BR112019009653B1 - ELECTRIC FIELD GRADING MATERIAL, ELECTRICAL CABLE ACCESSORY, AND, ELECTRIC CABLE JOINT - Google Patents
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Abstract
Material de gradação de campo elétrico que compreende um polímero elastomérico não polar, uma carga de filossilicato e uma carga de negro de fumo, em que qualquer carga de negro de fumo presente no material de gradação de campo elétrico tem um número de absorção de dibutilftalato (DBP) de 30 a 80 ml/100 g. O material acima pode ser usado em acessórios de cabo elétrico, particularmente juntas de cabo elétrico ou terminações para cabo de média ou alta tensão. O material de gradação de campo elétrico de acordo com a presente invenção tem propriedades de resistência variável, particularmente uma variação significante de condutividade elétrica em função da tensão aplicada dentro de uma faixa de tensão reduzida, de modo a garantir um alto valor de condutividade acima de um valor crítico do campo elétrico e, portanto, para assegurar uma distribuição regular das linhas de campo elétrico dentro do material.Electric field grading material comprising a non-polar elastomeric polymer, a phyllosilicate filler and a carbon black filler, wherein any carbon black filler present in the electric field grading material has an absorption number of dibutyl phthalate ( DBP) from 30 to 80 ml/100 g. The above material can be used in electrical cable fittings, particularly electrical cable joints or terminations for medium or high voltage cable. The electric field gradation material according to the present invention has variable resistance properties, particularly a significant variation of electrical conductivity as a function of the applied voltage within a reduced voltage range, so as to guarantee a high conductivity value above a critical value of the electric field and therefore to ensure a regular distribution of electric field lines within the material.
Description
[001] A presente invenção se refere a um material de gradação de campo elétrico e ao uso do mesmo em acessórios de cabo elétrico, particularmente em juntas ou terminações de cabo.[001] The present invention relates to an electric field gradation material and its use in electrical cable accessories, particularly in joints or cable terminations.
[002] Materiais de gradação de campo elétrico são composições que controlam eletricamente o estresse distinguidas por propriedades de resistência variável, a saber por uma condutividade elétrica que aumenta de uma maneira não linear em função da tensão aplicada. Estes materiais são também chamados varistores ou resistores dependentes da tensão. No campo de acessórios de cabo, tais como juntas ou terminações especialmente para cabos de média a alta tensão, materiais de gradação de campo elétrico são usados para reduzir os estresses elétricos em porções eletricamente críticas do acessório, especialmente na interface com as camadas eletricamente isolantes ou semicondutoras do(s) cabo(s). Em tal interface as linhas equipotenciais do campo elétrico convergem e assim o risco de ruptura elétrica com perfuração do material isolante aumenta durante o uso.[002] Electric field gradation materials are compositions that electrically control stress distinguished by variable resistance properties, namely by an electrical conductivity that increases in a non-linear manner as a function of the applied voltage. These materials are also called varistors or voltage-dependent resistors. In the field of cable accessories, such as splices or terminations especially for medium to high voltage cables, electric field grading materials are used to reduce electrical stresses on electrically critical portions of the accessory, especially at the interface with electrically insulating layers or semiconductors of the cable(s). At such an interface the equipotential lines of the electric field converge and thus the risk of electrical breakdown with perforation of the insulating material increases during use.
[003] Vários materiais de gradação de campo elétrico são conhecidos na técnica, em que um material polimérico é comisturado com uma ou mais cargas que são capazes de conferir resistividade dependente de tensão.[003] Various electric field gradation materials are known in the art, in which a polymeric material is commingled with one or more fillers that are capable of imparting voltage-dependent resistivity.
[004] US 4.726.991 se refere a um material de resistência não linear para promover proteção contra estresse elétrico excessivo, que compreende uma mistura de partículas discretas de materiais condutivos tendo tamanhos inferiores a cerca de várias centenas de mícrons, partículas discretas de materiais semicondutores também tendo tamanhos inferiores a cerca de várias centenas de mícrons, e material isolante revestindo as partículas separadas. As partículas condutivas podem ser formadas de materiais condutivos incluindo negro de fumo e grafita, enquanto que as partículas semicondutoras são preferivelmente formadas por carboneto de silício. O material isolante pode ser, por exemplo, caulim, caulinita, tri-hidrato de alumínio, feldspato, carbonato de cálcio, sulfato de bário e sulfato de cálcio. O material isolante pode compreender partículas com tamanho variando de cerca de 70 angstroms a cerca de 300 angstroms.[004] US 4,726,991 refers to a non-linear resistance material to provide protection against excessive electrical stress, comprising a mixture of discrete particles of conductive materials having sizes less than about several hundred microns, discrete particles of semiconductor materials also having sizes of less than about several hundred microns, and insulating material coating the separated particles. The conductive particles can be formed from conductive materials including carbon black and graphite, while the semiconductor particles are preferably formed from silicon carbide. The insulating material can be, for example, kaolin, kaolinite, aluminum trihydrate, feldspar, calcium carbonate, barium sulfate and calcium sulfate. The insulating material can comprise particles ranging in size from about 70 angstroms to about 300 angstroms.
[005] US 2014/0065420 se refere a um material de gradação de campo incluindo uma matriz polimérica e polianilina como carga eletricamente condutiva. O material pode incluir ainda pelo menos uma carga orgânica adicional, tal como negro de fumo, em uma quantidade de 3 a 20% em peso.[005] US 2014/0065420 refers to a field gradation material including a polymeric matrix and polyaniline as an electrically conductive charge. The material can further include at least one additional organic filler, such as carbon black, in an amount of 3 to 20% by weight.
[006] WO 2008/054308 se refere a uma composição que controla estresse eletricamente compreendendo uma matriz polimérica e uma carga particulada compreendendo pó de varistor de óxido de zinco de dopado e possivelmente também uma carga eletricamente condutiva.[006] WO 2008/054308 relates to an electrically stress controlling composition comprising a polymeric matrix and a particulate filler comprising doped zinc oxide varistor powder and possibly also an electrically conductive filler.
[007] WO 2008/076058 se refere a um material de gradação de campo compreendendo uma matriz polimérica e uma carga compreendendo óxidos de zinco e negro de fumo, em que o óxido de zinco está na forma de partículas de óxido de zinco puro tendo pelo menos uma dimensão inferior ou igual a 100 nm. O negro de fumo é, por exemplo, Ketjenblack®, por exemplo, Ketjenblack® EC 300 ou Ketjenblack® EC-600JD.[007] WO 2008/076058 refers to a field grading material comprising a polymeric matrix and a filler comprising zinc oxides and carbon black, wherein the zinc oxide is in the form of pure zinc oxide particles having at least at least one dimension less than or equal to 100 nm. The carbon black is, for example, Ketjenblack®, for example Ketjenblack® EC 300 or Ketjenblack® EC-600JD.
[008] US 2006/0145119 se refere a um material de gradação de campo incluindo uma matriz polimérica provida com uma carga, que inclui uma quantidade efetiva para gradação de campo de partículas tendo pelo menos uma dimensão inferior ou igual a 100 nm. A carga pode ser Al2O3, TiO2 ou BaTiO3. Alternativamente, a carga pode ser um material semicondutor, preferivelmente ZnO ou SiC, que confere uma resistência elétrica não linear ao material, isto é, uma resistência que diminui com um campo elétrico crescente.[008] US 2006/0145119 relates to a field gradation material including a polymeric matrix provided with a filler, which includes an effective amount for field gradation of particles having at least one dimension less than or equal to 100 nm. The filler can be Al2O3, TiO2 or BaTiO3. Alternatively, the charge can be a semiconductor material, preferably ZnO or SiC, which imparts a nonlinear electrical resistance to the material, i.e., a resistance that decreases with an increasing electric field.
[009] À luz do estado da técnica acima descrito, a Requerente se defrontou com o problema de proporcionar um material de gradação de campo elétrico tendo propriedades de resistência variável, particularmente uma variação de condutividade elétrica significante como uma função da tensão aplicada dentro de uma faixa de tensão reduzida, de modo a garantir um alto valor de condutividade acima de um valor crítico do campo elétrico, e, portanto, a assegurar uma distribuição regular das linhas de campo elétrico dentro do material. Ademais, o desempenho elétrico acima deve ser acompanhado por propriedades mecânicas e processabilidade que estão ajustando a aplicação do material por extrusão, particularmente para a fabricação de acessórios de cabo.[009] In light of the above-described prior art, the Applicant was faced with the problem of providing an electric field gradation material having variable resistance properties, particularly a significant electrical conductivity variation as a function of the applied voltage within a reduced voltage range, in order to ensure a high conductivity value above a critical value of the electric field, and therefore to ensure a regular distribution of electric field lines within the material. Furthermore, the above electrical performance must be accompanied by mechanical properties and processability that are fitting the application of the material by extrusion, particularly for the manufacture of cable accessories.
[0010] A Requerente constatou agora que uma base de polímero adicionada com uma carga de filossilicato e uma carga de negro de fumo que não é capaz de conferir propriedades condutivas significantes quando adicionada à base de polímero proporciona uma composição com as propriedades de gradação de campo visadas e com propriedades mecânicas apropriadas para extrusão.[0010] The Applicant has now found that a polymer base added with a phyllosilicate filler and a carbon black filler which is not capable of imparting significant conductive properties when added to the polymer base provides a composition with the field gradation properties targeted and with mechanical properties suitable for extrusion.
[0011] De acordo com um primeiro aspecto, portanto, a presente invenção se refere a um material de gradação de campo elétrico que compreende um polímero elastomérico não polar, uma carga de filossilicato e uma carga de negro de fumo, em que qualquer carga de negro de fumo presente no material de gradação de campo elétrico tem um número de absorção de dibutilftalato (DBP) de 30 a 80 ml/100 g.[0011] According to a first aspect, therefore, the present invention relates to an electric field gradation material comprising a non-polar elastomeric polymer, a phyllosilicate filler and a carbon black filler, wherein any charge of Carbon black present in the electric field grading material has a dibutyl phthalate (DBP) absorption number of 30 to 80 ml/100 g.
[0012] De acordo com um segundo aspecto, a presente invenção se refere a um acessório de cabo elétrico, particularmente uma junta ou terminação de cabo elétrico, para cabo de média ou alta tensão, incluindo um elemento feito do material de gradação de campo elétrico como definido acima.[0012] According to a second aspect, the present invention relates to an electrical cable accessory, particularly an electrical cable splice or termination, for medium or high voltage cable, including an element made of electric field gradation material as defined above.
[0013] Para a finalidade da presente descrição e das reivindicações anexas, as palavras “um” ou “uma” são usadas para descrever elementos e componentes da invenção. Isto é feito meramente por conveniência e para dar um sentido geral da invenção. Estas descrição e reivindicações devem ser lidas como incluindo um ou pelo menos um, e o singular também inclui o plural a menos que seja óbvio que isto quer dizer outra coisa.[0013] For the purpose of the present description and the appended claims, the words "a" or "an" are used to describe elements and components of the invention. This is done merely for convenience and to give a general sense of the invention. These descriptions and claims should be read as including one or at least one, and the singular also includes the plural unless it is obvious that this means something else.
[0014] Para a finalidade da presente descrição e das reivindicações anexas, exceto onde indicado de outra maneira, todos os números expressando quantidades, montantes, porcentagens, e assim por diante, devem ser entendidos como sendo modificados em todas as instâncias pelo termo “cerca de”. Ademais, todas as faixas incluem qualquer combinação dos pontos máximos e mínimos descritos e incluem quaisquer faixas intermediárias nas mesmas, que podem ou não podem ser especificamente enumeradas aqui.[0014] For the purposes of this description and the appended claims, except where otherwise indicated, all numbers expressing amounts, amounts, percentages, and so on, are to be understood to be modified in all instances by the term "about in". Furthermore, all ranges include any combination of the maximums and minimums described and include any ranges in between, which may or may not be specifically listed here.
[0015] Para a finalidade da presente descrição e das reivindicações anexas, como “de média tensão” entende-se um cabo apropriado para conduzir corrente a uma tensão de 1 a 40 kV, e como “de alta tensão” entende-se um cabo apropriado para conduzir corrente a uma tensão maior do que 40 kV, preferivelmente maior do que 300 kV. Atualmente, acessórios de cabo de alta tensão têm sido descritos para tensões de até 600 kV.[0015] For the purposes of this description and the appended claims, “medium voltage” means a cable suitable for carrying current at a voltage of 1 to 40 kV, and “high voltage” means a cable suitable for conducting current at a voltage greater than 40 kV, preferably greater than 300 kV. Currently, high voltage cable accessories have been described for voltages up to 600 kV.
[0016] Para a finalidade da presente descrição e das reivindicações anexas, como “polímero não polar” entende-se um polímero substancialmente isento de dipolos, ou na cadeia de polímero como tal ou gerados quando um campo elétrico é aplicado. Tipicamente, polímeros não polares têm uma constante dielétrica não maior do que 3.[0016] For the purposes of this description and the appended claims, "non-polar polymer" is understood to be a polymer substantially free of dipoles, either in the polymer chain as such or generated when an electric field is applied. Typically, non-polar polymers have a dielectric constant no greater than 3.
[0017] Para a finalidade da presente descrição e das reivindicações anexas, como “polímero elastomérico” entende-se um homopolímero ou copolímero de estrutura substancialmente amorfa tendo propriedades elásticas apropriadas para aplicação em um acessório de cabo de potência.[0017] For the purposes of this description and the appended claims, "elastomeric polymer" means a homopolymer or copolymer of substantially amorphous structure having elastic properties suitable for application in a power cable accessory.
[0018] Para fins de clareza, com a expressão “qualquer carga de negro de fumo presente no material de gradação de campo elétrico tem um número de absorção de dibutilftalato (DBP) de 30 a 80 ml/100 g” entende-se que o material de gradação de campo elétrico realmente inclui uma carga de negro de fumo tendo um número de absorção DBP dentro da faixa acima (extremos incluídos) e que ele não inclui qualquer carga de negro de fumo tendo um DBP número de absorção DBP fora da faixa acima.[0018] For clarity, with the expression “any charge of carbon black present in the electric field gradation material has a dibutyl phthalate (DBP) absorption number of 30 to 80 ml/100 g” it is understood that the Electric field gradation material actually includes a carbon black charge having a DBP absorption number within the above range (extremes included) and that it does not include any carbon black charge having a DBP absorption number outside the above range .
[0019] Preferivelmente, o material de gradação de campo elétrico da invenção compreende: (i) de 30% a 80% em peso, mais preferivelmente, de 40% a 70% em peso, do polímero elastomérico; (ii) de 10% a 35% em peso, mais preferivelmente, de 15% a 30% em peso, da carga de filossilicato; e (iii) de 10% a 30% em peso, mais preferivelmente, de 15% a 25% em peso, da carga de negro de fumo; as porcentagens sendo calculadas com base no peso total do material.[0019] Preferably, the electric field gradation material of the invention comprises: (i) from 30% to 80% by weight, more preferably from 40% to 70% by weight, of the elastomeric polymer; (ii) from 10% to 35% by weight, more preferably from 15% to 30% by weight, of the phyllosilicate filler; and (iii) from 10% to 30% by weight, more preferably from 15% to 25% by weight, of the carbon black filler; percentages being calculated based on the total weight of the material.
[0020] Em uma modalidade preferida, o material de gradação de campo elétrico da invenção compreende a carga de filossilicato e a carga de negro de fumo em uma razão em peso de 0,9 a 1,2.[0020] In a preferred embodiment, the electric field gradation material of the invention comprises the phyllosilicate filler and the carbon black filler in a weight ratio of 0.9 to 1.2.
[0021] A carga de filossilicato a ser usada nas composições de acordo com a presente invenção é geralmente um silicato formado substancialmente por folhas paralelas de tetraedros de silicato, que são conectados entre si por camadas de cátions. A carga de filossilicato pode ser selecionada dentre os seguintes grupos minerais: argilas, micas, serpentinas, cloritas. Exemplos são: caulim, ilita, montmorilonita, vermiculita, talco. De acordo com uma modalidade preferida, a carga de filossilicato é um alumínio filossilicato, mais preferivelmente caulim.[0021] The phyllosilicate filler to be used in the compositions according to the present invention is generally a silicate formed substantially by parallel sheets of silicate tetrahedrons, which are connected to each other by layers of cations. The phyllosilicate filler can be selected from the following mineral groups: clays, micas, serpentines, chlorites. Examples are: kaolin, illite, montmorillonite, vermiculite, talc. According to a preferred embodiment, the phyllosilicate filler is an aluminum phyllosilicate, more preferably kaolin.
[0022] Preferivelmente, a carga de filossilicato a ser usada nas composições de acordo com a presente invenção tem um tamanho de partícula médio de pelo menos 1 μm, preferivelmente inferior a 10 μm.[0022] Preferably, the phyllosilicate filler to be used in the compositions according to the present invention has an average particle size of at least 1 µm, preferably less than 10 µm.
[0023] A carga de negro de fumo a ser usada nas composições de acordo com a presente invenção tem um número de absorção de dibutilftalato (DBP) de 30 a 80 ml/100 g, preferivelmente de 60 a 80 ml/100 g. O número de absorção de DBP é medido de acordo com ASTM D2414-06. As faixas acima de número de absorção de DBP são típicas de cargas de negro de fumo tendo uma estrutura de média para baixa, que são claramente distinguidas de cargas de negro de fumo tendo uma estrutura alta, tais como os produtos comerciais Ketjenblack®, que têm um número de absorção de DBP maior do que 300 ml/100 g e que são conhecidos como sendo apropriados para proporcionar mistura polimérica condutiva. O número de absorção da carga de DBP de negro de fumo de acordo com a invenção é indicativo de uma estrutura insuficiente para aplicações condutoras ou semicondutoras no campo de cabos elétricos, como reportado, por exemplo, pela US 6.441.084.[0023] The carbon black filler to be used in the compositions according to the present invention has a dibutyl phthalate (DBP) absorption number of 30 to 80 ml/100 g, preferably of 60 to 80 ml/100 g. DBP absorption number is measured according to ASTM D2414-06. The above DBP absorption number ranges are typical of carbon black fillers having a medium to low structure, which are clearly distinguished from carbon black fillers having a high structure, such as the commercial Ketjenblack® products, which have a DBP absorption number greater than 300ml/100g and which are known to be suitable for providing conductive polymeric blend. The charge absorption number of carbon black DBP according to the invention is indicative of an insufficient structure for conductive or semiconductor applications in the field of electrical cables, as reported, for example, by US 6,441,084.
[0024] Preferivelmente, a carga de negro de fumo a ser usada nas composições de acordo com a presente invenção tem uma adsorção de iodo (também conhecido como número de iodo) de 20 a 50 mg/g, mais preferivelmente de 25 a 35 mg/g. A absorção de iodo pode ser medida de acordo com ASTM D 1510-06a.[0024] Preferably, the carbon black filler to be used in the compositions according to the present invention has an iodine adsorption (also known as iodine number) of 20 to 50 mg/g, more preferably 25 to 35 mg /g. Iodine uptake can be measured according to ASTM D 1510-06a.
[0025] No material de acordo com a invenção, o polímero elastomérico é preferivelmente reticulado. De acordo com a natureza química do polímero elastomérico, a reticulação pode ser realizada por diferentes meios, usualmente por reação de radical (por exemplo, por peróxidos orgânicos adicionados ao material).[0025] In the material according to the invention, the elastomeric polymer is preferably cross-linked. According to the chemical nature of the elastomeric polymer, crosslinking can be carried out by different means, usually by radical reaction (for example, by organic peroxides added to the material).
[0026] Preferivelmente, o polímero elastomérico da composição da invenção pode ser selecionado dentre: (i) polímeros elastoméricos de dieno, geralmente tendo uma temperatura de transição de vidro (Tg) abaixo de 20°C, preferivelmente na faixa de 0°C a -90°C; (ii) copolímeros elastoméricos de pelo menos uma mono- olefina com pelo menos um comonômero olefinico ou um derivado do mesmo; (iii) borracha de silicone.[0026] Preferably, the elastomeric polymer of the composition of the invention can be selected from: (i) diene elastomeric polymers, generally having a glass transition temperature (Tg) below 20°C, preferably in the range of 0°C to -90°C; (ii) elastomeric copolymers of at least one monoolefin with at least one olefinic comonomer or a derivative thereof; (iii) silicone rubber.
[0027] Com respeito aos polímeros elastoméricos de dieno (i), eles podem ser de origem natural ou podem ser obtidos por polimerização em solução polimerização em emulsão ou polimerização em fase gasosa de pelo menos uma diolefina conjugada, opcionalmente em comistura com pelo menos um comonômero selecionado dentre monovinilarenos e/ou comonômeros polares em uma quantidade de não mais do que 60% em peso.[0027] With respect to the diene elastomeric polymers (i), they may be of natural origin or may be obtained by solution polymerization, emulsion polymerization or gas phase polymerization of at least one conjugated diolefin, optionally in admixture with at least one comonomer selected from monovinylarenes and/or polar comonomers in an amount of not more than 60% by weight.
[0028] A diolefina conjugada geralmente contém de 4 a 12, preferivelmente de 4 a 8, átomos de carbono. Ela pode ser selecionada preferivelmente no grupo compreendendo: 1,3-butadieno, isopreno, 2,3- dimetil-1,3-butadieno, 1,3-pentadieno, 1,3-hexadieno, 3-butil-1,3-octadieno, 2-fenil-1,3-butadieno, ou misturas dos mesmos. Isopreno é particularmente preferido.[0028] The conjugated diolefin generally contains from 4 to 12, preferably from 4 to 8, carbon atoms. It may be selected preferably from the group comprising: 1,3-butadiene, isoprene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, 1,3-pentadiene, 1,3-hexadiene, 3-butyl-1,3-octadiene , 2-phenyl-1,3-butadiene, or mixtures thereof. Isoprene is particularly preferred.
[0029] Monovinilarenos que podem ser usados opcionalmente como comonômeros geralmente contêm de 8 a 20, preferivelmente de 8 a 12, átomos de carbono, e podem ser preferivelmente selecionados dentre: estireno, 1-vinilnaftaleno, α-metilestireno, 3-metilestireno, 4-propilestireno, 4-p-tolilestireno, ou misturas dos mesmos. Estireno é particularmente preferido.[0029] Monovinylarenes that can optionally be used as comonomers generally contain from 8 to 20, preferably from 8 to 12, carbon atoms, and can be preferably selected from: styrene, 1-vinylnaphthalene, α-methylstyrene, 3-methylstyrene, 4 -propylstyrene, 4-p-tolystyrene, or mixtures thereof. Styrene is particularly preferred.
[0030] Preferivelmente, o polímero elastomérico de dieno (i) pode ser selecionado dentre: cis-1,4-poli-isopreno (borracha natural ou sintética, preferivelmente natural), 3,4-poli-isopreno, polibutadieno, estireno/1,3- butadieno (SBR), copolímeros de estireno/isopreno/1,3-butadieno ou misturas dos mesmos.[0030] Preferably, the diene elastomeric polymer (i) can be selected from: cis-1,4-polyisoprene (natural or synthetic rubber, preferably natural), 3,4-polyisoprene, polybutadiene, styrene/1 ,3-butadiene (SBR), styrene/isoprene/1,3-butadiene copolymers or mixtures thereof.
[0031] Com respeito aos copolímeros elastoméricos (ii), eles podem ser obtidos por copolimerização de pelo menos uma mono-olefina com pelo menos um comonômero olefinico ou um derivado dos mesmos. As mono- olefinas podem ser selecionados dentre: etileno e α-olefinas geralmente contendo de 3 a 12 átomos de carbono, tais como: propileno, 1-buteno, 1- penteno, 1-hexeno, 1-octeno, ou misturas dos mesmos. Os seguintes são preferidos: copolímeros de etileno com um α-olefina, e opcionalmente com um dieno; homopolímeros de isobuteno ou copolímeros dos mesmos com pequenas quantidades de um dieno. O dieno opcional geralmente contém de 4 a 20 átomos de carbono e é preferivelmente selecionado dentre: 1,3- butadieno, isopreno, 1,4-hexadieno, 1,4-ciclo-hexadieno, 5-etilideno-2- norborneno, 5-metileno-2-norborneno, vinilnorborneno, ou misturas dos mesmos. Particularmente preferidos são: copolímeros de etileno/propileno (EPR), terpolímeros de etileno/propileno/dieno (EPDM), poli-isobuteno, borrachas de butila; ou misturas dos mesmos. Preferivelmente, as borrachas de EPR/EPDM tem a seguinte composição monomérica: 55-80% em peso, preferivelmente 65-75% em peso, de etileno; 20-45% em peso, preferivelmente 25-35% em peso, de propileno; 0-10% em peso, preferivelmente 0-5% em peso, de um dieno (preferivelmente 5-etileno-2- norborneno).[0031] With regard to the elastomeric copolymers (ii), they can be obtained by copolymerizing at least one mono-olefin with at least one olefinic comonomer or a derivative thereof. Monoolefins can be selected from: ethylene and α-olefins generally containing from 3 to 12 carbon atoms, such as: propylene, 1-butene, 1-pentene, 1-hexene, 1-octene, or mixtures thereof. The following are preferred: copolymers of ethylene with an α-olefin, and optionally with a diene; isobutene homopolymers or copolymers thereof with small amounts of a diene. The optional diene generally contains from 4 to 20 carbon atoms and is preferably selected from: 1,3-butadiene, isoprene, 1,4-hexadiene, 1,4-cyclohexadiene, 5-ethylidene-2-norbornene, 5- methylene-2-norbornene, vinylnorbornene, or mixtures thereof. Particularly preferred are: ethylene/propylene copolymers (EPR), ethylene/propylene/diene terpolymers (EPDM), polyisobutene, butyl rubbers; or mixtures thereof. Preferably, the EPR/EPDM rubbers have the following monomeric composition: 55-80% by weight, preferably 65-75% by weight, of ethylene; 20-45% by weight, preferably 25-35% by weight, of propylene; 0-10% by weight, preferably 0-5% by weight, of a diene (preferably 5-ethylene-2-norbornene).
[0032] O polímero elastomérico da composição da invenção permite obter um acessório de cabo com propriedade mecânica adequada, em particular em termos de elasticidade.[0032] The elastomeric polymer of the composition of the invention makes it possible to obtain a cable accessory with adequate mechanical properties, in particular in terms of elasticity.
[0033] O material de gradação de campo elétrico de acordo com a presente invenção pode também compreender outros componentes. Por exemplo, a fim de reticular o polímero elastomérico, pelo menos um agente de reticulação pode ser adicionado.[0033] The electric field gradation material according to the present invention may also comprise other components. For example, in order to crosslink the elastomeric polymer, at least one crosslinking agent can be added.
[0034] Preferivelmente, a reticulação do polímero elastomérico pode ser realizada por reação de radical, a saber por decomposição térmica de pelo menos um iniciador de radical, selecionado usualmente dentre peróxidos orgânicos, tais como, por exemplo, peróxido de dicumila, peróxido de t-butil cumila, bis(t-butilperoxi-isopropil) benzeno, bis(t-butilperoxi)-2,5 dimetil hexano, bis(t-butilperoxi)-2,5-dimetil hexino 2,4-dimetil-2,5-di(t-butilperoxi) hexano, peróxido de di-t-butila.[0034] Preferably, crosslinking of the elastomeric polymer can be carried out by radical reaction, namely by thermal decomposition of at least one radical initiator, usually selected from organic peroxides, such as, for example, dicumyl peroxide, t -butyl cumyl, bis(t-butylperoxyisopropyl) benzene, bis(t-butylperoxy)-2,5-dimethyl hexane, bis(t-butylperoxy)-2,5-
[0035] Além do pelo menos um iniciador de radical, pelo menos um coagente de reticulação pode ser adicionado, tal como: cianurato de trialila, isocianurato de trialila, acrilatos ou diacrilatos, polibutadieno tendo um alto teor de grupos vinil terminais, e misturas dos mesmos.[0035] In addition to the at least one radical initiator, at least one co-crosslinking agent can be added, such as: triallyl cyanurate, triallyl isocyanurate, acrylates or diacrylates, polybutadiene having a high content of terminal vinyl groups, and mixtures of the same.
[0036] Outros componentes que podem ser incluídos no material de gradação de campo elétrico de acordo com a presente invenção são: antioxidantes, agentes antienvelhecimento, plastificantes, lubrificantes, retardantes de chama, termal estabilizantes térmicos.[0036] Other components that can be included in the electric field gradation material according to the present invention are: antioxidants, anti-aging agents, plasticizers, lubricants, flame retardants, thermal thermal stabilizers.
[0037] O material de gradação de campo elétrico de acordo com a presente invenção pode ser preparado por mistura do polímero elastomérico, da carga de filossilicato e da carga de negro de fumo, e outros possíveis aditivos, de acordo com técnicas bem conhecidas na arte, por exemplo usando um misturador interno do tipo contendo rotores tangenciais (Banbury) ou rotores de intertravamento, ou em misturadores contínuos do tipo Ko-Kneader (Buss) ou do tipo de parafuso geminado corrotativo ou contrarrotativo. No final da mistura, a composição pode ser reduzida em uma forma subdividida, por exemplo grânulos ou pelotas, que é apropriada a ser alimentada em uma extrusora para a produção de acessórios de cabo de energia de acordo com técnicas bem conhecidas.[0037] The electric field grading material according to the present invention can be prepared by mixing the elastomeric polymer, the phyllosilicate filler and the carbon black filler, and other possible additives, according to techniques well known in the art , for example using an internal mixer of the type containing tangential impellers (Banbury) or interlocking impellers, or in continuous mixers of the Ko-Kneader type (Buss) or the co-rotating or counter-rotating twin screw type. At the end of mixing, the composition can be reduced into a subdivided form, for example granules or pellets, which are suitable to be fed into an extruder for the production of power cord fittings according to well known techniques.
[0038] Como dito acima, de acordo com um segundo aspecto, a presente invenção se refere a um acessório de cabo elétrico, particularmente uma junta ou terminação de cabo elétrico, que inclui um elemento feito de um material de gradação de campo elétrico de acordo com a presente invenção.[0038] As stated above, according to a second aspect, the present invention relates to an electrical cable accessory, particularly an electrical cable joint or termination, which includes an element made of an electric field gradation material according with the present invention.
[0039] De acordo com uma modalidade particularmente preferida, a junta de cabo elétrico, particularmente apropriada para cabos de corrente contínua de alta tensão, compreende: - um eletrodo semicondutor central; - dois defletores semicondutores; - uma camada de gradação de campo estendendo-se longitudinalmente entre cada um dos defletores e o eletrodo central e em contato elétrico com os mesmos; - uma camada isolante de junta circundando o eletrodo central, os dois defletores e a camada de gradação de campo; e - uma camada semicondutora externa de junta circundando e em contato direto com a camada isolante; em que a camada de gradação de campo é feita de um material de gradação de campo elétrico contendo uma carga de filossilicato e, preferivelmente, uma carga de negro de fumo tendo um número de absorção de dibutilftalato (DBP) de 30 a 80 ml/100 g.[0039] According to a particularly preferred embodiment, the electrical cable joint, particularly suitable for high voltage direct current cables, comprises: - a central semiconductor electrode; - two semiconductor deflectors; - a field gradation layer extending longitudinally between each of the deflectors and the central electrode and in electrical contact with them; - an insulating gasket layer surrounding the central electrode, the two deflectors and the field gradation layer; and - an outer semiconductor gasket layer surrounding and in direct contact with the insulating layer; wherein the field gradation layer is made of an electric field gradation material containing a phyllosilicate filler and, preferably, a carbon black filler having a dibutyl phthalate (DBP) absorption number of 30 to 80 ml/100 g.
[0040] Mais características vão ficar evidentes a partir da descrição detalhada dada abaixo com referência aos desenhos anexos, em que: - figura 1 é uma seção transversal parcial longitudinal de uma primeira junta, apropriada particularmente para cabos de AT, incluindo um elemento feito de um material de gradação de campo elétrico de acordo com a presente invenção; - figura 2 é uma seção transversal parcial longitudinal de uma segunda junta, apropriada particularmente para cabos de AT, incluindo um elemento feito de um material de gradação de campo elétrico de acordo com a presente invenção; - figura 3 é uma seção transversal parcial longitudinal de uma terminação, apropriada particularmente para cabos de AT, incluindo um elemento feito de um material de gradação de campo elétrico de acordo com a presente invenção; - figura 4 é um gráfico reportando curvas de condutividade de amostras de composições de acordo com a presente invenção e algumas comparativas.[0040] More features will become evident from the detailed description given below with reference to the accompanying drawings, in which: - figure 1 is a partial longitudinal cross-section of a first joint, particularly suitable for HV cables, including an element made of an electric field grading material according to the present invention; figure 2 is a partial longitudinal cross-section of a second joint, particularly suitable for HV cables, including an element made of an electric field gradation material according to the present invention; figure 3 is a partial longitudinal cross-section of a termination, particularly suitable for HV cables, including an element made of an electric field gradation material according to the present invention; - figure 4 is a graph reporting conductivity curves of samples of compositions according to the present invention and some comparative ones.
[0041] Na figura 1, uma seção longitudinal de uma modalidade de uma junta (100) montada sobre um par de cabos elétricos emendados (110) de acordo com a presente invenção é esquematicamente representada.[0041] In Figure 1, a longitudinal section of one embodiment of a joint (100) mounted on a pair of spliced electrical cables (110) according to the present invention is schematically represented.
[0042] Cada cabo do par de cabo emendado (110) compreende um condutor (não mostrado na figura) e uma camada isolante (11a, 11b) feita, por exemplo, de polietileno reticulado (XLPE).[0042] Each cable of the spliced cable pair (110) comprises a conductor (not shown in the figure) and an insulating layer (11a, 11b) made, for example, of cross-linked polyethylene (XLPE).
[0043] A junta (100) compreende: um elemento isolante (13), feito de, por exemplo, EPDM reticulado, circundando e estando em contato com a camada isolante de cabo (11a, 11b) do cabo elétrico (110). Um eletrodo semicondutor (12) que é encastrado em dito elemento eletricamente isolante (13) circunda o cabo (200) onde as camadas isolantes de cabo (11a, 11b) são removidas para desnudar os condutores de cabo então emendados, e podem circundar uma porção limitada das camadas isolantes (11a, 11b) na vizinhança da zona de remoção.[0043] The gasket (100) comprises: an insulating element (13), made of, for example, reticulated EPDM, surrounding and being in contact with the cable insulating layer (11a, 11b) of the electrical cable (110). A semiconductor electrode (12) which is embedded in said electrically insulating element (13) surrounds the cable (200) where the cable insulating layers (11a, 11b) are removed to strip the cable conductors then spliced, and may surround a portion boundary of the insulating layers (11a, 11b) in the vicinity of the removal zone.
[0044] A junta (100) compreende adicionalmente uma camada semicondutora externa (14) circundando o elemento eletricamente isolante (13) e dois cones de alívio de estresse (15a, 15b), cada um previsto em um lado do elemento eletricamente isolante (13). Os dois cones de alívio de estresse (15a, 15b) são feitos de um material de gradação de campo elétrico de acordo com a presente invenção.[0044] The gasket (100) further comprises an outer semiconductor layer (14) surrounding the electrically insulating element (13) and two stress relief cones (15a, 15b), each provided on one side of the electrically insulating element (13) ). The two stress relief cones (15a, 15b) are made of an electric field gradation material according to the present invention.
[0045] Na figura 2, uma seção longitudinal de uma outra modalidade de uma junta (200) de acordo com a presente invenção é esquematicamente representada. Diferentemente da figura 1, a junta (200) é mostrada como tal, antes de ser montada sobre um par de cabos elétricos emendados. A junta (200) estende-se ao longo de uma direção longitudinal X entre duas porções extremas opostas (210, 220) e é apropriada para ser encaixada sobre a conexão de núcleo condutiva na configuração montada.[0045] In Figure 2, a longitudinal section of another embodiment of a joint (200) according to the present invention is schematically represented. Unlike figure 1, the joint (200) is shown as such, before being mounted on a spliced pair of electrical cables. The gasket (200) extends along a longitudinal direction X between two opposite end portions (210, 220) and is suitable to be fitted over the conductive core connection in the assembled configuration.
[0046] A junta (200) compreende um eletrodo central (240), feito de material semicondutor, e dois defletores (250, 260), feitos de material semicondutor. O eletrodo central (240) é posicionado em uma posição intermediária com respeito à porção de extremidade (210, 220) da junta (200) e é disposto para circundar o conector de metal conectando os núcleos condutivos dos dois cabos a serem emendados (não mostrados na figura). Os dois defletores (250, 260) são posicionados nas porções de extremidade (210, 220) da junta (200).[0046] The gasket (200) comprises a central electrode (240) made of semiconductor material and two baffles (250, 260) made of semiconductor material. The center electrode (240) is positioned at an intermediate position with respect to the end portion (210, 220) of the joint (200) and is arranged to surround the metal connector connecting the conductive cores of the two cables to be spliced (not shown in the figure). The two baffles (250, 260) are positioned at the end portions (210, 220) of the joint (200).
[0047] A junta (200) também compreende uma camada de gradação de campo (270) que, na modalidade da figura 2, estende-se longitudinalmente para cobrir parcialmente e incrustar parcialmente os dois defletores (250, 260) e para cobrir totalmente e incrustar parcialmente o eletrodo central (240). A camada de gradação de campo (270) é feita de um material de gradação de campo elétrico de acordo com a presente invenção.[0047] The gasket (200) also comprises a field gradation layer (270) which, in the embodiment of Figure 2, extends longitudinally to partially cover and partially embed the two deflectors (250, 260) and to completely cover and partially encrusting the center electrode (240). The field grading layer (270) is made of an electric field grading material in accordance with the present invention.
[0048] Como mostrado na figura 2, a camada de gradação de campo (270) sobrepõe-se à superfície radialmente externa e às extremidades longitudinais do eletrodo central (240), e se sobrepõe parcialmente à superfície radialmente externa dos dois defletores (250, 260) e incrusta sua extremidade longitudinal (252, 262) voltada para o eletrodo central (240). A camada de gradação de campo (270), estende-se transversalmente de modo a ser interposta entre cada um dos defletores (250, 260) e o eletrodo central (240).[0048] As shown in figure 2, the field gradation layer (270) overlaps the radially outer surface and the longitudinal ends of the central electrode (240), and partially overlaps the radially outer surface of the two baffles (250, 260) and embeds its longitudinal end (252, 262) facing the central electrode (240). The field gradation layer (270) extends transversely so as to be interposed between each of the deflectors (250, 260) and the central electrode (240).
[0049] A junta (200) compreende adicionalmente uma camada isolante de junta (280) que se sobrepõe à camada de gradação de campo (270) de modo a ser posicionada radialmente externa à mesma, e uma camada semicondutora externa de junta (290) sobrepondo-se à camada isolante (280) de modo a ser posicionada radialmente externa a uma tal camada isolante (280). Na modalidade da figura 2, a camada de gradação de campo (270) estende-se longitudinalmente de modo a ser interposta entre a camada isolante (280) e o eletrodo (240) e os dois defletores (250, 260).[0049] The gasket (200) further comprises an insulating gasket layer (280) which overlaps the field gradation layer (270) so as to be positioned radially external thereto, and an outer semiconductor gasket layer (290) overlying the insulating layer (280) so as to be positioned radially external to such insulating layer (280). In the embodiment of Figure 2, the field gradation layer (270) extends longitudinally so as to be interposed between the insulating layer (280) and the electrode (240) and the two deflectors (250, 260).
[0050] Na figura 3, uma seção longitudinal de uma modalidade preferida de uma terminação (300) montada sobre um cabo elétrico (310) de acordo com a presente invenção é esquematicamente representada.[0050] In Figure 3, a longitudinal section of a preferred embodiment of a termination (300) mounted on an electrical cable (310) according to the present invention is schematically represented.
[0051] O cabo elétrico (310) compreende um condutor (não mostrado na figura) e uma camada isolante (31) feita, por exemplo, de polietileno reticulado (XLPE).[0051] The electrical cable (310) comprises a conductor (not shown in the figure) and an insulating layer (31) made, for example, of cross-linked polyethylene (XLPE).
[0052] A terminação (300) compreende: um elemento isolante (33), feito por exemplo de EPDM reticulado, circundando e em contato com a camada isolante (31) do cabo elétrico (310) e um cone de alívio de estresse (35) também circundando e em contato com a camada isolante (31). A terminação (300) compreende adicionalmente uma camada semicondutora externa (36) cobrindo o elemento isolante (33) e o cone de alívio de estresse (35). O cone de alívio de estresse (35) é feito de um material de gradação de campo elétrico de acordo com a presente invenção.[0052] The termination (300) comprises: an insulating element (33), made for example of reticulated EPDM, surrounding and in contact with the insulating layer (31) of the electrical cable (310) and a stress relief cone (35 ) also surrounding and in contact with the insulating layer (31). The termination (300) further comprises an outer semiconductor layer (36) covering the insulating element (33) and the stress relief cone (35). The stress relief cone (35) is made of an electric field gradation material in accordance with the present invention.
[0053] As figuras 1, 2 e 3 mostram três modalidades da presente invenção. Modificações apropriadas podem ser feitas nestas modalidades de acordo com necessidades técnicas específicas e exigências de aplicação sem sair do escopo da invenção.[0053] Figures 1, 2 and 3 show three embodiments of the present invention. Appropriate modifications can be made to these embodiments according to specific technical needs and application requirements without departing from the scope of the invention.
[0054] Os exemplos a seguir são dados para adicionalmente ilustrar a invenção.[0054] The following examples are given to further illustrate the invention.
[0055] As composições conforme reportadas na Tabela 1 foram preparadas usando um misturador interno Banbury onde todos os ingredientes foram adicionados no início, com a exceção do peróxido, que foi adicionado depois de descarregar a composição em um misturador de moinho aberto. No fim do processo de mistura, foi efetuada cura por uma prensa elétrica (15 min a 180°C e 200 bar) para prover placas de amostra de 1,0 mm de espessura. Nas composições reportadas na Tabela 1 as quantidades dos vários componentes são expressas como % em peso com relação ao peso total da composição. TABELA 1
[0056] Os aditivos reportados na Tabela 1 são uma mistura de produtos convencionais selecionados dentre: plastificantes, agentes antioxidantes, estabilizantes térmicos, coagentes de reticulação.[0056] The additives reported in Table 1 are a mixture of conventional products selected from: plasticizers, antioxidant agents, thermal stabilizers, crosslinking agents.
[0057] As composições de Tabela 1 foram testadas para intensidade dielétrica (DC), de acordo com IEC 60243-2 (2001). Os resultados são reportados na Tabela 2. TABELA 2
[0058] A amostra do exemplo comparativo 6 tinha uma intensidade dielétrica muito baixa para a aplicação em um acessório para cabo de potência. Amostras dos exemplos comparativos 4 e 5 tinha uma baixa intensidade dielétrica.[0058] The sample of comparative example 6 had a very low dielectric strength for application in a power cable accessory. Samples from comparative examples 4 and 5 had a low dielectric strength.
[0059] Amostras dos Exemplos 1-5 foram testadas para avaliar sua condutividade, de acordo com IEC 60093 (1980). Os resultados são reportados na figura 4, onde as curvas são traçadas com a tensão aplicada (kV/mm) em abscissas versus condutividade (S^m) em ordenadas.[0059] Samples from Examples 1-5 were tested to assess their conductivity, in accordance with IEC 60093 (1980). The results are reported in figure 4, where the curves are plotted with the applied voltage (kV/mm) in abscissa versus conductivity (S^m) in ordinate.
[0060] As composições dos Exemplos comparativos 2 e 5, contendo respectivamente óxido de titânio e titanato de bário/óxido de titânio, não são de resistência variável pois sua condutividade aumenta muito negligenciavelmente no aumento de tensão, portanto, elas não podem ser usadas como material de gradação de campos em acessórios de cabo. No caso da composição do Exemplo 2, acredita-se que o componente polimérico polar (HNBR) desempenhou um papel negativo no comportamento de resistência variável.[0060] The compositions of Comparative Examples 2 and 5, respectively containing titanium oxide and barium titanate/titanium oxide, are not of variable resistance as their conductivity increases very negligibly at increasing voltage, therefore they cannot be used as field grading material in cable fittings. In the case of the composition of Example 2, the polar polymeric component (HNBR) is believed to have played a negative role in the variable resistance behavior.
[0061] A composição do Exemplo comparativo 4 é demasiadamente condutiva para aplicações de isolamento (como as composições dos Exemplos comparativos 5) e sua condutividade mantinha-se crescente com o aumento de tensão.[0061] The composition of Comparative Example 4 is too conductive for insulation applications (like the compositions of Comparative Example 5) and its conductivity kept increasing with increasing voltage.
[0062] Amostras da composição do Exemplo 1, de acordo com a invenção, e do Exemplo comparativo 3 (contendo carboneto de silício dopado) mostraram propriedades de resistência variável satisfatórias tornando-as apropriadas como materiais de gradação de campo.[0062] Samples of the composition of Example 1 according to the invention and Comparative Example 3 (containing doped silicon carbide) showed satisfactory variable strength properties making them suitable as field grading materials.
[0063] Amostras da composição do Exemplo 1 e do Exemplo comparativo 3 foram testadas para avaliar suas propriedades mecânicas, em particular recuperação elástica depois de envelhecimento, de acordo com o seguinte procedimento.[0063] Samples of the composition of Example 1 and Comparative Example 3 were tested to evaluate their mechanical properties, in particular elastic recovery after aging, according to the following procedure.
[0064] Amostras foram mantidas sob estresse de tração a 200% de alongamento por 7 dias em uma estufa a 70°C. Então, a recuperação elástica de cada amostra foi medida depois de 5 minutos da liberação da amostra release. As amostras do Exemplo 1 recuperaram cerca de 60% de seu comprimento inicial, assim a composição era apropriada para acessórios de cabo elétrico. As amostras do Exemplo comparativo 3 não foram capazes de completar o teste por causa da ruptura das mesmas. Tais propriedades elásticas pobres tornam a composição do Exemplo comparativo 3 inapropriadas para acessórios de cabo elétrico.[0064] Samples were kept under tensile stress at 200% elongation for 7 days in an oven at 70°C. Then, the elastic recovery of each sample was measured after 5 minutes of sample release. Samples from Example 1 recovered about 60% of their initial length, so the composition was suitable for electrical cable fittings. Samples from Comparative Example 3 were not able to complete the test because of breakage. Such poor elastic properties make the composition of Comparative Example 3 unsuitable for electrical cable fittings.
[0065] A Requerente também observou que a composição do Exemplo comparativo 3 causava um problema de fabricação. Em particular, durante a preparação das amostras, abrasão no aparelho misturador ocorria, provavelmente devido à presença de carboneto de silício. Um tal inconveniente deve ser cuidadosamente avaliado quando se considera uma produção em larga escala.[0065] The Applicant also noted that the composition of Comparative Example 3 caused a manufacturing problem. In particular, during sample preparation, abrasion on the mixing apparatus occurred, probably due to the presence of silicon carbide. Such a drawback must be carefully evaluated when considering large-scale production.
[0066] A presente descrição mostra apenas algumas modalidades da presente invenção. Modificações apropriadas podem ser feitas nestas modalidades de acordo com necessidades técnicas específicas e exigências de aplicação sem sair do escopo da te invenção.[0066] The present description shows only some embodiments of the present invention. Appropriate modifications can be made in these embodiments according to specific technical needs and application requirements without departing from the scope of the present invention.
Claims (13)
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