ES2320202T3 - SEMICONDUCTOR SCREEN FOR POWER CABLE. - Google Patents
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Abstract
Description
Pantalla semiconductora para cable de energía.Semiconductor screen for cable Energy.
La presente invención se refiere a una pantalla semiconductora para cable de energía. Ésta se refiere de modo más particular a una pantalla de este tipo destinada a ser utilizada en un cable de energía media, en corriente continua de alta y muy alta tensión.The present invention relates to a screen semiconductor for power cable. This one refers more particular to such a screen intended to be used in a medium power cable, in high and very high direct current tension.
Un cable de energía de este tipo comprende, de manera conocida, los elementos siguientes, dispuestos de manera coaxial del interior hacia el exterior del cable:A power cable of this type comprises, of known manner, the following elements, arranged in a manner Coaxial from the inside to the outside of the cable:
- \bullet?
- un alma conductora, que comprende, por ejemplo, hilos de cobrea conductive soul, which comprises, for example, copper wires
- \bullet?
- una pantalla semiconductora denominada interior en contacto con el alma del cablea semiconductor screen called interior in contact with the core of the cable
- \bullet?
- una capa de aislamiento eléctricoan insulating layer electric
- \bullet?
- una pantalla semiconductora denominada exterior en contacto con la capa de aislamiento eléctricoa semiconductor screen called exterior in contact with the insulation layer electric
- \bullet?
- de manera opcional, una pantalla metálica de protecciónoptionally, a screen protection metal
- \bullet?
- una funda exterior de protección.an outer cover of protection.
La capa de aislamiento eléctrico está constituida, generalmente, de polietileno, de alta o baja densidad, reticulado o no reticulado. Las pantallas semiconductoras están constituidas, en general, por una matriz polar, es decir, que comprende agrupamientos polares tales como agrupamientos hidrófilos, como por ejemplo un copolímero de etileno y de acrilato de alquilo, cargada por medio de una carga eléctricamente conductora, por ejemplo el negro de carbono. La elección de una matriz polar viene guiada por la necesidad de hacer la carga compatible con la matriz con el fin de asegurar una mejor interacción entre estos dos constituyentes.The electrical insulation layer is constituted, generally, of polyethylene, of high or low density, crosslinked or non crosslinked. The semiconductor screens are constituted, in general, by a polar matrix, that is to say, that it comprises polar groupings such as hydrophilic groupings, such as an ethylene and alkyl acrylate copolymer, charged by means of an electrically conductive charge, by example carbon black. The choice of a polar matrix comes guided by the need to make the load compatible with the matrix in order to ensure a better interaction between these two constituents
Durante el funcionamiento de un cable de este tipo en corriente continua, especialmente a alta y muy alta tensión, aparece un campo eléctrico muy elevado entre el alma conductora y la pantalla semiconductora interior, así como entre la pantalla de aluminio y la pantalla semiconductora exterior. Este campo eléctrico provoca la difusión (se habla en este caso de inyección) de cargas eléctricas desde la pantalla semiconductora en la capa de aislamiento eléctrico. Estas cargas eléctricas quedan atrapadas entonces en la capa de aislamiento eléctrico.During the operation of a cable of this type in direct current, especially at high and very high voltage, a very high electric field appears between the soul conductive and the inner semiconductor screen, as well as between the Aluminum screen and outer semiconductor screen. This electric field causes diffusion (we speak in this case of injection) of electric charges from the semiconductor screen in The electrical insulation layer. These electric charges remain then trapped in the electrical insulation layer.
Ahora bien, los fenómenos de salto de chispa y de envejecimiento de los cables de energía, especialmente de los cables de alta tensión y muy alta tensión, son debidos al refuerzo del campo eléctrico en zonas localizadas de estos cables. Con tensión continua, este refuerzo de campo es inducido por una distribución particular de cargas de espacio, función de la naturaleza y de la densidad de éstas.Now the phenomena of spark jump and aging of power cables, especially those High voltage and very high voltage cables are due to reinforcement of the electric field in localized areas of these cables. With continuous voltage, this field booster is induced by a particular distribution of space charges, function of the nature and density of these.
Así, la inyección de cargas de espacio en el aislamiento y la cantidad de cargas de espacio así inyectadas, son función, a la vez, de la naturaleza del aislamiento y de la naturaleza de los semiconductores (el electrodo) y, de modo más preciso, de la naturaleza de la matriz de las pantallas semiconductoras, de la naturaleza y de la tasa de la carga conductora en esta matriz, así como de la interacción entre estos constituyentes.Thus, the injection of space charges in the insulation and the amount of space charges so injected are function, at the same time, of the nature of isolation and of nature of semiconductors (the electrode) and, moreover precise, of the nature of the matrix of the screens semiconductors, nature and charge rate conductive in this matrix, as well as the interaction between these constituents
Para limitar el fenómeno de inyección de cargas de espacio, el documento EP-0 644 558 propone reemplazar la matriz polar de las pantallas semiconductoras por una matriz apolar. En este caso, se reduce efectivamente la acumulación de cargas de espacio en la capa de aislamiento eléctrico en la proximidad de la interfaz de esta última con las pantallas semiconductoras, pero aparecen problemas de compatibilidad entre la carga y la matriz.To limit the phenomenon of load injection of space, EP-0 644 558 proposes replace the polar matrix of the semiconductor screens with a apolar matrix. In this case, the accumulation is effectively reduced of space charges in the electrical insulation layer in the proximity of the latter interface with the screens semiconductors, but compatibility issues appear between the load and matrix.
Además, esta solución limita la conductividad de las pantallas semiconductoras, necesaria para la continuidad eléctrica con el alma del cable y que permite al aislamiento resistir a los impactos de rayo.In addition, this solution limits the conductivity of semiconductor screens, necessary for continuity electrical with the core of the cable and that allows isolation resist lightning strikes.
El objeto de la presente invención es, por tanto, poner a punto una pantalla semiconductora que permita limitar la inyección de cargas de espacio en la capa de aislamiento eléctrico adyacente durante la aplicación de un campo eléctrico, al tiempo que asegure las funciones eléctricas de utilización.The object of the present invention is, by therefore, set up a semiconductor screen that allows limiting injection of space charges in the insulation layer adjacent electric during the application of an electric field, to time that ensures the electrical functions of use.
A tal efecto, la presente invención propone una pantalla semiconductora para cable de energía que comprende dos capas, comprendiendo cada una de las citadas capas una matriz de polímero en la cual está dispersada una carga conductora, teniendo una primera de las citadas capas una conductividad eléctrica longitudinal por unidad de volumen superior a 0,1 S/m entre 20ºC y 90ºC,To this end, the present invention proposes a semiconductor screen for power cable comprising two layers, each of said layers comprising a matrix of polymer in which a conductive charge is dispersed, having a first of the mentioned layers an electrical conductivity longitudinal per unit volume greater than 0.1 S / m between 20ºC and 90 ° C,
caracterizada porque la segunda de las citadas capas está colocada en contacto con una capa de aislamiento eléctrico del citado cable de energía y es tal que la cantidad de cargas de espacio susceptibles de ser inyectadas desde la citada segunda capa en la citada capa de aislamiento es pequeña, de modo que la cantidad de cargas de espacio susceptibles de ser inyectadas desde la citada pantalla semiconductora en la citada capa de aislamiento es inferior a la cantidad de cargas de espacio susceptibles de ser inyectadas desde la segunda capa sola en la citada capa de aislamiento eléctrico, formando la citada segunda capa una barrera que limita la inyección de cargas de espacio en la citada capa de aislamiento eléctrico.characterized in that the second of those cited layers is placed in contact with an insulation layer electrical of said power cable and is such that the amount of space loads that can be injected from the aforementioned second layer in said insulation layer is small, so that the amount of space charges that can be injected from said semiconductor screen in said layer of insulation is less than the amount of space charges liable to be injected from the second layer alone in the said electrical insulation layer, forming said second layer a barrier that limits the injection of space charges into the cited electrical insulation layer.
Gracias a la invención, se conservan las propiedades eléctricas globales de la pantalla semiconductora, es decir, una conductividad eléctrica suficiente para hacer su función de pantalla que homogeneice la repartición del campo eléctrico en el interior del cable, al tiempo que reduce la cantidad de cargas de espacio susceptibles de ser inyectadas en la capa de aislamiento eléctrico gracias a la presencia de una capa semiconductora de baja inyección de cargas de espacio directamente en contacto con la capa de aislamiento eléctrico.Thanks to the invention, the Global electrical properties of the semiconductor screen, is that is, an electrical conductivity sufficient to do its function of screen that homogenizes the distribution of the electric field in the inside of the cable, while reducing the amount of loads of space that can be injected into the insulation layer electrical thanks to the presence of a low semiconductor layer injection of space charges directly in contact with the layer electrical insulation
La invención se basa en la satisfacción de dos compromisos considerados hasta ahora como contradictorios, a saber, la limitación de la inyección de cargas de espacio en la capa de aislamiento eléctrico y la buena conductividad eléctrica de la pantalla semiconductora.The invention is based on the satisfaction of two commitments considered so far as contradictory, namely limiting the injection of space charges in the layer of electrical insulation and the good electrical conductivity of the semiconductor screen.
Además, es importante observar que la invención permite elegir el material de la primera capa destinada a entrar en contacto con el alma conductora o una pantalla metálica de un cable de energía, sin limitación en cuanto a la cantidad de cargas de espacio que éste es susceptible de inyectar en el aislamiento del cable. Esto, por tanto, abre la vía a materiales que tengan propiedades eléctricas interesantes, pero no utilizadas hasta ahora debido a la inyección demasiado importante de cargas de espacio que estos provocan en el aislamiento.In addition, it is important to note that the invention allows to choose the material of the first layer destined to enter contact with the conductive core or a metal screen of a cable of energy, without limitation as to the amount of loads of This space is likely to be injected into the insulation of the cable. This, therefore, opens the way for materials that have interesting electrical properties, but not used so far due to the overly important injection of space charges that these cause in isolation.
De manera muy ventajosa, la cantidad de cargas de espacio susceptibles de ser inyectadas desde la pantalla semiconductora en la capa de aislamiento es inferior a 200 nC entre 25ºC y 70ºC.Very advantageously, the amount of charges of space that can be injected from the screen semiconductor in the insulation layer is less than 200 nC between 25ºC and 70ºC.
De acuerdo con la invención, la cantidad de cargas de espacio susceptibles de ser inyectadas desde la segunda capa sola en la capa de aislamiento eléctrico es inferior a 250 nC entre 25ºC y 70ºC.According to the invention, the amount of space charges that can be injected from the second single layer in the electrical insulation layer is less than 250 nC between 25ºC and 70ºC.
Hay que observar que, cuando se habla de la cantidad de cargas de espacio inyectadas, ésta es medida por el método de la onda de presión, que se describirá en detalle más adelante.It should be noted that, when talking about the number of injected space charges, this is measured by the pressure wave method, which will be described in more detail ahead.
Preferentemente, la conductividad eléctrica longitudinal por unidad de volumen de la primera capa se elegirá superior a 5 S/m entre 20ºC y 90ºC. Esto permite, especialmente, la resistencia a las tensiones de choque a las cuales el cable puede verse sometido durante su funcionamiento.Preferably, the electrical conductivity Longitudinal per unit volume of the first layer will be chosen greater than 5 S / m between 20ºC and 90ºC. This allows, especially, the resistance to shock voltages at which the cable can be subjected during operation.
Preferentemente, igualmente, la conductividad eléctrica longitudinal por unidad de volumen de la citada segunda capa se elegirá entre 10-^{4} y 10^{-1} S/m entre 20ºC y 90ºC. Esto tiene la ventaja de reducir las limitaciones con respecto a la elección del tipo y/o de la tasa de la carga conductora.Preferably, also, the conductivity electric power per unit volume of the second layer will be chosen between 10-4 and 10-1 S / m between 20ºC and 90ºC. This has the advantage of reducing limitations regarding the choice of type and / or rate of the conductive load.
De manera ventajosa, la primera capa puede comprender una matriz elegida entre los copolímeros de etileno y de acetilato de alquilo o las mezclas de estos copolímeros con poliolefinas, y una carga conductora dispersada en esta matriz.Advantageously, the first layer can comprise a matrix chosen among the copolymers of ethylene and of alkyl acetylate or mixtures of these copolymers with polyolefins, and a conductive charge dispersed in this matrix.
De hecho, para esta primera capa puede elegirse cualquier material conocido para las pantallas semiconductoras clásicas, especialmente a base de matriz polar.In fact, for this first layer you can choose any known material for semiconductor screens classic, especially based on polar matrix.
De manera ventajosa, también, de acuerdo con una primera variante de realización, la segunda capa puede comprender una matriz de polímero elegida entre el polietileno, el polipropileno, el poliestireno y sus copolímeros, las aleaciones de polímeros elegidas entre el polietileno, el polipropileno, el poliestireno y sus copolímeros, y las mezclas de compuestos elegidos entre el polietileno, el polipropileno, el poliestireno, sus copolímeros y las aleaciones precedentes, y una carga conductora dispersada en esta matriz.Advantageously, also, according to a first embodiment variant, the second layer may comprise a polymer matrix chosen from polyethylene, the polypropylene, polystyrene and its copolymers, alloys of polymers chosen from polyethylene, polypropylene, polystyrene and its copolymers, and compound mixtures chosen from polyethylene, polypropylene, polystyrene, its copolymers and the preceding alloys, and a charge conductor dispersed in this matrix.
De acuerdo con una segunda variante, la asegunda capa puede comprender una matriz de polímero elegida entre los elastómeros termoplásticos poliolefínicos y sus mezclas.According to a second variant, the second layer may comprise a polymer matrix chosen among the thermoplastic polyolefin elastomers and mixtures thereof.
De modo más específico, la matriz de polímero puede estar constituida por una mezcla que comprende polietileno y un copolímero secuenciado hidrogenado de estireno, elegido entre los copolímeros de estireno y butadieno y de estireno e isopropeno.More specifically, the polymer matrix It may consist of a mixture comprising polyethylene and a hydrogenated sequenced copolymer of styrene, chosen from among copolymers of styrene and butadiene and styrene and isopropene.
La carga puede ser elegida entre los negros de carbono, como por ejemplo el negro de acetileno.The burden can be chosen among the blacks of carbon, such as acetylene black.
La presente invención se refiere, igualmente, a un cable de energía que comprende al menos una pantalla semiconductora tal como la definida anteriormente.The present invention also relates to a power cable comprising at least one screen semiconductor as defined above.
De modo más preciso, un cable de energía de acuerdo con la invención comprende, dispuestos coaxialmente y del interior hacia el exterior:More precisely, a power cable from according to the invention comprises, arranged coaxially and of the inside out:
- \bullet?
- un alma conductoraa conductive soul
- \bullet?
- una pantalla semiconductora interiora semiconductor screen inside
- \bullet?
- una capa de aislamiento eléctricoan insulating layer electric
- \bullet?
- una pantalla semiconductora exteriora semiconductor screen Exterior
- \bullet?
- una funda de protección exteriora protective case Exterior
estando la primera capa de la pantalla semiconductora interior en contacto con el alma conductora, ythe first layer of the screen being inner semiconductor in contact with the conductive soul, and
estando las segundas capas de las pantallas semiconductoras interior y exterior en contacto con la capa de aislamiento eléctrico.the second layers of the screens being inner and outer semiconductors in contact with the layer of Electrical isolation.
Un cable de acuerdo con la invención puede comprender, además, entre la pantalla semiconductora exterior y la funda de protección exterior, una pantalla metálica de protección.A cable according to the invention can understand, in addition, between the outer semiconductor screen and the outer protection case, a metal screen of protection.
La invención se aplica de modo muy particular a los cables de energía de corriente continua.The invention applies in a very particular way to DC power cables.
Otras características y ventajas de la presente invención se pondrán de manifiesto en la descripción que sigue de un modo de realización de la invención, dado a título ilustrativo y en modo alguno limitativo.Other features and advantages of this invention will be revealed in the following description of an embodiment of the invention, given by way of illustration and in any way limiting.
En las figuras siguientes:In the following figures:
\bullet la figura 1 es una vista en perspectiva en despiece ordenado de un cable de energía que incorpora dos pantallas semiconductoras de acuerdo con la invenciónFigure 1 is a view in exploded perspective of a power cable that incorporates two semiconductor screens according to the invention
\bullet la figura 2 es una vista en corte transversal del cable de la figura 1Figure 2 is a sectional view. cross section of the cable of figure 1
\bullet la figura 3 es una vista en corte de una muestra que sirve para efectuar la prueba denominada de la onda de presión.Figure 3 is a sectional view of a sample used to perform the so-called wave test of pressure.
\vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
La figura 1 muestra un cable 10 que comprende, dispuestos coaxialmente del interior hacia el exterior:Figure 1 shows a cable 10 comprising, coaxially arranged from the inside to the outside:
- \bullet?
- un alma conductora 1 formada por un cable trenzado de conductores de cobre 2a conductive soul 1 formed by a twisted copper conductor cable 2
- \bullet?
- una pantalla semiconductora interior 3 en contacto con el alma conductora 1a semiconductor screen interior 3 in contact with the conductive soul 1
- \bullet?
- una capa de aislamiento eléctrico 4 de un material dieléctrico tal como el polietileno de alta o baja densidad, el polietileno reticulado o el terpolímero de etileno-propileno-dieno con cadena principal de metileno (EPDM)an insulating layer electrical 4 of a dielectric material such as polyethylene of high or low density, crosslinked polyethylene or terpolymer of ethylene-propylene-diene with chain main methylene (EPDM)
- \bullet?
- una pantalla semiconductora exterior 5 en contacto con la capa de aislamiento eléctrico 4a semiconductor screen exterior 5 in contact with the electrical insulation layer 4
- \bullet?
- una pantalla metálica de protección 6, opcional, constituida por una cinta de aluminioa metal screen of protection 6, optional, consisting of a tape aluminum
- \bullet?
- una funda exterior de protección 7 de un material tal como el policloruro de vinilo, el polietileno o una mezcla de polímero y de cargas ignífugas.an outer protective cover 7 of a material such as polyvinylchloride, polyethylene or a mixture of polymer and flame retardant fillers.
De acuerdo con la invención, la pantalla semiconductora interior 3 es un material compuesto que comprende (véase la figura 2) una capa 31 de conductividad eléctrica longitudinal por unidad de volumen elevada, típicamente superior a 0,1 S/m entre 20ºC y 90ºC y, preferentemente, superior a 5 S/m a estas temperaturas, en contacto con el alma conductora 1, y una capa 32 susceptible de inyectar una pequeña cantidad de cargas de espacio en la capa de aislamiento 4 después de la polarización, de modo que la cantidad de cargas de espacio inyectadas desde la pantalla 3 en la capa de aislamiento eléctrico 4 es típicamente inferior a 200 nC entre 25ºC y 70ºC, estando la capa 32 en contacto con la capa de aislamiento eléctrico 4.According to the invention, the screen inner semiconductor 3 is a composite material comprising (see figure 2) an electrical conductivity layer 31 longitudinal per unit of high volume, typically greater than 0.1 S / m between 20 ° C and 90 ° C and preferably greater than 5 S / m at these temperatures, in contact with the conductive soul 1, and a layer 32 capable of injecting a small amount of loads of space in the insulation layer 4 after polarization, of so that the amount of space charges injected from the screen 3 in the electrical insulation layer 4 is typically less than 200 nC between 25ºC and 70ºC, layer 32 being in contact with the electrical insulation layer 4.
Siempre de acuerdo con la invención, la pantalla semiconductora exterior 5 es un material compuesto que comprende una capa 51 de conductividad eléctrica por unidad de volumen elevada, típicamente superior a 0,1 S/m entre 20ºC y 90ºC y, preferentemente, superior a 5 S/m a estas temperaturas, estando la capa 51 en contacto con la pantalla metálica 6, y una capa 52 susceptible de inyectar una pequeña cantidad de cargas de espacio en la capa de aislamiento 4 después de la polarización, de modo que la cantidad de cargas de espacio inyectadas desde la pantalla 5 en la capa de aislamiento eléctrico 4 es típicamente inferior a 200 nC entre 25ºC y 70ºC, estando la capa 52 en contacto con la capa de aislamiento eléctrico 4.Always according to the invention, the screen outer semiconductor 5 is a composite material comprising one layer 51 of electrical conductivity per unit volume high, typically greater than 0.1 S / m between 20 ° C and 90 ° C and, preferably, greater than 5 S / m at these temperatures, the layer 51 in contact with the metal screen 6, and a layer 52 liable to inject a small amount of space charges into the insulation layer 4 after polarization, so that the amount of space loads injected from screen 5 in the electrical insulation layer 4 is typically less than 200 nC between 25 ° C and 70 ° C, layer 52 being in contact with the layer electrical insulation 4.
Como se mencionó anteriormente, las pantallas semiconductoras 3 y 5 de acuerdo con la invención permiten, a la vez, obtener una conductividad eléctrica satisfactoria en la proximidad de los elementos conductores del cable 10 con el fin de asegurar la función de homogeneización de la repartición del campo eléctrico, y de limitar la inyección de cargas de espacio en la capa de aislamiento eléctrico 4, puesto que las capas 32 y 52 de las pantallas semiconductoras 3 y 5 en contacto con esta última inyectan una pequeña cantidad de cargas de espacio después de la polarización.As mentioned earlier, the screens semiconductors 3 and 5 according to the invention allow, to the instead, obtain a satisfactory electrical conductivity in the proximity of the conductive elements of the cable 10 in order to ensure the homogenization function of the field distribution electrical, and to limit the injection of space charges in the electrical insulation layer 4, since layers 32 and 52 of semiconductor screens 3 and 5 in contact with the latter they inject a small amount of space charges after the Polarization.
Con el fin de mostrar la eficacia, se ha procedido a mediciones de cargas de espacio por el método de la onda de presión, conocido como tal, en tres muestras diferentes A, B y C, cuya estructura de base está mostrada en la figura 3. Los espesores de las capas SC1 y SC2 de la muestra A son dobles de los espesores de las capas semiconductoras SC1 y SC2 de las muestras B y C.In order to show effectiveness, it has proceeded to measurements of space charges by the wave method pressure, known as such, in three different samples A, B and C, whose base structure is shown in Figure 3. The thicknesses of layers SC1 and SC2 of sample A are double of the thicknesses of the semiconductor layers SC1 and SC2 of samples B and C.
Cada una de estas muestras comprende una capa eléctricamente aislante I de espesor 0,8 mm colocada entre dos capas semiconductoras SC1 y SC2 de composiciones idénticas.Each of these samples comprises a layer electrically insulating I 0.8 mm thick placed between two semiconductor layers SC1 and SC2 of identical compositions.
En la muestra A, las dos capas SC1 y SC2 son
pantallas semiconductoras de material compuesto de acuerdo con la
invención, constituidas, cada una, por una capa de un material de
Composición 1 dada más adelante, susceptible de inducir una gran
cantidad de cargas de espacio y por una capa de un material de
Composición 2 dada más adelante, que induce una pequeña cantidad de
cargas de espacio en la capa eléctricamente aislante I con la cual
está en
contacto.In sample A, the two layers SC1 and SC2 are semiconductor screens of composite material according to the invention, each consisting of a layer of a Composition 1 material given below, capable of inducing a large number of loads of space and by a layer of a Composition 2 material given below, which induces a small amount of space charges in the electrically insulating layer I with which it is in
Contact.
\vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
Composición 1Composition one
- \quadquad
- Polietileno de baja densidad (0,919 g/cm^{3}) que tiene un Melt Flow Index de 2 y una masa molar media en peso de 126 500 g/mol: 100 partesLow density polyethylene (0.919 g / cm3) which It has a Melt Flow Index of 2 and a weight average molar mass of 126 500 g / mol: 100 parts
- \quadquad
- SBS hidrogenado (copolímero secuenciado, hidrogenado de estireno y de butadieno): 20 partesHydrogenated SBS (sequenced copolymer, hydrogenated styrene and butadiene): 20 parts
- \quadquad
- Negro al horno ENSACO 250 G: 39 partesBaked black ENSACO 250 G: 39 parts
- \quadquad
- Antioxiante. 0,25 partesAntioxidant 0.25 parts
\vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
Composición 2Composition 2
- \quadquad
- Polietileno de baja densidad (0,919 g/cm^{3}) que tiene un Melt Flow Index de 2 y una masa molar media en peso de 126 500 g/mol: 100 partesLow density polyethylene (0.919 g / cm3) which It has a Melt Flow Index of 2 and a weight average molar mass of 126 500 g / mol: 100 parts
- \quadquad
- SBS hidrogenado: 20 partesHydrogenated SBS: 20 parts
- \quadquad
- Negro de acetileno DENKA: 39 partesDENKA acetylene black: 39 parts
- \quadquad
- Antioxiante: 0,25 partesAntioxyant: 0.25 parts
\vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
En la muestra B, las dos capas SC1 y SC2 están constituidas únicamente de un material de la Composición 2 anterior.In sample B, the two layers SC1 and SC2 are consisting solely of a material of Composition 2 previous.
En la muestra C, las dos capas SC1 y SC2 están constituidas únicamente por un material de la Composición 1 anterior.In sample C, the two layers SC1 and SC2 are consisting solely of a material of Composition 1 previous.
Es importante insistir en el hecho de que las composiciones 1 y 2 anteriores han sido elegidas con el fin de poder efectuar comparaciones de cantidades de cargas de espacio inyectadas, y esto independientemente de su conductividad eléctrica.It is important to insist on the fact that the compositions 1 and 2 above have been chosen in order to be able to make comparisons of space load quantities injected, and this regardless of its conductivity electric
La prueba puesta en práctica, denominada prueba de la onda de presión, consiste en enviar el haz de un láser YAG sobre la muestra probada, en la que cada pantalla semiconductora está constituida por un electrodo (+) y (-). Este haz absorbido en la superficie del electrodo (-) descompone esta superficie por pirolisis, y los gases emitidos provocan una onda de presión que atraviesa la muestra, provocando un desplazamiento de cargas de espacio y la aparición de cargas imágenes en los electrodos, que dan lugar a la señal medida. El tratamiento de esta señal da una indicación sobre la repartición del campo eléctrico y sobre la densidad de carga por unidad de volumen en la muestra.The test put into practice, called the test of the pressure wave, is to send the beam of a YAG laser over the sample tested, in which each semiconductor screen It consists of an electrode (+) and (-). This beam absorbed in the electrode surface (-) decomposes this surface by pyrolysis, and the emitted gases cause a pressure wave that crosses the sample, causing a displacement of loads of space and the appearance of charges images on the electrodes, which give place to the measured signal. The treatment of this signal gives a indication on the distribution of the electric field and on the load density per unit volume in the sample.
Los valores puestos en evidencia durante esta prueba, con las muestras probadas, son la densidad máxima D_{+} de cargas positivas en la capa aislante I, la densidad máxima D_{-} de cargas negativas en la capa aislante I y la cantidad total Q_{T} de cargas en la capa aislante I (de hecho su imagen).The values evidenced during this test, with the samples tested, are the maximum density D + of positive charges in the insulating layer I, the maximum density D - of negative charges in the insulating layer I and the amount total Q_ {T} of loads in the insulating layer I (in fact its image).
La Tabla 1 que sigue da los resultados obtenidos fuera del campo aplicado, después de la polarización de las muestras durante 4 horas a una tensión eléctrica continua de +40 kV a temperatura ambiente (25ºC).The following Table 1 gives the results obtained outside the applied field, after the polarization of the samples for 4 hours at a continuous electric voltage of +40 kV at room temperature (25 ° C).
Esta tabla pone en evidencia el hecho de que, a temperatura ambiente, una pantalla semiconductora de acuerdo con la invención inyecta 19 veces menos cargas de espacio que la capa que provoca la mayor inyección sola (muestra C), pero igualmente 15 veces menos que la que presenta la menor inyección de cargas de espacio sola (muestra B). Este resultado es, por tanto, muy sorprendente.This table highlights the fact that, to room temperature, a semiconductor screen according to the invention injects 19 times less space charges than the layer that causes the largest injection alone (sample C), but also 15 times less than the one with the lowest injection of loads of single space (sample B). This result is therefore very surprising.
Éste muestra que, para la primera capa de una pantalla semiconductora de acuerdo con la invención, puede elegirse un material de grande, media o baja inyección de cargas de espacio, desde el momento en que sus características de conductividad eléctrica sean satisfactorias.This shows that, for the first layer of a semiconductor screen according to the invention, can be chosen a material of large, medium or low injection of space charges, from the moment its conductivity characteristics Electrical be satisfactory.
La Tabla 2 que sigue da los resultados obtenidos después de la polarización de las muestras durante 4 horas a una tensión eléctrica continua de +40 kV a 70ºC.The following Table 2 gives the results obtained after polarization of the samples for 4 hours at a continuous electric voltage of +40 kV at 70 ° C.
La Tabla 2 muestra que los resultados obtenidos a temperatura ambiente son igualmente válidos a temperatura elevada.Table 2 shows that the results obtained at room temperature they are equally valid at temperature high.
Se ha procedido a otras mediciones, en las mismas condiciones que las descritas anteriormente, en muestras D, E, F y G, cuya estructura de base es igualmente la estructura de la figura 3.Other measurements have been made in the same conditions as described above, in D samples, E, F and G, whose base structure is also the structure of the figure 3.
En la muestra D, las dos capas SC1 y SC2 son pantallas semiconductoras de material compuesto de acuerdo con la invención, constituidas, cada una, por una capa de un material de la Composición 3 dada más adelante, susceptible de inducir una gran cantidad de cargas de espacio, y por una capa de un material de la Composición 4 dada más adelante, que induce una baja cantidad de cargas de espacio en la capa eléctricamente aislante I con la cual está en contacto.In sample D, the two layers SC1 and SC2 are composite semiconductor screens in accordance with the invention, each consisting of a layer of a material of the Composition 3 given below, capable of inducing a large amount of space charges, and for a layer of a material of the Composition 4 given below, which induces a low amount of loads of space in the electrically insulating layer I with which Is in contact.
Composición 3Composition 3
- \quadquad
- Polietileno de baja densidad (0,920 g/cm^{3}) que tiene un Melt Flow Index de 2 y una masa molar media en peso de 212 000 g/mol: 100 partesLow density polyethylene (0.920 g / cm3) which It has a Melt Flow Index of 2 and a weight average molar mass of 212 000 g / mol: 100 parts
- \quadquad
- SBS hidrogenado: 20 partesHydrogenated SBS: 20 parts
- \quadquad
- Negro al horno ENSACO 250G: 39 partesBaked black ENSACO 250G: 39 parts
- \quadquad
- Antioxiante: 0,25 partesAntioxyant: 0.25 parts
\vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
Composición 4Composition 4
- \quadquad
- Polietileno de baja densidad (0,920 g/cm^{3}) que tiene un Melt Flow Index de 2 y una masa molar media en peso de 212 000 g/mol: 100 partesLow density polyethylene (0.920 g / cm3) which It has a Melt Flow Index of 2 and a weight average molar mass of 212 000 g / mol: 100 parts
- \quadquad
- SBS hidrogenado: 20 partes (A explicitar por los Inventores)Hydrogenated SBS: 20 parts (To be explained by Inventors)
- \quadquad
- Negro de acetileno DENKA: 39 partesDENKA acetylene black: 39 parts
- \quadquad
- Antioxiante: 0,25 partesAntioxyant: 0.25 parts
\vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
En la muestra E, las dos capas SC1 y SC2 están constituidas únicamente de un material de la Composición 4 anterior.In sample E, the two layers SC1 and SC2 are consisting solely of a material of Composition 4 previous.
En la muestra F, las dos capas SC1 y SC2 están constituidas únicamente por un material de la Composición 3 anterior.In sample F, the two layers SC1 and SC2 are consisting solely of a material of Composition 3 previous.
En la muestra G, las dos capas SC1 y SC2 están constituidas únicamente de un material semiconductor de gran inyección de cargas de espacio y conductividad eléctrica elevada, del comercio, a base de una mezcla de polietileno y de copolímero de etileno y de acetato de vinilo.In sample G, the two layers SC1 and SC2 are consisting solely of a large semiconductor material injection of space charges and high electrical conductivity, commercial, based on a mixture of polyethylene and copolymer of ethylene and vinyl acetate.
Hay que observar que en todas las muestras D a G, los espesores de las capas SC1 y SC2 son idénticos.It should be noted that in all samples D a G, the thicknesses of the layers SC1 and SC2 are identical.
Aquí, también, es importante insistir en el hecho de que las composiciones 3 a 4 anteriores han sido elegidas con el fin de poder efectuar comparaciones de cantidades de cargas de espacio inyectadas, y esto independientemente de su conductividad eléctrica.Here, too, it is important to insist on the fact that the above compositions 3 to 4 have been chosen in order to make comparisons of load quantities of injected space, and this regardless of its electric conductivity.
La Tabla 3 que sigue da los resultados obtenidos fuera del campo aplicado, después de la polarización de las muestras durante 4 horas a una tensión eléctrica continua de +40 kV a temperatura ambiente (25ºC).The following Table 3 gives the results obtained outside the applied field, after the polarization of the samples for 4 hours at a continuous electric voltage of +40 kV at room temperature (25 ° C).
Los resultados mostrados en la Tabla 3 llegan a las mismas conclusiones cualitativas que los de la Tabla 1.The results shown in Table 3 reach the same qualitative conclusions as those in Table 1.
La Tabla 4 que sigue da los resultados obtenidos después de la polarización de las muestras durante 4 horas a una tensión eléctrica continua de +40 kV a 70ºC.The following Table 4 gives the results obtained after polarization of the samples for 4 hours at a continuous electric voltage of +40 kV at 70 ° C.
Los resultados mostrados en la Tabla 4 llegan a las mismas conclusiones cualitativas que los de la Tabla 2.The results shown in Table 4 reach the same qualitative conclusions as those in Table 2.
No se entrará aquí en detalle en el procedimiento de fabricación de un cable de acuerdo con la invención. Se indica simplemente que una pantalla de acuerdo con la invención puede ser obtenida por coextrusión de sus dos capas constitutivas en un dispositivo adaptado, bien conocido por el especialista en la materia.You will not enter here in detail in the procedure of manufacturing a cable according to the invention. It simply indicates that a screen according to the invention can be obtained by coextrusion of its two layers constitutive in an adapted device, well known by the subject matter specialist
Naturalmente, la invención no está limitada al modo de realización que acaba de describirse.Naturally, the invention is not limited to embodiment just described.
Asimismo, la estructura de cable de energía descrita, solamente lo es a título de ejemplo, y un cable de energía de acuerdo con la invención puede comprender únicamente una pantalla semiconductora de acuerdo con la invención, por ejemplo la pantalla semiconductora interior solamente o la pantalla semiconductora exterior solamente. Además, el cable de acuerdo con la invención puede comprender otros tipos de pantallas metálicas de protección, por ejemplo una pantalla de aluminio contrapegada o soldada.Also, the power cable structure described, it is only by way of example, and a power cable according to the invention it can comprise only one semiconductor screen according to the invention, for example the indoor semiconductor screen only or the screen outer semiconductor only. In addition, the cable according to the invention may comprise other types of metal screens of protection, for example a counterbalanced aluminum screen or welded
Además, la estructura de protección que comprende la pantalla metálica y la funda exterior puede comprender, igualmente, otros elementos de protección tales como, especialmente, una banda de protección que se hinche en presencia de agua. Una banda de protección de este tipo puede estar interpuesta entre la pantalla semiconductora exterior y la pantalla metálica de protección. Ésta asegura por sí misma o está asociada a medios conductores que aseguran la continuidad eléctrica entre la pantalla semiconductora exterior y la pantalla metálica.In addition, the protection structure that comprises the metal screen and the outer sheath may comprise, also, other protection elements such as, especially, a protection band that swells in the presence of water. A protection band of this type may be interposed between the outer semiconductor screen and the screen protection metal This insures by itself or is associated with conductive means that ensure electrical continuity between the External semiconductor screen and metal screen.
Por otra parte, los materiales indicados para los diferentes elementos de los cables de acuerdo con la invención, los son a título indicativo y, naturalmente, pueden ser reemplazados por materiales equivalentes que están al alcance del especialista en la materia.On the other hand, the materials indicated for the different elements of the cables according to the invention, they are indicative and, of course, can be replaced for equivalent materials that are available to the specialist in the matter.
Así, especialmente, el especialista en la materia podrá hacer variar las composiciones dadas anteriormente a título de ejemplo, de la manera siguiente:So, especially, the specialist in subject matter may vary the compositions given above to Sample title, as follows:
- --
- el contenido másico de estireno en la matriz de polímero puede ser del 0,1% al 20%, preferentemente del 1% al 10%,he Mass content of styrene in the polymer matrix can be of 0.1% to 20%, preferably 1% to 10%,
- --
- la carga conductora puede ser negro de carbono, preferentemente del tipo "acetileno" que es más apropiado que los negros de carbono del tipo de "horno" (o negros al horno),the conductive load may be carbon black, preferably of type "acetylene" which is more appropriate than blacks of "oven" type carbon (or baked blacks),
- --
- el contenido másico de negro de carbono (con respecto a la matriz) puede ser del 15% al 40%, preferentemente del 20% al 30%,he carbon black mass content (with respect to the matrix) it can be from 15% to 40%, preferably from 20% to 30%,
- --
- el antioxidante utilizado es el irganox 1010: el contenido másico de antioxidante es del 0,1% al 0,2%, preferentemente del 0,15%.he The antioxidant used is irganox 1010: the mass content of antioxidant is 0.1% to 0.2%, preferably 0.15%.
Finalmente, podrá reemplazarse cualquier medio por un medio equivalente sin salirse del marco de la invención.Finally, any means can be replaced by an equivalent means without leaving the scope of the invention.
Claims (14)
- \bullet?
- un alma conductora (1)a conductive soul (1)
- \bullet?
- una pantalla semiconductora interior (3)a semiconductor screen interior (3)
- \bullet?
- una capa eléctrica de aislamiento (4)an electrical layer of insulation (4)
- \bullet?
- una pantalla semiconductora exterior (5)a semiconductor screen exterior (5)
- \bullet?
- una funda exterior de protección (7)an outer protective cover (7)
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