的多极电缆情况下，通常例如通过螺旋缠绕预定节距，一起结合电缆中的导电元件，所述导电元件各自被以上讨论的半导和绝缘层以及金属鞘层包围。缠绕导致多个间隙区域的形成，所述间隙区域用填充材料填充。填充材料起到给出多极电缆圆形截面的作用。填充材料可以是常规的类型，例如通过挤出施加的聚合物材料，或者可以是发泡的聚合物材料。美国专利N0.5，281，757(在此通过参考引入)公开了用于电力电缆的绝缘电缆芯。在美国专利N0.5，281，757中，电力电缆具有绞合导线，在导线周围的半导应力控制层，在应力控制层周围的绝缘层，在绝缘层周围的半导绝缘屏蔽层，和在屏蔽层周围的具有交叠边缘部分的无孔金属条带。随着温度变化，电缆元件的膨胀与收缩，该条带相对于护套和屏蔽层自由移动，通过粘合剂，将条带的交叠边缘部分粘结在一起，所述粘合剂允许随着这种温度变化，边缘部分相对于彼此移动，且在边缘部分之间没有产生流体通路。电力电缆可包括在绝缘电缆芯的径向向外排列的保护护套。护套典型地是通过挤出施加的聚合物材料。电缆的保护护套的任何缺陷和/或对其的损害构成聚合物层的不连续性，这可导致电缆的电力传输和分配能力以及电缆寿命下降，甚至急剧下降的问题。例如，在电缆护套中切口的存在代表水或湿气进入电缆内部(也就是说到达电缆芯)的优先路径。水进入电缆内尤其是非所需的，因为在不存在阻止泄露提供的合适解决方案的情况下，一旦水进入，则它能自由地在电缆内流动。这尤其引起电缆完整性方面的损坏，因为可在电缆内部产生腐蚀问题(例如影响保护套(armoring)，若存在的话，或者金属丝网)，以及随之绝缘层的电性能劣化，产生过早老化的问题。这一过早老化的现象更好地称为术语“水树”，且通过导线内电流流过生成的电场和渗透到绝缘层内部的湿气的组合作用导致形成分枝形状(“树状”)的微裂纹而显现。评价电缆保护护套的结构完整性所使用的测试方法称为护套完整性试验。这些试验牵涉安装在护套径向向外的位置上放置的导电或半导层。一种护套完整性试验称为DC耐受试验，且可根据本领域已知的方法，例如ICEA(Insulated Cable Engineers Association, Inc.) Standard S-108-720-2004 forExtruded Insulation Power Cables Rated Above 46 Through 345 kV(Section E5.2)进行。在该试验中，将半导涂层，例如液体或固体形式的石墨层施加到护套上，并起到第一电极的作用。第二电极以相对于待测试的鞘，例如金属丝网或鞘在径向向内的位置中排列的金属组件为代表。在金属丝网和半导层之间施加约150V/mil (6kV/mm)的DC电压和最多到24kV的最大值，以验证外部护套电介质的完整性。在不存在缺陷和/或损坏的情况下，护套能耐受在电极之间施加的电压。也就是说，在护套内部存在缺陷和/或损坏的情况下，在第一和第二电极之间施加DC电压的末端相対的电缆一端处，根据相关标准测量的电压，相对于施加的电压，基本上没有变化。将会出现这ー结果，因为电流能在半导涂层内和在护套直接下方从电缆一端到另一端的金属组件内不受干扰地通过，除了因护套的电阻导致电压小幅下降以外。然而，若在该试验中，护套具有缺陷和/或损坏，例如在电极之间的护套厚度内产生导电路径，则存在短路条件并产生过电流。过电流条件的建立于是使得本领域的技术人员能证明电缆保护护套内存在损坏和/或缺陷。一般地，在生产电缆的方法之后，在生产装置处直接进行护套的DC耐受试验。有吋，一旦电缆安装吋，再反复DC耐受试验一次，以便检测因电缆的铺设操作导致的在外部护套内产生的损坏的任何证据。一旦安装电缆，则反复测试一次是所需的，特别是在其中没有容纳它的导管辅助时，电缆直接置于地面内的地下安装的情况下。石墨常规地用于外部半导层，这是因为它可在电缆一端处容易地除去，这是进行DC耐受试验所要求的。然而，在电缆埋地之后，石墨可能在维护测试过程中产生问题，这是因为石墨是杂乱的(messy)，且在安装过程中，它可擦拭棹。替代地可在护套上挤出半导聚合物材料的薄层，来替代在护套周围施加石墨。可例如在美国专利N0.7，208，682的背景技术部分中找到各种半导材料的讨论，在此通过參考该主题将其引入。典型地，共挤出护套和外部半导层，以此将它们粘结在一起。结果，半导层没有因安装过程中的摩擦或侧壁承载カ而变形。共挤出两层的另一优势是半导层可辅助对电缆耐日光性(sunlight resistence)作出贡献。尽管在外部电缆护套上的半导层通常不依赖于耐日光性，但取决于其厚度，半导层可赋予电缆更多的耐日光性。エ业标准，例如ICEA S-108-720-2004(Section 7.3)在厚度为半导层和护套的结合壁厚的最多20%的护套上提供挤出的半导层。因此，足够厚的半导层能赋予电缆耐日光性。尽管电力电缆的外部护套典型地为黑色，但对于特定的应用来说，使护套为非黑色是已知的。在制造更加昂贵的这些情况下，消费者要求不同着色的护套，以便鉴别ー根电缆与其它电缆的不同。当使用着色的护套时，不在护套上施加半导层，因为它使着色护套的目的失败。WO 03/046592(在此通过參考引入)涉及改性电缆，其中在包覆电缆的外部保护聚合物鞘的径向向外的位置上排列半导聚合物层。特别地，电缆包括在保护聚合物层的径向向外的位置上的半导聚合物层。半导聚合物层的厚度优选0.05mm-3mm，和更优选0.2mm-0.8mm。在实施例中，外部保护鞘由厚度为1.8mm的MDPE制造，且沉积在通过挤出如此获得的电缆上，在外部保护鞘上通过挤出沉积厚度为Imm的半导聚合物层。据披露，半导聚合物层可能地为发泡材料。已知具有半导护套的其他电缆。例如，美国专利N0.5，144，098公开了导电护套的电缆，它从加蔽线经金属涂布的胶带包裹的屏蔽层，在金属涂层的相反侧上施加到胶带上的半导粘合剂层，和半导外部护套提供连续电接触。半导外部护套是导电碳-填充的聚合物材料，例如热塑性氟聚合物。美国专利N0.4，986，372公开了可包括任选的外部护套的电缆，所述护套基本上为圆柱形，且可由或者绝缘的非传导材料或半导材料，例如低密度聚こ烯，线性低密度聚こ烯，半导聚こ烯或聚氯こ烯组成。
如上所述，半导材料层，不管是否由石墨还是由挤出的聚合物材料制造，必须在DC耐受试验开始时在电缆的任何一端除去。另外，必须从接合点和接头处除去半导层。申请人:已发现，当除去半导材料层进行DC耐受试验时，共挤出半导聚合物层与聚合物护套的常规技术可导致问题。特别地，申请人观察到，护套和外部半导层缺少能使在野外工人可充分地区分彼此的理由。共挤出的护套和外部半导层通常均为黑色。如上所述，在特殊情况下，护套可以是除了黑色以外的颜色，以辅助使一根电缆与另一根电缆相区分，但当电缆包括外部半导层时不是这样。护套也是黑色的，以辅助耐日光性。半导层的颜色可以是来自导电填料，常常是炭黑的黑色。因此，由于护套和外部半导层之间颜色的类似性，申请人发现工人难以通过外观彼此区分两层。美国专利N0.6，717，058公开了在透明塑料护套内包裹的具有双绞线部分和平行部分的多导线电缆，以形成通常均匀的圆形电缆。透明护套允许鉴别平坦部分，以便可在这一位置处除去护套，和制备在平坦部分内的导线以供连接到连接器上。美国专利N0.6，717，058专利中的电缆涉及具有双绞线的通信电缆，而不是常规地要求耐日光性或者护套完整性试验的具有黑色护套的电力电缆。因此，申请人观察到，在电力电缆的护套和外部半导层之间不存在充足的区分视觉特征的情况下，当尝试除去一部分半导层，进行例如DC耐受试验之类的试验时，工人可能损坏下面的护套。需要避免损坏护套，这是因为如上所述，护套内的缺陷和/或对其的损坏可构成不连续性，这可能降低电缆电力传输和分配的能力以及电缆寿命。对于本发明说明书和所附权利要求的目的来说，除非另有说明，表达用量，数量，百分数等等的所有数值要理解为在所有情况下用术语“约”所修饰。此外，所有范围包括所公开的最大点和最小点的任何组合且包括在其内的任何中间范围，所述中间范围可能或者可能没有在此处具体地枚举。
发明内容
当制备用于完整性试验的电缆时，电力电缆应当经得起电缆护套的完整性试验且没有赋予护套的额外损坏的风险。申请人已发现，具有在电缆外部周围挤出的半导层的电力电缆可降低对半导层下面的护套无意中造成损坏的风险，其中在所述电缆内，半导层的颜色和替代地还在其纹理在视觉上可区分于直接在其下方的聚合物层。根据一个实施方案，电缆包括绝缘芯，具有至少最外部的聚合物层的在绝缘芯周围的护套，和与护套的最外部聚合物层接触的在电缆外部周围的半导层。该半导层的颜色不同于护套的最外部的聚合物层。电缆的绝缘芯可包括金属导线，导线周围的内部半导屏蔽层，在内部半导屏蔽层周围的挤出的绝缘层，在挤出的绝缘层周围的中间半导屏蔽层，和在中间的半导屏蔽层周围的金属丝网。在一个实施方案中，绝缘芯是含多于一根导线的多极电缆。护套优选由低密度聚乙烯(LDPE)，中密度聚乙烯(MDPE)，高密度聚乙烯(HDPE)，聚氯乙烯(PVC)或低烟雾零卤素(LSOH)的材料制造。在一个方面中，护套是具有最外部的聚合物层作为其唯一层的单层。替代地，护套可具有两层或更多层聚合物层，其中一层是最里面的聚合物层，和另一层是最外部的聚合物层。
在电缆的一个实施方案中，半导体层的顔色可以是黑色，而护套的最外部的聚合物层是除了黒色以外的顔色。优选地，最外部的聚合物层是没有添加任何着色剂的聚合物材料的自然色，和半导层是负载有炭黑的聚合物。半导层中的聚合物可以是例如低密度聚こ烯(LDPE)，线性低密度聚こ烯(LLDPE)，中密度聚こ烯(MDPE)，或こ烯こ酸こ烯酯共聚物(EVA)。半导层的厚度优选为半导层和护套的组合厚度的最多20%。这可赋予电缆改进的耐日光性。在另ー实施方案中，半导层具有除了黒色以外的顔色，和护套的最外部的聚合物层是黑色。半导层可以是选自基本上由聚苯胺，聚吡咯和聚こ炔组成的导电聚合物中的至少ー种材料。优选地，半导层包括UV添加剤，以改进耐日光性。半导层或者外部的聚合物层也可由在挤出过程中发泡形成的发泡材料制造。发泡材料层具有比它毗邻的未发泡层粗糙的表面纹理(texture)，从而使得通过颜色和/或纹理可彼此区分护套的最外部的聚合物层和外部半导层。要理解，前述一般说明和下述详细说明均仅仅是例举和解释，而不是对要求保护的发明的限制。以下概述的附图(引入本说明书并构成说明书的一部分)阐述了本发明的实施方案，且与说明书一起起到解释本发明原理的作用。
图1是与ー些公开的实施方案一致的具有两层鞘的电缆的截面视图。图2是与ー些公开的实施方案一致的具有三层鞘的电缆的截面视图。
具体实施例方式现详细地提到本发明的例举实施方案，在附图中阐述了其实例。然而，本发明的公开内容可以许多不同的形式进行实施，且不应当解释为限制到此处列出的实施方案上。在附图中，在任何可能的情况下，相同的数字表示相同的元件。现參考图1，电缆110具有含导线12，环绕导线12的挤出的内部半导层14，包围内部半导层14的电绝缘的挤出层16，在电绝缘层16上的挤出的中间半导层18，和在中间半导层18上的金属丝网20的绝缘电缆芯作为其内部。在绝缘电缆芯内可包括额外的组件，例如水可溶胀的导电或非导电胶带，rip cord和类似物，这是本领域已知的。任选的水可溶胀的胶带可以能够充当水滲透到绝缘电缆芯内部的阻挡层。尽管图1中以单极电缆形式示出，但电缆110替代地可以是多极电缆，例如双极或三极电缆。为了简单起见，图1的下述说明着重在用于电缆110的单极结构上，且本领域的技术人员要理解，视需要，这些说明同样将应用到多极电缆上。导线12可以是电学类型或者混合电学/光学类型的导线。电学类型的导线可以由铜，铝或铝合金制造。尽管图1中以单一元件形式示出，但导线12可以是或者实心或者绞合的，且绞合増加电缆110的挠性。若绞合的话，则电学类型的导线常常包括线材密封胶，以填充其间隙，这有助于防止水沿着导线迁移。混合电学/光学类型导线可包括混合电カ/通信电缆，所述混合电力/通信电缆包括一根或更多根光纤作为导线元件12的一部分。环绕导线12的内部半导层14可包括本领域技术人员已知的用于半导屏蔽层的任何材料且典型地在导线12上挤出。优选地，层14是基于聚乙烯化合物，例如乙烯/丙烯酸丁酯(EBA)，乙烯/丙烯酸乙酯(EEA)，乙烯/丙烯酸甲酯(EMA)，和乙烯/乙酸乙烯酯(EVA)的热塑性或热固性化合物。另外，层14可包括在美国专利Nos.6，569，937，6，417，265，和6，284，832 (热固性材料)和美国专利Nos.6，277，303和6，197，219 (热塑性材料)中所述的“双渗透(double percolation) ”的热塑性和热固性(交联)材料，其中针对相对于双渗透的教导，每一篇在此通过参考引入。电绝缘层16包围内部半导层14。典型地通过挤出施加电绝缘层16，且它在导线12和最接近的电气接地(electrical ground)之间提供电绝缘,从而防止电故障。电绝缘层16可以是具有电绝缘性能的交联或非交联的聚合物组合物，这是本领域已知的且可例如选自:聚烯烃(各种烯烃的均聚物或共聚物)，烯烃/烯键式不饱和酯共聚物，聚酯，聚醚，聚醚/聚酯共聚物，及其共混物。这种聚合物的实例是聚乙烯(PE)，例如线性低密度聚乙烯(LLDPE);聚丙烯(PP);丙烯/乙烯热塑性共聚物；乙烯-丙烯橡胶(EPR)或乙烯-丙烯-二烯烃橡胶(EPDM);天然橡胶；丁基橡胶；乙烯/乙酸乙烯酯(EVA)共聚物；乙烯/丙烯酸甲酯(EMA)共聚物；乙烯/丙烯酸乙酯(EEA)共聚物；乙烯/丙烯酸丁酯(EBA)共聚物；乙烯/a-烯烃共聚物，和类似物。电绝缘层16的例举的厚度为3-30mm。典型地通过挤出施加的中间半导层18环绕电绝缘层16且可包括本领域技术人员已知的用于半导屏蔽层的任何材料。特别地，层18的组合物可选自与以上所述的内部半导层14相同的材料选择。在中间半导层18周围形成金属丝网20，且它可以是铜的同心中性线，铝，钢，铅，或铜或铝层压的带，或者这二者。金属丝网20可以是带，所述带纵向折叠或者螺旋扭曲，以本领域众所周知的方式形成圆周和纵向连续的层。金属丝网20可以是连续的管状组件或者在其自身上折叠并焊接或密封形成管状组件的金属片材。按照这一方式，金属丝网具有数种功能。第一，它确保径向上电缆对任何水渗透的密封性。和第二，丝网在电缆内部产生径向类型的均匀电场。另外，丝网可支持可能出现的任何短路电流。根据数个公开的实施方案，图1中的电缆110进一步包括在绝缘电缆芯周围且具有多层聚合物层的外部鞘层。可在金属丝网20上挤出聚合物层，和优选在丝网20上基本上同时挤出(即共挤出)。如图1所述，外部鞘首先包括在绝缘芯周围形成的护套22。护套22优选是聚合物材料且可通过压力挤出形成。护套22起到保护电缆避免环境，热和机械危险的作用且基本上包封绝缘电缆芯。当挤出时，护套22在绝缘电缆芯上流动。护套的厚度可取决于诸如电缆额定等级和导线大小之类的因素且在工业技术规范中鉴定，这是本领域技术人员众所周知的。作为原则性指导，护套22的厚度范围可以是70-180mil (1.78-4.57mm)。护套22的厚度导致包封鞘，所述包封鞘稳定绝缘电缆芯且维持均匀中性间隔以供电流分布。护套22可以由众所周知且本领域用于电力电缆的一种或更多种的各种材料制造。例如，护套22可以是低密度聚乙烯(LDPE)，中密度聚乙烯(MDPE)，高密度聚乙烯(HDPE)，聚氯乙烯(PVC)，或低烟雾零齒素(LSOH)的材料。参考图1，也通过挤出施加的外部半导层24包围并接触护套22。半导层24包括以下所述的传导材料，所述传导材料使得它能在护套22上进行DC耐受试验使用。根据一个实施方案，包围护套22的外部半导层24在颜色上可与护套22相区分。在其中护套22是常规的黑色情况下，包围护套22的外部半导层24是除了黑色以外的颜色。例如，半导层24可包括当挤出时提供非黑色的颜色的传导材料，例如聚苯胺。聚苯胺取决于其导电率，外观上可以是绿色，白色，无色，蓝色或紫罗兰色。导致非黑色的挤出聚合物的用于半导层24的潜在的传导材料的其他实例是聚吡咯和聚乙炔。黑色护套22和非黑色的半导层24之间的所得色差辅助专业技术人员彼此区分这两层。当切割掉一部分半导层24时，专业技术人员可容易地检测半导层24和在它下方的不同材料之间的界面。因此，专业技术人员能避免无意中切割或者要么损坏护套22。相反，通过使半导层24的颜色为黑色和使下方的材料为除了黑色以外的颜色，半导层24可以区别于直接在它下方的材料。例如，包围护套的薄的半导层24可由炭黑负载的聚合物挤出。护套22(它优选通过与半导层24共挤出，同时形成)可由非黑色的聚合物，例如颜色为自然色的聚合物形成。护套层22可由具有UV添加剂提供耐日光性的天然，未着色的聚乙稀材料，例如获自Dow Chemical Company的DHDA-8864NT以及获自BorealisAG的ME6053和HE6068制造。在包括外部半导层的应用中，使护套为非黑色与要求黑色护套的常规工业实践冲突。半导层24可以是聚合物组合物，所述聚合物组合物通过引入传导材料变为半导性的。用于半导层的聚合物组合物可以由热塑性材料制造。该热塑性材料可由交联或非交联，支化或线性的至少一种热塑性聚合物，例如低密度聚乙烯(LDPE)，线性低密度聚乙烯(LLDPE)，中密度聚乙烯(MDPE)，乙烯乙酸乙烯酯(EVA)，或其混合物制造。该聚合物可以是以上相对于内部半导层14所述的“双渗透”的热塑性或热固性(交联)材料。可在半导层24中使用的传导材料包括例如导电炭黑，例如乙炔黑或炉黑。若使用炭黑，则它的表面积通常大于20m2/g，例如范围为40-500m2/g，这使用众所周知的BET试验方法测量。也可使用具有较大表面积的高导电炭黑。实例包括商业上称为KETJENBLACK EC(Akzo Chemie NV)的炉黑，根据BET试验，其表面积为至少900m2/g，和BLACK PEARLS 2000 (Cabot Corporation),根据 BET 试验,其表面积为 1500m2/g。加入到半导层24用的聚合物基体内的炭黑量可作为使用的聚合物类型和炭黑的函数而变化。典型地，炭黑量范围可以是5-80%,例如范围是10-70%重量,相对于聚合物的重量。半导层24也可提供电缆110耐日光性。例如，UV添加剂可包括在层24用聚合物内。替代地或另外，半导层24的厚度可优选为护套总厚度(也就是说，层22和24的组合厚度)的最多20%，以便赋予根据ICEA标准S-108-720-2004的耐日光性。优选地，半导层24的厚度为至少IOmil (0.254mm)，以辅助耐日光性。在不需要附加的耐日光性的应用中，半导层24的厚度仅仅需要厚度足以覆盖护套22的外表面并提供DC耐受试验所要求的导电率功能即可。在半导层24为黑色和下面的护套22为非黑色的情况下，专业技术人员能更加容易地区分这两种材料，与当它们的颜色常规地均为黑色时相比而言。因此，当制备用于护套完整性试验时，可避免对护套22的无意中损坏。另外，半导层24或者替代地护套22可通过发泡聚合物层，在纹理上区别于相邻层。在本发明的上下文中，措辞“发泡聚合物层”是指其中提供预定百分数的“自由”空间，也就是说没有被聚合物材料，而是被气体或空气占据的空间的一层聚合物材料。在这一方法中，挤出用于层22或24的发泡材料，这导致触摸起来具有比较粗糙感觉的材料，这是因为与紧凑(compact)的聚合物层相比，来自于发泡的泡孔结构所致。在本发明的上下文中，措辞“紧凑的聚合物层”是指非发泡的聚合物材料层，也就是说具有零度发泡的材料层。由在发泡之后，任选地进行过交联的可发泡的聚合物获得发泡的半导聚合物层。可发泡的聚合物可选自聚烯烃，各种烯烃共聚物，烯烃/不饱和酯共聚物，聚酯，聚碳酸酯，聚砜，酚类树脂，脲树脂，及其共混物。合适的聚合物的实例是:聚乙烯(PE)，尤其低密度聚乙烯(LDPE)，中密度聚乙烯(MDPE)，高密度聚乙烯(HDPE)，线性低密度聚乙烯(LLDPE) ’聚丙烯(PP);乙烯/丙烯弹性体共聚物(EPM)或乙烯/丙烯/ 二烯烃三元共聚物(EPDM);天然橡胶；丁基橡胶；乙烯/乙烯酯共聚物，例如乙烯/乙酸乙烯酯(EVA)共聚物；乙烯/丙烯酸酯共聚物，尤其乙烯/丙烯酸甲酯(EMA)，乙烯/丙烯酸乙酯(EEA)，乙烯/丙烯酸丁酯(EBA)共聚物；乙烯/ α -烯烃热塑性共聚物；聚苯乙烯；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)树月旨；卤化聚合物，例如聚氯乙烯(PVC);聚氨酯(PUR);聚酰胺；芳族聚酯，例如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)或聚对苯二甲酸丁二酯(PBT);及其共聚物或机械共混物。可或者用化学的方式，通过使用可在给定压力和温度条件下产生气体的发泡剂，或者用物理的方式，通过注射在高压下的气体到挤出机机筒内，发生发泡。可通过用发泡剂，例如基于偶氮二碳酰胺的发泡剂，或者本领域已知的其他发泡齐U，处理聚合物材料，制备泡沫体。可能的起泡或发泡剂包括偶氮二碳酰胺，对甲苯磺酰基酰肼，有机酸(例如，柠檬酸)与碳酸盐和/或碳酸氢盐(例如碳酸氢钠)的混合物，和类似物。可在高压下注射到挤出机机筒内的气体的实例是氮气，二氧化碳，空气，低沸点的烃，例如丙烷或丁烷，卤代烃，例 如二氯甲烷，三氯氟甲烷，1-氯-1，1- 二氟乙烷，和类似物，或其混合物。在挤出步骤最后，可根据已知技术，例如通过使用过氧化物或者借助硅烷类，交联这些材料。在其中半导聚合物层发泡的这一情况下，在聚合物基体内存在的炭黑量也可作为所选发泡程度和所使用的发泡剂的函数而变化。在具有由发泡或膨胀聚合物黑色材料形成的外部半导层24，同时护套22由非发泡或紧凑的聚合物非黑色材料形成的图1描绘的电缆中，专业技术人员通过触摸以及颜色，可以更加容易地区分半导层24与护套22。类似地，当护套22发泡且外部半导层24非发泡时，这两层可通过触摸和颜色二者彼此区分。专业技术人员应当能在没有损坏护套22的情况下除去薄的半导层24。图2阐述了电力电缆120的另一实施方案。电缆120的结构类似于图1中电缆110描绘的那些，所不同的是该电缆的护套22具有至少两层聚合物层。特别地，护套22包括第一非传导层22-1和第二非传导层22-2。非传导层22-1是护套22的最外部层且直接位于外部半导层24下方。非传导层22-2和22-1起到用于电缆120的两层护套22的作用。通过挤出形成电缆鞘的三层22-2，22-1，和24，且优选基本上同时进行三层挤出。与图1中的电缆110 —样，在图2的电缆120中，外部半导层24可不同于直接在它下方的层，且通过颜色和纹理可区分。在一个实施方案中，外部半导层24和护套层22-2的颜色均为黑色，而中间的非传导层22-1为非黑色，例如自然色。非传导层22-1可包括与护套层22-2相同的一种或更多种材料，所不同的是颜色。类似地，非传导层22-1的材料应当与护套层22-2和外部半导层24相容，以便当一起挤出时，三层粘结。与以上所述的其他实施方案一样，专业技术人员因此能在视觉上区分外部半导层24和直接在它下方的材料。在这一实施方案中，为独立的层22-1。专业技术人员因此能除去外部半导层24且没有损坏护套层22-1。另外，遵照以上针对其他实施方案提供的说明，通过使用用于层24或22-1的发泡材料，外部半导层24可通过纹理区别于非传导层22-1。制造电力电缆，例如110和120的方法可遵照本领域技术人员已知的挤出和电缆制造技术。特别地，可使用常规的方法，形成具有符合电压要求和电缆特定应用需求而选择的材料、层和厚度的绝缘电缆芯。总之，制造方法始于形成绝缘电缆芯，和通过挤出十字头，向前推进绝缘电缆芯。用于护套的各种层的挤出如下所述，例如共挤出用于电缆110的护套22和半导层24，或者用于电缆120的护套层22-2和22_1以及半导层24。可通过使用单一的挤出头或者通过使用串联的数个挤出步骤(例如通过“串联(tandem) ”技术)，进行图1中电缆110的半导层24和护套22的共挤出或者图2中电缆120的层22-2，22-1，以及24的三层挤出。也可在拟用于生产绝缘电缆芯的相同的生产线上或者在独立的生产线上进行共挤出或者三层挤出。若半导层24或护套22发泡，则可在护套22上进行的挤出步骤期间，进行聚合物的发泡。挤出机头的孔隙直径可以略小于期望获得的具有发泡涂层的电缆的最终直径，以便在挤出机外部聚合物的发泡导致实现所需的直径。若期望生产多极电缆，例如三极类型电缆，则可基于本领域技术人员的技术知识，合适地改性针对单极电缆所述的方法。一旦完成，则电缆110和120常规地根据拟评价电缆结构质量的常规测试方法进行检测。这些试验包括以上讨论的DC耐受试验，以寻找护套22内的任何缺陷。根据这一测试方法(如 IEC Standard-Publication 229-Second Edition-1982 年，第 7 页，第 3.1段中所述)牵涉通过电压发生器，在半导层24和直接在护套22下方的金属层20之间施加预定的DC电压。用于电缆110和120的护套的结构提供比较容易且较少破坏地制备电缆用于至少DC耐受试验。实施例1.采用具有1500KCM标称截面积的B级扁平铜导线的绞合线，提供额定138KV的高压电缆。在导线上施加具有50%交叠的两个半导胶带。在半导胶带上挤出最小平均厚度为40mil (1.02mm)的交联半导材料，例如Borealis化合物LE500的进一步的导线
屏蔽层。在导线屏蔽层上挤出最小平均厚度为755mil(19.2mm)的超清洁的交联聚乙烯，例如Borealis化合物LE4201作为绝缘层。在绝缘层上挤出最小点厚度为40mil (1.02mm)和最大点厚度为IOOmil (2.54mm)的交联绝缘屏蔽层，例如Borealis化合物LE0595。在绝缘屏蔽层上施加插有50%交叠的两个水可溶胀的半导铺盖(bedding)胶带。在铺盖胶带上挤出最大平均厚度为120mil(3.05mm)的l/2c铅合金鞘。在该金属鞘上挤出标称厚度为96mil (2.22mm)的自然色的中密度聚乙烯化合物。在自然色护套上和与自然色护套共挤出的是标称厚度为24mil(0.61mm)的黑色MDPE半导层。半导层是总护套厚度的20%，也就是说，自然色护套和半导护套组合厚度的20%，由此赋予电缆耐日光性。
实施例2.根据本发明的实施方案提供额定138KV的高压电缆，所述高压电缆具有圆形分段绞合且紧凑的铜导线以及含插有标称截面积为2500KCM的半导胶带的一根5mil铜胶带的总粘合剂。在导线上施加具有50%交叠的两根半导胶带。在第一对半导胶带上施加具有50%交叠的第二对半导胶带。在半导胶带上施加最小厚度为30mil (0.76mm)的交联半导材料，例如Borealis化合物LE500的进一步的导线屏蔽层。在导线屏蔽层上挤出最小平均厚度为709mil (18.0mm)的超清洁的交联聚乙烯，例如Borealis化合物LE4201作为绝缘层。在绝缘层上挤出最小点厚度为40mil (1.02mm)和最大点厚度为IOOmil (2.54mm)的交联绝缘屏蔽层，例如Borealis化合物LE0595。在绝缘屏蔽层上施加插有25%交叠的两个水可溶胀的半导铺盖(bedding)胶带。在绝缘屏蔽层上施加26根#12AWG实心裸铜线作为同心中性层。在同心中性层上施加铺盖胶带，且铺盖胶带包括具有1.0英寸间隙的一根铜胶带，在高强半导胶带上插有50%的一根水可溶胀的胶带。在这一铺盖胶带上施加由纵向施加且折叠的一根8mil (0.20mm)铝胶带组成的金属湿气阻挡层。在金属湿气阻挡层上施加且粘合到其上的自然色护套包括最小点厚度为IOOmil (2.54mm)和最大点厚度为148mil (3.76mm)的自然色的挤出的线性低密度聚乙烯。在自然色护套上且与自然色护套共挤出的是最小点厚度为25mil(0.64mm)和最大点厚度为37mil(0.94mm)的黑色的线性低密度聚乙烯护套的半导层。该半导层或护套具有20%的护套厚度，也就是说，自然色护套和半导护套的组合厚度的20%，从而赋予电缆耐日光性。本领域的技术人员要理解，可在没有脱离本发明的范围或精神的情况下，对此处公开的电缆结构做出各种改性和变化。考虑此处公开的本发明的说明书和实践，本发明的其他实施方案对本领域的技术人员来说是显而易见的。认为说明书和实施例被视为仅仅例举，和本发明的真实范围与精神通过下述权利要求表示。
权利要求
1.一种电缆，它包括: 绝缘芯； 包围绝缘芯的护套，该护套具有至少最外部的聚合物层；和 与护套的最外部的聚合物层接触的在电缆外部周围的半导层，该半导层的颜色不同于护套中最外部的聚合物层。
2.权利要求1的电缆，其中绝缘芯包括金属导体，包围导体的内部半导屏蔽层，在内部半导屏蔽层周围的挤出绝缘层，在挤出绝缘层周围的中间半导屏蔽层，和包围中间半导屏蔽层的金属丝网。
3.权利要求2的电缆，其中电缆是在绝缘芯内具有多于一个的导体的多极电缆。
4.权利要求1的电缆，其中护套包括低密度聚乙烯(LDPE)，中密度聚乙烯(MDPE)，高密度聚乙烯(HDPE)，聚氯乙烯(PVC)或低烟雾零卤素(LSOH)的材料中之一。
5.权利要求1的电缆，其中护套包括两层聚合物层，一层是最里面的聚合物层和另一层是最外部的聚合物层。
6.权利要求1的电缆，其中半导层为黑色，和最外部的聚合物层是除了黑色以外的颜色。
7.权利要求6的电缆，其中最外部的聚合物层是没有添加着色剂的自然色的聚合物层。
8.权利要求1的电缆，其中半导层包括选自下述之一的至少一种热塑性聚合物:低密度聚乙烯(LDPE)，线性低密度聚乙烯(LLDPE)，中密度聚乙烯(MDPE)和乙烯乙酸乙烯酯(EVA)。
9.权利要求1的电缆，其中半导层的厚度为护套与半导层的组合厚度的最多20%，以便改进电缆的耐日光性。
10.权利要求1的电缆，其中半导层是除了黑色以外的颜色，和最外部的聚合物层是黑色。
11.权利要求10的电缆，其中半导层是选自基本上由聚苯胺，聚吡咯和聚乙炔组成的导电聚合物中的材料。
12.权利要求1的电缆，其中半导层包括UV添加剂，以改进电缆的耐日光性。
13.权利要求1的电缆，其中半导层是发泡材料。
14.权利要求1的电缆，其中半导层具有比护套的最外部层粗糙的表面纹理。
15.权利要求1的电缆，其中护套的最外部层是发泡材料。
16.权利要求1的电缆，其中护套的最外部层具有比半导层粗糙的表面纹理。
全文摘要
电缆具有在电缆护套(22)的最外层周围挤出并与之接触的外部半导层(24)。护套(22)可具有多层聚合物层(22-1，22-2)。半导层(24)通过至少颜色和可能地也通过纹理，可与直接在其下方的护套(22)的最外部层相区分。当除去半导层(24)用于护套完整性试验时，半导层(24)和护套(22)的最外部层之间可区分的特征降低了对护套(22)无意中损坏的风险。
文档编号H01B7/36GK103098145SQ201080067420
公开日2013年5月8日 申请日期2010年5月27日 优先权日2010年5月27日
发明者F·库其塔, P·克普伦, G·沙弗里亚, N·凯利 申请人:普睿司曼电力电缆及系统美国有限责任公司