Cable de corriente eléctrica con capas poliméricas expandidas.

Un cable (300) que comprende:

al menos dos núcleos, estando los al menos dos núcleos trenzados juntos para formar un elementomontado;

una capa interior de la funda (330) que comprende un material polimérico circundante y teniendosustancialmente la forma de la periferia del elemento montado, siendo una sección transversal de la capade funda interior y el elemento montado no circular;

una armadura metálica (340) que tiene una sección transversal sustancialmente circular que rodea y encontacto con la capa interior de la funda (330); y

una funda exterior polimérica (350) que rodea la armadura metálica (340) y que forma el exterior del cable,caracterizado porque el material polimérico es un material polimérico expandido y en que la armadurametálica contacta parcialmente con la capa interior de la funda.

Cable de corriente eléctrica con capas poliméricas expandidas

Campo técnico

La presente invención se refiere en general a cables de alimentación eléctrica que tienen un peso y un coste de material reducidos. Más específicamente, se refiere a cables multipolares de baja y media tensión que tienen materiales expandidos en una o más capas de la funda.

Antecedentes Un cable de energía eléctrica eficaz debe satisfacer varias necesidades estructurales competitivas. Por un lado, un cable de alimentación debe ser de peso ligero, fácil de manejar, y barato de producir. Por otra parte, un cable debe ser de construcción sólida, presentar buenas propiedades de retardo de fuego (si es necesario) , y ser lo suficientemente rígido como para soportar los rigores de los elementos y los esfuerzos ejercidos sobre el mismo durante la instalación. La maximización de cualquiera de estas características, sin embargo, a menudo tiene un impacto perjudicial sobre al menos uno de los demás. Por otra parte, las características no funcionales, tales como el acabado de la superficie del cable terminado, a menudo juegan un factor en el nivel de aceptación de un cable de alimentación. En consecuencia, los cables de alimentación existentes, tales como el cable representado en las figuras 1 y 2, típicamente buscan un compromiso entre estas necesidades.

La figura 1 es una vista en sección transversal de un cable convencional ejemplar. El cable contiene tres “núcleos”, siendo cada núcleo una estructura semifinita que comprende un elemento conductor 105 y al menos una capa de aislamiento eléctrico 120 colocada en una posición radialmente externa al elemento conductor 105. Al considerar un cable para la alimentación eléctrica de media tensión, el núcleo también puede comprender una cubierta semiconductora interna 115 situada en una posición radialmente externa al elemento conductor, una cubierta semiconductora externa ubicada en una posición radialmente externa a la capa de aislamiento eléctrico 125, y una pantalla de metal en una posición radialmente externa a la cubierta semiconductora externa (no se muestra) .

Para los propósitos de la presente descripción, el término "cable multipolar" significa un cable provisto de al menos un par de núcleos, tal como se definieron anteriormente. Con más detalle, si el cable multipolar tiene un número de núcleos igual a dos, el cable técnicamente se denomina un "cable bipolar", y si el número de núcleos es de tres el cable se conoce como un "cable tripolar." El cable convencional de la figura 1 es un cable tripolar.

Los núcleos, junto con los cables de tierra 110, se unen entre sí para formar un denominado “elemento montado”. Preferiblemente, la unión se lleva a cabo mediante el bobinado en forma helicoidal de los núcleos y los cables de tierra juntos, con un paso predeterminado. Como resultado de la unión y del bobinado de los núcleos, el elemento montado tiene una pluralidad de áreas intersticiales 130, que se definen por los espacios entre los núcleos y los cables de tierra. En otras palabras, la unión y el bobinado de los núcleos y su forma circular dan lugar a una pluralidad de vacíos entre ellos.

El proceso de producción de un cable multipolar convencional comprende la etapa de llenar las áreas intersticiales 130 para conferir una forma circular al elemento montado. Las áreas intersticiales, que también se conocen como “áreas de estrella”, generalmente se llenan con un material de relleno de tipo convencional (por ejemplo, un material polimérico aplicado por extrusión) . La forma circular resultante proporciona un cuerpo sólido con una apariencia y una sensación simétricas.

El cable se finaliza mediante la aplicación de al menos otra capa, la naturaleza de la cual, así como el número de capas, depende del tipo de cable multipolar a obtener. En el cable convencional de la figura 1, una capa de cinta con aglutinante 135 puede ser proporcionada en una posición radialmente externa al elemento montado, y una capa de funda interior polimérica 140 se proporciona en una posición radialmente externa a la cinta con aglutinante. Esta capa de funda interior 140 está hecha típicamente de un material polimérico y se extrude sobre la cinta aglutinante. Dada la sección transversal circular del elemento montado, la capa de funda interior 140 asume la forma del material aglutinante o del material de relleno, es decir, el interior de la funda también se convierte en circular en sección transversal. Por último, se proporciona una armadura metálica 145 en una posición radialmente externa a la capa de funda interior 140, y todo el cable está revestido de una funda exterior polimérica 150.

La figura 2 es una vista en perspectiva longitudinal del cable convencional de la figura 1. La misma numeración se ha utilizado que en la figura 1 para mostrar la correlación entre los dibujos. La figura 2 ilustra la concentricidad proporcionada por el material de relleno 130 en los vacíos alrededor y entre los elementos conductores 105.

Este tipo de cable convencional, históricamente se ha empleado en aplicaciones de cables de potencia industriales y comerciales (por ejemplo, instalación de bandejas portacables, canaletas y escaleras) como un reemplazo para el cable encerrado en un conducto de metal y ciertas clasificaciones de áreas peligrosas según la definición de los códigos y autoridades locales. Para entornos peligrosos combustibles, la funda exterior del cable a menudo comprende polímeros retardantes del fuego. Estos cables cumplen con las pruebas de resistencia a la llama reguladas a nivel nacional, como se definen en las normas IEEE-1202 ("Standard for IEEE Standard for Flame

Testing of Cables for Use in Cable Tray in Industrial and Commercial Occupancies") , UL-1685 ("Standard for Vertical Tray Fire Propagation and Smoke Release Test for Electrical and Optical Fiber Cables") , CSA std. C22.2 FT-4 (prueba de la llama vertical) y IEC 332-3 (prueba de propagación de la combustión de alta energía, de bandeja vertical) especificaciones. Por ejemplo, para satisfacer los requisitos de CSA Std. C22.2 FT-4, el cable se somete a un quemador montado a 20°desde la horizontal con el quemador hacia arriba. Para pasar la prueba, el cable sólo puede carbonizar a menos de 1, 5 m del quemador. Los otros estándares requieren someter el cable a pruebas retardantes de fuego similares.

Por un número de razones (por ejemplo, reducción de peso) , los materiales poliméricos expandidos se han utilizado para los materiales de relleno y de enfundado convencionales. Los materiales poliméricos expandidos son polímeros que tienen una densidad reducida ya que el gas ha sido introducido en el polímero, mientras que está en un estado plastificado o fundido. Este gas, que puede introducirse química o físicamente, produce burbujas dentro del material, lo que resulta en vacíos. Un material que contiene estos vacíos generalmente exhibe propiedades deseables, tales como la reducción de peso y la capacidad de proporcionar más amortiguación uniforme que un material sin los vacíos. La adición de una gran cantidad de gas da como resultado en un material mucho más ligero, pero la adición de demasiado gas puede impactar negativamente en el acabado de la superficie del polímero y reducir un poco de la elasticidad del material.

El material expandido se extrude para formar su forma deseada. Después que el material sale de la boquilla de extrusión, se estira y se enfría. El grado de estiramiento se define por la relación de estiramiento. Más específicamente, la relación de estiramiento se calcula como la relación entre el área de sección transversal del material a medida que sale de la matriz de extrusión respecto al área de sección transversal del material después del enfriamiento. Los solicitantes han reconocido que el control de la relación de estiramiento puede ayudar a lograr un grado relativamente alto de expansión mientras que se mantienen también la resistencia requerida y la consecución de un acabado superficial liso.

Varias publicaciones describen los cables de alimentación que incluyen materiales expandidos. Por ejemplo, el documento WO 02/45100 A1 da a conocer un cable convencional modificado usando un material expandido como material de relleno entre las áreas intersticiales creadas en el elemento montado. El uso de material expandido como material de relleno da como resultado un cable que es más ligero que el cable convencional y proporciona una mejor resistencia al impacto. Pero debido a la expansión algo impredecible del relleno descrito en esa publicación, se requiere una capa de contención para lograr un cable sustancialmente circular. Esta capa requiere un procesamiento adicional,... [Seguir leyendo]

1. Un cable (300) que comprende:

al menos dos núcleos, estando los al menos dos núcleos trenzados juntos para formar un elemento 5 montado;

una capa interior de la funda (330) que comprende un material polimérico circundante y teniendo sustancialmente la forma de la periferia del elemento montado, siendo una sección transversal de la capa de funda interior y el elemento montado no circular;

una armadura metálica (340) que tiene una sección transversal sustancialmente circular que rodea y en 10 contacto con la capa interior de la funda (330) ; y

una funda exterior polimérica (350) que rodea la armadura metálica (340) y que forma el exterior del cable, caracterizado porque el material polimérico es un material polimérico expandido y en que la armadura metálica contacta parcialmente con la capa interior de la funda.

2. El cable de la reivindicación 1, en el que el cable tiene dos núcleos y siendo la sección transversal del elemento 15 montado y la capa de funda interior sustancialmente en forma oblonga.

3. El cable de la reivindicación 1, en el que el cable tiene tres núcleos y la sección transversal del elemento montado y la capa de funda interior es sustancialmente de forma triangular.

4. El cable de la reivindicación 1, en el que el cable tiene cuatro núcleos y la sección transversal del elemento montado y la capa de funda interior es sustancialmente en forma de diamante.

5. El cable de la reivindicación 1, en el que la capa interior de la funda en una posición de puente entre dos conductores trenzados es cóncava en una dirección hacia el eje del cable.

6. El cable de la reivindicación 1, que comprende además intersticios interiores entre los conductores trenzados en un lado axial de la capa de funda interior.

7. El cable de la reivindicación 1, que comprende además intersticios exteriores entre la capa de funda interna y la 25 armadura metálica, estando los intersticios exteriores sustancialmente desprovistos de material de relleno.

8. El cable de la reivindicación 7, en el que el número de intersticios exteriores es igual al número de núcleos en el cable.

9. El cable de la reivindicación 6, que comprende además un material de relleno dentro de al menos uno de los intersticios interiores.

10. El cable de la reivindicación 9, en el que el material de relleno comprende material fibroso o extruido.

11. El cable de la reivindicación 1, en el que la capa de funda interior está formada por extrusión con una relación de estiramiento de aproximadamente 1, 4:1 hasta aproximadamente 1, 9:1.

12. El cable de la reivindicación 1, en el que el material polimérico expandido de la capa de funda interior comprende al menos un material seleccionado del grupo que consiste en cloruros de polivinilo (PVC) , acetatos de etileno vinilo

(EVA) , polietileno de baja densidad, polietileno lineal de baja densidad, polietileno de media densidad, polietileno de alta densidad, polipropileno, y polietileno clorado.

13. El cable de la reivindicación 1, en el que el material polimérico expandido de la capa de funda interior tiene un grado de expansión en el intervalo de aproximadamente 2% hasta aproximadamente 50%.

14. El cable de la reivindicación 13, en el que el material polimérico expandido de la capa de funda interior tiene un 40 grado de expansión en el intervalo de aproximadamente 10% hasta aproximadamente 12%.

15. El cable de la reivindicación 11, en el que el material polimérico expandido de la capa de funda interior está formado por extrusión con una relación de estiramiento de aproximadamente 1, 6:1 hasta aproximadamente 1, 8:1 y tiene un grado de expansión en el intervalo de aproximadamente 30% hasta aproximadamente 35 %.

16. El cable de la reivindicación 1, en el que el material polimérico de revestimiento exterior comprende un material 45 expandido.

17. Un procedimiento de fabricación de un cable eléctrico que comprende:

proporcionar al menos dos núcleos para formar un elemento montado; expandir un material polimérico con un agente de formación de espuma exotérmica;

extrudir el material polimérico expandido en una capa alrededor del elemento montado, el material expandido que tiene una relación de estiramiento de aproximadamente 1, 4:1 hasta aproximadamente 1, 9:1 y que colapsa en el elemento montado;

aplicar una armadura metálica alrededor del material polimérico expandido, la armadura es sustancialmente circular y crear una pluralidad de vacíos entre la armadura y el material polimérico expandido;

extrudir de una funda exterior en la armadura metálica.

18. El procedimiento de la reivindicación 17, en el que el agente de formación de espuma exotérmica es un agente de formación de espuma de fase diluida.

19. El procedimiento de la reivindicación 17, en el que el agente de formación de espuma de fase diluida es un material a base de azodicarbonamida.

20. El procedimiento de la reivindicación 17, en el que el material polimérico expandido de la capa de funda interior tiene un grado de expansión en el intervalo de aproximadamente 2% hasta aproximadamente 50%.

21. El procedimiento de la reivindicación 20, en el que el material polimérico se expande en el intervalo de 15 aproximadamente 10% hasta aproximadamente 12%.

22. El procedimiento de la reivindicación 20, en el que el material polimérico se expande en el intervalo de aproximadamente 30% hasta aproximadamente 35% y se extrude con una relación de estiramiento de aproximadamente 1, 6:1 hasta aproximadamente 1, 8:1.

23. El procedimiento de la reivindicación 17, en el que el elemento montado incluye intersticios interiores y que 20 comprende además la extrusión de material de relleno en al menos un intersticio interior.

24. El procedimiento de la reivindicación 17, en el que el material polimérico expandido comprende al menos un material seleccionado del grupo que consiste en cloruros de polivinilo (PVC) , acetatos de etileno vinilo (EVA) , polietileno de baja densidad, polietileno lineal de baja densidad, polietileno de media densidad, polietileno de alta densidad, polipropileno, y polietileno clorado.

25. El procedimiento de la reivindicación 17, que comprende además la conformación con espuma un material que comprende la cubierta exterior antes de la extrusión de la funda exterior sobre la armadura metálica.