BR112012014336B1

BR112012014336B1 - HIGH VOLTAGE CURRENT CABLE

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Publication number: BR112012014336B1
Authority: BR
Publication date: 2019-07-23

Description

“CABO DE CORRENTE CONTÍNUA DE ALTA VOLTAGEM”“HIGH VOLTAGE DC POWER CABLE”

Fundamentos da invençãoFundamentals of the invention

A presente invenção se refere a um cabo de corrente contínua (CC) de alta voltagem tendo um isolamento estratificado impregnado. Mais particularmente, a presente invenção se refere a um cabo de corrente contínua (CC) de alta voltagem tendo um isolamento estratificado feito de um laminado de papel-polipropileno impregnado com um fluido eletricamente isolante, o mencionado cabo sendo adequado para instalações terrestres ou, de preferência, submarinas.The present invention relates to a high voltage direct current (DC) cable having impregnated stratified insulation. More particularly, the present invention relates to a high voltage direct current (DC) cable having a stratified insulation made of a polypropylene paper laminate impregnated with an electrically insulating fluid, said cable being suitable for terrestrial installations or, preferably underwater.

Para os fins da presente descrição e das reivindicações anexas, pelo termo “alta voltagem” queremos dizer uma voltagem de pelo menos 35kV, e pelo termo “voltagem muito elevada” queremos dizer uma voltagem de pelo menos 200kV, de preferência, de pelo menos 300kV.For the purposes of this description and the appended claims, by the term "high voltage" we mean a voltage of at least 35kV, and by the term "very high voltage" we mean a voltage of at least 200kV, preferably at least 300kV .

Cabos com isolamento estratificado impregnado são conhecidos, nos quais o condutor elétrico é eletricamente isolado pelo enrolamento de finas tiras feitas de papel ou, de preferência, de um laminado de multicamadas de papel-poliolefina (tipicamente, polipropileno). O isolamento estratificado é, então, completamente impregnado com um fluido tendo elevada resistividade elétrica e uma viscosidade predeterminada, cuja importância será explicada mais adiante.Cables with impregnated stratified insulation are known, in which the electrical conductor is electrically insulated by winding thin strips made of paper or, preferably, a multilayer laminate of paper-polyolefin (typically polypropylene). The stratified insulation is then completely impregnated with a fluid having high electrical resistivity and a predetermined viscosity, the importance of which will be explained later.

Como reportado, por exemplo, pela US 6.207.261, exemplos de cabos elétricos impregnados de corrente contínua (CC) e de corrente alternada (CA) incluem:As reported, for example, by US 6,207,261, examples of electrical cables impregnated with direct current (DC) and alternating current (AC) include:

cabo independente carregado com óleo (OF) impregnado com óleo isolante tendo uma viscosidade relativamente baixa, suprido por um aparelho de suprimento de óleo provido em uma ou ambas as extremidades da linha do cabo de modo que a camada isolante seja mantida sob uma pressão positiva pelo óleo isolante; cabo OF (POF) tipo tubo de alta pressão (POF) empregado pela inserção de um núcleo de cabo (conjunto de condutores e isolamento de cabo) em um tubo de aço previamente instalado, evacuando o tubo de aço e carregando-o com um óleo isolante tendo uma viscosidade ligeiramente maior do que a do óleo isolante para o cabo OF.;independent oil-loaded cable (OF) impregnated with insulating oil having a relatively low viscosity, supplied by an oil supply apparatus provided at one or both ends of the cable line so that the insulating layer is maintained under a positive pressure by the insulating oil; high pressure tube (POF) OF cable (POF) used by inserting a cable core (set of conductors and cable insulation) into a steel tube previously installed, evacuating the steel tube and loading it with an oil insulation having a slightly higher viscosity than that of the insulating oil for the OF cable .;

cabo impregnado com massa (ou sólido) sendo impregnado com um óleo isolante tendo uma viscosidade maior do que a do óleo isolante para o cabo POF coberto por bainha metálica.mass-impregnated (or solid) cable being impregnated with an insulating oil having a higher viscosity than that of the insulating oil for the POF cable covered by a metal sheath.

Cabos impregnados de massa de corrente contínua de alta voltagem (HVDC) são especialmente úteis para transporte de energia elétrica por longas distâncias, especialmente ao longo de linhas submarinas, conforme, por exemplo, US 4.782.194 ou WO 99/33.068. Além das vantagens providas pelo transporte de corrente contínua (por exemplo, com perdas dielétricas consistentemente reduzidas), os cabos HCDC não sofrem de migração de fluido encontrada em cabos impregnados com massa HVAC (corrente alternada de alta voltagem). Cabos impregnados com óleo HVAC são normalmente do tipo OF ou POF acima mencionados.Cables impregnated with high voltage direct current (HVDC) are especially useful for transporting electrical energy over long distances, especially along subsea lines, as per, for example, US 4,782,194 or WO 99 / 33,068. In addition to the advantages provided by direct current transport (for example, with consistently reduced dielectric losses), HCDC cables do not suffer from fluid migration found in cables impregnated with HVAC (high voltage alternating current) mass. Cables impregnated with HVAC oil are normally of the OF or POF type mentioned above.

GB 2.196.781 descreve composições conhecidas para impregnar isolamento em camadas para cabo de CC tendo uma viscosidade, à temperatura ambiente (20°C) entre lOcm /s e 500cm /s.GB 2,196,781 describes known compositions for impregnating layered insulation for DC cable having a viscosity, at room temperature (20 ° C) of between 10 cm / s and 500 cm / s.

A etapa de impregnar o laminado de papel-polipropileno com o fluido é crítica. Em particular, o núcleo de cabo laminado semiacabado é submerso no fluido e deixado ficar por um período tipicamente de cerca de 30 dias para permitir que o fluido penetre mesmo nas camadas mais radialmente internas do laminado. Uma penetração total e completa do fluido é de máxima importância para evitar uma redução significativa do desempenho elétrico. Durante a impregnação, o laminado se dilata por certa extensão, o fenômeno sendo devido principalmente à dilatação da camada de polipropileno. Esta dilatação podería causar deslaminação. A possível separação de uma camada da outra, mesmo se parcial, tem consequências extremamente sérias sobre a funcionalidade do cabo. Esforços têm sido feitos para aumentar a adesão entre o papel e o polipropileno para se obter um laminado com uma maior resistência à dilatação. Características como densidade e permeabilidade do papel, cristalinidade do polipropileno e tratamento especial na fabricação do laminado foram consideradas.The step of impregnating the polypropylene paper laminate with the fluid is critical. In particular, the semi-finished laminated cable core is submerged in the fluid and allowed to stay for a period of typically about 30 days to allow the fluid to penetrate even the most radially inner layers of the laminate. Total and complete penetration of the fluid is of utmost importance to avoid a significant reduction in electrical performance. During impregnation, the laminate expands to a certain extent, the phenomenon being mainly due to the expansion of the polypropylene layer. This dilation could cause delamination. The possible separation of one layer from the other, even if partial, has extremely serious consequences on the functionality of the cable. Efforts have been made to increase the adhesion between paper and polypropylene to obtain a laminate with greater resistance to expansion. Characteristics such as density and permeability of the paper, crystallinity of the polypropylene and special treatment in the manufacture of the laminate were considered.

O uso de um fluido de alta viscosidade, como geralmente empregado em cabos impregnados com massa, toma o processo de impregnação ainda mais crítico, como explicado abaixo.The use of a high viscosity fluid, as generally employed in cables impregnated with grease, makes the impregnation process even more critical, as explained below.

A patente US 5.850.055 se refere a um cabo elétrico para altas e muito altas voltagens, nos quais os condutores são circundados por um isolamento estratificado impregnado com um fluido isolante, o mencionado isolamento sendo constituído por um laminado de papel/polipropileno/papel onde a camada central é formada por uma película de polipropileno irradiada, ou seja, uma película de polipropileno irradiada com radiações ionizantes de alta energia. O fluido isolante é um óleo tendo uma viscosidade muito baixa, da ordem de 0,05cm /s a 0,15cm /s, e uma resistividade de pelo menos 1016ohm/cm, como óleos minerais, alquil naftalenos e alquil benzenos. O papel tem uma baixa densidade, tipicamente uma densidade máxima deThe US patent 5,850,055 refers to an electrical cable for high and very high voltages, in which the conductors are surrounded by a stratified insulation impregnated with an insulating fluid, the said insulation being constituted by a laminate of paper / polypropylene / paper where the central layer is formed by an irradiated polypropylene film, that is, a polypropylene film irradiated with high energy ionizing radiation. The insulating fluid is an oil having a very low viscosity, on the order of 0.05 cm / s to 0.15 cm / s, and a resistivity of at least 1016 ohm / cm, such as mineral oils, alkyl naphthalenes and alkyl benzenes. Paper has a low density, typically a maximum density of

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0,85g/cm , de preferência, entre 0,65 e 0,75g/cm . Tipicamente, o papel tem uma impermeabilidade a ar variando de 10x10⁶ a 3 0x10⁶ unidades Emanueli (correspondente a unidade Gurley x 455) / espessura do papel (mm)).0.85g / cm, preferably between 0.65 and 0.75g / cm. Typically, the paper has an air tightness ranging from 10x10 ⁶ to 3 0x10 ⁶ Emanueli units (corresponding to Gurley unit x 455) / paper thickness (mm)).

O cabo descrito pela patente acima mencionada é impregnado com um óleo de baixa viscosidade que não é adequado para cabos impregnados em massa.The cable described by the aforementioned patent is impregnated with a low viscosity oil which is not suitable for mass impregnated cables.

US 6.207.261 se refere a um papel laminado de isolamento elétrico compreendendo uma ou duas lâminas de um papel Kraft isolante e uma camada de película de plástico de uma resina de poliolefina intergrada por extrusão por fusão, que foi calandrada ou supercalandrada, por meio de enfeixamento de linha do que a sua espessura total varia de 30 a 200pm e a proporção da camada de película de plástico variando de 40 a 90%. Exemplos de laminados compreendendo um papel com uma densidade de 0,700,72g/cm² e uma impermeabilidade a ar de 2500-3000s/100ml são comparados a laminados compreendendo papel com uma densidade de 1,09l,13g/cm² e uma impermeabilidade a ar de pelo menos lOO.OOOs/lOOml (correspondente a 100.000 Gurley/s). Os laminados foram sujeitos a teste de envelhecimento a uma temperatura de 100°C em um óleo de alquil benzeno (um óleo isolante de baixa viscosidade) usado em cabo OF por 24 horas. Após envelhecimento, a resistência adesiva entre camadas de papel e a camada de polipropileno foi medida: os espécimes comparativos usando papel de alta densidade e alta impermeabilidade a ar mostraram uma resistência adesiva muito fraca e sofreram completo descamamento das camadas durante ou após mergulho no óleo de alquil benzeno.US 6,207,261 refers to an electrical insulating laminated paper comprising one or two sheets of insulating Kraft paper and a layer of plastic film of a polyolefin resin intergrated by melt extrusion, which has been calendered or supercalendered, by means of line bundling than its total thickness varies from 30 to 200pm and the proportion of the plastic film layer varying from 40 to 90%. Examples of laminates comprising a paper with a density of 0.700.72g / cm ² and an air impermeability of 2500-3000s / 100ml are compared to laminates comprising paper with a density of 1.09l, 13g / cm ² and an air impermeability of at least 100,000 / 100ml (corresponding to 100,000 Gurley / sec). The laminates were subjected to an aging test at a temperature of 100 ° C in an alkyl benzene oil (a low viscosity insulating oil) used in OF cable for 24 hours. After aging, the adhesive strength between layers of paper and the polypropylene layer was measured: the comparative specimens using high density paper and high air impermeability showed very low adhesive resistance and suffered complete flaking of the layers during or after diving in the oil. alkyl benzene.

Sumário da invençãoSummary of the invention

Foi enfrentado o problema de aumentar desempenho e confiabilidade de cabos de corrente contínua de alta e muito alta voltagem (adiante coletivamente referida como “alta voltagem”, a não ser se indicado de outra forma) tendo um isolamento estratificado impregnado, em que a impregnação é executada pelo uso de um fluido isolante de alta viscosidade (viscosidade cinemática de pelo menos lOcm /s a 60°C). O uso de um fluido isolante com tal viscosidade elevada é conveniente em cabos de CC e reduz a migração do fluido isolante dentro do laminado impregnado em consequência de ciclos termais aos quais o cabo de CC é sujeito durante operação. Migração descontrolada do fluido isolante pode causar microcavidades no isolamento estratificado, com consequentes riscos de descargas elétricas e, por conseguinte, de ruptura de isolamento.The problem of increasing the performance and reliability of high and very high voltage direct current cables (hereinafter collectively referred to as “high voltage”, unless otherwise stated) was faced with stratified impregnated insulation, where impregnation is performed by the use of a high viscosity insulating fluid (kinematic viscosity of at least 10 cm / s at 60 ° C). The use of an insulating fluid with such a high viscosity is convenient in DC cables and reduces the migration of the insulating fluid within the impregnated laminate as a result of thermal cycles to which the DC cable is subjected during operation. Uncontrolled migration of the insulating fluid can cause microcavities in the stratified insulation, with consequent risks of electrical discharges and, therefore, of rupture of insulation.

Conforme já mencionado, uma das causas principais de ruptura de cabos maciçamente impregnados é a dilatação do laminado quando posto em contato com o fluido isolante, particularmente a dilatação da camada de polipropileno que é muito mais propensa a absorver os hidrocarbonetos contidos no fluido isolante do que as camadas de papel. Dilatação do polipropileno pode, eventualmente, causar deslaminação: uma separação entre camadas adjacentes, ainda que parcial, pode causar sérios danos que prejudicariam a funcionalidade do cabo.As already mentioned, one of the main causes of rupture of massively impregnated cables is the expansion of the laminate when brought into contact with the insulating fluid, particularly the expansion of the polypropylene layer which is much more likely to absorb the hydrocarbons contained in the insulating fluid than the layers of paper. Dilatation of the polypropylene can eventually cause delamination: a separation between adjacent layers, even if partial, can cause serious damage that would impair the functionality of the cable.

Observou-se que uma etapa crítica que deve ser cuidadosamente controlada para evitar deslaminação é a etapa de impregnação do isolamento estratificado com o fluido isolante. Devido à elevada viscosidade deste último, esta etapa de impregnação é muito demorada e inconveniente, uma vez que requer imersão completa do cabo isolado em um tanque carregado com o fluido isolante, que gradativamente penetra através das camadas laminadas até total impregnação ser obtida. Este processo é geralmente executado a uma temperatura acima de 100°C durante vários dias ou mesmo semanas (tipicamente, de 20 a 40 dias).It was observed that a critical step that must be carefully controlled to avoid delamination is the step of impregnating the stratified insulation with the insulating fluid. Due to the high viscosity of the latter, this impregnation step is very time-consuming and inconvenient, since it requires complete immersion of the insulated cable in a tank loaded with the insulating fluid, which gradually penetrates through the laminated layers until total impregnation is obtained. This process is usually carried out at a temperature above 100 ° C for several days or even weeks (typically 20 to 40 days).

Particularmente, verificou-se que uma fase chave do processo de impregnação corresponde, aproximadamente, aos primeiros dez dias do próprio processo, durante os quais as camadas externas do isolamento estratificado, que são as primeiras entrar em contato com o fluido isolante, são sujeitas a uma significativamente dilatação, que pode prejudicar a impregnação das camadas laminadas radialmente internas. Por conseguinte, o processo de impregnação deve ser prolongado para permitir que a maior parte das camadas laminadas internas seja totalmente impregnada pelo fluido isolante. Este tempo prolongado a alta temperatura podería causar uma deterioração de desempenho elétrico e mecânico e uma dilatação excessiva das fitas de isolamento laminadas externas.In particular, it was found that a key phase of the impregnation process corresponds approximately to the first ten days of the process itself, during which the outer layers of the stratified insulation, which are the first to come into contact with the insulating fluid, are subjected to a significant expansion, which can impair the impregnation of the radially internal laminated layers. Therefore, the impregnation process must be prolonged to allow most of the internal laminate layers to be fully impregnated by the insulating fluid. This prolonged time at high temperature could cause a deterioration of electrical and mechanical performance and an excessive expansion of the external laminated insulation tapes.

Verificou-se que é possível melhorar o desempenho e confiabilidade de um cabo de alta voltagem, particularmente para aplicações de corrente contínua como descrito acima, por prover um laminado de propileno com uma dilatação (reduzida) controlada logo nas etapas iniciais do processo de impregnação. Para se obter o resultado acima, a camada de polipropileno é acoplada a pelo menos uma camada de papel tendo uma impermeabilidade a ar de pelo menos 100.000 Gurley/s. Esta elevada impermeabilidade a ar (note que, quanto maior o valor medido de Gurley/s, maior será a impermeabilidade a ar do papel) foi verificada como sendo associada à capacidade do papel reduzir significativamente a dilatação da(s) nada(s) de polipropileno durante impregnação com um fluido altamente isolante. Particularmente, uma dilatação não maior do que 1%, de preferência, não maior do que 2%, é obtida após imersão do laminado em um fluido isolante, tendo uma viscosidade cinemática de pelo menos l.OOOcm /s a 60°C, a uma temperatura de 120°C por um período de 240 horas. A capacidade de tal laminado manter um grau de dilatação dentro dos mencionados limites aceitáveis impede deslaminação até o final do processo de impregnação para todo o isolamento estratificado. Este resultado é obtido sem aumentar a duração da etapa de impregnação.It was found that it is possible to improve the performance and reliability of a high voltage cable, particularly for direct current applications as described above, by providing a propylene laminate with controlled (reduced) expansion in the early stages of the impregnation process. To obtain the above result, the polypropylene layer is coupled to at least one paper layer having an air impermeability of at least 100,000 Gurley / s. This high air tightness (note that the higher the measured Gurley / s value, the greater the air tightness of the paper) was found to be associated with the ability of the paper to significantly reduce the swelling of the polypropylene during impregnation with a highly insulating fluid. Particularly, an expansion of not more than 1%, preferably not more than 2%, is obtained after immersion of the laminate in an insulating fluid, having a kinematic viscosity of at least 100cm / s at 60 ° C, at a 120 ° C for a period of 240 hours. The ability of such a laminate to maintain a degree of expansion within the aforementioned acceptable limits prevents delamination until the end of the impregnation process for the entire stratified insulation. This result is achieved without increasing the duration of the impregnation step.

Portanto, de acordo com um primeiro aspecto, a presente invenção se refere a um cabo de corrente contínua (CC) de alta voltagem compreendendo:Therefore, according to a first aspect, the present invention relates to a high voltage direct current (DC) cable comprising:

pelo menos um condutor elétrico, pelo menos uma camada semicondutora, pelo menos um isolamento estratificado feitos de enrolamentos de pelo menos um laminado de papel-polipropileno, o mencionado isolamento estratificado sendo impregnado com pelo menos um fluido eletricamente isolante, em que o pelo menos um fluido eletricamente isolante tem uma viscosidade cinemática de pelo menos l.OOOcm /s a 60°C;at least one electrical conductor, at least one semiconductor layer, at least one stratified insulation made from windings of at least one polypropylene paper laminate, said stratified insulation being impregnated with at least one electrically insulating fluid, wherein at least one electrically insulating fluid has a kinematic viscosity of at least 100 cm / s at 60 ° C;

em que o laminado inclui pelo menos uma camada de papel tendo uma impermeabilidade a ar de pelo menos lOO.OOOcm /s.wherein the laminate includes at least one layer of paper having an air tightness of at least 100,000 cm / s.

Descrição detalhada da invençãoDetailed description of the invention

Para fins da presente descrição e das reivindicações anexas, exceto onde indicado de outro modo, todos os números expressando quantidades, porcentagens etc. devem ser entendidos como sendo modificados em todos os casos pelo termo “ao redor de”. Além disso, todas as faixas incluem qualquer combinação dos pontos máximos e mínimos descritos e incluem qualquer faixa intermediária nas mesmas, que podem ou não ser especificamente enumeradas aqui.For the purposes of this description and the appended claims, except where otherwise indicated, all numbers expressing quantities, percentages, etc. should be understood as being modified in all cases by the term "around". In addition, all ranges include any combination of the maximum and minimum points described and include any intermediate ranges within them, which may or may not be specifically listed here.

Em um modo de realização preferido, o cabo de acordo com a presente invenção compreende uma camada semicondutora interna disposta entre o condutor e o isolamento estratificado, e uma camada semicondutora externa disposta entre a camada isolante e uma blindagem metálica externa.In a preferred embodiment, the cable according to the present invention comprises an internal semiconductor layer disposed between the conductor and the stratified insulation, and an external semiconductor layer disposed between the insulating layer and an external metallic shield.

De acordo com um modo de realização preferido, o pelo menos um laminado de papel-polipropileno é constituído por uma camada central de polipropileno ensanduichada entre duas camadas de papel.According to a preferred embodiment, the at least one laminate of paper-polypropylene consists of a central layer of polypropylene sandwiched between two layers of paper.

De preferência, a pelo menos uma camada de papel tem uma impermeabilidade a ar igual ou maior do que 100.000 Gurley/s. Mais preferivelmente, a pelo menos uma camada de papel tem uma impermeabilidade a ar entre 100.000 Gurley/s e 140.000 Gurley/s. Impermeabilidade a ar pode ser determinada de acordo com técnicas conhecidas, por exemplo, IEC 554-2 (1977).Preferably, the at least one layer of paper has an air tightness equal to or greater than 100,000 Gurley / s. More preferably, the at least one layer of paper has an air tightness between 100,000 Gurley / s and 140,000 Gurley / s. Air tightness can be determined according to known techniques, for example, IEC 554-2 (1977).

De preferência, pelo menos uma camada de papel é feita de papel KraftPreferably, at least one layer of paper is made of Kraft paper

De acordo com um modo de realização preferido, a pelo o menos uma camada de papel tem uma densidade de pelo menos 0,9g/cm . Mais preferivelmente, a mencionada densidade não é superior a l,4g/cm . Vantajosamente, a pelo menos uma camada de papel tem uma densidade entre 0,9 e l,2g/cm³.According to a preferred embodiment, the at least one layer of paper has a density of at least 0.9 g / cm. More preferably, said density is not greater than 1.4 g / cm. Advantageously, the at least one layer of paper has a density between 0.9 and 1.2 g / cm ³ .

Em relação ao propileno, este pode se selecionado dentre:Regarding propylene, it can be selected from:

(a) homopolímeros de propileno termoplásticos, (b) copolímeros termoplásticos de propileno com pelo menos um componente selecionado dentre: etileno, alfa-olefinas tendo de 4 a 10 átomos de carbono.(a) thermoplastic propylene homopolymers, (b) propylene thermoplastic copolymers with at least one component selected from: ethylene, alpha-olefins having 4 to 10 carbon atoms.

Um comonômero preferido em copolímero (b) é etileno. De preferência, a quantidade total de etileno em copolímero (b) varia de 0,5 a 10% em peso, mais preferivelmente, de 0,5 a 5% em peso. O homopolímero ou copolímeros de propileno tem, de preferência, um valor de índice de Escoamento em Fusão (MFI) de pelo menos 5g/10’, mais preferivelmente, entre 7 e 50g/10’, medido a 232°C/2,16kg, de acordo com ASTM D1238-04C.A preferred copolymer comonomer (b) is ethylene. Preferably, the total amount of ethylene in copolymer (b) ranges from 0.5 to 10% by weight, more preferably from 0.5 to 5% by weight. The propylene homopolymer or copolymers preferably has a Melt Flow Index (MFI) value of at least 5g / 10 ', more preferably between 7 and 50g / 10', measured at 232 ° C / 2.16kg , according to ASTM D1238-04C.

O homopolímero ou copolímero de propileno tem, de preferência, um valor de entalpia de fusão, medido por calorimetria por escaneamento diferencial (DSC), de acordo com a norma ASTM D3417-83, de pelo menos lOOJ/g. De preferência, o homopolímero ou copolímero de propileno tem um valor de entalpia de fusão igual ou inferior a 135J/g, mais preferivelmente, entre 105 e llOJ/g.The propylene homopolymer or copolymer preferably has a melting enthalpy value, measured by differential scanning calorimetry (DSC), in accordance with ASTM D3417-83, of at least 100J / g. Preferably, the propylene homopolymer or copolymer has a melting enthalpy value of 135J / g or less, more preferably between 105 and 110J / g.

O homopolímero ou copolímero de propileno tem, de preferência, um valor de dilatação, medido como aumento de percentagem em peso, quando imerso em um fluido isolante T2015 a 90°C por 168 horas, não Amir do que 10%. T2015 é um fluido isolante de alta viscosidade, vendido por H&R ChemPharm (UK) Ltd., baseado em óleo mineral adicionado com cerca de 2% em peso, de um poli-isobuteno de alta percentagem em peso como agente de incremento de viscosidade.The propylene homopolymer or copolymer preferably has an expansion value, measured as a percentage increase in weight, when immersed in an insulating fluid T2015 at 90 ° C for 168 hours, not more than 10%. T2015 is a high viscosity insulating fluid, sold by H&R ChemPharm (UK) Ltd., based on mineral oil added with about 2% by weight, of a high percentage by weight polyisobutene as a viscosity-increasing agent.

Em relação ao fluido eletricamente isolante adequado para a presente invenção, ele tem uma viscosidade geralmente de pelo menos 1.000cm²/s a 60°C, de preferência, entre 1.100 e 1.200cm²/s a 60°C, de acordo com ASTM D445-09 (2000). A resistividade elétrica deste fluido é, geralmente, superior a lxlO¹⁴Qm. Fluidos deste tipo compreendem, geralmente, um óleo naftênico ou parafinico ou um óleo de hidrocarboneto sintético (por exemplo, poli-isobutileno) ou uma mistura dos mesmos, opcionalmente adicionado a pelo menos um aditivo de incremento de viscosidade em uma quantidade de modo a obter a viscosidade desejada, normalmente entre 0,5% e 10% em peso, de preferência, entre 1% e 5% em peso. O aditivo de incremento de viscosidade pode ser selecionado, por exemplo, dentre: poliolefinas de alto peso molecular, por exemplo, poliisobuteno, resinas colofônicas polimerizadas, ceras microcristalinas, elastômeros em forma subdividida, por exemplo, borrachas de estireno ou de isopreno, ou suas misturas.Regarding the electrically insulating fluid suitable for the present invention, it has a viscosity generally of at least 1,000 cm ² / s at 60 ° C, preferably between 1,100 and 1,200 cm ² / s at 60 ° C, according to ASTM D445- 09 (2000). The electrical resistivity of this fluid is generally greater than 1x10 ¹⁴ Qm. Fluids of this type generally comprise a naphthenic or paraffinic oil or a synthetic hydrocarbon oil (for example, polyisobutylene) or a mixture thereof, optionally added to at least one viscosity-increasing additive in an amount to obtain the desired viscosity, usually between 0.5% and 10% by weight, preferably between 1% and 5% by weight. The viscosity increase additive can be selected, for example, from: high molecular weight polyolefins, for example, polyisobutene, polymerized rosin resins, microcrystalline waxes, elastomers in subdivided form, for example, styrene or isoprene rubbers, or their mixtures.

O laminado de papel-polipropileno tem geralmente, uma espessura global variando entre 50 e 300pm, de preferência, entre 70 e 200pm. A camada de polipropileno tem, geralmente, uma espessura variando entre 35% e 75%, de preferência, de 50 a 65%, da espessura global de laminado.The polypropylene paper laminate generally has an overall thickness ranging between 50 and 300pm, preferably between 70 and 200pm. The polypropylene layer generally has a thickness ranging from 35% to 75%, preferably from 50 to 65%, of the overall laminate thickness.

A presente invenção é ainda ilustrada com referência às figuras anexas, nas quais:The present invention is further illustrated with reference to the accompanying figures, in which:

A figura 1 mostra uma vista em seção transversal do cabo de acordo com a figura 1;Figure 1 shows a cross-sectional view of the cable according to Figure 1;

A figura 2 mostra uma vista em seção transversal de um laminado de acordo com a presente invenção;Figure 2 shows a cross-sectional view of a laminate according to the present invention;

A figura 3 mostra os diagramas de variação de espessura ao longo do tempo durante impregnação de diferentes laminados com um fluido isolante de alta viscosidade.Figure 3 shows the diagrams of thickness variation over time during impregnation of different laminates with a high viscosity insulating fluid.

Com referência às figuras acima mencionadas, o cabo (1) Daca presente invenção compreende, sequencialmente do centro para o exterior, um condutor (2), uma camada semicondutora interna (3), um isolamento estratificado (4), uma camada semicondutora externa (5), e uma bainha metálica (6).With reference to the aforementioned figures, the cable (1) Daca present invention comprises, sequentially from the center to the outside, a conductor (2), an internal semiconductor layer (3), a stratified insulation (4), an external semiconductor layer ( 5), and a metal sheath (6).

O condutor (2) é, geralmente, formado por uma pluralidade de condutores individuais, fetos, de preferência, de cobre ou alumínio, por exemplo, em forma de fios trançados por métodos convencionais ou, de preferência, (conforme mostrado na figura 1), o condutor (2) é de cobre moldado ou do tipo Milliken.The conductor (2) is generally formed by a plurality of individual conductors, preferably ferns, of copper or aluminum, for example, in the form of braided wires by conventional methods or, preferably (as shown in figure 1) , the conductor (2) is made of molded copper or of the Milliken type.

Ao redor do condutor (2) é colocada uma camada (3) tendo propriedades semicondutoras consistindo, por exemplo, de enrolamentos de fitas de papel de celulose carregadas com preto de carbono condutor. Construção análoga pode ser feita para a segunda camada semicondutora (5) colocada ao redor do isolamento estratificado (4).Around the conductor (2) is placed a layer (3) having semiconductor properties consisting, for example, of windings of cellulose paper tapes loaded with conductive carbon black. Analogous construction can be done for the second semiconductor layer (5) placed around the stratified insulation (4).

O isolamento estratificado (4) é, geralmente, formado por enrolamentos sucessivos do laminado de papel-polipropileno (12), como ilustrado acima.Stratified insulation (4) is generally formed by successive windings of the polypropylene paper laminate (12), as illustrated above.

A bainha metálica (6), normalmente feita de chumbo ou ligas de chumbo, envolve o núcleo de cabo formado pelos elementos acima mencionados, e qualquer espaço dentro da bainha (6) é carregado pelo fluido isolante de modo impregnar completamente as camadas do cabo, particularmente o isolamento estratificado (4).The metal sheath (6), usually made of lead or lead alloys, surrounds the cable core formed by the elements mentioned above, and any space within the sheath (6) is charged by the insulating fluid in order to completely impregnate the cable layers, particularly stratified insulation (4).

Ao redor da bainha metálica (6), uma estrutura blindada é normalmente disposta, para prover uma proteção mecânica ao cabo. Esta estrutura blindada pode compreender, por exemplo, uma bainha (7) feita de um material plástico, sobre a qual um reforço metálico (8), formado, por exemplo, por fitas de aço, é colocado. Do lado externo, pelo menos uma blindagem (10), feita, por exemplo, de aço carbono, combinada com pelo menos uma camada de acamamento (9), feita, por exemplo, de fitas ou fios, pode ser aplicada, a camada de acamamento (9) sendo capaz de impedir que a blindagem (10) danifique as camadas internas. Como a camada mais externa, uma bainha de serviço (11) é normalmente disposta, feita de material polimérico, provida para proteção e uniformidade da superfície do cabo.Around the metal sheath (6), an armored structure is normally arranged, to provide mechanical protection to the cable. This armored structure can comprise, for example, a sheath (7) made of a plastic material, on which a metallic reinforcement (8), formed, for example, by steel tapes, is placed. On the outside, at least one shield (10), made, for example, of carbon steel, combined with at least one layer of lodging (9), made, for example, of tapes or wires, can be applied, the layer of lodging (9) being able to prevent the shield (10) from damaging the inner layers. Like the outermost layer, a service sheath (11) is normally arranged, made of polymeric material, provided for protection and uniformity of the cable surface.

A figura 2 mostra uma vista em seção transversal de um modo de realização preferido do laminado (12) de acordo com a presente invenção, onde uma camada central (13) feita de polipropileno é ensanduichada entre as duas camadas de papel (14).Figure 2 shows a cross-sectional view of a preferred embodiment of the laminate (12) according to the present invention, where a central layer (13) made of polypropylene is sandwiched between the two layers of paper (14).

O laminado pode ser fabricado de acordo com técnicas conhecidas, de preferência, por revestimento de extrusão no qual duas camadas de papel (14), normalmente à temperatura ambiente, são colocadas em contato com uma película de polipropileno no estado fundido, normalmente a uma temperatura entre 200°C e 320°C, ou seja, a uma temperatura muito maior do que a temperatura de fusão do polímero. Em seguida, as camadas de contato são calandradas a baixas temperaturas, normalmente por meio de rolos resfriados.The laminate can be manufactured according to known techniques, preferably by extrusion coating in which two layers of paper (14), normally at room temperature, are brought into contact with a polypropylene film in the molten state, usually at a temperature between 200 ° C and 320 ° C, that is, at a temperature much higher than the melting temperature of the polymer. Then, the contact layers are calendered at low temperatures, usually by means of cooled rollers.

Os exemplos de trabalho a seguir são dados para melhor ilustrar a invenção, mas sem sua limitação.The following working examples are given to better illustrate the invention, but without limitation.

EXEMPLO 1EXAMPLE 1

Duas camadas de papel Kraft (celulose de conífera pura) tendo uma espessura de 0,025mm, uma densidade de 0,93g/ml e uma impermeabilidade a ar de lOO.OOOGurley/s foram acopladas com uma camada de Pro-fax™ PF611 9Basell), um homopolímero de propileno (PP) tendo uma densidade de 0,902g/ml (ASTM D 792) e uma MFI @230°C/2,16kg de 30,0g/10’ (ASTM D 1258). O laminado de papel/PP/papel resultante tinha uma espessura de 0,100mm, uma percentagem de teor de PP de 60% em peso, e um peso de 100g/m². A resistência a descamamento entre PP e o papel no laminado seco foi medida de acordo com a norma ASTM Dl876-08 e resultou sendo de 13g/15mm.Two layers of Kraft paper (pure coniferous cellulose) having a thickness of 0.025mm, a density of 0.93g / ml and an air impermeability of 100.OOGOGley / s were coupled with a layer of Pro-fax ™ PF611 9Basell) , a propylene homopolymer (PP) having a density of 0.902 g / ml (ASTM D 792) and an MFI @ 230 ° C / 2.16 kg of 30.0 g / 10 '(ASTM D 1258). The resulting laminate of paper / PP / paper had a thickness of 0.100mm, a percentage of PP content of 60% by weight, and a weight of 100g / m ² . The peeling resistance between PP and the paper in the dry laminate was measured according to the ASTM Dl876-08 standard and resulted in being 13g / 15mm.

O laminado assim obtido foi seco em forno sob vácuo por 8 horas a 135°C e, depois, impregnado a 125°C com um fluido isolante tendo uma viscosidade a 100°C de 1200cm /s (produto comercial &2015 por H&R ChemPharm (UK) Ltd). Durante o processo de impregnação, a variação de espessura (dilatação) foi medida a intervalos regulares: os resultados estão reportados no diagrama da figura 4. Após 240 horas, a dilatação global foi de 0,14%. A resistência a descamamento entre PP e papel no laminado impregnado foi medida como sendo de 25g/15mm.The laminate thus obtained was dried in a vacuum oven for 8 hours at 135 ° C and then impregnated at 125 ° C with an insulating fluid having a viscosity at 100 ° C of 1200cm / s (commercial product & 2015 by H&R ChemPharm (UK ) Ltd). During the impregnation process, the thickness variation (swelling) was measured at regular intervals: the results are reported in the diagram in figure 4. After 240 hours, the overall swelling was 0.14%. The peel resistance between PP and paper in the impregnated laminate was measured to be 25g / 15mm.

Pelo uso do laminado acima, um espécime de cabo foi produzido com um condutor de cobre de 2000mm de seção transversal e um isolamento estratificado de 1,1 mm de espessura. Após impregnação do isolamento estratificado com o mesmo fluido isolante T2015, alguns testes (teste de flexão com base em três ciclos repetidos e testes elétricos, como CC de alta voltagem com ciclos de carregamento de até 1080kV e teste de impulso de até 1650kV) foram efetuados para verificar o funcionamento do cabo: nenhum defeito foi encontrado.By using the laminate above, a cable specimen was produced with a 2000 mm copper conductor in cross section and a stratified insulation of 1.1 mm thickness. After impregnating the stratified insulation with the same insulating fluid T2015, some tests (bending test based on three repeated cycles and electrical tests, such as high voltage DC with charging cycles up to 1080kV and impulse test up to 1650kV) were performed to check the operation of the cable: no defects were found.

EXEMPLO 2EXAMPLE 2

Duas camadas de papel Krafit (celulose pura de conífera) tendo uma espessura de 0,025mm, uma densidade de 0,93g/ml e uma impermeabilidade a ar de 100.000 Gurley/s foram acopladas a uma camada de HD601CF (Borealis), um homopolímero de propileno (PP) tendo uma densidade de 0,90g/ml (ISSO 1183) e uma MFI@230°C / 2,16kg de 8g/10’ (ISO 1133). O laminado de papel/PP/papel resultante tinha uma espessura de 0,100mm, um teor em percentagem de PP de 60% em peso, e um peso de 100g/m². A resistência a descamamento entre PP e papel no laminado seco foi medida de acordo com a norma ASTM D 1876-08, resultando em 100g/15mm.Two layers of Krafit paper (pure coniferous cellulose) having a thickness of 0.025mm, a density of 0.93g / ml and an air tightness of 100,000 Gurley / s were coupled to a layer of HD601CF (Borealis), a homopolymer of propylene (PP) having a density of 0.90g / ml (ISO 1183) and an MFI @ 230 ° C / 2.16kg of 8g / 10 '(ISO 1133). The resulting laminate of paper / PP / paper had a thickness of 0.100mm, a percentage content of PP of 60% by weight, and a weight of 100g / m ² . The peel resistance between PP and paper in the dry laminate was measured according to the ASTM D 1876-08 standard, resulting in 100g / 15mm.

O laminado assim obtido foi seco em forno sob vácuo por 8 horas a 135°C e, depois, impregnado a 125°C com um fluido isolante tendo uma viscosidade a 100°C de 1200cm /s (produto comercial T2015, por &R ChemPharm (UK) Ltd). Durante o processo de impregnação, a variação de espessura (dilatação) foi medida a intervalos regulares: os resultados estão reportados no diagrama da figura 4. Após 240 horas, a dilatação global foi de 0,84%. A resistência a descamamento entre PP e papel no laminado impregnado foi medida como 25g/15mm.The laminate thus obtained was dried in a vacuum oven for 8 hours at 135 ° C and then impregnated at 125 ° C with an insulating fluid having a viscosity at 100 ° C of 1200cm / s (commercial product T2015, by & R ChemPharm ( UK) Ltd). During the impregnation process, the thickness variation (swelling) was measured at regular intervals: the results are reported in the diagram in figure 4. After 240 hours, the overall swelling was 0.84%. The peel resistance between PP and paper in the impregnated laminate was measured as 25g / 15mm.

EXEMPLO 3 (COMPARATIVO)EXAMPLE 3 (COMPARATIVE)

Duas camadas de papel Kraft (mistura de celulose pura de conífera/ árvore de folha larga) tendo uma espessura de 0,025mm, uma densidade de l,01g/ml e uma impermeabilidade a ar de 40.000 Gurley/s foram acopladas a uma camada de Pro-fax™ PF611 (Basell), um homopolímero de propileno (PP) tendo uma densidade de 0,902g/ml (ASTM D 792) e uma MFI @ 230°C / 2,16kg de 30,0g/10’ (ASTM D 1258). O laminado de papel/PP/papel resultante tinha uma espessura de 0,100mm, um teor em percentagem de PP de 60% em peso, e um peso de lOOg/m . A resistência a descamamento entre PP e papel no laminados eco foi medida de acordo com a norma ASTM D 1876-08 e resultou em 50g/15mm.Two layers of Kraft paper (mixture of pure coniferous cellulose / broadleaf tree) having a thickness of 0.025mm, a density of 1.01g / ml and an air impermeability of 40,000 Gurley / s were coupled to a layer of Pro -fax ™ PF611 (Basell), a propylene (PP) homopolymer having a density of 0.902g / ml (ASTM D 792) and an MFI @ 230 ° C / 2.16kg of 30.0g / 10 '(ASTM D 1258 ). The resulting laminate of paper / PP / paper had a thickness of 0.100mm, a percentage content of PP of 60% by weight, and a weight of 100g / m. The peeling resistance between PP and paper in eco laminates was measured according to the ASTM D 1876-08 standard and resulted in 50g / 15mm.

O laminado assim obtido foi secado em forno sob vácuo por 8 horas a 135°C e, depois, impregnado a 125°C com um fluido isolante tendo uma viscosidade a 100°C de 1200cm /s (produto comercial T2015 por H & R ChemPharm (UK) Ltd.). Durante i o processo de impregnação, a variação de espessura (dilatação) foi medida a intervalos regulares: os resultados estão reportados no diagrama da figura 4. Após 240 horas, a dilatação global foi de 1,95%. A resistência a descamamento entre PP e papel no laminado impregnado foi medida como 30g/15mm.The laminate thus obtained was dried in a vacuum oven for 8 hours at 135 ° C and then impregnated at 125 ° C with an insulating fluid having a viscosity at 100 ° C of 1200cm / s (commercial product T2015 by H & R ChemPharm (UK) Ltd.). During the impregnation process, the thickness variation (swelling) was measured at regular intervals: the results are reported in the diagram in figure 4. After 240 hours, the overall swelling was 1.95%. The peel resistance between PP and paper in the impregnated laminate was measured as 30g / 15mm.

Pelo uso do laminado acima, um espécime de cabo foi produzido, tendo um condutor de cobre de 2000mm de seção transversal e um isolamento estratificado de 18,lmm de espessura. Após a impregnação do isolamento estratificado com o esmo fluido isolante T2015, verificou-se que uma dilatação excessiva dos enrolamentos externos do laminado prejudicou a penetração do fluido isolante através das camadas internas do laminado, provocando, assim, uma ausência inaceitável de homogeneidade na impregnação do isolante.By using the laminate above, a cable specimen was produced, having a 2000mm copper conductor in cross section and a stratified insulation of 18.1mm thick. After impregnating the stratified insulation with the random insulating fluid T2015, it was found that an excessive expansion of the external windings of the laminate impaired the penetration of the insulating fluid through the internal layers of the laminate, thus causing an unacceptable absence of homogeneity in the impregnation of the laminate. insulating.

EXEMPLO 4EXAMPLE 4

Duas camadas de papel Kraft (celulose pura de conífera) tendo uma espessura de 0,025mm, uma densidade de 0,75 g/ml e uma impermeabilidade a ar de 1.000 Gurley/s foram acopladas a uma camada deTwo layers of Kraft paper (pure coniferous cellulose) having a thickness of 0.025mm, a density of 0.75 g / ml and an air tightness of 1,000 Gurley / s were coupled to a layer of

Pro-fax™ PF611 (Basell), um homopolímero de propileno (PP) tendo uma densidade de 0,902g/ml (ASTM D 792) e uma MFI @ 230°C / 2,16kg de 30,0g/10’ (ASTM D 1258). O laminado de papel/PP/papel resultante tinha uma espessura de 0,100mm, um teor em percentagem de PP de 60% em peso, 5 e um peso de 88g/m . A resistência a descamamento entre PP e papel no laminado seco foi medida de acordo com a norma ASTM D 1876-08 e resultou em 50g/15mm.Pro-fax ™ PF611 (Basell), a propylene (PP) homopolymer having a density of 0.902g / ml (ASTM D 792) and an MFI @ 230 ° C / 2.16kg of 30.0g / 10 '(ASTM D 1258). The resulting laminate of paper / PP / paper had a thickness of 0.100mm, a percentage content of PP of 60% by weight, 5 and a weight of 88g / m. The peel resistance between PP and paper in the dry laminate was measured according to the ASTM D 1876-08 standard and resulted in 50g / 15mm.

O laminado assim obtido foi secado em forno sob vácuo por 8 horas a 135°C e, depois, impregnado a 125°C com um fluido isolante tendo 10 uma viscosidade a 100°C de 1200cm²/s (produto comercial T2015 por H & R ChemPharm (UK) Ltd.). Durante o processo de impregnação, a variação de espessura (dilatação) foi medida a intervalos regulares: os resultados estão reportados no diagrama da figura 4. Após 240 horas, a dilatação global foi de 3,5%. A resistência a descamamento entre PP e papel no laminado 15 impregnado foi medida como 3 0g/15 mm.The laminate thus obtained was dried in a vacuum oven for 8 hours at 135 ° C and then impregnated at 125 ° C with an insulating fluid having 10 viscosity at 100 ° C of 1200cm ² / s (commercial product T2015 by H & R ChemPharm (UK) Ltd.). During the impregnation process, the thickness variation (swelling) was measured at regular intervals: the results are reported in the diagram in figure 4. After 240 hours, the overall swelling was 3.5%. The peel resistance between PP and paper in the impregnated laminate 15 was measured as 30 g / 15 mm.

Claims

1. High voltage direct current (DC) cable, characterized by the fact that it comprises:

at least one electrical conductor, at least one semiconductor layer, at least one stratified insulation made from windings of at least one polypropylene paper laminate, said stratified insulation being impregnated with at least one electrically insulating fluid, wherein at least one electrically insulating fluid has a kinematic viscosity of at least 100 cm / s at 60 ° C;

wherein the laminate includes at least one layer of paper having an air tightness of at least 100,000 cm / s.

2. Cable according to claim 1, characterized in that the propylene paper laminate has an expansion greater than 1%, preferably not greater than 0.2%, after immersion of the laminate in an insulating fluid, having a kinematic viscosity of at least 100 cm / s at 60 ° C, at a temperature of 120 ° C for a period of 240 hours.

Cable according to claim 1, characterized in that it comprises an internal semiconductor layer disposed between the conductor and the stratified insulation, and an external semiconductor layer disposed between the insulating layer and an external metallic shield.

Cable according to claim 1, characterized in that at least one laminate of paper-propylene is constituted by a central layer of polypropylene sandwiched between two layers of paper.

5. Cable according to claim 1, characterized in that at least one layer of paper has an air tightness between 100.00 and 150,000 Gurley / s.

6. Cable according to claim 1, characterized in that at least one layer of paper has a density of at least 0.9g / cm ² .

7. Cable according to claim 6, characterized in that at least one layer of paper has a density not greater than 1.4 g / cm ³ .

8. Cable according to claim 6, characterized in that at least one layer of paper has a density between 0.9 el, 2 g / cm ³ .

9. Cable according to any of the preceding claims, characterized by the fact that propylene is selected from:

(a) thermoplastic propylene homopolymers, (b) propylene thermoplastic copolymers with at least one component selected from: ethylene, alpha-olefins having 4 to 10 carbon atoms.

10. Cable according to claim 9, characterized in that, in the thermoplastic copolymer (b), the comonomer is ethylene.

Cable according to claim 10, characterized in that the total amount of ethylene in the copolymer (b) varies from 0.5 to 10% by weight, more preferably between 0.5 and 5% by weight.

Cable according to claim 1, characterized in that the propylene homopolymer or copolymer has a Melt Flow Index (MFI) value of at least 5g / 10 ', more preferably, between 7 and 50g / 10' , measured at 232 ° C / 2.16kg, according to ASIM D1238-04C.

13. Cable according to claim 1, characterized in that the propylene homopolymer or copolymer has a melting enthalpy value of at least 100J / g., Measured by differential scanning calorimetry (DSC), according to the standard ASTM D3417-83.

Cable according to claim 13, characterized in that the melting enthalpy of the propylene homopolymer or copolymer is equal to or less than 135J / g, preferably between 105 and 110J / g.

15. Cable according to claim 1, characterized in that the polypropylene has an expansion value, measured as an increase in weight percentage, when immersed in an insulating fluid T2015 at 90 ° C for 168 hours, not greater than 10 %.

16. Cable according to claim 1, characterized in that at least one electrically insulating fluid has a viscosity of at least 100 cm / s at 60 ° C, preferably between 1,100 and 1,200 cm / s at 60 ° C according to with ASTM D 445-09 (2000).

17. Cable according to claim 16, characterized in that at least one electrically insulating fluid comprises a naphthenic or paraffinic oil or a synthetic hydrocarbon oil (for example, polyisobutylene) or a mixture thereof, optionally added to at least at least one viscosity increase additive in an amount in order to obtain the desired viscosity.

18. Cable according to claim 1, characterized by the fact that the polypropylene paper laminate has an overall thickness varying between 50 and 300gm, preferably between 70 and 200pm.

19. Cable according to claim 1, characterized in that the polypropylene layer has a thickness varying between 35% and 75%, preferably between 50% and 65% of the total laminate thickness.