MXPA01001363A - Un cable electrico de corriente directa (dc) con un sistema de aislamiento que comprende una composicion de polietileno extruido y un metodo para la fabricacion de tal cable. - Google Patents

Abstract

Se describe un cable de DC electrico con un sistema de aislamiento que comprende una composicion de polietileno extruido y un metodo para la fabricacion de tal cable. El sistema de aislamiento comprende un aislamiento basado en polietileno reticulado, extruido, colocado alrededor del conductor. El sistema de aislamiento extruido ademas del compuesto basado en polietileno, incluye un aditivo, el cual es un ester de acido graso de glicerol de la formula general (I): R1O(C3H5(OR2)O)nR3 donde n ? 1, Rl, R2 y R3 los cuales son los mismos o diferentes, designan hidrogeno o el residuo de un acido carboxilico con 8 a 24 atomos de carbono, con la condicion de que existan al menos dos grupos OH libres y al menos un residuo de un acido carboxilico con 8 a 24 atomos de carbono en la molecula. En el metodo para la produccion del cable de DC, la composicion basada en polietileno compuesto es extruida y reticulada a una temperatura y por un periodo de tiempo suficiente para reticular al aislamiento.

Description

UN CABLE ELÉCTRICO DE CORRIENTE DIRECTA (DC) CON UN SISTEMA DE AISLAMIENTO QUE COMPRENDE UNA COMPOSICIÓN DE POLIETILENO EXTRUIDO Y UN MÉTODO PARA LA FABRICACIÓN DE TAL CABLE CAMPO TÉCNICO La presente invención se refiere a un cable eléctrico de corriente directa, aislado, un cable de DC, con un cuerpo que lleva corriente o voltaje, por ejemplo un conductor _y un sistema de aislamiento colocado alrededor del conductor, en donde el sistema de aislamiento comprende una composición de polietileno extruida y reticulada. La presente invención se refiere en particular a un cable eléctrico de corriente directa aislado para la transmisión y distribución de energía eléctrica. El sistema de aislamiento extruido comprende una pluralidad de capas, tal como un blindaje semiconductor interno, un aislamiento y un blindaje semiconductor exterior. Al menos el aislamiento extruido comprende un polietileno reticulado basado en composición eléctricamente aislante, con un sistema de aditivos tales como un agente de reticulación, agente para retardar la quemadura superficial y un antioxidante.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Aunque muchos de los primeros sistemas de suministro eléctrico para la transmisión y distribución de la energía eléctrica estaban basados en la tecnología de corriente directa (DC) , estos sistemas DC fueron rápidamente sustituidos por sistemas que utilizaban corriente alterna, AC . Los sistemas AC tenían la característica deseable de fácil transformación entre la generación, transmisión y distribución de voltajes. El desarrollo de los sistemas modernos de suministro eléctrico en la primera mitad del siglo pasado estuvo exclusivamente basado en los sistemas de transmisión de AC . No obstante, por los 1950 existió una demanda creciente para esquemas de transmisión prolongada y se volvió claro que en ciertas circunstancias podrían existir beneficios mediante la adopción de un sistema basado en DC . Las ventajas previstas incluyen una reducción de los problemas típicamente encontrados en asociación con la estabilidad de los sistemas AC, un uso más efectivo del equipo ya que el factor de potencia del sistema es siempre unitario, y una habilidad para utilizar un espesor de aislamiento dado o margen de seguridad a un voltaje de operación más alto. Contra estas ventajas muy significativas tenía que ser ponderado el alto costo del equipo terminal para la conversión de AC a DC y para la inversión de DC nuevamente a AC . No obstante, para una potencia de transmisión dada, los costos terminales son constantes, y por lo tanto, los sistemas de transmisión DC fueron hechos económicos para los esquemas que involucran largas distancias. De este modo, la tecnología DC se vuelve económica para sistemas diseñados para la transmisión sobre distancias largas y para cuando la distancia de transmisión excede típicamente la longitud para la cual los ahorros en el equipo de transmisión exceden el costo de la planta terminal. Un beneficio importante de la operación DC es la eliminación virtual de las pérdidas dieléctricas, con lo cual se ofrece una ganancia considerable en la eficiencia y ahorros • en el equipo. La corriente de fuga DC es de magnitud tan pequeña que ésta puede ser ignorada en los cálculos de la capacidad nominal de corriente, mientras que en cables de AC las pérdidas dieléctricas provocan una reducción significativa en la capacidad nominal de corriente. Esto es de importancia considerable para más altos voltajes de sistema. Similarmente, la alta capacitancia no es una penalidad en los cables de DC . Un cable de transmisión de DC típico incluye un conductor y un sistema de aislamiento que comprende una pluralidad de capas, tal como un blindaje semiconductor interno, un cuerpo base de aislamiento y un blindaje semiconductor externo. El cable está también complementado con envoltura, reforzamiento, etc. para resistir la penetración del agua y cualquier desgaste mecánico o fuerzas durante la producción, instalación y uso. Casi todos los sistemas de cable de DC suministrados hasta ahora han sido para cruces í submarinos o el cable terrestre asociado con ellos.

Para cruces largos el cable del tipo aislado con papel sólido, impregnado en masa es elegido debido a que no existen restricciones sobre la longitud debido a los requerimientos de presurización. Éste ha sido suministrado para voltajes de operación de 450 kV. A la fecha, un cuerpo de aislamiento esencialmente todo de papel impregnado con un aceite de aislamiento eléctrico ha sido utilizado, pero la aplicación del material laminado tal como un laminado de papel de polipropileno está siendo persuadido para el uso a voltajes hasta de 500 kV para obtener ventaja de la intensidad de impulso incrementada y el diámetro reducido. Como en el caso de los cables de transmisión AC, los voltajes transitorios son un factor que tiene que ser tomado en cuenta cuando se determina el espesor de aislamiento de los cables de DC . Se ha encontrado que la condición más onerosa ocurre cuando un voltaje transitorio de polaridad opuesta al voltaje de operación es impuesto sobre el sistema cuando el cable está llevando carga completa. Si el cable está conectado a un sistema de línea aérea, tal condición ocurre usualmente como resultado de los fenómenos transitorios de relámpagos. El aislamiento sólido extruido basado en un polietileno, PE, o un polietileno reticulado, XLPE, ha sido utilizado por casi 40 años para la transmisión de AC y el aislamiento del cable de distribución. Por lo tanto, la posibilidad del uso de XLPE y PE para el aislamiento de cables de DC ha estado bajo investigación por muchos años. Los cables con tal aislamiento tienen la misma ventaja que el cable impregnado en masa, ya que para la transmisión de la DC no existen restricciones sobre la longitud del circuito y éstos tienen también un potencial para ser operados a más altas temperaturas. En el caso de XLPE, 90°C en vez de 50°C para cables de DC impregnados en masa, convencionales. De este modo se ofrece una posibilidad para incrementar la carga de transmisión. No obstante, no ha sido posible obtener el potencial completo de estos materiales para cables de tamaño completo. Se cree que una de las razones principales es el desarrollo de la carga espacial en el dieléctrico cuando se sujeta a un campo de DC . Tales cargas espaciales distorsionan la distribución de la tensión y persisten por periodos prolongados debido a la alta resistividad de los polímeros. Las cargas espaciales en un cuerpo de aislamiento suceden cuando se sujetan a las fuerzas de un campo DC eléctrico acumulado de una manera que se forma un patrón polarizado similar a un capacitor. Existen dos tipos básicos de patrones de acumulación de carga espacial, diferentes en la polaridad de la acumulación de carga espacial en relación a la polaridad. La acumulación de carga espacial da como resultado un incremento local en ciertos puntos del campo eléctrico efectivo en relación al campo, que podría ser contemplado cuando se consideran las dimensiones geométricas y las características dieléctricas de un aislamiento. El incremento percibido en el campo efectivo debe ser de 5 o incluso 10 veces el campo contemplado. De este modo, el campo de diseño para un aislamiento de cable debe incluir un factor de seguridad que tome en cuenta este campo considerablemente más alto, dando como resultado el uso de materiales más gruesos y/o más caros en el aislamiento del cable. La constitución de la acumulación de carga espacial es un proceso lento, por lo tanto este problema es acentuado cuando la polaridad del cable después de ser operado por un periodo prolongado de tiempo a la misma polaridad, es invertido. Como resultado de la inversión, un campo de capacidad se superpone sobre el campo que resulta de la acumulación de carga espacial y el punto de tensión de campo máximo es movido desde la interfaz o interconexión y hacia el aislamiento. Se han realizado intentos para mejorar la situación mediante el uso de aditivos para reducir la resistencia del aislamiento sin afectar de manera seria las otras propiedades. A la fecha no ha sido posible ajustar el funcionamiento eléctrico logrado con los cables aislados con papel impregnado y no han sido instalados cables de DC aislados con polímero, comerciales. No obstante, han sido reportadas pruebas exitosas en laboratorio sobre un cable de 250 kV con una tensión máxima de 20 kV/mm utilizando aislamiento de XLPE con rellenador mineral (Y. Maeka a et al., Research and Development of DC XLPE Cables, JiCable'91, pp . 562-569). Este valor de tensión se compara con los 32 kV/mm utilizados como un valor típico para los cables de papel impregnados en masa. Una composición de resina extruida para el aislamiento de cable de AC comprende típicamente una resina de polietileno como el polímero base contemplado con diversos aditivos tales como un agente de reticulación de peróxido, un agente de retardo de la quemadura superficial y un antioxidante, o un sistema de antioxidantes. En el caso de un aislamiento extruido, los blindajes semiconductores son típicamente extruidos y comprenden una composición de resina que además del polímero base y de un rellenador eléctricamente conductor o semiconductor, comprende esencialmente el mismo tipo de aditivos. Las diversas capas extruidas en un cable aislado están en general frecuentemente basadas en una resina de polietileno. La resina de polietileno significa, en general y en esta solicitud, una resina basada en polietileno o un copolímero de etileno, en donde el monómero de etileno constituye una parte principal de la masa. De este modo, las resinas de polietileno pueden estar compuestas de etileno y uno o más monómeros que son copolimerizables con el etileno. LDPE, polietileno de baja densidad, es hoy en día el material base de aislamiento predominante para cables de AC . Para mejorar las propiedades físicas del aislamiento extruido y su capacidad para resistir la degradación y la descomposición bajo la influencia de las condiciones que prevalecen bajo la producción, embarque, colocación, y uso de tal cable, la composición basada en polietileno comprende típicamente aditivos tales como: - aditivos estabilizadores, por ejemplo antioxidantes, depuradores de electrones para contraatacar la descomposición debida a la oxidación, radiación, etc.; aditivos de lubricación, por ejemplo, ácido esteárico, para incrementar la capacidad de procesamiento; aditivos para capacidad incrementada de resistir la tensión eléctrica, por ejemplo, una resistencia incrementada a árbol de agua, por ejemplo polietilenglicol, siliconas, etc.; y - agentes de reticulación tales como peróxidos, los cuales se descomponen con el calentamiento en radicales libres e inician la reticulación de la resina de polietileno, algunas veces utilizada en combinación con - compuestos insaturados que tienen la habilidad para mejorar la densidad de reticulación; retardadores de la quemadura superficial para evitar la reticulación prematura. El número de diversos aditivos es grande y las posibles combinaciones de los mismos es esencialmente ilimitada. Cuando se selecciona un aditivo o una combinación o grupo de aditivos, el objetivo es que una o más propiedades sean mejoradas, mientras que las otras serán mantenidas o si es posible también mejoradas. No obstante, en realidad es siempre casi imposible predecir todos los posibles efectos colaterales de un cambio en el sistema de aditivos. En otros casos, los mejoramientos buscados son de tal magnitud que tienen que ser aceptados algunos efectos negativos menores, aunque existe siempre un objetivo para minimizar tales efectos negativos. Una composición de resina basada en polietileno, típica, para ser utilizada como un aislamiento reticulado, extruido, en un cable de AC, comprende : 100 partes en peso de polietileno de baja densidad (922 kg/m3) con velocidad de flujo del fundido (MFR2) de 0.4-2.5 g/10 minutos. 0.1-0.5 phr (partes por cien de resina) de un antioxidante, por ejemplo SANTONOX R® (Flexsys Co . ) con la designación química 4 , 4 ' -tio-bis ( 6-ter-butil-m-cresol) , u otros antioxidantes o combinaciones de antioxidantes. 1.0-2.5 phr de un agente de reticulación, DICUP R® (Hercules Chem) con la designación química peróxido de dicumilo . No obstante, es bien sabido que las composiciones de polietileno reticulado utilizadas como aislamiento extruido en sistemas de cable de AC muestran una fuerte tendencia a acumular carga espacial bajo la tensión eléctrica DC, haciéndolos de este modo inadecuados para el uso en sistemas de aislamiento para cables de DC . Es también sabido que la desgasificación prolongada, por ejemplo la exposición del cable reticulado a altas temperaturas a un alto vacío por periodos prolongados de tiempo, dará como resultado una tendencia algo disminuida para espaciar la acumulación de carga bajo la tensión de voltaje de DC. Se cree en general que el tratamiento a vacío elimina los productos de descomposición de peróxido, tales como "acetofenona," y "alcohol cumílico" del aislamiento, con lo cual se reduce la acumulación de carga espacial. La desgasificación es un proceso en lotes, que consume tiempo, comparable con la impregnación de aislamientos de papel y de este modo igual de costoso. Por lo tanto, es ventajoso si se elimina la necesidad para la desgasificación.

OBJETIVOS DE LA INVENCIÓN Un objetivo de la presente invención es proporcionar un cable de DC aislado con un sistema de aislamiento eléctrico adecuado para el uso como un cable de transmisión y distribución en redes e instalaciones para la transmisión y distribución de corriente directa (DC) de energía eléctrica. El cable comprenderá un aislamiento conductor extruido, sólido, que puede ser aplicado y procesado sin la necesidad de ningún tratamiento en lotes que consuma mucho tiempo, tal como impregnación o desgasificación, por ejemplo, el tratamiento a vacío del cable. Con esto se reduce el tiempo de producción y de este modo los costos de producción para el cable, y por lo tanto se ofrece la posibilidad para una producción esencialmente continua o al menos semicontinua del sistema de aislamiento de cable. Además, la confiabilidad, los bajos requerimientos de mantenimiento y la vida de trabajo prolongada de los cables DC convencionales que comprenden un aislamiento basado en papel impregnado en masa, serán mantenidos inmejorables. Es decir, el cable de acuerdo a la presente invención tendrá propiedades dieléctricas estables y consistentes y una resistencia eléctrica alta y consistente. El aislamiento de cable mostrará una baja tendencia a la acumulación de carga espacial, una alta resistencia a la falla de aislamiento de DC, una alta resistencia a los impulsos y una alta resistencia del aislamiento. El reemplazo del papel impregnado o cintas basadas en celulosa con un aislamiento polimérico extruido, será una ventaja extra abierta para un incremento en la resistencia eléctrica y de este modo permitirá un incremento en los voltajes de operación, haciendo al cable manejable y mejorando la robustez. Un objetivo es también proporcionar un cable que comprende un aislamiento reticulado, extruido, basado en polietileno, el cual tiene baja o ninguna acumulación de carga espacial en el aislamiento durante las tensiones eléctricas de DC, con lo cual se elimina o al menos se reduce sustancialmente cualquier problema asociado con la acumulación de carga espacial. Éste también proporcionará una capacidad para reducir los factores de seguridad en valores de diseño utilizados para el dimensiona iento del aislamiento del cable. Un objetivo adicional es proporcionar un método para fabricar el aislamiento de tal cable de DC aislado, de acuerdo a la presente invención. El proceso de acuerdo a este aspecto de la presente invención, para la aplicación y procesamiento del aislamiento del conductor, estará esencialmente libre de pasos de operación que requieran un tratamiento en lotes prolongado de longitudes de cable completo o largas longitudes de núcleo de cable. El proceso mostrará también un potencial para ser utilizado de una manera continua o semicontinua para la producción de longitudes largas de cable para DC.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Se ha encontrado ahora sorprendentemente que pueden ser logrados excelentes resultados con respecto a la acumulación de la carga espacial bajo la influencia de un campo eléctrico de DC, al incorporar en las composiciones de XLPE para cables eléctricos, un éster de ácido graso de glicerol, específico, como aditivo, opcionalmente en combinación con aditivos adicionales. La presente invención proporciona así un cable de energía eléctrica de DC que comprende un conductor y un sistema de aislamiento sólido, reticulado, extruido, que comprende al menos tres capas colocadas alrededor del conductor, caracterizado porque el sistema de aislamiento extruido comprende un compuesto basado en polietileno al cual se agregan aditivos que incluyen un agente de reticulación, un agente retardador de la quemadura superficial, un antioxidante y un aditivo que comprende un éster de ácido graso de glicerol de la fórmula general (I) Rx0 (C3H5 (OR2) 0)nR~ donde n >_ 1, preferentemente, debido a la disponibilidad comercial, n = 1-20, y más preferentemente n = 3-8, R1, R2, y R3, los cuales son los mismos o diferentes, designan hidrógeno, o el residuo de un ácido carboxílico con 8 a 24 átomos de carbono, con la condición de que existan al menos dos grupos OH libres y al menos un residuo de un ácido carboxílico con 8 a 24 átomos de carbono en la molécula. En el caso en que R1 y R3 representen ambos átomos de hidrógeno (H) y R1 = R, los residuos carboxílicos de la fórmula tomarán la forma simple de (II) RO (CH2CH (OH) CH20) nH (ID El aislamiento basado en polietileno, compuesto, es típicamente extruido y calentado a una temperatura elevada y por un periodo de tiempo suficientemente prolongado para reticular el aislamiento. La temperatura y el periodo de tiempo son controlados para optimizar el proceso de reticulación.

El sistema de aislamiento de cable puede ser aplicado sobre el conductor con un proceso esencialmente continuo sin la necesidad para tratamientos en lote prolongados, como por ejemplo el tratamiento a vacío. La baja tendencia para la acumulación de carga espacial y la resistencia incrementada para la falla de aislamiento de DC de los cables de DC convencionales que comprenden un aislamiento de papel impregnado, es mantenida o mejorada. Las propiedades de aislamiento del cable de DC de acuerdo a la presente invención muestran una estabilidad en general a largo plazo tal que la vida de trabajo del cable es mantenida o incrementada . La presente invención también proporciona un método para la producción de un cable de DC como se describe en lo anterior. En su forma más general, el proceso para la producción de un cable de DC aislado que comprende un conductor, un conductor basado en polietileno reticulado, extruido, el aislamiento incluye los siguientes pasos: el depositar o de otro modo formar un conductor de cualquier forma deseada y constitución deseada; el componer una composición de resina basada en polietileno, que comprende adiciones de un agente de reticulación, un agente de retardo de la quemadura superficial, un antioxidante y un aditivo reductor de la carga de reserva la extrusión de la composición de resina basada en polietileno compuesto, para formar un aislamiento de conductor colocado alrededor del conductor en el cable de DC, (preferentemente el sistema de aislamiento de tres capas que comprende la capa de aislamiento complementada con los dos blindajes semiconductores, se aplica utilizando un proceso de extrusión triple, verdadero) la reticulación del aislamiento extruido en donde, de acuerdo a la presente invención, un aditivo reductor de la carga . espacial que comprende un éster graso de glicerol de la fórmula general (I), es agregado a la resina de polietileno al componerse: R10(C3H5(OR2)nR3 ( i : donde n >_ 1, R1, R2, y R3, los cuales son los mismos o diferentes, designan hidrógeno o el residuo de un ácido carboxílico con 8 a 24 átomos de carbono, con la condición de que existan al menos dos grupos OH libres y al menos un residuo de un ácido carboxílico con 8 a 24 átomos de carbono en la molécula, y en donde la composición de resina basada en polietileno compuesto es extruida y reticulada a una temperatura elevada, y se aplica presión y por un periodo de tiempo lo suficientemente prolongado para reticular el aislamiento. Otras características y ventajas distintivas de la presente invención aparecerán a partir de la siguiente especificación y de las reivindicaciones anexas .

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Con el fin de utilizar polietileno extruido o polietileno reticulado (XLPE) como un aislamiento para cables de DC, tienen que ser tomados en cuenta diversos factores. El problema más importante es la acumulación de carga espacial bajo la tensión de voltaje de DC . La presente invención logra tal disminución significativa en la acumulación de carga espacial, que ocurre típicamente en un cable de DC en operación, al incorporar una baja cantidad de un aditivo de la estructura general (I) en el polietileno o el compuesto del polietileno reticulable. El compuesto de la estructura general (I) es un éter de mono- o poliglicerol donde al menos un grupo OH forma un éster con un ácido carboxílico con 8 a 24 átomos de carbono. Preferentemente, el compuesto de la estructura (I) es un monoéster, por ejemplo éste contiene un residuo de ácido carboxílico con 8 a 24 átomos de carbono por molécula. Además, el ácido carboxílico formador del éster forma preferentemente el éster con un grupo hidroxílico primario del compuesto de glicerol. El compuesto de la fórmula (I) puede incluir 1-20, preferentemente 1-15, más preferentemente 3-8 unidades de glicerol, por ejemplo n en la fórmula (I) es 1-20, preferentemente 1-15, y más preferentemente 3-8. Cuando R1, R2, y R3 en la fórmula (I) no designan hidrógeno, éstos designan el residuo de un ácido carboxílico con 8 a 24 átomos de carbono. Estos ácidos carboxílicos pueden ser saturados o insaturados o ramificados o no ramificados. Los ejemplos no limitantes, ilustrativos de tales ácidos carboxílicos son el ácido láurico, ácido mirístico, ácido palmítico, ácido esteárico, ácido oleico, ácido linoleico, ácido linolénico, y ácido behénico. Cuando el residuo carboxílico es insaturado, la insaturación puede ser utilizada para el enlace del compuesto de la estructura (I) al polímero de etileno de la composición, y de este modo previene efectivamente la migración del compuesto de la estructura (I) a partir de la composición. En la fórmula (I), R1, R2 y R3 pueden designar el mismo residuo de ácido carboxílico, tal como estearoilo, o diferentes residuos carboxílicos, tales como estearoilo y oleilo. Para prevenir la migración y la exudación, el compuesto de la estructura (I) debe ser compatible con la composición en la cual éste es incorporado, y más particularmente con la resina basada en etileno de la composición. Los compuestos de la estructura (I) son compuestos químicos conocidos o pueden ser producidos mediante métodos conocidos. De este modo, un compuesto de la fórmula (I) donde n = 3 es comercializado como Atmer®184 (o 185) por ICI, Gran Bretaña, y uno donde n en promedio es 8, que tiene un residuo de ácido graso por molécula, puede ser obtenido de ICI bajo la denominación SCS 2064®. Otros compuestos comerciales conocidos que pueden ser descritos por la fórmula (II) son TST 221® (n = 6 y R = residuo de ácido linoleico (ácido insaturado de 18 átomos de carbono) ) TST 215® (n = 6 y R = ácido esteárico (ácido saturado de 18 átomos de carbono) ) , y TST 216® (n = 6 y R = ácido behénico (ácido insaturado de 22 átomos de carbono) ) todos suministrados por Danisco, Dinamarca.

El compuesto de la fórmula (I) es incorporado en la composición de la invención en una cantidad efectiva para inhibir la acumulación de carga espacial bajo la tensión de DC . En general esto significa que el compuesto de la fórmula (I) es incorporado en una cantidad de aproximadamente 0.05-2% en peso, preferentemente 0.1-1% en peso de la composición .

Además al compuesto de la fórmula (I), la composición de los compuestos para los cables de DC de la presente invención, puede incluir aditivos convencionales, tales como antioxidantes para contraatacar la descomposición debida a la oxidación, radiación, etc.; aditivos de lubricación, tales como ácido esteárico; aditivos de reticulación, tales como peróxidos que descomponen con el calentamiento e inician la reticulación; y otros aditivos tales como los agentes retardadores de la quemadura superficial y compatibilizadores . La cantidad total de aditivos, incluyendo el compuesto de la fórmula (I) en la composición de la presente invención, no debe exceder aproximadamente 10% en peso de la composición. Además del compuesto de la fórmula (I) y otros aditivos convencionales y opcionales anteriormente mencionados, la composición de la invención comprende predominantemente un polímero de etileno como se indicó al principio. La elección y composición del polímero de etileno varía dependiendo de si la composición está encaminada o no a ser una capa aislante de un cable eléctrico o como una capa interna o externa semiconductora de un cable eléctrico. Una composición para una capa de aislamiento de un cable eléctrico de acuerdo a la invención puede por ejemplo comprender aproximadamente 0.05% a aproximadamente 2% en peso del compuesto de la fórmula (I) junto con otros aditivos convencionales y opcionales; 0 a aproximadamente 4% en peso de un agente de reticulación de peróxido; consistiendo el resto de la composición sustancialmente de un polímero de etileno. Tal polímero de etileno es preferentemente un LDPE, por ejemplo un homopolímero de etileno o un copolímero de etileno y una o más alfa-olefinas con 3 a 8 átomos de carbono, tales como 1-buteno, 4-metil-l-penteno, 1-hexeno, y 1-octeno. La cantidad de comonómero (s) de alfa-olefina puede estar en el intervalo de aproximadamente 1% a aproximadamente 40% en peso del monómero de etileno. Un copolímero de etileno, junto con cantidades menores, por ejemplo, hasta de 5% en peso de uno o más comonómero ( s ) polares, por ejemplo acetato de vinilo, acrilato de metilo, acrilato de etilo, acrilato de butilo, o dimetilamino-propilmetacrilamida (DMAPMA) , puede también ser utilizado. Similarmente, una composición para una capa semiconductora de un cable eléctrico puede comprender de aproximadamente 0.05% a aproximadamente 2% en peso del compuesto de la fórmula (I) junto con otros aditivos convencionales y opcionales; aproximadamente 30-80% en peso de un polímero de etileno; negro de carbono en una cantidad al menos suficiente para hacer semiconductora a la composición, preferentemente aproximadamente 15-45% en peso del negro de carbono; 0 a aproximadamente 30% en peso de un copolímero de acrilonitrilo-butadieno; y 0 a aproximadamente 4% en peso de un agente de reticulación de peróxido. En este contexto, el polímero de etileno es un copolímero de etileno de la composición como se describe para la capa de aislamiento o un copolimero de etileno, tal como EVA (etileno-acetato de vinilo), EMA (etileno-acrilato de metilo), EEA (etileno-acrilato de etilo) , o EBA (etileno-acrilato de butilo) . Un cable de DC de acuerdo a la presente invención con un sistema de aislamiento reticulado, extruido que comprende una composición de polietileno reticulada, XLPE, y un aditivo de la estructura (I) muestran ventajas considerables tales como : - Una tendencia sustancialmente reducida para la acumulación de carga espacial y en consecuencia una resistencia incrementada a la falla de aislamiento de la DC. El cable de acuerdo a los siguientes ejemplos de la presente invención, también ofrece buen funcionamiento y estabilidad del sistema de aislamiento de cable extruido, incluso cuando han sido empleadas altas temperaturas durante la extrusión, reticulación u otro acondicionamiento a alta temperatura. El cable de DC de acuerdo a la presente invención ofrece la capacidad de ser producido mediante un proceso esencialmente continuo sin ningún paso en lotes que consuma tiempo, tal como la impregnación o la desgasificación, con lo cual se abre a la reducción sustancial en el tiempo de producción y de este modo los costos de producción sin riesgo del rendimiento técnico del cable. Con el fin de facilitar adicionalmente el entendimiento de la invención, se darán enseguida algunos ejemplos ilustrativos, no limitantes. En los ejemplos todas las composiciones se dan como partes por cien partes de resina, en peso, a no ser que se indique de otro modo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La presente invención será descrita más con detalle con referencia a los dibujos y ejemplos. La Figura 1 muestra una vista seccional de un cable para una transmisión de corriente directa de alto voltaje de energía eléctrica de acuerdo a una modalidad de la presente invención. La Figura 2 muestra la configuración de las placas de prueba. Las Figuras 3 a 14 muestran registros de carga espacial para las mediciones sobre placas con composiciones XLPE como se utilizan en los cables de AC aislados, previos, y para composiciones de acuerdo a la presente invención.

DESCRIPCIÓN DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS, EJEMPLOS El cable de DC de acuerdo a la modalidad de la presente invención mostrada en la Figura 1, comprende desde el centro y hacia afuera; - un conductor 10 de alambres múltiples, en hebras; un primer blindaje 11 semiconductor, extruido colocado alrededor y en la parte exterior del conductor 10 y dentro de un aislamiento conductor 12; un aislamiento conductor extruido 12 con una composición reticulada, extruida; un segundo blindaje semiconductor 13, extruido, colocado fuera del aislamiento conductor 12; - un malla metálica 14; y una cobertura o vaina, exterior 15 dispuesta fuera de la malla metálica 14. El cable de DC puede, cuando se considera apropiado, ser además complementado de diversas formas con varias capas funcionales u otras características. Éste puede ser por ejemplo complementado con un reforzamiento en la forma de alambres metálicos fuera del blindaje extruido exterior 13, un compuesto de sellado o un polvo de hinchamiento con agua, introducido en las interfaces metal/polímero o un sistema de barreras de humedad logrado por ejemplo mediante un laminado de polietileno metálico resistente a la corrosión, y el sellado longitudinal al agua logrado por el material de hinchamiento con agua, por ejemplo la cinta o polvo por debajo del de la vaina 15. El conductor no necesita estar trenzado pero puede ser de cualquier forma y constitución deseada, tal como un conductor de alambres múltiples trenzados, un conductor sólido o un conductor en segmentos. La placa de prueba 20 utilizada para la medición de la distribución de carga espacial mostrada en la Figura 2, comprende dos electrodos semiconductores 21 elaborados de un copolímero de etileno relleno con negro de carbono y el cuerpo de aislamiento 22 con la composición dada en la Tabla 1. Las Figuras 3, 5, 7, 9, 11 y 13 muestran la distribución de la carga espacial en unidades arbitrarias en el modo de "voltaje encendido" como una función de distancia desde el electrodo colocado a tierra. Similarmente las Figuras 4, 6, 8, 10, 12 y 14 muestran la distribución de la carga espacial en unidades arbitrarias en el modo de "voltaje apagado" como una función de distancia desde el electrodo conectado a tierra (nótense las escalas en el modo de "voltaje encendido" y modo de "voltaje apagado" que son diferentes) . Con el fin de facilitar la comprensión de la invención, se darán enseguida algunos ejemplos ilustrativos, no limitantes. En los siguientes ejemplos, las placas de prueba con diversas composiciones fueron fabricadas y sujetas a mediciones de la acumulación de la carga espacial al registrar los perfiles de carga espacial. Los perfiles fueron registrados utilizando la técnica Pulsada Electro Acústica (PEA) . La técnica PEA es bien conocida dentro de la materia y descrita por Takada et al., en IEEE Trans. Elec. Insul . Vol. EI-22 (No. 4), pp. 497-501 (1987) . Los perfiles de carga espacial mostrados en los siguientes ejemplos son ya sea en el modo de "voltaje encendido", por ejemplo los perfiles de carga espacial registrados bajo la tensión eléctrica después de 3 horas de aplicación de voltaje de DC, o "voltaje apagado", por ejemplo los perfiles de carga espacial registrados, inmediatamente después de la conexión a tierra de los electrodos (antes de conectar a tierra un voltaje DC fue aplicado por 3 horas) . Las composiciones mostradas en la Tabla 1 fueron todas realizadas de una manera convencional mediante la composición de los componentes en un extrusor. Las placas de prueba fueron fabricadas en un proceso de dos pasos. En el primer paso, el aislamiento fue moldeado por prensa a partir de una cinta extruida a 130°C por 10 minutos en placas circulares con un diámetro de 210 mm y un espesor de 2 mm. En la segunda operación se montaron dos electrodos semiconductores en el centro sobre cada lado de las placas de aislamiento circulares y el montaje fue calentado a 180°C por 15 minutos en una prensa eléctrica, a no ser que se indique de otro modo. El ciclo de alta temperatura fue realizado con el fin de completar la reticulación. Las placas de prueba fueron después de esto enfriadas a temperaturas ambientales bajo presión. Se utilizaron películas Mylar® como refuerzo durante el moldeo con prensa. Los electrodos semiconductores fueron elaborados de un producto comercial, LE 0500® de Borealis, Suecia. Este compuesto comprende copolímero de etileno-acrilato de butilo y negro de acetileno. Las dimensiones de estos electrodos fueron de 1 mm de espesor y 50 mm de diámetro. La Figura 2 muestra la configuración y las dimensiones de las placas de prueba. Los perfiles de carga espacial de las placas de prueba fueron registrados por un dispositivo para el análisis PEA a 50°C. Un electrodo fue conectado a tierra y el otro fue mantenido a un voltaje de +40 kV, por ejemplo la intensidad del campo eléctrico en la placa fue de 20 kV/mm. En los perfiles de carga espacial de las Figuras 3-14 la carga eléctrica por unidad de volumen es presentada como una función del espesor de la placa de prueba, por ejemplo cero es la posición del electrodo conectado a tierra y x indica la distancia desde el electrodo conectado a tierra en la dirección hacia el electrodo de alto voltaje (+40 kV) . En el modo de "voltaje encendido" el perfil de carga espacial fue registrado después de 3 horas de aplicación de voltaje. En el modo de "voltaje apagado" el perfil de carga espacial fue registrado inmediatamente después de conectar a tierra el electrodo de alto voltaje (por ejemplo después de 3 horas a +40 kV) . Los perfiles de carga espacial son dados en unidades arbitrarias de carga por volumen de aislamiento. La amplificación utilizada durante el "voltaje apagado" es más alta que durante el "voltaje encendido". No obstante, las escalas utilizadas para todas las muestras en cualquier modo, son comparables. Los Ejemplos 1, 2, y 3 son ejemplos comparativos. La composición del material de aislamiento en estos ejemplos corresponde a la invención descrita en la solicitud de patente Sueca No. 9704825-0 (1997-12-22).

EJEMPLO 1 Una placa de prueba de 2 mm de espesor de polietileno de la composición A (ver Tabla 1) equipada con dos electrodos semiconductores y reticulada a 180°C por 15 minutos, se probó a 50°C en un dispositivo para el análisis PEA. La placa fue insertada entre dos electrodos planos y sujeta a un campo eléctrico de voltaje directo de 40 kV.

Este electrodo se conectó a tierra y el otro electrodo se mantuvo a un potencial de voltaje de +40 kV. El perfil de carga espacial como se muestra en la Figura 3 fue registrado, en el modo denominado de "voltaje encendido" después de 3 horas de exposición al sobrevoltaje de DC. La carga por unidad de volumen es presentada en unidades arbitrarias como una función del espesor de la placa de prueba, por ejemplo 0 es en el electrodo conectado a tierra y x indica la distancia desde el electrodo conectado a tierra en la dirección hacia el electrodo a +40 kV. La Figura 4 muestra el perfil de carga espacial inmediatamente después de la conexión a tierra del electrodo de alto voltaje al final de la electrificación a alto voltaje de 3 horas en el modo denominado de "voltaje apagado". La carga por unidad de volumen , es presentada en unidades arbitrarias (diferente de aquella utilizada en el modo de "voltaje encendido") como una función del espesor de la placa de prueba, por ejemplo 0 es en el electrodo conectado a tierra y x indica la distancia desde el electrodo conectado a tierra en la dirección hacia el electrodo de alto voltaje, original.

EJEMPLO 2 Con el fin de probar el efecto de remover todo el material volátil del sistema de aislamiento, una placa de prueba del mismo tipo que en el Ejemplo 1 y reticulada a 180°C por 15 minutos se trató a un alto vacío a 80°C por 72 horas. Después de este tratamiento se registraron los perfiles de carga espacial. La Figura 5 muestra el modo de "voltaje encendido" y la Figura 6 muestra el modo de "voltaje apagado" .

EJEMPLO 3 " Con el fin de probar el efecto de las condiciones de reticulación, una placa de prueba del mismo tipo que en el Ejemplo 1 fue reticulada a 250°C por 30 minutos. La placa de prueba fue probada en un dispositivo para el análisis PEA. La Figura 7 muestra el modo de "voltaje encendido" y la Figura 8 muestra el modo de "voltaje apagado".

EJEMPLO 4 Una placa de prueba de espesor de 2 mm de polietileno de composición B (ver Tabla 1) equipada con dos electrodos semiconductores y reticulada a 180°C por 15 minutos, se probó a 50°C en un dispositivo para el análisis PEA. La placa se insertó entre dos electrodos planos y se sujetó a un campo eléctrico de voltaje directo de 40 kV. Este electrodo se conectó a tierra y el otro electrodo se mantuvo a un potencial de voltaje de +40 kV. El perfil de carga espacial como se muestra en la Figura 9 fue registrado, en el denominado modo de "voltaje encendido" después de 3 horas de exposición al sobrevoltaje de DC. La carga por unidad de volumen es presentada en unidades arbitrarias como una función del espesor de la placa de prueba, por ejemplo 0 es en el electrodo conectado a tierra y x indica la distancia desde el electrodo conectado a tierra en la dirección hacia el electrodo de +40 kV. La Figura 10 muestra el perfil de carga espacial inmediatamente después de la conexión a tierra del electrodo de alto voltaje al final de la electrificación a alto voltaje de 3 horas en el denominado modo de "voltaje encendido". La carga por unidad de volumen es presentada en unidades arbitrarias (diferente de aquella utilizada en el modo de "voltaje encendido") como una función del espesor de la placa de prueba, por ejemplo 0 es en el electrodo conectado a tierra y x indica la distancia desde el electrodo conectado a tierra en la dirección hacia el electrodo de alto voltaje original .

EJEMPLO 5 Con el fin de probar el efecto de remover todo el material volátil del sistema de aislamiento, una placa de prueba del mismo tipo que en el Ejemplo 4 y reticulada a 180°C por 15 minutos se trató a un alto vacío a 80°C por 72 horas. Después de este tratamiento se registraron los perfiles de carga espacial. La Figura 11 muestra el modo de "voltaje encendido" y la Figura 12 muestra el modo de "voltaje apagado".

EJEMPLO 6 Con el fin de probar el efecto de las condiciones de reticulación, una placa de prueba del mismo tipo que en el Ejemplo 4 fue reticulada a 250°C por 30 minutos. La placa de prueba fue probada en un dispositivo para el análisis PEA. La Figura 13 muestra el modo de "voltaje encendido" y la Figura 14 muestra el modo de "voltaje apagado". Cuando se comparan los perfiles de carga espacial en los Ejemplos 1, 2 y 3 con los perfiles de carga espacial en los Ejemplos 4, 5 y 6 es evidente que el compuesto de la fórmula (I) es un agente reductor de carga espacial extremadamente efectivo. Es claramente observado a partir de la Tabla 2 que la carga espacial acumulada bajo condiciones similares es más de 50% menor que cuando se agrega un compuesto de la fórmula (I) a la composición de aislamiento. Con el fin de mostrar la robustez del efecto supresor de la acumulación de carga espacial del compuesto de la fórmula (I), se realizaron los siguientes experimentos, presentados en los Ejemplos 7, 8 y 9.

EJEMPLO 7 Con el fin de verificar la dependencia de la concentración eventual del compuesto de la fórmula (I), una placa de prueba de 2 mm de espesor de polietileno de la composición C (ver Tabla 1) equipado con dos electrodos semiconductores y reticulados a 180°C por 15 minutos se probó a 50°C en un dispositivo para el análisis PEA. Los perfiles de carga espacial en el modo de "voltaje encendido" y en el modo de "voltaje apagado" fueron idénticos a las Figuras 9 y 10, respectivamente.

EJEMPLO 8 Con el fin de verificar la influencia del sistema antioxidante sobre el poder reductor de la carga espacial del compuesto de la fórmula (I), tres placas de prueba de composición D, E y F (ver Tabla 1), respectivamente, fueron fabricadas y probadas co o se describe en el Ejemplo 1. Las tres placas de prueba mostraron perfiles de carga espacial en el modo de "voltaje encendido" y en el modo de "voltaje apagado los cuales fueron idénticos a la Figura 9 y la Figura 10, respectivamente.

EJEMPLO 9 Con el fin de investigar la influencia de otros aditivos sobre el poder reductor de carga espacial de un compuesto de la fórmula (I), se fabricaron tres diferentes composiciones G, H, e I (ver Tabla 1), respectivamente, y se probaron como se describe en el Ejemplo 1. Las tres placas de prueba mostraron los perfiles de carga espacial en el modo de "voltaje encendido" y en el modo de "voltaje apagado", que fueron idénticos a la Figura 9 y a la Figura 10, respectivamente. Es evidente a partir de los resultados de los Ejemplos 7, 8 y 9 que la adición de un compuesto de la fórmula (I) es un agente reductor de carga espacial efectivo en una gama muy amplia de composiciones de polietileno reticulado.

TABLA 1 Composición de los compuestos de aislamiento XLPE * LDPE, polietileno de baja densidad, por ejemplo polietileno preparado mediante polimerización por radicales a alta presión (densidad = 0.922 g/cm3) . ** Irganox 1035®, diéster del ácido 3- ( 3, 5-di-ter- butil-4-hidroxifenil ) propiónico y tiodiglicol, Ciba-Geigy. *** Irganox PS 802®, di-esteril-tio-dipropionato, Ciba-Geigy. **** ?c?, Gran Bretaña k k k k k 2, 4-difenil-4-metil-penten-l-eno, Nofmer MSD®, Nippon Oil and Fats .

TABLA 1 (Cont.) TABLA 1 Composición de los compuestos de aislamiento XLPE LDPE, polietileno de baja densidad, por ejemplo polietileno preparado mediante polimerización por radicales a alta presión (densidad = 0.922 g/cm3) .

** Irganox 1035®, diéster del ácido 3- ( 3 , 5-di-ter- butil-4-hidroxifenil) propiónico y tiodiglicol, Ciba-Geigy. *** Irganox PS 802®, di-esteril-tio-dipropionato , Ciba-Geigy. **** ICI, Gran Bretaña •k -k k k k 2, 4-difenil-4-metil-penten-l-eno, Nofmer MSD®, Nippon Oil and Fats .

TABLA 1 ( Cont ) TABLA 1 Composición de los compuestos de aislamiento XLPE * LDPE, polietileno de baja densidad, por ejemplo polietileno preparado mediante polimerización por radicales a alta presión (densidad = 0.922 g/cm3) . ** Irganox 1035®, diéster del ácido 3- ( 3, 5-di-ter- butil-4-hidroxifenil) propiónico y tiodiglicol, Ciba-Geigy. *** Irganox . PS 802®, di-esteril-tio-dipropionato, Ciba-Geigy. **** ICI/ Gran Bretaña k "k -k k -k 2, 4-difenil-4-metil-penten-l-eno, Nofmer MSD®, Nippon Oil and Fats.

TABLA 2 Magnitudes relativas de la carga espacial acumulada en el modo de "voltaje apagado" (después de 3 horas de electrificación con DC a 20 kV/mm)

Claims (18)

REIVINDICACIONES

1. Un cable eléctrico de DC, aislado, con un conductor y un sistema de aislamiento basado en polímero, que comprende al menos tres capas de composiciones basadas en polietileno extruido y reticulado XLPE, colocadas alrededor del conductor, caracterizado porque el sistema de aislamiento extruido además de los compuestos basados en polietileno, incluye un aditivo que es un éster de ácido graso de glicerol de la fórmula general R^O (C3H£ (OR2) O) nR3 (I) donde n _> 1, Rl, R2 y R3, los cuales son los mismos o diferentes, designan hidrógeno o el residuo de un ácido carboxílico con 8 a 24 átomos de carbono, con la condición de que existan al menos dos grupos OH libres o al menos un residuo de un ácido carboxílico de 8 a 24 átomos de carbono en la molécula .

2. Un cable de DC de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque en el compuesto (I) R2 y R3 representan átomos de hidrógeno y R1 = R el residuo de ácido carboxílico con 8 a 24 átomos de carbono por ejemplo el compuesto tiene la fórmula RO (CH2CH (OH) CH20) nH (ir

3. Un cable de DC de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque n es 1-20, preferentemente 1-15 y más preferentemente 3-8.

4. Un cable de DC de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado porque el compuesto de la fórmula (I) es un monoéster.

5. Un cable de DC de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el éster es formado entre el ácido carboxílico y un grupo hidroxílico primario del compuesto de glicerol.

6. Un cable de DC de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el compuesto de la fórmula (I) es incluido en las placas de aislamiento y semiconductoras .

7. Un cable de DC de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-5, caracterizado porque el compuesto de la fórmula (I) es incluido únicamente en la o las capas de aislamiento .

8. Un cable de DC de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-5, caracterizado porque el compuesto de la fórmula (I) es incluido únicamente en la o las capas semiconductoras .

9. Un cable de DC de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el compuesto de la fórmula (I) está presente en la o las composiciones poliméricas en una cantidad al menos de 0.05% en peso con base en la composición actual.

10. Un cable de DC de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el compuesto de la fórmula (I) está presente en la o las composiciones poliméricas en una cantidad de 0.05 a 2% en peso, preferentemente de 0.1 a 1% en peso, de la composición efectiva.

11. Un cable de DC de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la o las composiciones poliméricas incluyen uno o más aditivos convencionales tales como antioxidantes, agentes de reticulación, aditivos de lubricación, agentes retardadores de la quemadura superficial y co patibilizadores .

12. Un cable de DC de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la cantidad total de aditivos convencionales, incluyendo el compuesto de la fórmula (1)/ en la composición efectiva, es no mayor de aproximadamente 10% en peso de la composición efectiva.

13. Un cable de DC de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el polietileno (PE) se selecciona de homopolímeros de etileno, copolímeros de etileno con una o más a-olefinas con 3 a 8 átomos de carbono y copolímeros de etileno con acetato de vinilo, acrilato de metilo, acrilato de etilo, acrilato de butilo, o dimetilaminopropilmetacrilamida (DMAPMA) .

14. Un método para la producción de un cable de DC eléctrico, aislado que comprende los pasos de componer una composición de polietileno (PE) , extruyendo la composición PE compuesta como una parte del sistema de aislamiento basado en polímero, colocado alrededor de un conductor, y reticulando subsecuentemente la composición de PE en una composición de XLPE, caracterizado porque es agregado a la composición de PE, un compuesto de la fórmula general R10(C3H5(OR2)0)nR-: (I) donde n > 1, R1, R2 y R3, los cuales son los mismos o diferentes, designan hidrógeno o el residuo de un ácido carboxílico con 8 a 24 átomos de carbono, con la condición de que existan al menos dos grupos OH libres y al menos un residuo de un ácido carboxílico con 8 a 24 átomos de carbono en la molécula.

15. Un método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el compuesto (I) es agregado en una cantidad de al menos 0.05% con base en el peso de la composición efectiva.

16. Un método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el compuesto (I) es agregado en una cantidad de 0.05-2%, preferentemente de 0.1 a 1% en peso de la composición efectiva.

17. Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque uno o más de otros aditivos tales como antioxidantes, aditivos de lubricación, agentes de reticulación, agentes retardadores de la quemadura superficial y compatibilizadores, son también agregados a la composición.

18. Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 15-17, caracterizado porque la cantidad total de aditivos, incluyendo el compuesto de la fórmula (I) agregado a cada composición es no mayor de 10% en peso de la composición efectiva.