ES2289006T3 - Cable electrico, particularmente para la transmision o distribucion de corriente continua de alto voltaje, y composicion aislante. - Google Patents
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Abstract
Cable eléctrico que comprende por lo menos un conductor y por lo menos una capa de recubrimiento aislante extruída que consta de una composición polimérica que comprende un polietileno modificado con por lo menos un compuesto de fórmula general (I): CH2=C-R1-COR2 (I) - R en la cual - R representa H ó CH3; - R1 representa un grupo alquileno C1-C8 lineal o ramificado; - R2 representa OH; un grupo NR4R5 en el cual R4 y R5, los cuales pueden ser idénticos o diferentes, representan H, o un grupo alquilo C1-C4 lineal o ramificado.
Description
Cable eléctrico, particularmente para la
transmisión o distribución de corriente continua de alto voltaje, y
composición aislante.
La presente invención se refiere a un cable
eléctrico, particularmente para la transmisión o distribución de
corriente continua de alto voltaje, y a la composición aislante
usada en dicho cable.
Más particularmente, la presente invención se
refiere a un cable eléctrico, particularmente para la transmisión o
distribución de corriente continua de alto voltaje, el cual es
adecuado para instalaciones bien terrestres o bien submarinas, que
comprende un conductor y un recubrimiento aislante extruído que
consta de una composición polimérica que comprende un polietileno
modificado con por lo menos un ácido carboxílico insaturado o un
derivado del mismo.
La presente invención se refiere además a una
composición aislante que comprende un polietileno modificado con
por lo menos un ácido carboxílico insaturado o un derivado del
mismo.
A efectos de la presente descripción y de las
reivindicaciones, la expresión "alta tensión" significa una
tensión mayor que 35 kV.
Los cables usados generalmente para la
transmisión de corriente continua de alto voltaje, bien por líneas
terrestres o bien, particularmente, por líneas submarinas, son
cables conocidos comúnmente en la técnica, tales como cables
impregnados en masa en los cuales el conductor, recubierto con una
primera capa semiconductora, se aísla eléctricamente al enrollarlo
con un material aislante, generalmente papel o laminados multicapa
de papel/polipropileno/papel, el cual a continuación se impregna
totalmente con una mezcla con una alta resistividad eléctrica y una
alta viscosidad, generalmente un aceite de hidrocarburo que contiene
un agente potenciador de la viscosidad. A continuación, el cable
comprende una capa semiconductora adicional y una pantalla metálica,
generalmente realizada con plomo, la cual a su vez está rodeada por
al menos una estructura de armadura metálica y por una o más fundas
protectoras de
plástico.
plástico.
Aunque los cables impregnados en masa están
caracterizados por una alta fiabilidad en su funcionamiento incluso
a unos voltajes muy altos (mayores que 150 kV), los mismos presentan
una serie de inconvenientes asociados principalmente a la migración
del fluido aislante en el interior del cable. Particularmente,
durante su uso, el cable está sometido, debido a variaciones en la
intensidad de la corriente transmitida, a ciclos térmicos los
cuales provocan migraciones del fluido en la dirección radial. De
hecho, cuando la corriente transportada aumenta y el cable se
calienta, la viscosidad del fluido aislante se reduce y el fluido se
ve sometido a una dilatación térmica mayor que la totalidad del
resto de componentes con los cuales está realizado el cable. Esta
situación conduce a una migración del fluido desde la capa aislante
hacia el exterior y, consecuentemente, a un aumento de la presión
ejercida sobre la pantalla metálica, la cual se deforma en la
dirección radial. Cuando la corriente transportada se reduce y el
cable se enfría, el fluido de impregnación se contrae, mientras que
la pantalla metálica, la cual está realizada con un material
plástico (habitualmente plomo), queda deformada permanentemente.
Por esta razón, esta situación da como resultado una reducción de la
presión interna del cable, lo cual conduce a la formación de
microcavidades en la capa aislante con el riesgo consiguiente de
descargas eléctricas y, por lo tanto, de perforaciones del aislante.
El riesgo de perforaciones aumenta a medida que aumenta el grosor
de la capa aislante y, por lo tanto, a medida que aumenta el voltaje
máximo para el cual estaba destinado el cable.
Otra de las soluciones para la transmisión de
corriente continua de alto voltaje consiste en cables con aceite
fluido, en los cuales el aislamiento proporciona un aceite
presurizado de baja viscosidad y alta resistividad eléctrica (bajo
una altura hidrostática). Aunque esta solución es altamente eficaz
en términos de evitar la formación de microcavidades en el
aislamiento del cable, la misma presenta una serie de inconvenientes
asociados principalmente a la complejidad de la construcción y,
particularmente, da como resultado una limitación de la longitud
máxima permisible del cable. Esta limitación de la longitud máxima
es un inconveniente importante, especialmente en relación con su
uso submarino, en el cual las longitudes requeridas son
habitualmente muy grandes.
Durante muchos años, la investigación se ha
centrado en la posibilidad de usar poliolefinas reticuladas, y
particularmente polietileno reticulado (XLPE), para producir
materiales aislantes para cables con vistas a la transmisión de
corriente continua. Los materiales aislantes de este tipo ya se
están usando ampliamente en el caso de cables para la transmisión
de corriente alterna. El uso de dichos materiales aislantes también
en el caso de cables para la transmisión de corriente continua
permitiría que dichos cables se usaran a unas temperaturas mayores,
por ejemplo, a 90ºC en lugar de 50ºC, en comparación con los cables
impregnados en masa antes descritos (temperaturas de trabajo
mayores, lo cual posibilita el aumento de la cantidad de corriente
transportada) y eliminaría las limitaciones en la longitud
permisible máxima del cable, en contraposición a los cables que
contienen aceite fluido antes descritos.
No obstante, hasta el momento no ha sido posible
aprovechar de forma adecuada y completa dichos materiales
aislantes, particularmente para la transmisión de corriente
continua. Se cree comúnmente que una de las razones principales
para esta limitación es el desarrollo y acumulación de las
denominadas cargas espaciales en el material aislante dieléctrico
cuando dicho material se ve sometido a una corriente continua. Se
cree que las cargas espaciales modifican la distribución del campo
eléctrico y persisten durante periodos prolongados a causa de la
elevada resistividad de los polímeros usados. La acumulación de
cargas espaciales conduce a un aumento local del campo eléctrico,
el cual consecuentemente es mayor que el que se esperaría
considerando las dimensiones geométricas y las propiedades
dieléctricas del material aislante.
La acumulación de cargas espaciales es un
proceso lento: no obstante, el problema se ve acentuado cuando la
corriente continua transportada por el cable se invierte (en otras
palabras, si se produce una inversión de la polaridad). Como
consecuencia de esta inversión, un campo capacitivo se superpone
sobre el campo eléctrico total y el valor del gradiente máximo se
puede localizar dentro del material aislante.
Es sabido que un tratamiento prolongado de
desgasificación, el cual se puede llevar a cabo, por ejemplo,
sometiendo el material aislante basado en un polímero reticulado a
temperaturas elevadas y/o a un vacío elevado durante un periodo
prolongado, posibilita la obtención de un material aislante el cual
es capaz de limitar la acumulación de cargas espaciales cuando el
cable se ve sometido a una inversión de la polaridad. En general,
se cree que, gracias a la eliminación de los productos de
descomposición del agente reticulante (por ejemplo, peróxido de
dicumilo el cual forma acetofenona y alcohol cumílico en la
descomposición) con respecto al material aislante, dicho
tratamiento de desgasificación reduce la formación de cargas
espaciales. No obstante, evidentemente un tratamiento prolongado de
desgasificación conduce a un aumento de los tiempos y los costes de
producción.
En los esfuerzos por reducir la acumulación de
las cargas espaciales, es una práctica conocida la modificación del
polietileno reticulado (XLPE) mediante la introducción de cantidades
pequeñas de grupos polares.
Por ejemplo, la solicitud de patente japonesa
JP-A-210610 da a conocer un
polietileno reticulado el cual se modifica mediante injerto con una
cantidad de anhídrido maleico de entre el 0,02% y el 0,5% en peso,
diciéndose de este producto que es utilizable como material aislante
para cables para la transmisión de corriente continua ya que se
dice que es capaz de atrapar las cargas espaciales y por lo tanto
reducir su acumulación.
La solicitud de patente japonesa JP 10/283 851
da a conocer un cable para la transmisión de corriente continua el
cual presenta una rigidez dieléctrica mejorada, en presencia de
inversiones de la polaridad o tras aplicaciones de impulsos
eléctricos, en el cual el recubrimiento aislante consta de una
composición polimérica que comprende una poliolefina reticulada que
contiene (i) un anhídrido de ácido dicarboxílico y (ii) por lo
menos un monómero que contiene, un grupo polar (seleccionado de
entre por lo menos un grupo carbonilo, nitrilo o nitro). No
obstante, se requieren un peróxido específico, más específicamente
2,5-dimetil-2,5-di
(t-butilperoxi) hexano, y un antioxidante
específico, más específicamente un éster de ácido
tiocarboxílico.
La solicitud de patente
EP-A-0 463 02 da a conocer un (co)
polímero de etileno que contiene grupos polares seleccionados de
entre los grupos cetona, nitrilo y nitro en una cantidad de entre 20
ppm y 8000 ppm, presentando dichos grupos polares un momento
dipolar mayor que 0,8 debye. Se dice que dicho (co) polímero es
utilizable como material aislante para cables de alto voltaje con
una rigidez dieléctrica mejorada.
La solicitud de patente WO 99/40589 se refiere a
un cable para la transmisión de corriente continua, en el cual el
recubrimiento aislante consta de polietileno reticulado que
comprende grupos polares obtenidos mediante un pretratamiento del
polietileno con oxígeno molecular antes de la extrusión.
La solicitud de patente WO 99/44207 se refiere a
un cable para la transmisión de corriente continua, en el cual el
recubrimiento aislante consta de una composición polimérica basada
en polietileno reticulado modificado con grupos polares. Dichos
grupos polares, que tienen la fórmula general:
CH_{2}=CR-CO-X-(CH_{2})n-N(CH_{3})_{2}
ó
CH_{2}=CR-CO-O-(CH_{2}-CH_{2}O)n-H
en las cuales n es 2 ó 3, m es un número entre 1 y 20, R es H ó
CH_{3} y X es O ó NH, se introducen en el polietileno reticulado
mediante copolimerización o injerto. Entre los ejemplos de dichos
grupos polares se encuentran dialquilaminopropil(met)
acrilamida y metacrilato de (oligo)etilenglicol.
La solicitud de patente japonesa JP 06/215 645
da a conocer un cable para la transmisión de corriente continua de
alto voltaje el cual presenta una acumulación reducida de las cargas
espaciales. El recubrimiento aislante se prepara mediante
reticulación en caliente de una mezcla de un polietileno, un
peróxido orgánico que presenta una semivida a 130ºC mayor que 5
horas y un ácido seleccionado de entre ácido itacónico y ácido
crotónico en una cantidad menor que 5 partes en peso por cada 100
partes en peso de polietileno.
La solicitud de patente japonesa JP 05/266 724
da a conocer un cable para la transmisión de corriente continua de
alto voltaje con una acumulación reducida de cargas espaciales. El
recubrimiento aislante se prepara:
- añadiendo al polietileno un compuesto
seleccionado, por ejemplo, de entre acetato de vinilo, ácido
benzoico, ácido naftoico y ácido acrílico; o
- reticulando en caliente una mezcla de
polietileno, un peróxido orgánico con una semivida a 130ºC mayor que
5 horas y un compuesto seleccionado, por ejemplo, de entre acetato
de vinilo, ácido benzoico, ácido naftoico y ácido acrílico.
Dicho compuesto está presente en una cantidad de
hasta 10 partes en peso por cada 100 partes en peso de
polietileno.
El polietileno del recubrimiento aislante
resultante no está modificado químicamente.
La solicitud de patente WO 00/08655 se refiere a
un cable para la transmisión de corriente continua, en el cual el
recubrimiento aislante consta de una composición polimérica basada
en polietileno al que se le ha añadido un (poli)glicerol
esterificado que contiene por lo menos dos grupos OH libres.
La solicitud de patente japonesa JP 04/118 808
da a conocer un polímero basado en etileno o una composición
polimérica basada en etileno que comprende: (a) entre el 89,2 y el
98,998% en peso de unidad de etileno; (b) entre el 1 y el 10% en
peso de éster de ácido carboxílico insaturado y/o unidad de éster de
vinilo; y (c) entre el 0,002 y el 0,8% en peso de por lo menos un
tipo de unidad de grupo polar seleccionada de entre un grupo que
comprende monómeros que contienen el grupo cetona, el grupo nitrilo
o el grupo nitro, para evitar la generación del deterioro del
aislamiento de tipo árbol de agua sin influir en las propiedades de
aislamiento eléctrico de un cable de potencia que utilice dicho
polímero basado en etileno o dicha composición polimérica basada en
etileno.
Llegado este momento el solicitante ha observado
que es posible reducir la acumulación local de cargas espaciales en
el recubrimiento aislante de un cable eléctrico, en particular un
cable para la transmisión o distribución de corriente continua de
alto voltaje, usando, como recubrimiento aislante, una composición
polimérica que comprende un polietileno modificado con por lo menos
un ácido carboxílico insaturado o un derivado del mismo según se
define posteriormente en el presente documento [en aras de una mayor
simplicidad, en el texto que se ofrece posteriormente en el
presente documento, a dicho derivado se le hace referencia como
compuesto de fórmula general (I)]. El compuesto de fórmula general
(I) el cual es adecuado para llevar a la práctica la presente
invención presenta una alta compatibilidad con el polietileno, es
fácilmente dispersable en el mismo y es capaz de injertarse en el
polietileno con un rendimiento elevado: consecuentemente, el cable
aislado de esta manera es capaz de proporcionar unas mejores
cualidades de rendimiento eléctrico cuando se usa para la
transmisión o distribución de corriente continua de alto voltaje, en
particular en presencia de inversiones de polaridad.
En un primer aspecto, la presente invención se
refiere por lo tanto a un cable eléctrico, particularmente para la
transmisión o distribución de corriente continua de alto voltaje,
que comprende por lo menos un conductor y por lo menos una capa de
recubrimiento aislante extruída que consta de una composición
polimérica que comprende un polietileno modificado con por lo menos
un compuesto de fórmula general (I):
(I)CH_{2} =
\delm{C}{\delm{\para}{R}} -- R_{1} --
COR_{2}
en la
cual
- R representa H ó CH_{3};
- R_{1} representa un grupo alquileno
C_{1}-C_{8} lineal o ramificado, preferentemente
lineal;
- R_{2} representa OH; un grupo
NR_{4}R_{5} en el cual R_{4} y R_{5}, los cuales pueden ser
idénticos o diferentes, representan H, o un grupo alquilo
C_{1}-C_{4} lineal o ramificado.
En la presente descripción y en las
reivindicaciones que se ofrecen a continuación, el término
"conductor" significa un elemento conductor en una forma no
modificada, de configuración alargada y realizado preferentemente
con un material metálico, o un elemento conductor recubierto con una
capa semiconductora. Tal como se especificará de forma más clara
posteriormente en el presente documento, esta última solución, la
cual prevé el uso de una capa semiconductora tanto en el interior
como en el exterior del recubrimiento aislante, se usa típicamente
para cables eléctricos.
En un segundo aspecto, la presente invención se
refiere a una composición aislante que comprende un polietileno
modificado con por lo menos un compuesto de fórmula general (I):
(I)CH_{2} =
\delm{C}{\delm{\para}{R}} -- R_{1} --
COR_{2}
en la
cual:
- R representa H ó CH_{3};
- R_{1} representa un grupo alquileno
C_{1}-C_{8} lineal o ramificado, preferentemente
lineal;
- R_{2} representa OH; un grupo
NR_{4}R_{5} en el cual R_{4} y R_{5}, los cuales pueden ser
idénticos o diferentes, representan H, o un grupo alquilo
C_{1}-C_{4} lineal o ramificado.
Según un aspecto adicional, la presente
invención se refiere a un método para reducir la acumulación de
cargas espaciales en un cable eléctrico durante la transmisión o
distribución de corriente continua de alto voltaje, que comprende
por lo menos un conductor y por lo menos una capa de recubrimiento
aislante extruida que consta de una composición polimérica que
comprende un polietileno, comprendiendo dicho método la modificación
de dicho polietileno con por lo menos un compuesto de fórmula
general (I):
(I)CH_{2} =
\delm{C}{\delm{\para}{R}} -- R_{1} --
COR_{2}
en la
cual:
- R representa H ó CH_{3};
- R_{1} representa un grupo alquileno
C_{1}-C_{8} lineal o ramificado, preferentemente
lineal;
- R_{2} representa OH; un grupo
NR_{4}R_{5} en el cual R_{4} y R_{5}, los cuales pueden ser
idénticos o diferentes, representan H, o un grupo alquilo
C_{1}-C_{4} lineal o ramificado.
Según una de las formas de realización
preferidas, el polietileno (PE) es un homopolímero de etileno o un
copolímero de etileno con por lo menos una
\alpha-olefina que tiene una densidad de entre
0,860 g/cm^{3} y 0,970 g/cm^{3}, preferentemente entre 0,865
g/cm^{3} y 0,940 g/cm^{3}.
A efectos de la presente descripción y de las
reivindicaciones, el término "\alpha-olefina"
significa una olefina de fórmula general
CH_{2}=CH-R' en la cual R' representa un grupo
alquilo lineal o ramificado que contiene entre 1 y 10 átomos de
carbono. La \alpha-olefina se puede seleccionar,
por ejemplo, de entre: propileno, 1-buteno,
1-penteno,
4-metil-1-penteno,
1-hexeno, 1-octeno,
1-dodeceno, o mezclas de los mismos. Se prefieren
los siguientes: 1-buteno, 1-hexeno y
1-octeno. La cantidad de
\alpha-olefina opcionalmente presente está en
general entre el 0,5% en moles y el 15% en moles, preferentemente
entre el 1% en moles y el 10% en moles.
El polietileno se selecciona preferentemente de
entre: polietileno de alta densidad (HDPE) que presente una
densidad de por lo menos 0,940 g/cm^{3} preferentemente de entre
0,940 g/cm^{3} y 0,960 g/cm^{3}, polietileno de densidad media
(MDPE) que presente una densidad de entre 0,926 g/cm^{3} y 0,940
g/cm^{3}; polietileno de baja densidad (LDPE) y polietileno
lineal de baja densidad (LLDPE) que presente una densidad de entre
0,910 g/cm^{3} y 0,926 g/cm^{3}.
Según una de las formas de realización
preferidas, dicho polietileno se modifica mediante injerto con por
lo menos un compuesto de fórmula general (I). Dicho injerto se puede
llevar a cabo sobre el polietileno de base (preinjerto) o durante
un proceso de reticulación de la composición polimérica la cual
constituye la capa de recubrimiento aislante. El injerto se puede
llevar a cabo según técnicas conocidas tales como, por ejemplo, una
ruta mediada por radicales en presencia de un peróxido orgánico.
Según una forma de realización adicional, dicho
polietileno se modifica mediante copolimerización del etileno con
por lo menos un compuesto de fórmula general (I). La adición de
dicho compuesto de fórmula general (I) puede tener lugar antes de o
durante la reacción de polimerización: de esta manera, el compuesto
de fórmula general (I) se incorporará a la estructura del polímero
y se integrará en la cadena del polietileno.
Según una de las formas de realización
preferidas, el compuesto de fórmula general (I) se selecciona de
entre: ácidos carboxílicos insaturados tales como, por ejemplo,
ácido vinilacético, ácido alilacético, ácido
4-metil-4-pentenoico,
ácido 3-pentenoico, ácido
10-undecenoico, o mezclas de los mismos; amidas
tales como, por ejemplo, N,N-dimetilalilacetamida,
N,N-dietilalilacetamida,
N,N-dibutilalilacetamida,
N,N-dipropilalilacetamida, o mezclas de las mismas.
Se prefiere particularmente el ácido alilacético.
Si el polietileno modificado se reticula, dicha
reticulación se lleva a cabo a través de una ruta mediada por
radicales por descomposición térmica de un iniciador de radicales,
habitualmente de un peróxido orgánico tal como, por ejemplo,
peróxido de dicumilo, peróxido de t-butil cumilo,
2,5-dimetil-2,5-di(t-butilperoxi)
hexano o peróxido de di-t-butilo,
el cual se absorbe en el polietileno antes de la extrusión o se
inyecta directamente en la extrusora. La cantidad de iniciador de
radicales usada se encuentra generalmente entre 0,1 y 5 partes en
peso por cada 100 partes en peso de la composición.
En este caso, la temperatura de extrusión del
material que constituye la capa de recubrimiento aislante se
mantiene por debajo de la temperatura de descomposición del peróxido
usado. Por ejemplo, cuando se usa peróxido de dicumilo, la
temperatura de la extrusora se mantiene a aproximadamente 130ºC para
evitar el chamuscado del material aislante y el proceso de
reticulación se lleva a cabo a una temperatura de entre 180ºC y
280ºC.
El compuesto de fórmula general (I) se injerta
en el polietileno con un rendimiento de injerto de entre el 80% y
el 100%. Cuando quedan residuos de dicho compuesto sin reaccionar de
fórmula general (I), dichos residuos se pueden eliminar mediante
desgasificación.
Cuando el injerto tiene lugar durante la
reticulación del material el cual constituye la capa de
recubrimiento aislante, la adición del compuesto de fórmula general
(I) se puede llevar a cabo bien mediante la absorción de este
material en gránulos o polvo del polietileno antes de la extrusión o
bien mediante inyección y mezcla de este material con el
polietileno fundido durante la extrusión.
Alternativamente, tal como ya se ha mencionado,
se puede usar un polietileno modificado por copolimerización con
por lo menos un compuesto de fórmula general (I), o un polietileno
que se ha modificado de antemano mediante preinjerto con por lo
menos un compuesto de fórmula general (I). También en este caso, el
polietileno modificado de esta manera se puede reticular mediante
un tratamiento según técnicas conocidas tal como se ha descrito
anteriormente.
La cantidad de compuesto de fórmula general (I)
presente en la composición aislante está comprendida generalmente
entre el 0,01% y el 7% en peso y preferentemente entre el 0,10% y el
3% en peso.
La composición aislante antes descrita puede
comprender opcionalmente una cantidad eficaz de uno o más aditivos
convencionales tales como, por ejemplo, antioxidantes, coadyuvantes
del procesado, lubricantes, pigmentos, retardantes del deterioro
del aislamiento del tipo árbol de agua, estabilizadores de voltaje,
agentes antichamuscado, y similares.
Entre los antioxidantes útiles en general para
esta finalidad se incluyen: 4,4'-tiobis
(6-t-butil-m-cresol)
(conocido con el nombre comercial Santonox® TBMC de Flexsys),
tetraquis[3-(3,5-di-t-butil-4-hidroxifenil)propioniloximetil
metano (conocido con el nombre comercial Irganox® 1010 de Ciba),
2,2'-tiobis(4-metil-6-t-butilfenol)
(conocido con el nombre comercial Irganox® 1081 de Ciba),
2,2'-tiodietilenbis[3-(3,5-di-t-butil-4-hidroxifenil)propionato]
(conocido con el nombre comercial Irganox® 1035 de Ciba) y ésteres
de ácido tiocarboxílico, o mezclas de los mismos.
La Figura 1 adjunta ilustra una forma de
realización del cable según la presente invención, y muestra en
particular, en una vista en perspectiva, una sección de cable con
ciertas partes eliminadas paso a paso para mostrar claramente su
estructura.
Haciendo referencia a la Figura 1, el cable 1
según la presente invención comprende secuencialmente desde el
centro hacia el exterior: un conductor 2, una capa semiconductora
interior 3, una capa de recubrimiento aislante 4, una capa
semiconductora exterior 5, una pantalla metálica 6 y una funda
exterior 7.
El conductor 2 consta en general de hilos
metálicos, preferentemente hilos de cobre y aluminio, entrelazados
entre sí según técnicas convencionales. Las capas semiconductoras
interior y exterior 3 y 5, que constan en general de una
composición polimérica basada en poliolefina que contiene una
sustancia de carga conductora (por ejemplo, negro de carbón), se
extruyen sobre el conductor 2, por separado o conjuntamente con la
capa de recubrimiento aislante 4 según la presente invención.
Alrededor de la capa semiconductora exterior 5 se coloca
habitualmente una pantalla 6, que consta en general de hilos o
cintas eléctricamente conductores, enrollados helicoidalmente. A
continuación, esta pantalla se cubre con una funda 7, que consta de
un material termoplástico, por ejemplo, polietileno no reticulado
(PE) o, preferentemente, un homopolímero o copolímero de
propileno.
Por otra parte, el cable puede estar provisto de
una estructura protectora exterior (no representada en la Figura 1)
la cual sirve principalmente para proteger el cable contra impactos
y/o una compresión mecánicos. Esta estructura de protección puede
ser, por ejemplo, una armadura metálica o una capa de material
polimérico expandido según se da a conocer en la solicitud de
patente WO 98/52197.
La Figura 1 muestra solamente una forma de
realización posible de un cable según la presente invención: ni que
decir tiene que en esta forma de realización se pueden aplicar
cambios conocidos en la técnica sin desviarse por lo tanto con
respecto al alcance de la presente invención.
El cable según la presente invención se puede
preparar usando técnicas conocidas para depositar capas de material
termoplástico, por ejemplo, por medio de extrusión. La extrusión se
lleva a cabo de forma ventajosa en una única pasada, por ejemplo,
por medio de la técnica "tándem", en la cual se usan extrusoras
individuales dispuestas en serie, o por medio de coextrusión con un
cabezal de extrusión múltiple.
A continuación se describe adicionalmente la
presente invención en el ejemplo siguiente, el cual se proporciona
meramente con fines ilustrativos y no debería considerarse en modo
alguno como limitativo de la invención.
En un matraz de fondo redondo de 200 ml se
introdujeron con agitación 99,5 g de polietileno de baja densidad
(LPDE LE 4201 S de Borealis, que contenía un 2,1% en peso de
peróxido de dicumilo) y 0,5 g de ácido alilacético (Fluka; pureza
>98%).
A continuación la temperatura se elevó a 50ºC y
la mezcla se mantuvo a esta temperatura, con agitación, durante
tres horas hasta que el ácido alilacético fue absorbido
completamente.
A partir de la mezcla obtenida de esta manera se
prepararon unas películas, mediante moldeo a presión a 130ºC
seguido por una reticulación a 180ºC.
Las condiciones del moldeo fueron las
siguientes:
- -
- dimensiones del molde: 20 x 20 cm;
- -
- presión: 170 bar;
- -
- cantidad de material: 4,5 g;
- -
- temperatura de termoformado: 130ºC;
- -
- duración del termoformado: 5 minutos;
- -
- temperatura de reticulación: 180ºC;
- -
- tiempo de reticulación: 30 minutos;
- -
- tiempo de enfriamiento: 30 minutos.
Las películas obtenidas tal como se ha descrito
anteriormente tenían unas dimensiones de 20 x 20 cm y un grosor de
aproximadamente 120 um.
De las películas antes mencionadas se cortaron
unas muestras de unas dimensiones de 7 x 7 cm y las mismas se
sometieron a una prueba de envejecimiento eléctrico tanto en
ausencia como en presencia de inversión de la polaridad: los
resultados obtenidos se proporcionan en la Tabla 1. Con fines
comparativos, se produjeron, tal como se ha descrito anteriormente,
muestras con el mismo polietileno sin adición de ácido
alilacético.
La prueba se llevó a cabo de la manera
siguiente.
Las muestras antes mencionadas se colocaron
entre dos electrodos de acero inoxidable con un perfil de Rogowski,
sumergidas en un aceite de silicona para evitar descargas externas
durante la prueba, y se aplicó a temperatura ambiente un campo
eléctrico de corriente continua igual a un gradiente de 185 kV/mm
con polaridad positiva. Después de 3 horas, se invirtió la
polaridad y se continuó con la operación de esta manera hasta que
se perforaron todas las muestras. La prueba se repitió sin invertir
la polaridad.
Los tiempos de vida se calcularon a partir de
los datos obtenidos de las pruebas llevadas a cabo sobre 8 muestras
sometiendo dichos datos a un procesado de Weibull: los resultados se
proporcionan en la Tabla 1.
Se produjo un prototipo de cable de alto
voltaje, en el cual la capa de recubrimiento aislante constaba de
una composición polimérica según la presente invención.
El cable se preparó mediante coextrusión de las
tres capas, usando una extrusora de tres cabezales, es decir, tres
extrusoras independientes que se abren a un único cabezal de
extrusión, para obtener la coextrusión de los recubrimientos
semiconductores y del recubrimiento aislante.
De este modo, un conductor de aluminio (que
constaba de una pluralidad de hilos de aluminio entrelazados
conjuntamente para formar una sección transversal de aproximadamente
70 mm^{2}) se recubrió en la línea de extrusión con un
recubrimiento semiconductor interior de un grosor de 0,5 mm que
comprendía un copolímero de etileno/acrilato de butilo y negro de
carbón.
Para depositar dicho recubrimiento semiconductor
interior se usó una extrusora Bandera de un solo husillo de 45 mm,
de configuración 20D, provista de cuatro zonas de regulación térmica
usando aceite diatérmico.
Sobre dicho recubrimiento semiconductor interior
se extruyó un recubrimiento aislante de un grosor de 5,5 mm que
comprendía polietileno de baja densidad (LDPE LE 4201 S de Borealis)
al que se había añadido un 0,5% en peso de ácido alilacético. La
adición se llevó a cabo inyectando el ácido alilacético en la
abertura de la extrusora, con el uso de una bomba de pistón Ismatec
previamente calibrada, a una velocidad adecuada para proporcionar
la concentración deseada igual al 0,5% en peso.
Para depositar dicho recubrimiento aislante
interior se usó una extrusora Bandera de un solo husillo de 100 mm,
en configuración 25D, provista de cinco zonas de regulación térmica
mediante el uso de aceite diatérmico y que presentaba el siguiente
perfil de temperatura: de 115ºC a 125ºC en el cilindro, 115ºC en el
collar y 115ºC en el cabezal.
A continuación se extruyó un recubrimiento
semiconductor exterior de un grosor de 0,5 mm que presentaba la
misma composición que el recubrimiento semiconductor interior, en
una posición radialmente externa a dicho recubrimiento aislante
mediante un tratamiento tal como el descrito anteriormente.
Para depositar dicho recubrimiento semiconductor
exterior se usó una extrusora Bandera de un solo husillo de 60 mm,
en configuración 20D, provista de cinco zonas de regulación térmica
mediante el uso de aceite diatérmico.
La línea de extrusión presentaba una velocidad
de 2 m/minuto. El cable obtenido de esta manera presentaba una capa
de recubrimiento aislante de 5,5 mm. Usando un microtomo, se recortó
una oblea delgada con un grosor igual a aproximadamente 150 um de
dicho cable, y la misma se colocó a continuación en un horno a 80ºC
hasta que los subproductos de la reticulación se habían eliminado
completamente.
La muestra obtenida de esta manera se
caracterizó mediante espectroscopia infrarroja (FTIR), en una
máquina precalibrada, usando la relación entre la banda a 1711
cm^{-1} (ácido alilacético) y la banda a 1377 cm^{-1}
(polietileno). La medición se repitió, después de tratar la muestra
en un extractor Soxhlet con cloroformo durante 24 horas, para
eliminar los productos de la reacción sin injertar y obtener el
rendimiento del injerto, el cual fue igual al 100%.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de referencias citadas por el
solicitante se muestra únicamente para conveniencia del lector. No
forma parte del documento de Patente Europea. Aunque se ha tenido
una gran precaución a la hora de recopilar las referencias, no se
pueden excluir errores u omisiones y la Oficina Europea de Patentes
declina cualquier responsabilidad al respecto.
- \bullet JP 210610 A [0013]
- \bullet JP 6215645 A [0018]
- \bullet JP 10283851 A [0014]
- \bullet JP 5266724 A [0019]
- \bullet EP 046302 A [0015]
- \bullet WO 0008655 A [0022]
- \bullet WO 9940589 A [0016]
- \bullet JP 4118808 A [0023]
- \bullet WO 9944207 A [0017]
- \bullet WO 9852197 A [0046].
Claims (29)
1. Cable eléctrico que comprende por lo menos un
conductor y por lo menos una capa de recubrimiento aislante
extruída que consta de una composición polimérica que comprende un
polietileno modificado con por lo menos un compuesto de fórmula
general (I):
(I)CH_{2} =
\delm{C}{\delm{\para}{R}} -- R_{1} --
COR_{2}en la
cual
- R representa H ó CH_{3};
- R_{1} representa un grupo alquileno
C_{1}-C_{8} lineal o ramificado;
- R_{2} representa OH; un grupo
NR_{4}R_{5} en el cual R_{4} y R_{5}, los cuales pueden ser
idénticos o diferentes, representan H, o un grupo alquilo
C_{1}-C_{4} lineal o ramificado.
2. Cable eléctrico según la reivindicación 1, en
el cual R_{1} representa un grupo alquileno
C_{1}-C_{8} lineal.
3. Cable eléctrico según la reivindicación 1 ó
2, en el cual el polietileno es un homopolímero de etileno o un
copolímero de etileno con por lo menos una
\alpha-olefina que tiene una densidad de entre
0,860 g/cm^{3} y 0,970 g/cm^{3}.
4. Cable eléctrico según la reivindicación 3, en
el cual el polietileno es un homopolímero de etileno o un
copolímero de etileno con por lo menos una
\alpha-olefina que tiene una densidad de entre
0,865 g/cm^{3} y 0,940 g/cm^{3}.
5. Cable eléctrico según la reivindicación 3 ó
4, en el cual la \alpha-olefina es una olefina de
fórmula general CH_{2}=CH-R' en la cual R'
representa un grupo alquilo lineal o ramificado que contiene entre 1
y 10 átomos de carbono.
6. Cable eléctrico según la reivindicación 5, en
el cual la \alpha-olefina se selecciona de entre:
propileno, 1-buteno, 1-penteno,
4-metil-1-penteno,
1-hexeno, 1-octeno,
1-dodeceno, o mezclas de los mismos.
7. Cable eléctrico según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el cual el polietileno se selecciona
de entre: polietileno de alta densidad que presenta una densidad de
por lo menos 0,940 g/cm^{3}; polietileno de densidad media que
presenta una densidad de entre 0,926 g/cm^{3} y 0,940 g/cm^{3};
polietileno de baja densidad y polietileno lineal de baja densidad
que presentan una densidad de entre 0,910 g/cm^{3} y 0,926
g/cm^{3}.
8. Cable eléctrico según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, en el cual el polietileno se modifica
mediante preinjerto con por lo menos un compuesto de fórmula general
(I).
9. Cable eléctrico según la reivindicación 8, en
el cual el polietileno no está reticulado.
10. Cable eléctrico según la reivindicación 8,
en el cual el polietileno está reticulado.
11. Cable eléctrico según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, en el cual el polietileno está modificado
mediante injerto con por lo menos un compuesto de fórmula general
(I) durante un proceso de reticulación de la composición polimérica
que constituye la capa de recubrimiento aislante.
12. Cable eléctrico según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, en el cual el polietileno está modificado
mediante copolimerización del etileno con por lo menos un compuesto
de fórmula general (I).
13. Cable eléctrico según la reivindicación 12,
en el cual el polietileno no está reticulado.
14. Cable eléctrico según la reivindicación 12,
en el cual el polietileno está reticulado.
15. Cable eléctrico según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el cual el compuesto de fórmula
general (I) se selecciona de entre: ácido vinilacético, ácido
alilacético, ácido
4-metil-4-pentenoico,
ácido 3-pentenoico, ácido
10-undecenoico, o mezclas de los mismos.
16. Cable eléctrico según la reivindicación 15,
en el cual el compuesto de fórmula general (I) es ácido
alilacético.
17. Cable eléctrico según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 14, en el cual el compuesto de fórmula general
(I) se selecciona de entre:
N,N-dimetilalilacetamida,
N,N-dietilalilacetamida,
N,N-dibutilalilacetamida,
N,N-dipropilalilacetamida, o mezclas de las
mismas.
\newpage
18. Cable eléctrico según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el cual el compuesto de fórmula
general (I) está presente en una cantidad de entre el 0,01% y el 7%
en peso.
19. Cable eléctrico según la reivindicación 18,
en el cual el compuesto de fórmula general (I) está presente en una
cantidad de entre el 0,10% y el 3% en peso.
20. Composición aislante que comprende un
polietileno modificado con por lo menos un compuesto de fórmula
general (I):
(I)CH_{2} =
\delm{C}{\delm{\para}{R}} -- R_{1} --
COR_{2}en la
cual:
- R representa H ó CH_{3};
- R_{1} representa un grupo alquileno
C_{1}-C_{8} lineal o ramificado;
- R_{2} representa OH; un grupo
NR_{4}R_{5} en el cual R_{4} y R_{5}, los cuales pueden ser
idénticos o diferentes, representan H, o un grupo alquilo
C_{1}-C_{4} lineal o ramificado.
21. Composición aislante según la reivindicación
20, en la cual el polietileno se define según la reivindicación 3 a
14.
22. Composición aislante según la reivindicación
20 ó 21, en la cual el compuesto de fórmula general (I) se define
según las reivindicaciones 15 a 17.
23. Composición aislante según una cualquiera de
las reivindicaciones 20 a 22, en la cual el compuesto de fórmula
general (I) está presente en una cantidad de entre el 0,01% y el 7%
en peso.
24. Composición aislante según la reivindicación
23, en la cual el compuesto de fórmula general (I) está presente en
una cantidad de entre el 0,10% y el 3% en peso.
25. Método para reducir la acumulación de cargas
espaciales en un cable eléctrico durante la transmisión o
distribución de corriente continua de alto voltaje, que comprende
por lo menos un conductor y por lo menos una capa de recubrimiento
aislante extruida que consta de una composición polimérica que
comprende un polietileno, comprendiendo dicho método la
modificación de dicho polietileno con por lo menos un compuesto de
fórmula general (I):
(I)CH_{2} =
\delm{C}{\delm{\para}{R}} -- R_{1} --
COR_{2}en la
cual:
- R representa H ó CH_{3};
- R_{1} representa un grupo alquileno
C_{1}-C_{8} lineal o ramificado;
- R_{2} representa OH; un grupo
NR_{4}R_{5} en el cual R_{4} y R_{5}, los cuales pueden ser
idénticos o diferentes, representan H, o un grupo alquilo
C_{1}-C_{4} lineal o ramificado.
26. Método según la reivindicación 25, en el
cual el polietileno se define en las reivindicaciones 3 a 14.
27. Método según la reivindicación 25 ó 26, en
el cual el compuesto de fórmula general (I) se define en las
reivindicaciones 15 a 17.
28. Método según una cualquiera de las
reivindicaciones 25 a 27, en el cual el compuesto de fórmula general
(I) está presente en una cantidad de entre el 0,01% y el 7% en
peso.
29. Método según la reivindicación 28, en el
cual el compuesto de fórmula general (I) está presente en una
cantidad de entre el 0,10% y el 3% en peso.
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