ES2221269T3 - Cable electrico para corriente continua de alto voltaje con aislamiento impregnado en masa. - Google Patents
Cable electrico para corriente continua de alto voltaje con aislamiento impregnado en masa.Info
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Abstract
Cable eléctrico impregnado en masa, particularmente para llevar corriente continua de alta tensión, que tiene un aislamiento en el que, alrededor de la capa de aislamiento impregnada con un fluido aislante, se prevé una capa receptora que comprende al menos un bobinado de una cinta de un material elastómero semiconductor, que ejerce una acción eficaz para contener el fluido aislante, a la vez que previene la formación de microcavidades dentro de la capa aislante impregnada. El material que constituye la cinta tiene una gran resistencia fisicoquímica a la degradación de los componentes del fluido aislante, tanto en estado frío como particularmente a la temperatura operativa del cable.
Description
Cable eléctrico para corriente continua de alto
voltaje con aislamiento impregnado en masa.
La presente invención se refiere a un cable,
particularmente para llevar corriente continua de alta tensión, y
adecuado para instalaciones terrestres o, en particular, submarinas,
que tiene como capa de aislamiento un material impregnado con un
fluido de aislamiento. La presente invención también se refiere a un
procedimiento para evitar la formación microcavidades en dicha capa
de aislamiento.
Para los propósitos de la presente descripción y
las reivindicaciones, con el término "alta tensión" se define
una tensión de por lo menos 100 kV, preferiblemente de al menos 200
kV.
Para llevar corriente continua de alta tensión,
ya sea a lo largo de líneas terrestres o, en particular, a lo largo
de líneas submarinas, se utilizan cables, comúnmente conocidos en la
técnica como cables impregnados con masa, en los que el conductor,
cubierto con una primera capa semiconductora, está eléctricamente
aislado envuelto con una cinta de un material aislante, generalmente
papel o laminados de múltiples capas papel/polipropileno/papel, que
a continuación se impregna ampliamente con una mezcla que tiene un
alta resistividad eléctrica y una alta viscosidad, generalmente un
aceite de hidrocarburo tratado con un agente que aumenta la
viscosidad. Entonces el cable comprende otra capa semiconductora y
una funda de metal, generalmente hecha de plomo, que a su vez está
rodeada por al menos una estructura de blindaje de metal y una o más
fundas de protección hechas de material plástico.
Aunque se caracterizan por una alta fiabilidad en
funcionamiento incluso a altas tensiones (por encima de 150 kV), los
cables impregnados de masa tienen algunos inconvenientes,
principalmente en lo que se refieren a la migración del fluido de
aislamiento en el cable. En particular, durante el uso del cable
está sometido, respecto a las variaciones en la intensidad de
corriente llevada, a ciclos térmicos que provocan la migración del
fluido impregnado en dirección radial. Esto es porque, cuando la
corriente llevada aumenta y el cable se calienta, el fluido de
aislamiento disminuye su viscosidad y está sometido a una expansión
térmica mayor que la de los otros componentes del cable. Esto
provoca una migración del fluido desde la capa de aislamiento hacia
el exterior, y, en consecuencia, un aumento de la presión ejercida
sobre la funda de metal, que se deforma en la dirección radial.
Cuando la corriente llevada disminuye y el cable se enfría, el
fluido de impregnación se contrae, mientras que la funda de metal,
que está constituida por un material plástico (usualmente plomo),
permanece deformada de manera permanente. De esta manera, hay un
descenso de la presión en el interior del cable, que provoca la
formación de microcavidades en la capa de aislamiento, con el riesgo
consiguiente de descargas eléctricas y, por lo tanto, de perforación
del aislamiento. El riesgo de perforación aumenta con un aumento del
espesor de la capa de aislamiento y, por lo tanto, con un aumento de
la tensión máxima para la que el cable se ha diseñado.
Para llevar corriente continua a alta tensión, se
han desarrollado cables presurizados, en los que la capa de
aislamiento impregnada con el fluido de aislamiento está sometida a
una presión mayor que la presión atmosférica, generalmente por
encima de 14 bars, mediante la introducción de un gas presurizado,
por ejemplo nitrógeno. Otra solución para llevar corriente continua
a alta tensión consiste en cables de aceite fluido, en los que el
aislamiento está previsto por un aceite presurizado con una baja
viscosidad y una alta resistividad (bajo un cabezal hidrostático).
Estas soluciones, aunque son muy efectivas para evitar la formación
de microcavidades en el aislamiento del cable, tienen varios
inconvenientes principalmente relacionados con la complejidad de
construcción, y en particular provocan una limitación de la longitud
máxima admisible del cable (generalmente no mayor de
50-100 km). Esta limitación de la longitud máxima es
un inconveniente serio, especialmente en el caso de instalaciones
submarinas, donde las longitudes requeridas son usualmente muy
grandes.
En la patente GB-2.196.781 se
describe un cable impregnado de masa de corriente continua, en el
que una estructura de refuerzo está presente, que consiste en una
cinta elástica enrollada de manera tensa alrededor de la funda de
metal para compensar las expansiones y las contracciones radiales
del aceite de impregnación y, en consecuencia, para evitar la
formación de microcavidades en el aislamiento. La cinta consiste en
un material elástico de un metal o tipo polímero, caracterizado por
los ciclos de histéresis mecánicos del tipo cerrado, con una baja
deformación permanente después de los ciclos térmicos.
La patente EP-233.381 describe un
cable impregnado de masa de alta tensión que comprende un cuerpo de
presión que consiste en una capa de soporte, dispuesta sobre el
exterior de la funda de metal, alrededor de la cual está enrollada,
en por lo menos dos capas superpuestas, una fina cinta elástica
hecha de metal o polímero. La presencia de la capa de soporte
interpuesta entre la funda de metal y la cinta elástica actúa como
un "lecho", evitando que la cinta, que está enrollada con una
alta tensión para ejercer una acción de contención suficiente sobre
la funda metal, dañe la funda o que provoque eventualmente que se
fracture. El riesgo de fractura aumenta cuando el cable se
sobrecalienta, parcialmente por el hecho de que el plomo que
constituye la funda se vuelve más maleable, y parcialmente porque el
cable se expande y, por lo tanto, la tensión de la cinta
aumenta.
En percepción del solicitante, ambas soluciones
propuestas en las patentes citadas anteriormente
GB-2.196.781 y EP-233.381 tienen
varios inconvenientes que se producen por el hecho de que la cinta
de contención está dispuesta sobre el exterior de la funda de metal.
Incluso, tal como se ha explicado anteriormente, la tensión ejercida
por la cinta puede dañar la funda e incluso provocar su fractura, y
por otro lado, la interposición de una capa de soporte entre la
cinta y la funda, tal como se propone en la patente
EP-233.381, no solamente hace la construcción del
cable más compleja, sino que también disminuye la efectividad de la
acción de contención ejercida por dicha cinta sobre la
funda.
funda.
Además, las altas presiones requeridas para
conseguir el deseado retorno de la funda de metal durante la fase de
contracción térmica provocan un rápido desgaste de la cinta de
contención, en lo que respecta a la fricción entre la cinta y la
funda y entre las vueltas de la propia cinta. Finalmente, la cinta
de contención, que se aplica externamente a la funda, está sometida
a la acción de agentes externos, particularmente agua que se puede
infiltrar bajo el blindaje, y esto provoca una degradación a lo
largo del tiempo de sus propiedades elásticas y mecánicas.
El solicitante ha encontrado ahora que es posible
conseguir una acción efectiva de contención del fluido aislante,
evitando así la formación de microcavidades dentro de la capa de
aislamiento impregnada, mediante el enrollado alrededor de la capa
de aislamiento por debajo de la funda de metal de por lo menos una
cinta hecha a partir de un material elastomérico semiconductor, que
ejerce una acción de compresión sobre la capa de aislamiento y actúa
como una barrera respecto a la migración radial del fluido de
aislamiento sin dañar la funda de metal. Al contrario que las
soluciones conocidas en la técnica, según la presente invención, la
acción de contención del fluido de impregnación se ejerce
directamente sobre la capa de aislamiento, de manera que se evita la
formación de las microcavidades en el aislamiento, incluso si se
forman espacios vacíos entre el núcleo del cable y la funda de
metal.
Las propiedades semiconductoras del material
elastomérico aseguran una continuidad eléctrica, evitando la
creación de diferencias de potencial entre el núcleo del cable y la
funda de metal, que provocarían descargas eléctricas y, en
consecuencia, la perforación del cable. Además, el material que
constituye la cinta tiene una alta resistencia
físico-química a la acción de degradación ejercida
por los componentes del fluido de aislamiento, tanto en el estado
frío y, en particular, en la temperatura operativa del cable. Esto
es porque el fluido de aislamiento, que usualmente consiste en
productos de tipo hidrocarburo, puede provocar, especialmente cuando
está caliente, un hinchado del material elastomérico y, en
consecuencia, una degradación gradual de las propiedades elásticas y
semiconductoras del material, con una pérdida de la funcionalidad de
la capa de contención a lo largo del tiempo.
En un primer aspecto, la presente invención, por
lo tanto, se refiere a un cable, particularmente para llevar
corriente continua de alta tensión, que comprende un conductor
eléctrico, por lo menos una capa semiconductora, una capa de
aislamiento estratificada impregnada con un fluido de aislamiento, y
una funda de metal dispuesta sobre el exterior de dicha capa de
aislamiento, caracterizado por el hecho de que entre dicha capa de
aislamiento y dicha funda de metal se proporciona una capa para
contener el fluido de aislamiento, que comprende por lo menos un
enrollado de una cinta hecha a partir de un material elastomérico
semiconductor que tiene una resistencia
físico-química predeterminada respecto al fluido de
aislamiento.
En una realización preferida, el cable según la
presente invención comprende una capa semiconductora interna
dispuesta entre el conductor y la capa de aislamiento, y una capa
semiconductora externa dispuesta entre la capa de aislamiento y la
capa de contención.
La resistencia físico-química del
material elastomérico respecto al fluido de aislamiento se determina
de manera que el material elastomérico, cuando se lleva en contacto
con el fluido de aislamiento, tiene una baja tendencia a hincharse
y, por lo tanto, mantiene sus propiedades elásticas y
semiconductoras dentro de valores para asegurar, en condiciones
normales de uso y durante un periodo de tiempo predeterminado,
preferiblemente a lo largo de toda la vida del cable, la acción de
contención deseada sobre la capa de aislamiento, por un lado, y la
continuidad eléctrica entre el núcleo del cable y la funda de metal,
por otro lado.
En otro aspecto, la presente invención se refiere
a un procedimiento para evitar, en un cable eléctrico impregnado de
masa, que comprende una capa de aislamiento estratificada (4)
impregnada con un fluido de aislamiento, la formación de
microcavidades en la capa de aislamiento, comprendiendo dicho
procedimiento el enrollado de una cinta de un material elastomérico
alrededor de dicha capa para formar una capa de contención para el
fluido de aislamiento alrededor de la capa de aislamiento.
En una realización preferida del procedimiento
citado anteriormente, la cinta hecha de material elastomérico está
dispuesta entre la capa de aislamiento y una funda de metal y tiene
propiedades semiconductoras de manera que se asegura la continuidad
eléctrica entre la capa de aislamiento y la funda de metal.
Para evaluar la resistencia
físico-química del material elastomérico a la acción
de degradación del fluido aislante, el solicitante ha desarrollado
una prueba de envejecimiento acelerada, en la cual un espécimen de
prueba de material elastomérico, puesto bajo tensión con un valor
predeterminado de porcentaje de elongación, se sumerge en el fluido
de aislamiento a una temperatura predeterminada y durante un periodo
de tiempo predeterminado. Al final del periodo de envejecimiento, el
espécimen de prueba se libera, y se determina el porcentaje de
elongación permanente, principalmente la diferencia en el porcentaje
entre la longitud después del envejecimiento y la longitud inicial
del espécimen de prueba. El porcentaje de elongación permanente se
mide inmediatamente después de la liberación del espécimen de
prueba, en otras palabras, sin permitir que el espécimen de prueba
se recupere, por lo menos parcialmente, las dimensiones iniciales
durante un periodo de tiempo.
De esta manera, la medición del porcentaje de
elongación permanente constituye un procedimiento para evaluar la
capacidad residual para la recuperación elástica después del
envejecimiento, que ha de ser tal como para asegurar una fuerza de
compresión radial suficiente sobre la capa de aislamiento impregnada
en presencia de los ciclos térmicos de expansión y contracción que
el cable sufre durante su uso.
Sobre la base de los experimentos realizados por
el solicitante, se cree, en particular, que el material elastomérico
tiene la resistencia deseada a la degradación de las propiedades
elásticas debido al contacto con el fluido de aislamiento si un
espécimen de prueba del material, mantenido bajo tensión con una
elongación impuesta del 50% e inmerso en el fluido de aislamiento
durante 360 días a 85ºC, tiene una elongación permanente menor del
35%, preferiblemente, menor del 25%.
La indicación cuantitativa se proporciona
puramente por propósitos de ilustración, y es posible para un
técnico en la materia encontrar criterios diferentes que se pueden
usar para evaluar la resistencia físico-química del
material elastomérico respecto al fluido de aislamiento como una
función del diseño específico del cable que se ha de hacer, los
materiales usados y las condiciones operativas del cable.
El material elastomérico de base que se usa para
hacer la capa de contención según la presente invención se puede
seleccionar, por ejemplo, entre: cauchos de nitrilo, cauchos de
estireno, fluoroelastómeros, cauchos de silicona, elastómeros de
etileno/propileno (EPR) o etileno/propileno/dieno (EPDM),
copolímeros elastoméricos de etileno con ésteres etilénicamente
insaturados, elastómeros policlorosulfonados o policlorinatados, y
similares, o mezclas de los mismos. Los siguientes se prefieren
particularmente:
- copolímeros butadieno/acrilonitrilo,
particularmente copolímeros butadieno/acrilonitrilo con un alto
contenido de acrilonitrilo (generalmente entre el 20% y el 45% en
peso de acrilonitrilo), preferiblemente en forma por lo menos
parcialmente hidrogenado;
- copolímeros etileno/vinilacetato,
etileno/metilacrilato, etileno/etilacrilato o etileno/butilacrilato,
con un alto contenido de éster (generalmente entre el 28% y el 80%
en peso);
- fluoroelastómeros basados en tetrafluoroetileno
y/o fluoruro de vinilideno con hexafluoropropeno y/o éteres de
perfluorovinilo;
- policloroetileno, policlorosulfonil etileno,
policloropreno, y similares.
El material elastomérico se puede vulcanizar
mediante procedimientos conocidos, por ejemplo mediante reticulación
de azufre, o mediante radicales. Preferiblemente, se usan materiales
elastoméricos que tiene un alto grado de reticulación, para
conseguir un alto rendimiento elástico. Preferiblemente, el material
elastomérico como tal (es decir, antes del envejecimiento en
contacto con el fluido de aislamiento) tiene una tensión de rotura
mayor de 15 MPa, preferiblemente mayor de 20 MPa, una elongación de
rotura mayor del 300%, preferiblemente mayor del 400%, y un módulo
al 100% mayor de 3 MPa, preferiblemente mayor de 3,5 MPa.
Para impartir propiedades semiconductoras al
material elastomérico, es posible usar productos conocidos en la
técnica para la preparación de composiciones de polímero
semiconductoras. En particular, se puede usar un negro de carbón
eléctricamente conductor que tiene un área superficial generalmente
mayor de 20 m^{2}/g, por ejemplo acetileno electroconductor o
negro de horno, y similares, o también negro de carbón de alta
conductividad, que tiene por ejemplo un área de superficie de por lo
menos 900 m^{2}/g.
La cantidad de negro de carbón que se ha de
añadir a la mezcla es tal como para impartir las suficientes
propiedades semiconductoras al material elastomérico final, y en
particular para proporcionar una resistividad volumétrica del
material elastomérico, medida a temperatura ambiente, de menos de
100 \Omega\cdotm, preferiblemente menor de 5 \Omega\cdotm.
Típicamente, la cantidad de negro de carbón puede variar entre un 5%
y un 70%, preferiblemente entre un 10 y un 50%, en peso respecto al
peso del polímero.
Otros aditivos de varios tipos conocidos en la
técnica, tales como plastificadotes, antioxidantes, aceleradores de
reticulación, agentes de co-vulcanización, etc.,
usualmente se añaden a la mezcla del polímero.
Las figuras adjuntas muestran una realización del
cable según la presente invención, en los que:
La figura 1 muestra una vista en perspectiva de
una sección de un cable según la presente invención con porciones
parcialmente retiradas para mostrar su estructura;
La figura 2 muestra una sección transversal a
través del cable mostrado en la figura 1;
Las figuras 3 y 4 muestran una representación
esquemática en sección de dos posibles realizaciones de la cubierta
con cinta con el material elastomérico.
Con referencia a las figuras citadas
anteriormente, el cable (1) según la presente invención comprende,
en secuencia desde el centro al exterior, un conductor (2), un capa
semiconductora interna (3), una capa de aislamiento estratificada
(4), una capa semiconductora externa (5), una capa de contención (6)
que comprende una o más cintas (7) de material elastomérico
enrolladas alrededor de la capa semiconductora interna (5), y una
funda de metal (8).
El conductor (2) consiste generalmente en una
pluralidad de conductores simples, preferiblemente hechos de cobre o
aluminio, por ejemplo en forma de alambres torcidos juntos mediante
procedimientos convencionales, o, preferiblemente, es del tipo de
cuña de cobre o Milliken (tal como se muestra en la figura 1), en el
que una pluralidad de conductores de metal (21) están unidos juntos
para formar sectores aislados individualmente para minimizar las
pérdidas de corriente. Un conducto (22) permite que el fluido de
aislamiento se mueva longitudinalmente a lo largo del cable pueda
estar presente en el centro del conductor (2).
Alrededor del conductor (2) hay una capa (3) que
tiene propiedades semiconductoras, que consisten, por ejemplo, en
bobinas de cintas de papel de celulosa rellenas con negro de carbón
semiconductor.
La capa de aislamiento (4) generalmente consiste
en bobinas de cintas de papel de celulosa, que tienen una densidad
típicamente en el rango entre 0,7 y 1,2 g/cm^{3}, preferiblemente
entre 0,9 y 1,1 g/cm^{3}. En lugar de papel de celulosa, se pueden
usar laminados de papel/polipropileno/papel, tal como se describe,
por ejemplo, en las patentes GB-1.045.527 y
US-4.602.121, o en la solicitud de patente
EP-684.614.
Las bobinas de la capa de aislamiento (4) están
impregnadas con un fluido de aislamiento que generalmente tiene una
viscosidad entre 50 y 300 cSt a 100ºC, y entre 500 y 10.000 cSt a
60ºC, y una resistividad eléctrica generalmente mayor de
1\cdot10^{14} \Omega\cdotm. Los fluidos de este tipo
generalmente consisten en un aceite mineral de tipo nafténico o
parafina, o mezclas de los mismos, al cual se añade un agente de
aumento de la viscosidad en cantidades usualmente entre un 0,5% y un
10% en peso, preferiblemente entre un 1% y un 5% en peso. Los
aditivos que aumentan la viscosidad se pueden seleccionar, por
ejemplo, entre: poliolefinas con un alto peso molecular, por ejemplo
poliisobutenos; resinas colofónicas polimerizadas; cera
microcristalina; materiales elastoméricos en una forma subdividida,
por ejemplo estireno o cauchos de isopreno, y similares.
La capa de aislamiento (4) generalmente consiste
en bobinas de cintas de papel de celulosa, que tienen una densidad
típicamente en el rango entre 0,7 y 1,2 g/cm^{3}, preferiblemente
entre 0,9 y 1,1 g/cm^{3}. En lugar de papel de celulosa, se pueden
usar laminados de papel/polipropileno/papel, tal como se describe,
por ejemplo, en las patentes GB-1.045.527 y
US-4.602.121, o en la solicitud de patente
EP-684.614.
Las bobinas de la capa aislante (4) están
impregnadas con un fluido aislante que generalmente tiene una
viscosidad de entre 50 x 10^{-6} y 300 x 10^{-6} (cSt) a 100ºC,
y entre 500 x 10^{-6} m^{2}/s y 10.000 x 10^{-6} m^{2}/s
(cSt) a 60ºC, y una resistividad eléctrica generalmente mayor de
1\cdot10^{14} \Omega\cdotm. Los fluidos de este tipo
generalmente consisten en un aceite mineral de tipo nafténico o
parafina, o mezclas de los mismos, a los cuales se añade un agente
de aumento de la viscosidad en cantidades usualmente entre un 0,5% y
un 10% en peso, preferiblemente entre un 1% y un 5% en peso. Los
aditivos que aumentan la viscosidad se pueden seleccionar, por
ejemplo, entre: poliolefinas con un alto peso molecular, por ejemplo
poliisobutenos; resinas colofónicas polimerizadas; cera
microcristalina; materiales elastoméricos en una forma subdividida,
por ejemplo estireno o cauchos de isopreno, y similares.
La capa de contención (6) está formada alrededor
de la capa semiconductora externa (5) mediante el enrollado en
espiral de la cinta (7) hecha de material elastomérico tal como se
ha descrito anteriormente. La superficie de la cinta es tan lisa y
libre de defectos como sea posible, de manera que se consigue un
contacto óptimo entre las vueltas solapadas de la cinta, y, por lo
tanto, se evita la infiltración de fluido de aislamiento.
El enrollado consiste preferiblemente en una o
más capas de la cinta enrolladas con un solapado entre vueltas
sucesivas de por lo menos un 20%, preferiblemente por lo menos del
50%, respecto a la anchura de la cinta, de manera que se evita la
posibilidad de infiltración del fluido de impregnación entre una
vuelta y la siguiente. Un solapado de este tipo asegura una cierta
seguridad.
Durante el procedimiento de enrollado alrededor
del núcleo del cable, se aplica una fuerza de tracción a la cinta
para ejercer sobre las capas inferiores una presión radial
suficiente para obtener una acción efectiva de contención del fluido
de impregnación. En general, la cinta se enrolla con una fuerza de
tracción de manera que se obtiene una elongación de la cinta
generalmente entre un 40% y un 90%, preferiblemente entre un 50% y
un 70%.
La funda de metal (8), usualmente hecha de plomo
o aleaciones de plomo, encierra el núcleo del cable que consiste en
los elementos citados anteriormente, y cualquier espacio dentro de
la funda (8) está relleno con el fluido de aislamiento para
impregnar completamente las capas del cable, y en particular la capa
de aislamiento estratificada (4).
Alrededor de la funda (8) está colocada una
estructura de blindaje (no representada en las figuras), capaz de
proteger el cable de las altas presiones hidrostáticas a las que se
somete durante su uso en aplicaciones submarinas. Esta estructura de
blindaje puede comprender, por ejemplo, una funda hecha de material
plástico a la que se aplica una funda de metal, hecha, por ejemplo,
de alambres de acero, la cual, a su vez, está protegida mediante una
funda externa, también hecha de material plástico. La estructura de
blindaje también puede comprender una o más capas de relleno para
evitar que el blindaje de metal dañe las capas adyacentes.
Un ejemplo de una mezcla de polímero adecuada
para hacer la capa de contención según la presente invención es como
sigue:
\newpage
| - | caucho de nitrilo (NBR): | 50,0% en peso |
| \begin{minipage}[t]{150mm} Copolímero butadieno/acrilonitrilo (33% acronitrilo en peso), que tiene una viscosidad Money ML (1+4) a 100^{o}C = 45 \pm5 (producto Krynac\registrado 34-50 de Bayer);\end{minipage} | ||
| - | caucho de nitrilo líquido (plastificador): | 10,7% en peso |
| Que tiene una viscosidad Brookfield de 20.000-30.000 cP (a 12 rpm, 50ºC, aguja nº. 4); | ||
| - | negro de carbón conductor: | 32,0% en peso |
| Producto Vulcan® XC 72 de Cabot; | ||
| - | azufre (agente reticulante): | 0,6% en peso |
| Producto Rhenogran® S-80 (80% pre-dispersión de azufre) de Rhein Chemie; | ||
| - | óxido de zinc (agente de co-vulcanización): | 0,5% en peso |
| Producto Óxido de Zinc S.O. de A-Esse; | ||
| - | bisulfato de tetrametiltiauram (TMTD): | 1,5% en peso |
| (acelerador de vulcanización): | ||
| Producto Rhenogran® TMTD-80 (pre-dispersión con un 80% TMTD) de Rhein Chemie; | ||
| - | 2,2,4-trimetil-1,2-dihidroquinolina: | 0,2% en peso |
| (TMQ) (antioxidante): | ||
| Producto Anox® HB de Great Lakes. |
La mezcla se preparó mediante un mezclador
Banbury, a continuación se realizó el calandrado y el reticulado
mediante calentamiento a 160ºC durante 30 minutos. A partir de la
lámina así producida, se preparó unos especimenes de prueba de
probeta en forma de palanqueta con dimensiones 90 x 15 x 1,5 mm. En
un espécimen de prueba en el estado inicial, se determinaron la
resistividad volumétrica (mediante un multímetro Metra Hit 16 de
ABB) y las propiedades mecánicas (mediante un instrumento Instron
1122, con un índice de tracción de 25 mm/min.). Los especimenes de
prueba se sometieron a tracción con una elongación del 50% y se
mantuvieron inmersos en un fluido de aislamiento durante periodos
que aumentaban predeterminados a una temperatura de 85ºC. El fluido
es del tipo comúnmente usado para los cables impregnados de masa
(producto comercial T2015 de Dussek-Campbell),
basado en aceite mineral con la adición de aproximadamente un 2% en
peso de un poliisobuteno de un alto peso molecular como agente que
aumenta la viscosidad.
Al final de cada periodo de inmersión, se retiró
un espécimen de prueba del fluido de aislamiento, se dejó que se
enfriara a temperatura ambiente (todavía bajo tracción), y se limpió
con éter de petróleo para eliminar los residuos de fluido, y se
midió su resistividad volumétrica tal como se ha indicado
anteriormente. Después de retirar la fuerza de tracción, se midió
inmediatamente la elongación permanente y se determinaron a
continuación las propiedades mecánicas, tal como se ha indicado
anteriormente. Otro juego de especimenes de prueba se sometió a las
mismas mediciones en las condiciones indicadas anteriormente, pero
con una elongación impuesta del 75%.
Los resultados de los dos juegos de pruebas se
muestran en las Tablas 1 y 2. Estos resultados demuestran claramente
que el material elastomérico usado mantiene sus propiedades
elásticas dentro de valores satisfactorios incluso después de una
inmersión prolongada en el fluido de aislamiento a alta temperatura
en condiciones de estiramiento.
Claims (21)
1. Cable (1), particularmente para llevar
corriente continua de alta tensión, que comprende un conductor
eléctrico (2), por lo menos una capa semiconductora (3, 5), una capa
de aislamiento estratificada (4) impregnada con un fluido de
aislamiento, y una funda de metal (8) dispuesta sobre el exterior de
dicha capa de aislamiento (4), caracterizado por el hecho de
que entre dicha capa de aislamiento (4) y dicha funda de metal (8)
se proporciona una capa (6) para contener el fluido de aislamiento,
que comprende por lo menos un enrollado de una cinta (7) hecha a
partir de un material elastomérico semiconductor que tiene una
resistencia físico-química predeterminada respecto
al fluido de aislamiento.
2. Cable según la reivindicación 1, que comprende
una capa semiconductora interna (3) dispuesta entre el conductor (2)
y la capa de aislamiento (4), y una capa semiconductora externa (5)
dispuesta entre la capa de aislamiento (4) y la capa de contención
(6).
3. Cable según cualquiera de las reivindicaciones
anteriores, en el que el material elastomérico tiene una resistencia
físico-química del material elastomérico respecto al
fluido de aislamiento tal que un espécimen de prueba del material
elastomérico, cuando se coloca bajo tracción con un porcentaje de
elongación predeterminado e inmerso en el fluido de aislamiento a
una temperatura predeterminada durante un periodo de tiempo
predeterminado, muestra un porcentaje de elongación permanente por
debajo de un valor predeterminado.
4. Cable según la reivindicación 3, en el que el
espécimen de prueba de material elastomérico, mantenido bajo
tracción con una elongación impuesta del 50% e inmerso en el fluido
de aislamiento durante 360 días a 85ºC, tiene una elongación
permanente menor del 35%.
5. Cable según la reivindicación 4, en el que el
espécimen de prueba de material elastomérico, mantenido bajo
tracción con una elongación impuesta del 50% e inmerso en el fluido
de aislamiento durante 360 días a 85ºC, tiene una elongación
permanente menor del 25%.
6. Cable según cualquiera de las reivindicaciones
anteriores, en el que el material elastomérico se selecciona entre:
cauchos de nitrilo, cauchos de estireno, fluoroelastómeros, cauchos
de silicona, elastómeros de etileno/propileno (EPR) o
etileno/propileno/dieno (EPDM), copolímeros elastoméricos de etileno
con ésteres etilénicamente insaturados, elastómeros
policlorosulfonados o policlorinatados, y similares, o mezclas de
los mismos.
7. Cable según la reivindicación 6, en el que el
material elastomérico es un copolímero butadieno/acrilonitrilo con
entre el 20% y el 45% en peso de acrilonitrilo.
8. Cable según la reivindicación 7, en el que el
copolímero butadieno/acrilonitrilo está por lo menos parcialmente
hidrogenado.
9. Cable según la reivindicación 6, en el que el
material elastomérico es copolímero etileno/vinilacetato,
etileno/metilacrilato, etileno/etilacrilato o etileno/butilacrilato
que tiene un contenido de éster entre el 28% y el 80% en peso.
10. Cable según la reivindicación 6, en el que el
material elastomérico es un fluoroelastómero basado en
tetrafluoroetileno y/o fluoruro de vinilideno con hexafluoropropeno
y/o éteres de perfluorovinilo.
11. Cable según la reivindicación 6, en el que el
material elastomérico se selecciona entre: policloroetileno,
policlorosulfonil etileno, y policloropreno.
12. Cable según cualquiera de las
reivindicaciones 6 a 11, en el que el material elastomérico se
vulcaniza mediante reticulación de azufre.
13. Cable según cualquiera de las
reivindicaciones 6 a 11, en el que el material elastomérico se
vulcaniza mediante radicales.
14. Cable según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el material elastomérico
tiene una tensión de rotura mayor de 15 MPa, una elongación de
rotura mayor del 300%, y un módulo al 100% mayor de 3 MPa.
15. Cable según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la capa de contención (6)
consiste en una o más capas de la cinta (7) de material elastomérico
enrolladas con un solapado entre las vueltas sucesivas de por lo
menos un 20% respecto a la anchura de la cinta.
16. Cable según la reivindicación 15, en el que
la capa de contención (6) consiste en una o más capas de la cinta
(7) del material elastomérico enrolladas con un solapado entre
vueltas sucesivas de por lo menos un 50% respecto a la anchura de la
cinta.
17. Cable según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 14, en el que la capa de contención (6)
comprende por lo menos dos capas de cinta (7) enrolladas en espiral
con vueltas que topan entre sí sin un solapado substancial.
18. Cable según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la cinta (7) de material
elastomérico está enrollada con una fuerza de tracción tal que se
obtiene una elongación de la cinta entre el 40% y el 90%.
19. Cable según la reivindicación 18, en el que
la cinta (7) del material elastomérico está enrollada con una fuerza
de tracción de manera que se obtiene una elongación de la cinta
entre el 50% y el 70%.
20. Procedimiento para evitar, en un cable (1)
que comprende un conductor eléctrico (2), por lo menos una capa
semiconductora (3, 5), una capa de aislamiento estratificada (4)
impregnada con un fluido de aislamiento, y una funda de metal (8)
dispuesta sobre el exterior de dicha capa de aislamiento (4), la
formación de microcavidades en la capa de aislamiento (4),
comprendiendo dicho procedimiento el enrollado de una cinta (7) de
un material elastomérico alrededor de dicha capa para formar una
capa de contención (6) para el fluido de aislamiento alrededor de la
capa de aislamiento (4).
21. Procedimiento según la reivindicación 20, en
el que la cinta (7) hecha de material elastomérico está dispuesta
entre la capa de aislamiento (4) y una funda de metal (8) y tiene
propiedades semiconductoras de manera que se asegura la continuidad
eléctrica entre la capa de aislamiento (4) y la funda de metal
(8).
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