BR112018012342B1 - Cabo elétrico de média ou alta tensão e processo para preparação do referido cabo - Google Patents

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Abstract

CABO ELÉTRICO DE MÉDIA OU ALTA TENSÃO. A presente invenção refere-se a um cabo de energia de média ou alta tensão compreendendo um elemento condutor elétrico alongado, uma primeira camada semicondutora, uma camada eletricamente isolante e uma segunda camada semicondutora. De acordo com a invenção, a camada eletricamente isolante compreende pelo menos uma camada de um material de polímero termoplástico incluindo uma matriz contínua de polipropileno com um polietileno disperso na mesma.A invenção também se refere a um processo para a produção de tal cabo.

Description

[001] A presente invenção refere-se a um cabo elétrico exibindo uma condutividade térmica melhorada.
[002] Aplica-se normalmente, mas não exclusivamente, aos ca bos elétricos destinados à transmissão de energia, em especial aos cabos de média tensão (em especial de 6 a 45-60 kV aos cabos MV) ou cabos de alta tensão (em particular superiores a 60 kV e que podem variar de 500 a 600 kV aos cabos de alta tensão, sejam elas de corrente contínua ou de corrente alternada, nos campos de transmissão de eletricidade no alto, submarino ou subterrâneo, ou alternativamente em campos de aeronáutica.
[003] Um cabo de transmissão de energia de média ou alta ten são geralmente compreende, do interior para o exterior: - um elemento condutor de eletricidade alongado, em particular feito de cobre ou de alumínio; - uma camada semicondutora interna envolvendo o referido elemento condutor elétrico; - uma camada eletricamente isolante envolvendo a referida camada semicondutora interna; - uma camada semicondutora externa envolvendo a referida camada isolante; e - opcionalmente, um invólucro de proteção eletricamente isolante ao redor da referida camada semicondutora externa.
[004] A camada eletricamente isolante é uma camada feita de um material polimérico, geralmente com base em polietilenos de baixa densidade reticulados (LDPEs), ou seja, XLPEs. As propriedades dos XLPE são bem conhecidas no campo dos cabos elétricos, em particular devido ao fato de serem fáceis de serem usadas e exibirem boas propriedades dielétricas (materiais isolantes). Eles também têm propri-edades físico-químicas melhoradas em comparação com o LDPE não- reticulado; em particular, os cabos compreendendo as camadas iso- lantes com base em XLPE podem ser usados até temperaturas de 90°C, enquanto que os cabos que compreendem uma camada isolante à base de LDPE só podem ser usados a temperaturas mais baixas, não excedendo 70°C.
[005] No entanto, as XLPEs apresentam várias desvantagens. Em particular, estes polímeros não podem ser facilmente reciclados. Além disso, o processo de reticulação limita a taxa de fabricação dos cabos compreendendo uma camada isolante à base de XLPE. Isto porque, para se obter um grau satisfatório de reticulação, é necessário que o polímero possa ser levado à temperatura necessária com a finalidade de se obter a reticulação da mesma durante um período de tempo suficientemente longo. Dessa maneira, a taxa de produção dos cabos que compreendem uma camada isolante à base de XLPE tem que ser ajustada para que o tempo de passagem no túnel de reticula- ção seja longo o suficiente com a finalidade de se obter um grau satisfatório de reticulação, o que representa um limite não insignificante em termos de capacidade de produção. Além disso, as reações de reticu- lação não devem, sob nenhuma circunstância, ocorrer durante a extru- são do material à base de polietileno, de modo a evitar qualquer risco de formação de partículas de XLPE na extrusora (parafuso, colar, cabeçote da extrusora) na camada isolante ou na camada semicondutora do cabo e criar defeitos nela. Isso ocorre porque a presença de partículas XLPE afeta as propriedades finais do cabo na medida em que essas partículas resultam em uma falta de homogeneidade, principalmente do material da camada isolante ou então na interface entre a camada isolante e as camadas semicondutoras. Este fenômeno é conhecido sob o nome de "fenômenos de queima".
[006] O uso de materiais à base de LDPE para as camadas iso- lantes de cabos é, portanto, em princípio, uma alternativa ao uso de materiais à base de XLPE. Entretanto, os materiais à base de LDPE apresentam a desvantagem de não poderem ser usados em temperaturas superiores a 70°C, o que também tem como consequência a redução de sua capacidade de transmissão de energia, evitando o superaquecimento da camada isolante a temperaturas de superior a 70°C.
[007] Além disso, materiais à base de polipropileno exibem boas propriedades dielétricas que são, por exemplo, aproveitadas em trans-formadores e em cabos, em particular cabos submarinos compreendendo uma camada isolante baseada em papel laminado de polipropi- leno (cabos PPLP).
[008] Por outro lado, no campo dos cabos de média e alta ten são, o uso de polipropileno como material da camada isolante ainda não é muito difundido.
[009] O polipropileno é geralmente caracterizado por meio de uma densidade mais baixa que a do polietileno, sendo esta menor densidade associada a propriedades de condutividade térmica que são ligeiramente inferiores às do polietileno.
[010] No entanto, o fato de a camada eletricamente isolante ter uma alta condutividade térmica geralmente representa uma vantagem quando os cabos de potência são cabos MV e HV, na medida em que isso facilita a descarga do calor gerado por meio do efeito Joule, possibilitando o aumento da quantidade de energia transmitida, sendo esta uma função da temperatura máxima aceitável do elemento condutor.
[011] O pedido de patente dos Estados Unidos US 2014/0190723 descreve um cabo HV compreendendo um elemento condutor rodeado, nesta ordem, por meio de uma camada semicondutora interna, uma camada eletricamente isolante e uma camada semicondutora ex terna, e na qual a camada eletricamente isolante é um material polimé- rico sobre um polipropileno compreendendo os fragmentos nanoscópi- cos de catalisador provenientes de um sistema catalítico sólido usado na polimerização de monômeros de propileno. De acordo com este mesmo documento, a camada isolante pode adicionalmente incluir outros tipos de polímeros, entre os quais podem ser mencionados em particular os polietilenos de alta densidade (HDPEs), em particular para os quais a densidade é superior a 0,945 g/cm3, e também polietile- nos de baixa densidade linear (LLDPE), em particular com uma densidade variando entre 0,909 e 0,930 g/cm3. Sabe-se que o polipropileno e o polietileno não são compatíveis, uma vez que estes dois compostos são imiscíveis (vide, por exemplo, J. W. Teh, Journal of Applied Polymer Science, 1983, 28 (2), 605 a 618). A sua combinação, dentro de um mesmo material, forma um compósito e é assim em geral não recomendada uma vez que se observa uma redução nas propriedades mecânicas, em particular uma redução no alongamento à ruptura. Além disso, as não-homogeneidades de tal material afetam as propriedades dielétricas das camadas isolantes nos cabos MV e HV. Em particular, estas não homogeneidades são a causa do envelhecimento acelerado localizado do material que constitui a camada isolante e, consequentemente, de defeitos elétricos prematuros do cabo que compreende uma tal camada isolante.
[012] Existe assim uma necessidade de um material isolante que possa ser vantajosamente usado como camada eletricamente isolante em cabos MV e HV, exibindo boas propriedades dielétricas e boas propriedades mecânicas, ou seja, combinando as vantagens dos polie- tilenos em termos de condutividade térmica e as vantagens dos poli- propilenos em termos de propriedades mecânicas e térmicas. Em particular, os inventores do presente pedido de patente estabelecem o objetivo de proporcionar um cabo de energia de média tensão ou alta tensão no qual o material que constitui a camada isolante pode ser re-ciclado, obtido sem o fenômeno de queima a elevadas taxas de extru- são e exibindo adicionalmente boas propriedades de condutividade térmica, em particular em temperaturas superiores a 70°C e variando até 90°C, na verdade até 130°C, em caso de sobrecarga.
[013] Este objetivo é alcançado pelo cabo de alimentação que será descrito abaixo e que constitui o primeiro objetivo da presente in-venção.
[014] Um primeiro objeto da presente invenção é, portanto, um cabo de energia de média voltagem ou alta tensão compreendendo pelo menos um elemento condutor elétrico alongado, uma primeira camada semicondutora que envolve o elemento condutor elétrico alongado, uma camada eletricamente isolante que circunda a primeira camada semicondutora, e uma segunda camada semicondutora que circunda a referida camada eletricamente isolante, sendo o referido cabo de energia caracterizado por meio da camada eletricamente iso- lante ser pelo menos uma camada de um material polimérico termoplástico compreendendo uma matriz de polipropileno contínua obtida por meio da polimerização do tipo de Ziegler-Natta de pelo menos um homopolímero ou copolímero de propileno, e em que um homo ou co- polímero de etileno com uma densidade variando de 0,930 a 0,970 g/cm3 é disperso.
[015] De acordo com a presente invenção, entende-se por matriz de polipropileno "contínua" uma matriz de polipropileno formando um bloco contínuo no qual um homo ou copolímero de etileno é disperso. Em outras palavras, a matriz de polipropileno não exibe des- continuidade; não está na forma de vários elementos desconectados distintos.
[016] De acordo com a presente invenção, polímero "termo plástico" é entendido como significando um polímero não reticulável e consequentemente não reticulado.
[017] Em particular, o material polimérico não compreende os agentes de reticulação, agentes de acoplamento do tipo silano, fotoini- ciadores, peróxidos e/ou aditivos que tornam possível reticulação.
[018] O material polimérico é de preferência reciclável.
[019] De acordo com a presente invenção, a polimerização do tipo Ziegler-Natta significa uma polimerização de coordenação obtida na presença de um catalisador de Ziegler-Natta que pode ser escolhido em particular a partir de halogenetos de metais de transição, especialmente titânio, cromo, vanádio e zircônio uma mistura com derivados orgânicos de metais diferentes de metais de transição, em particular um alquilalumínio.
[020] O material polimérico termoplástico de preferência não compreende as partículas de catalisador (s), em particular na forma de fragmentos micrométricos ou sub-micrométricos, na conclusão da po- limerização do tipo Ziegler-Natta.
[021] Ainda de acordo com a presente invenção, quando se diz que o homopolímero ou copolímero de etileno está "disperso" na matriz de polipropileno contínua, isto significa que o referido homo- copolímero de etileno não forma uma mistura íntima e homogênea com a fase de polipropileno mas é, pelo contrário, dispersos homogeneamente na forma de partículas finas. Tipicamente, o tamanho das partículas de homo- ou copolímero de etileno é da ordem de 1 μm a 2 μm. Consequentemente, o material polimérico termoplástico que constitui a camada eletricamente isolante é um material compósito.
[022] De acordo com uma primeira forma alternativa, o copolíme- ro de propileno é um copolímero heterofásico compreendendo uma fase termoplástica do tipo propileno e uma fase de elastômero do tipo de copolímero de etileno e de uma α-olefina.
[023] A fase de elastômero do copolímero heterofásico pode re- presentar pelo menos 20% em peso aproximadamente e de preferência pelo menos 45% em peso aproximadamente, em relação ao peso total do copolímero heterofásico.
[024] A α-olefina da fase de elastômero do copolímero hetero- fásico pode ser propileno.
[025] Pode ser feita menção, como exemplo deste tipo de copo- límero, do copolímero heterofásico vendido por Basell Polyolefins sob a referência Adflex® Q 200 F.
[026] De acordo com uma segunda forma alternativa, o copolíme- ro de propileno é um copolímero de propileno aleatório.
[027] Pode ser feita menção, como exemplos de copolímeros de propileno (aleatórios), de copolímeros de propileno e de olefina, sendo a olefina escolhida em particular de etileno e uma α-olefina diferente de propileno.
[028] A α-olefina diferente de propileno pode corresponder à fór mula CH2 = CH-R1, na qual R1 é um grupo alquila linear ou ramificado com 2 a 10 átomos de carbono, escolhido em particular a partir das seguintes olefinas: 1-buteno, 1- penteno, 4-metil-1-penteno, 1-hexeno, 1-octeno, 1-deceno, 1-dodeceno e uma das misturas dos mesmos.
[029] A α-olefina do copolímero de propileno e de α-olefina repre senta de preferência no máximo 15% em mol aproximadamente e mais de preferência no máximo 10% em mol aproximadamente do co- polímero.
[030] Os copolímeros de propileno e de etileno são preferidos como copolímero de propileno.
[031] Entre os polipropilenos que podem ser usados de acordo com a presente invenção, é dada particular preferência ao copolímero de propileno aleatório vendido pela Borealis sob a referência Bormed® RB 845 MO.
[032] Os homopolímeros de propileno que podem ser usados de acordo com a presente invenção têm, de preferência, um módulo elástico que varia de 1250 a 1600 MPa aproximadamente. Os copolímeros de propileno que podem ser usados de acordo com a presente invenção (em particular os copolímeros de propileno da segunda forma alternativa) de preferência têm um módulo elástico que varia de 600 a 1200 MPa aproximadamente.
[033] O homopolímero ou copolímero de propileno (em particular o copolímero de propileno da segunda forma alternativa) pode ter um ponto de fusão superior a 130°C aproximadamente, de preferência superior a 140°C aproximadamente, e mais de preferência variando de 140°C a 165°C aproximadamente.
[034] O homopolímero ou copolímero de propileno (em particular o copolímero de propileno da segunda forma alternativa) pode ter uma entalpia de fusão variando de 30 a 100 J/g aproximadamente.
[035] O homopolímero ou copolímero de propileno (em particular o copolímero de propileno da segunda forma alternativa) pode ter um índice de fluidez compreendido entre 0,5 e 3 g/10 min, medido a 230 aproximadamente com uma carga de 2,16 kg aproximadamente de acordo com a Norma ASTM D1238-00.
[036] De acordo com uma modalidade preferida da presente in venção, o homopolímero ou copolímero de propileno (em particular o copolímero de propileno da segunda forma alternativa) representa de 40% a 70% em peso, em relação ao peso total do material polimérico termoplástico.
[037] Como indicado acima, os homopolímeros e copolímeros de etileno que podem ser usados de acordo com a presente invenção têm uma densidade variando de 0,930 a 0,970 g/cm3 e mais de preferência ainda de 0,940 a 0,965 g/cm3. Eles pertencem à categoria dos po- lietilenos de "alta densidade" ou HDPEs de acordo com a Norma ISO 1183A (a uma temperatura de 23°C). Dessa maneira, a densidade é medida de acordo com a norma ISO 1183A (a uma temperatura de 23°C).
[038] O copolímero de etileno de acordo com a presente inven ção é de preferência um copolímero de etileno não polar que pode compreender um comonômero de α-olefina, em particular do tipo C3C12 α-olefina. De um modo preferido, o comonômero do tipo α-olefina pode ser escolhido de propileno, 4-metil-1-penteno, 1-buteno, 1- hexeno ou 1-octeno. Será preferível utilizar, como α-olefina, 1-octeno, para formar o copolímero de etileno e de octeno (PEO), ou 1-buteno, de modo a formar um copolímero de etileno e de buteno.
[039] Tipicamente, o copolímero de etileno não polar é obtido a partir da copolimerização de etileno com a referida α-olefina, na presença de um catalisador de Ziegler-Natta ou por meio da polimeriza- ção de acordo com um processo de baixa pressão.
[040] De acordo com uma modalidade preferida da presente in venção, o polietileno é um homopolímero de etileno. Pode ser feita menção, como exemplo de homopolímero de etileno que é particularmente preferido de acordo com a presente invenção, do polietileno vendido sob o nome comercial Eltex® A4009 MFN1325 pela Ineos, cuja densidade é 0,960 g/cm3 de acordo com a Norma ISO 1183A ( a uma temperatura de 23°C).
[041] De acordo com uma modalidade preferida da presente in venção, o polietileno que pode ser usado de acordo com a presente invenção (escolhido a partir de um homo- ou copolímero de etileno) representa de 10% a 50% em peso aproximadamente, em relação ao peso total do material de polímero termoplástico..
[042] Em adição ao polipropileno (isto é, o homopolímero ou co- polímero de propileno, em particular o da segunda forma alternativa) definido anteriormente e o polietileno de alta densidade, o material po- limérico termoplástico pode adicionalmente incluir pelo menos um ho- mopolímero ou copolímero de α-olefina.
[043] A α-olefina corresponde de preferência à fórmula CH2 = CH-R2, na qual R2 é um grupo alquila linear ou ramificado com 2 a 12 átomos de carbono, escolhido em particular a partir das seguintes ole- finas: 1-buteno, isobutileno, 1-penteno, 4-metil-1-penteno, 1-hexeno, 1- octeno, 1-deceno, 1-dodeceno e uma das suas misturas. Entre tais α- olefinas, são preferidos o 1-hexeno e o 1-octeno.
[044] Para além do polipropileno (isto é, o homopolímero ou co- polímero de propileno, em particular o da segunda forma alternativa) definido acima e o polietileno de alta densidade, o material polimérico termoplástico pode também incluir adicionalmente um copolímero he- terofásico compreendendo uma fase termoplástica do tipo propileno e uma fase de elastômero do tipo de copolímero de etileno e de uma α- olefina, um polietileno ou uma das misturas dos mesmos.
[045] Em particular, a combinação de um homopolímero ou copo- límero de propileno da segunda forma alternativa, e de pelo menos um copolímero heterofásico e/ou de um polietileno torna possível obter um material polimérico termoplástico exibindo boas propriedades mecânicas, em particular em termos de elasticidade módulo, e propriedades elétricas.
[046] A fase de elastômero do copolímero heterofásico pode re presentar pelo menos 20% em peso aproximadamente, e de preferência pelo menos 45% em peso aproximadamente, em relação ao peso total do copolímero heterofásico.
[047] A α-olefina da fase de elastômero do copolímero heterofá- sico pode ser propileno.
[048] O polietileno pode ser um polietileno linear de baixa den sidade. Na presente invenção, a expressão "polietileno de baixa densidade" significa um polietileno com uma densidade que varia de 0,91 a 0,925 aproximadamente. Esta densidade é medida de acordo com a norma ISO 1183A (a uma temperatura de 23°C).
[049] De acordo com uma modalidade preferida da presente in venção, o homopolímero ou copolímero de α-olefina e/ou o copolímero heterofásico e/ou o polietileno representam, independentemente entre si, de 5% a 50% em peso aproximadamente do material polimérico termoplástico.
[050] Pode ser feita menção, como exemplo deste tipo de políme ro, do copolímero heterofásico vendido por Basell Polyolefins sob a referência Adflex® Q 200 F.
[051] O material polimérico termoplástico pode adicionalmente compreender um ou mais aditivos.
[052] Os aditivos são bem conhecidos por meio de uma pessoa que é versada na técnica e podem ser escolhidos de antioxidantes, estabilizadores de UV, captadores de cobre ou inibidores de arrasto de água.
[053] O material polimérico termoplástico pode tipicamente com preender de 0,01% a 5% em peso aproximadamente e de preferência de 0,1% a 2% em peso aproximadamente de aditivos, em relação ao peso total do material polimérico termoplástico.
[054] Mais particularmente, os antioxidantes tornam possível pro teger a composição polimérica das tensões térmicas geradas durante as fases de fabricação do cabo ou durante o funcionamento do cabo.
[055] Os antioxidantes são de preferência escolhidos a partir de fenóis impedidos, tioésteres, antioxidantes à base de enxofre, antioxi- dantes à base de fósforo, antioxidantes do tipo amina e uma das misturas dos mesmos.
[056] Pode ser feita menção, como os exemplos de fenóis im pedidos, de tetraquis(3-(3,5-di(terc-butil)-4-hidroxifenil)propionato) (Ir- ganox® 1010), octadecil 3-(3,5-di(terc-butil)-4-hidroxifenil)propionato (Irganox® 1076), 1,3,5-trimetil-2,4,6-tris(3,5-di(terc-butil)-4-hidroxiben- zil) bemzeno (Irganox® 1330), 4,6-bis(octiltiometil)-o-cresol (Irgastab® KV10), 2,2'-tiobis(6-(terc-butil)-4-metilfenol) (Irganox® 1081), 2,2'-tio- dietileno bis[3-(3,5-di(terc-butil)-4-hidroxifenil)propionato] (Irganox® 1035), 2,2'-metilenebis (6-(terc-butil)-4-metilfenol), 1,2-bis(3,5-di(terc- butil)-4-hidroxihidrocinnamoil)hidrazine (Irganox® MD 1024) e 2,2'- oxamidobis(etil 3-(3,5-di(terc-butil)-4-hidroxifenil)propionato).
[057] Pode mencionar-se, como exemplos de tioésteres, o 3,3'- tiodipropionato de didodecila (Irganox® PS800), o tiodipropionato de diestearila (Irganox® PS802) e o 4, 6-bis (octiltiometil)-o-cresol (Irga- nox® 1520).
[058] Pode ser feita menção, como exemplos de antioxidantes à base de enxofre, de 3,3'-tiodipropionato de dioctadecila e 3,3'-tiodipro- pionato de didodecila.
[059] Pode ser feita menção, como exemplos de antioxidantes à base de fósforo, de tris(2,4-di(terc-butil)fenil)fosfito (Irgafos® 168) e bis (2,4-di(terc-butil)fenil)pentaeritritol difosfito (Ultranox® 626).
[060] Pode ser feita menção, como exemplos de antioxidantes do tipo amina, de fenilenodiaminas (por exemplo, 1PPD ou 6PPD), difeni- lamina estirenos, difenilaminas, mercaptobenzimidazóis e 2,2,4- trimetil-1,2-dihidroquinolina (TMQ) polimerizada.
[061] Pode ser feita menção, como exemplos de misturas de an- tioxidantes, de Irganox B 225, que compreende uma mistura equimolar de Irgafos 168 e Irganox 1010 como são descritos acima.
[062] O material polimérico termoplástico pode adicionalmente compreender pelo menos um líquido dielétrico.
[063] Pode ser feita menção, como líquido dielétrico, de óleos minerais (por exemplo, óleos naftênicos, óleos parafínicos, óleos aro- sobutileno, 1-penteno usados máticos ou óleos poliaromáticos), óleos vegetais (por exemplo, óleo de soja, óleo de linhaça, óleo de colza, óleo de milho ou óleo de rícino) ou sintéticos óleos, tais como hidro- carbonetos aromáticos (alquilbenzenos, alquilnaftalenos, alquilbifeni- las, alquildiariletilenos e semelhantes), óleos de silicone, óxidos de éter, ésteres orgânicos ou hidrocarbonetos alifáticos.
[064] De acordo com uma modalidade específica, o líquido dielé- trico representa de 1% a 20% em peso aproximadamente, de preferência de 2% a 15% em peso aproximadamente e mais de preferência de 3% a 12% em peso aproximadamente, em relação ao peso total de o material polimérico termoplástico.
[065] De acordo com a presente invenção, a camada eletrica mente isolante do cabo de acordo com a presente invenção é não reticulada e extrudida.
[066] A camada eletricamente isolante do cabo de acordo com a presente invenção pode ser obtida por processos de extrusão convencionais bem conhecidos por meio de uma pessoa que é versada na técnica.
[067] A camada eletricamente isolante apresenta uma espessura que pode variar em função do tipo de cabo previsto. Em particular, quando o cabo de acordo com a presente invenção é um cabo de média tensão, a espessura da camada de isolamento é tipicamente de 4 a 5 mm aproximadamente e mais particularmente de 4,5 mm aproximadamente. Quando o cabo de acordo com a presente invenção é um cabo de alta tensão, a espessura da camada isolante varia tipicamente de 17 a 18 mm (para tensões da ordem de 150 kV aproximadamente) e pode variar até espessuras que variam de 20 a 25 mm aproximadamente para voltagens superiores a 150 kV (cabos de voltagem muito alta).
[068] Na presente invenção, "camada isolante eletricamente" é entendida como significando uma camada, cuja condutividade elétrica pode ser no máximo 1 x 10-9 S/m e de preferência no máximo 1 x 1010 S/m (siemens por metro ) (a 25°C).
[069] O elemento eletricamente condutor alongado pode ser um condutor de peça única, tal como, por exemplo, um fio de metal, ou um condutor de múltiplas partes, tal como uma pluralidade de fios de metal que são ou não torcidos.
[070] O elemento eletricamente condutor alongado pode ser feito de alumínio, de liga de alumínio, de cobre, de liga de cobre e de uma de suas combinações.
[071] Na presente invenção, "camada semicondutora" é entendi da como significando uma camada, cuja condutividade elétrica pode ser pelo menos 1 x 10-9 s/m (siemens por metro), de preferência pelo menos 1 x 10—3 s/m e, de preferência, pode ser inferior a 1 x 103 S/m (a 25°C).
[072] Em uma modalidade específica, a primeira camada semi- condutora, a camada eletricamente isolante e a segunda camada se- micondutora constituem um isolamento de três camadas. Em outras palavras, a camada eletricamente isolante está em contato físico direto com a primeira camada semicondutora, e a segunda camada semi- condutora está em contato físico direto com a camada eletricamente isolante.
[073] A primeira e a segunda camadas semicondutoras são de preferência feitas de um material polimérico termoplástico.
[074] O cabo de acordo com a presente invenção pode adicio nalmente compreender uma bainha eletricamente isolante ao redor da segunda camada semicondutora, e que pode estar em contato físico direto com a última.
[075] O cabo de acordo com a presente invenção pode adicio nalmente compreender uma blindagem de metal envolvendo a segunda camada semicondutora. Neste caso, a bainha eletricamente isolan- te envolve o referido escudo de metal.
[076] Esta blindagem de metal pode ser um escudo de "fio" com- posto de um conjunto de condutores feitos de cobre ou alumínio dispostos ao redor e ao longo da segunda camada semicondutora, um escudo de "tira" composto de uma ou mais tiras metálicas condutoras de cobre ou alumínio opcionalmente posicionadas helicoidalmente em torno da segunda camada semicondutora ou de uma tira de metal condutora feita de alumínio posicionada longitudinalmente em torno da segunda camada semicondutora e tornada estanque devido ao adesivo nas regiões de sobreposição das partes da referida tira, ou uma blindagem "estanque" do tipo de tubo metálico composto de chumbo ou de liga de chumbo e em torno da segunda camada semicondutora. Este último tipo de blindagem torna possível, em particular, formar uma barreira à umidade que tem uma tendência para penetrar radialmente no cabo de alimentação.
[077] A blindagem de metal do cabo de energia da presente in venção pode compreender uma blindagem de "fio" e uma blindagem "estanque" ou uma blindagem de "arame" e uma blindagem de "tira".
[078] Todos os tipos de escudos de metal podem desempenhar o papel de ligar o cabo de alimentação e podem, dessa maneira, transmitir as correntes de falha, por exemplo, no caso de curto-circuito na rede em questão.
[079] Outras camadas, tais como camadas que incham na pre sença de umidade, podem ser adicionadas entre a segunda camada semicondutora e a blindagem de metal, entre a blindagem metálica e a bainha eletricamente isolante, quando existirem, essas camadas pos-sibilitando o fornecimento de estanqueidade do cabo de alimentação.
[080] Um segundo tema da presente invenção é um processo para a fabricação de um cabo de energia de média ou alta tensão de acordo com o primeiro objeto da presente invenção e compreendendo pelo menos um elemento condutor elétrico alongado, uma primeira camada semicondutora. que envolve o elemento condutor elétrico alongado, uma camada eletricamente isolante que envolve a primeira camada semicondutora e uma segunda camada semicondutora que envolve a referida camada eletricamente isolante e na qual a referida camada eletricamente isolante é pelo menos uma camada de um material polimérico termoplástico compreendendo um matriz de polipropi- leno contínua obtida por meio da polimerização do tipo de Ziegler- Natta de pelo menos um homopolímero ou copolímero de propileno, e na qual um polietileno com uma densidade variando de 0,930 a 0,970 g/cm3 disperso. Este processo compreende as etapas que consistem em:
[081] extrudar e depositar a primeira camada semicondutora ao redor do condutor elétrico,
[082] extrudar e depositar a camada eletricamente isolante ao redor da referida primeira camada semicondutora, e
[083] extrudar e depositar a segunda camada semicondutora em torno da referida camada eletricamente isolante.
[084] Em uma forma alternativa, os estágios 1) a 3) podem ser realizados concomitantemente.
[085] Outras características e vantagens da presente invenção tornar-se-ão evidentes à luz da descrição de um exemplo não limitativo de um cabo elétrico de acordo com a presente invenção feito com referência à figura 1, representando uma vista esquemática em perspectiva e em secção transversal de um cabo elétrico de acordo com uma modalidade preferida de acordo com a presente invenção.
[086] O cabo de energia de média ou alta tensão 1, ilustrado na Figura 1, compreende um elemento condutor central 2, em particular feito de cobre ou de alumínio, e compreende sucessivamente e coaxialmente, em torno deste elemento, uma primeira camada semi- condutora 3 conhecida como "camada semicondutora interna", uma camada eletricamente isolante 4, uma segunda camada semiconduto- ra 5 conhecida como "camada semicondutora externa", uma blindagem metálica 6 do tipo de tubo cilíndrico e uma bainha protetora externa 7, sendo a camada eletricamente isolante 4 feita de um termoplástico material polimérico compreendendo uma matriz de polipropileno contínua obtida por meio da polimerização do tipo Ziegler-Natta de pelo menos um homopolímero ou copolímero de propileno, e na qual um homo ou copolímero de etileno com uma densidade variando de 0,930 a 0,970 g/cm3 é disperso.
[087] As camadas 3 e 5 são camadas extrudidas por meio dos processos bem conhecidos por meio das pessoas que são versadas na técnica.
[088] A presença da blindagem metálica 6 e da bainha de prote ção exterior 7 é preferível mas não essencial. Esta estrutura de cabos é como tal de tipo conhecido e fora do âmbito da presente invenção.
EXEMPLOS EXEMPLO 1: Preparação de um material polimérico termoplástico que pode ser usado como camada eletricamente isolante em um cabo de acordo com a presente invenção e de um material comparativo
[089] Foi preparado um material polimérico termoplástico de acor do com a presente invenção (TPM 1) e também um material polimérico termoplástico comparativo que não faz parte da presente invenção (TPM 2), cujas composições são dadas na Tabela 1 abaixo (% em peso):
Figure img0001
(*) TPM comparativo que não faz parte da presente invenção
[090] As origens dos compostos na Tabela 1 são as seguintes: - copolímero de propileno aleatório vendido pela Borealis sob a referência Bormed® RB 845 MO; - copolímero de propileno heterofásico vendido por Basell Polyolefins sob a referência Adflex® Q 200 F; - Polietileno de alta densidade vendido sob o nome comercial Eltex® A4009 MFN1325 pela Ineos, cuja densidade é de 0,960 g/cm3 de acordo com a Norma ISO 1183A (a uma temperatura de 23°C); - Polietileno linear de baixa densidade vendido sob o nome comercial LDPE LL 1002 YB pela ExxonMobil Chemical, cuja densidade é de 0,918 g/cm3 de acordo com a Norma ISO 1183A (a uma temperatura de 23°C); - Antioxidante vendido pela Ciba sob a referência Irganox® B 225, que compreende uma mistura equimolar de Irgafos® 168 e Ir- ganox® 1010.
[091] Os diferentes componentes dos materiais TPM 1 e TPM 2 foram introduzidos em uma extrusora dupla rosca Berstorff e extrusa- dos a uma temperatura máxima de 180°C a 200°C aproximadamente (a velocidade de rotação dos parafusos gêmeos da extrusora foi ajustada para 80 revoluções por minuto) e, em seguida, o material foi fundido a 200°C aproximadamente.
[092] Cada um dos materiais poliméricos termoplásticos TPM 1 e TPM 2 foi assim preparado na forma de camadas com uma espessura de 1,0 mm e também de camadas com uma espessura de 8,0 mm de modo a realizar as medições de condutividade térmica.
[093] Estes materiais TPM 1 e TPM 2 foram posteriormente com parados do ponto de vista de suas propriedades mecânicas (resistência à tração/alongamento na ruptura antes e após o envelhecimento), de sua densidade, de sua condutividade térmica (a 45°C, 85°C e 95 °C) e de suas propriedades elétricas (rigidez dielétrica).
Propriedades mecânicas:
[094] Os ensaios de resistência à tração e de alongamento na ruptura foram realizados nos materiais na forma de camadas com espessura de 1 mm, de acordo com a Norma NF EN 60811-1-1, antes e após o envelhecimento a 135°C por 240 horas.
[095] A condutividade térmica dos materiais foi medida nos mate riais na forma de camadas de 8 mm usando um aparelho vendido sob a referência 3345 pela Instron sob as condições dadas na Norma EN 60811-1-1.
[096] A rigidez dielétrica das camadas foi medida usando um dis positivo que compreende dois eletrodos planos feitos de aço inoxidável com um diâmetro de 20 mm aproximadamente (um eletrodo sob tensão e o outro ligado à terra) e um óleo dielétrico vendido pela Bluestar Silicones sob a referência Rhodorsil. ® 604 V 50. Por definição, a rigidez dielétrica é a razão entre a tensão de ruptura e a espessura do isolador. A tensão de ruptura foi medida a 24°C aproximadamente, com uma umidade de aproximadamente 50%, usando o método de escalonamento escalonado de tensão. A tensão aplicada foi uma tensão alternada com uma frequência de 50 Hz aproximadamente e a taxa de subida de tensão foi de 1 kV/s aproximadamente até ao ponto de ruptura. 12 medições foram realizadas para cada material.
[097] Os resultados correspondentes a cada um destes testes são apresentados nas Tabelas 2 (propriedades mecânicas) e 3 (rigidez dielétrica) abaixo: TABELA 2
Figure img0002
Figure img0003
(*) TPM comparativo que não faz parte da presente invenção TABELA 3
Figure img0004
[098] Estes resultados combinados mostram que a incorporação de um polietileno de alta densidade em uma matriz de polipropileno não é prejudicial para as propriedades mecânicas do material polimérico termoplástico que pode ser usado de acordo com a presente invenção como camada eletricamente isolante de média ou alta tensão cabo de potência, este último mantendo boas propriedades mecânicas em termos de resistência à tração e de alongamento na ruptura, inclusive após o envelhecimento (Tabela 2). A incorporação de um polietileno de alta densidade não é prejudicial às propriedades dielétricas da camada isolante, que retém um valor de resistência dielétrica inteiramente compatível com a aplicação prevista (cabos de média tensão ou alta tensão) (Tabela 3). Por outro lado, a presença de polietileno de alta densidade resulta em um material termoplástico que tem uma maior condutividade térmica do que o de um material polimérico termoplástico em que o po- lietileno é um polietileno linear de baixa densidade (Tabela 2). EXEMPLO 2: Preparação de um material polimérico termoplástico que pode ser usado como camada eletricamente isolante em um cabo de acordo com a presente invenção e de um material comparativo
[099] Foram preparados dois materiais poliméricos termoplásti cos de acordo com a presente invenção (TPM 3 e TPM 4) e também um material polimérico termoplástico comparativo que não faz parte da presente invenção (TPM 5), cujas composições são dadas na Tabela 4 abaixo (% em peso):
Figure img0005
(*) TPM comparativo que não faz parte da presente invenção
[0100] As origens dos compostos na Tabela 4 são as seguintes: - copolímero de propileno aleatório vendido pela Borealis sob a referência Bormed® RB 845 MO; - copolímero de propileno heterofásico vendido por Basell Polyolefins sob a referência Adflex® Q 200 F; - Polietileno de alta densidade vendido sob o nome comercial Eltex® A4009 MFN1325 pela Ineos, cuja densidade é 0,960 g/cm3 de acordo com a Norma ISO 1183A a uma temperatura de 23°C (MFI = 0,9) (para TPM3), ou sob o nome comercial Eltex A4020 N1331 pela Ineos, cuja densidade é de 0,952 g/cm3 de acordo com a Norma ISO 1183A a uma temperatura de 23°C (MFI = 2,2) (para TPM4); - Polietileno linear de baixa densidade vendido sob o nome comercial BPD 3642 pela Ineos, cuja densidade é de 0,92 g/cm3 de acordo com a Norma ISO 1183A (a uma temperatura de 23°C); - Antioxidante vendido pela Ciba sob a referência Irganox® B 225, que compreende uma mistura equimolar de Irgafos® 168 e Ir- ganox® 1010; e - Líquido dielétrico vendido sob a referência Dowtherm RP pela Dow.
[0101] Os diferentes componentes dos materiais TPM 3, TPM 4 e TPM 5 foram introduzidos em uma extrusora dupla rosca Berstorff e extrusados a uma temperatura máxima de 180°C a 200°C aproximadamente (sendo a velocidade rotacional dos parafusos gêmeos da ex- trusora ajustado para 80 rotações por minuto), e então o material foi fundido a 200°C aproximadamente.
[0102] Cada um dos materiais poliméricos termoplásticos TPM 3, TPM 4 e TPM 5 foi assim preparado na forma de camadas com uma espessura de 1,0 mm e também de camadas com uma espessura de 8,0 mm de modo a realizar as medições de condutividade térmica.
[0103] Esses materiais TPM 3, TPM 4 e TPM 5 foram posterior mente comparados do ponto de vista de suas propriedades mecânicas (resistência à tração/alongamento na ruptura antes e após o envelhe-cimento), de sua densidade e de sua condutividade térmica.
Propriedades mecânicas:
[0104] Os ensaios de resistência à tração e de alongamento na ruptura foram realizados nos materiais na forma de camadas com espessura de 1 mm, de acordo com a Norma NF EN 60811-1-1, antes e após o envelhecimento a 135°C por 240 horas.
[0105] A condutividade térmica dos materiais foi medida nos mate riais na forma de camadas de 8 mm usando um aparelho vendido sob a referência 3345 pela Instron sob as condições dadas na Norma EN 60811-1-1.
[0106] Os resultados correspondentes a cada um desses testes são apresentados na Tabela 5 (propriedades mecânicas) abaixo: TABELA 5
Figure img0006
(*) TPM comparativo que não faz parte da presente invenção
[0107] Estes resultados combinados mostram que a incorporação de um polietileno de alta densidade em uma matriz de polipropileno não é prejudicial para as propriedades mecânicas do material poliméri- co termoplástico que pode ser usado de acordo com a presente invenção como camada eletricamente isolante de média ou alta tensão cabo de energia, este último mantendo muito boas propriedades mecânicas (na verdade, propriedades mecânicas ainda melhores) em termos de resistência à tração e alongamento na ruptura, inclusive após o envelhecimento (Tabela 5).
[0108] Os resultados de condutividade térmica de TPM 3 (curva com os quadrados sólidos), TPM 4 (curva com os triângulos sólidos) e TPM 5 (curva com os diamantes sólidos) são dados na Figura 2. A presença de polietileno de alta densidade resulta em um material termoplástico que tem uma maior condutividade térmica do que o de um material polimérico termoplástico em que o polietileno é um polietileno linear de baixa densidade.

Claims (16)

1. Cabo de energia de média ou alta tensão (1) compreendendo pelo menos um elemento condutor elétrico alongado (2), uma primeira camada semicondutora (3) que envolve o elemento condutor elétrico alongado (2), uma camada eletricamente isolante (4) que circunda a primeira camada semicondutora (3) e uma segunda camada semicondutora (5) que envolve a referida camada eletricamente isolan- te (4) , o referido cabo de energia (1) caracterizado pelo fato de que a camada eletricamente isolante (4) é pelo menos uma camada de um material polimérico termoplástico compósito compreendendo uma matriz contínua de polipropileno obtida por meio da polimerização do tipo Ziegler-Natta de pelo menos um homopolímero ou copolímero de pro- pileno, e na qual um polietileno escolhido entre um homo- ou copolí- mero de etileno possuindo uma densidade que varia entre 0,930 e 0,970 g/cm3 é disperso na forma de partículas finas, em que a densidade é medida de acordo com a norma ISO 1183A, a uma temperatura de 23°C.
2. Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o copolímero de propileno é um copolímero de propileno aleatório.
3. Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o copolímero de propileno é escolhido entre os copolí- meros de propileno e de olefina, sendo a olefina escolhida entre o eti- leno e uma α-olefina que não o propileno.
4. Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o copolímero de propileno é um copolímero de propileno e de etileno.
5. Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o copolímero de propileno é um copolímero heterofásico compreendendo uma fase termoplástica do tipo propileno e uma fase de elastômero do tipo de copolímero de etileno e de uma α-olefina.
6. Cabo de acordo com precedentes reivindicação 1, carac-terizado pelo fato de que o homopolímero ou copolímero de propileno representa de 40% a 70% em peso, em relação ao peso total do material polimérico termoplástico.
7. Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os homopolímeros ou copolímeros de etileno terem uma densidade que varia entre 0,940 e 0,965 g/cm3.
8. Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o polietileno é um homopolímero de etileno.
9. Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o polietileno é um copolímero de etileno não polar que pode compreender um comonômero do tipo α-olefina.
10. Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o polietileno representa de 10% a 50% em peso, em relação ao peso total do material polimérico termoplástico compósito.
11. Cabo de acordo com reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material polimérico termoplástico compósito inclui adicionalmente pelo menos um homopolímero ou copolímero de α-olefina.
12. Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material polimérico termoplástico compósito inclui adicionalmente um copolímero heterofásico compreendendo uma fase termoplástica do tipo propileno e uma fase de elastômero do tipo de copolímero de etileno e de uma α-olefina, um polietileno ou uma das suas misturas.
13. Cabo de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que de que o homopolímero ou copolímero de α-olefina e/ou o polietileno representam, independentemente um do outro, de 5% a 50% em peso do material de polímero termoplástico compósito.
14. Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material polimérico termoplástico compósito compreende adicionalmente pelo menos um líquido dielétrico.
15. Cabo de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o homopolímero ou copolímero de α-olefina e/ou o copolímero heterofásico e/ou o polietileno representam, independentemente um do outro, de 5% a 50% em peso do material de polímero termoplástico compósito.
16. Processo para a preparação de um cabo de energia de média ou alta tensão (1) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 15 e compreendendo pelo menos um elemento condutor elétrico alongado (2), uma primeira camada semicondutora (3) que envolve o elemento condutor elétrico alongado (2), uma camada eletricamente isolante (4) que circunda a primeira camada semicondutora (3), e uma segunda camada semicondutora (5) que envolve a referida camada eletricamente isolante (4), e na qual a referida camada eletricamente isolante (4) é pelo menos uma camada de um material poli- mérico termoplástico que compreende uma matriz contínua de polipro- pileno obtida por meio da polimerização do Tipo Ziegler Natta de pelo menos um homopolímero ou copolímero de propileno, e no qual é disperso um polietileno com uma densidade variando de 0,930 a 0,970 g/cm3, caracterizado pelo fato de que o referido processo compreende os estágios que consistem em: 1) extrudar e depositar a primeira camada semicondutora (3) ao redor do condutor elétrico (2), 2) extrudar e depositar a camada eletricamente isolante (4) ao redor da referida primeira camada semicondutora (3), e 3) extrudar e depositar a segunda camada semicondutora (5) em torno da referida camada eletricamente isolante (4).
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