BR112020007027B1

BR112020007027B1 - Cabo elétrico

Info

Publication number: BR112020007027B1
Application number: BR112020007027-0A
Authority: BR
Inventors: Romain BESSON; Luigi Caimi; Alberto Bareggi; Armando Michele Ferrari; Ivan TROIA
Original assignee: Prysmian S.P.A.
Priority date: 2017-10-12
Filing date: 2017-10-12
Publication date: 2023-05-02
Also published as: AR113313A1; WO2019072388A1; ES2926814T3; AU2017435867A1; EP3695424A1; US20200312482A1; EP3695424B1; DK3695424T3; CN111263968B; CN111263968A; AU2017435867B2; BR112020007027A2; US10839978B2; CA3078829A1

Abstract

É revelado um cabo elétrico para aplicações de alta tensão que compreende um núcleo circundado por uma camada eletricamente isolante feita de uma composição à base de um material polimétrico termoplástico carregado com nitreto de boro em pó, em uma quantidade de até 20% em peso em relação ao peso da composição isolante, o nitreto de boro em pó tendo uma distribuição de tamanho de partícula D50 de até 15 um. Esse cabo tem propriedade de condutividade térmica aprimorada, bem como boas resistência dielétrica e funcionalidade, em particular, por meio de processos de extrusão.

Description

CABO ELÉTRICO DESCRIÇÃO CAMPO DE APLICAÇÃO

[001] A presente invenção se refere a um cabo elétrico tendo uma camada isolante termoplástica aprimorada.

[002] Em particular, a presente invenção se refere a um cabo elétrico para transportar ou distribuir energia elétrica de média tensão (MV) ou alta tensão (HV) , compreendendo uma camada eletricamente isolante feita de uma composição com base em material de polímero termoplástico tendo alta condutividade térmica.

TÉCNICA ANTERIOR

[003] Polipropileno pode gerar uma resistência térmica importante. Essa característica pode ser desafiadora em um cabo tendo a camada isolante com base em um material de polipropileno termoplástico, especialmente, no caso de um cabo de alta tensão, uma vez que pode limitar a capacidade nominal de corrente do condutor em uma extensão significativa. Além disso, quando cabos, especialmente, cabos de corrente contínua de alta tensão, estão sob pressão, e a tensão elétrica está acima de um valor limite, correntes resistivas podem passar através da camada isolante e gerar calor que é dissipado de maneira ruim pelo material isolante de polipropileno devido à sua baixa condutividade térmica. Além disso, o calor gerado no condutor e não dissipado pelo material isolante de condução térmica baixa pode diminuir a capacidade resistiva do material polimérico, causando fugas elétricas e incorrer em instabilidade térmica.

[004] Conforme relatado, por exemplo, pelo documento US 3.700.597, nitreto de boro (fórmula química BN) tem uma combinação incomum de propriedades de modo que seja útil como um isolante elétrico e, ainda, é um excelente condutor de calor. Há BN em diversas formas cristalinas que são isoletrônicas, dentre elas, as principais formas para aplicações industriais incluem a forma hexagonal, denominada h-BN, que é semelhante ao grafite, e a forma cúbica, denominada c-BN, que é semelhante a diamante.

[005] Nitreto de boro, portanto, pode aumentar de maneira efetiva a condutividade térmica de materiais poliméricos, mas esse aumento pode ser acompanhado de uma redução da resistência dielétrica. A constante dielétrica de BN (ε = 4,0 T 4,4 a 1 MHz) é o dobro da dos polímeros termoplásticos empregados como materiais isolantes, e isso pode afetar suas propriedades eletricamente isolantes. Além disso, nitreto de boro pode aumentar significativamente a viscosidade da mistura polimérica utilizada para a fabricação da camada do cabo e a torna difícil de ser extrudada conforme se aumenta a quantidade de enchimento de nitreto de boro introduzido na mistura polimérica.

[006] O documento US 2015/0228376 revela um cabo incluindo um condutor circundado por uma camada de cobertura. A camada de cobertura é formada de uma composição vulcanizada termoplástica (TPV) que inclui aproximadamente 2 0% a aproximadamente 90% de uma fase contínua e aproximadamente 10% a aproximadamente 80% de uma fase dispersa. A fase contínua uma poliolefina termoplástica e a fase dispersa inclui um polímero elastomérico pelo menos parcialmente reticulado. A composição de TPV também pode incluir aditivo auxiliador de processamento que, por sua vez, pode incluir um fluido dielétrico. A composição de TPV pode ainda incluir enchimentos, como nitreto de boro. Não é fornecida indicação adicional sobre o uso de nitreto de boro.

[007] O documento WO 2013/104859 revela um material composto eletricamente isolante tendo uma capacidade resistiva elétrica que é maior que 1010 Qm, caracterizado em que o dito material composto consiste, em porcentagem em peso em relação ao peso total do dito material composto: em pelo menos 45% de uma matriz de (co)polímero(s) semicristalino(s) e termoplástico(s); entre 20% e 54,5% de um enchimento de h- BN tendo um tamanho de partícula médio D50 compreendido entre 10 μm e 45 μm; e entre 0,5% e 5% de um agente de ligação. O (co)polímero da matriz pode ser selecionado, inter alia, dentre poliamidas, sulfeto de polifenileno e polipropileno. Os testes relacionados a polímero de PPS (polifenileno sulfona) e poliamida PA12 e indicam que uma melhoria da condutividade térmica em uma composição com uma baixa concentração de nitreto de boro (20%) é obtida ao adicionar um agente de ligação. Não é dada indicação sobre o D50 do nitreto de boro utilizado nos testes.

[008] O documento EP 1 702 907 revela uma composição polimérica compreendendo pelo menos 35% em peso de um nitreto de boro (BN) em pó revestido com 0,5 a 5% em peso de um agente de ligação de zirconato, e um método para aumentar a condutividade térmica das composições poliméricas. Em aplicações nas quais o BN em pó deve ser utilizado como enchimentos em compostos de polímero, 10 a 40% em volume do BN em pó apresenta um tamanho de partícula médio de aproximadamente 5 a 25 micra (μm); aproximadamente 60 a 90% em volume das partículas apresenta um tamanho de partícula médio de aproximadamente 40 a 80 micra. Os dados de condutividade térmica em uma mistura polimérica são fornecidos utilizando resina de silício carregada com 70% de uma mistura de BNs com tamanho de partícula médio de 45 e 12 micra.

[009] A publicação por Reading M. et al., Electrical Insulation and Dielectric Phenomena (CEIDP), 2011 Annual Report Conference, 16-19 Oct. 2011, apresenta a melhoria das propriedades de isolamento elétrico e condutividade térmica de um sistema de epóxi padrão utilizando enchimentos de nitreto de boro em um carregamento de 10% em peso. Os enchimentos de nitreto de boro testados em resina epóxi curada têm um tamanho de partícula que varia de 0,4 a 45 μm em uma quantidade de 10% em peso. A capacidade nominal da condutividade térmica não é relacionada ao tamanho de partícula.

[0010] O problema técnico no qual se baseia a presente invenção é a provisão de um cabo elétrico, em particular, um cabo de média ou alta tensão, compreendendo uma camada eletricamente isolante feita de um material polimérico termoplástico, em particular, de um material de polipropileno, com condutividade térmica aprimorada assim como a manutenção de uma resistência dielétrica adequada e funcionalidade, em particular, por meio de processos de extrusão.

[0011] A técnica anterior mencionada acima não provê indicação clara. Os testes, feitos em diferentes materiais, apresentam que quantidade substancial de nitreto de boro (maior que 25% em peso) deve ser adicionada à matriz polimérica, mas o Requerente percebeu que quantidades de nitreto de boro maiores que 20% em peso em relação ao peso total de uma composição termoplástico não puderam ser extrudadas de maneira conveniente para formar a camada isolante de um cabo elétrico. Além disso, quantidade significativa de nitreto de boro poderia afetar as propriedades dielétricas da camada isolante.

[0012] Como para o tamanho de partícula de nitreto de boro, os ensinamentos eram bastante confusos e não é fornecida indicação sobre o efeito do tamanho de partícula de nitreto de boro.

SUMÁRIO

[0013] O Requerente descobriu que ao adicionar nitreto de boro tendo um tamanho de partícula D50 igual ou menor que 15 μm a um material termoplástico para camada isolante de cabo, a condutividade térmica desse material é aprimorada sem afetar suas características dielétricas.

[0014] Isso permite o aprimoramento do valor limite ao qual a capacidade resistiva elétrica do revestimento isolante polimérico, termoplástico é estável sob temperatura de corrente e tensão elétrica. Como resultado, as propriedades de isolamento elétrico da cobertura do cabo também podem ser aprimoradas, em particular, em relação à resistência a pane dielétrica, o que permite, de maneira vantajosa, que o cabo, de acordo com a invenção, seja operado em tensões tão altas quanto 600 kV, sem incorrer em fugas elétricas e/ou instabilidade térmica.

[0015] Esses efeitos favoráveis são obtidos ao adicionar uma quantidade limitada de nitreto de boro tendo o tamanho de partícula mencionado acima, mesmo na ausência de qualquer agente de ligação.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0016] Em uma primeira realização, a presente invenção se refere a um cabo elétrico compreendendo um núcleo circundado por uma camada eletricamente isolante feita de uma composição com base em um material polimérico termoplástico carregado com nitreto de boro em pó em uma quantidade de até 20% em peso em relação ao peso da composição isolante, o nitreto de boro em pó tendo uma distribuição de tamanho de partícula D50 de até 15 μm.

[0017] Para o objetivo da presente descrição e das reivindicações que seguem, exceto quando indicado de outra forma, todos os números que expressam montantes, quantidades, porcentagens e assim por diante, devem ser entendidos como sendo modificados, em todos os casos, pelo termo "aproximadamente". Também, todas as variações incluem qualquer combinação dos pontos máximo e mínimo revelados e incluem quaisquer variações intermediárias neles, que podem ou não ser enumerados especificamente aqui.

[0018] Na presente descrição e nas reivindicações subsequentes, por "núcleo" se entende um condutor elétrico comumente feito de um material metálico, como alumínio, cobre, ou compostos destes, seja como uma barra ou como múltiplos fios entrelaçados, ou um condutor, como mencionado acima, revestido com uma camada semicondutora. Opcionalmente, no caso do condutor elétrico estar na forma de múltiplos fios entrelaçados, está presente um material de enchimento material entre os fios para evitar a propagação de água ou umidade que pode penetrar dentro do condutor do cabo.

[0019] Para fins de descrição, o termo "média tensão" significa tensões entre 1 e 35 kV e o termo "alta tensão" significa tensões maiores que 35 kV.

[0020] Por "camada eletricamente isolante", entende-se uma camada feita de um material tendo propriedades eletricamente isolantes, a saber, tendo uma rigidez dielétrica (resistência a pane dielétrica) de pelo menos 5 kV/mm, preferencialmente, maior que 10 kV/mm.

[0021] Em uma realização, a camada eletricamente isolante do cabo da presente invenção está em contato direto com a camada semicondutora do núcleo do cabo (também mencionada como "camada semicondutora interna").

[0022] Em algumas realizações, a camada eletricamente isolante do cabo da presente invenção é circundado por e está em contato direto com uma camada semicondutora externa.

[0023] A camada eletricamente isolante da presente invenção pode ter uma espessura de pelo menos 3 mm, por exemplo, de pelo menos 12 mm. A espessura da camada isolante depende da tensão destinada a ser transportada pelo cabo e da estrutura geral do cabo (composições condutoras e configuração, tipo de material empregado para as camadas isolantes etc.).

[0024] Na presente descrição e nas reivindicações anexas, por "distribuição de tamanho de partícula D50" se entende o valor do diâmetro da partícula em 50% na distribuição cumulativa. Por exemplo, se D50 = 15 μm, então, 50% das partículas na amostra é maior que 15 μm, e 50% menor que 15 μm. Também pode ser mencionado como "diâmetro médio" ou "valor médio" da distribuição de tamanho de partícula.

[0025] Na presente descrição e nas reivindicações anexas, por "distribuição de tamanho de partícula D100" se entende o tamanho teórico máximo do diâmetro de partícula na distribuição cumulativa. Por exemplo, se D100 = 20 μm, substancialmente, todas as partículas na amostra têm um diâmetro de 20 μm no máximo.

[0026] O Requerente descobriu que a quantidade e tamanho de partícula do nitreto de boro em pó utilizado na composição termoplástica isolante são cruciais para obter desempenho de condutividade térmica aprimorado e, ao mesmo tempo, desempenhos de isolamento elétrico adequados para transportar média e alta tensões.

[0027] Em uma realização, a quantidade de nitreto de boro em pó dentro da mistura de composição isolante é de pelo menos 10% em peso em relação ao peso da composição isolante. Em outra realização, a quantidade de nitreto de boro em pó dentro da composição isolante é menor que 20% em peso em relação ao peso da composição isolante.

[0028] Se a quantidade de nitreto de boro na composição isolante for de pelo menos 10% em peso, é alcançada melhoria mais rentável da condutividade térmica da composição termoplástica. Por outro lado, se a quantidade de nitreto de boro na composição for menor que 20% em peso, em alguns casos, a viscosidade da mistura resultante pode ser mais adequada para extrusão ao núcleo do cabo para a formação da camada eletricamente isolante e pode facilitar o processo de fabricação.

[0029] Em outra realização, a distribuição de tamanho de partícula D50 de nitreto de boro em pó é de até 10 μm. Em uma realização adicional, a distribuição de tamanho de partícula D50 de nitreto de boro em pó é de 0,1 μm pelo menos.

[0030] Se a distribuição de tamanho de partícula D50 de nitreto de boro utilizado na mistura com o material polimérico termoplástico for menor que 15 μm ou, melhor, menor que 10 μm, as características dielétricas da camada eletricamente isolante resultante do cabo, especialmente, em termos de permissividade elétrica, podem ser mantidas em valores adequados para cabos que transportam altas e extra- altas tensões sem fugas elétricas e evitando incorrer em instabilidade térmica, o que tornaria o cabo inadequado para essas aplicações.

[0031] Em uma realização, o nitreto de boro em pó no cabo da invenção tem uma distribuição de tamanho de partícula D100 menor que 50 μm ou, melhor, menor que 40 μm. A composição polimérica termoplástica para a camada isolante, especialmente adequada para cabo de alta tensão, é geralmente filtrada para eliminar contaminantes potencialmente nocivos ao transporte de corrente. Tipicamente, um filtro para composição polimérica termoplástica para camada isolante de alta tensão é configurado para impedir a passagem através dele de partículas de 40 μm ou mais.

[0032] Em algumas realizações, nitreto de boro está na forma hexagonal (h-BN) . O uso de h-BN permite, vantajosamente, o não desgaste do extrusor e do cabeçote cruzado durante a fabricação da camada isolante por extrusão da composição polimérica termoplástica no núcleo do cabo.

[0033] Em uma realização, o nitreto de boro em pó é utilizado como tal, a superfície das partículas de pó sendo substancialmente não revestidas.

[0034] Na presente invenção, a composição polimérica termoplástica utilizada para a camada eletricamente isolante pode compreender um único polímero termoplástico ou uma mistura de polímeros termoplásticos.

[0035] De acordo com uma realização, o material de polímero termoplástico é selecionado dentre: - um copolímero (i) de propileno com um comonômero de olefina selecionado dentre etileno e uma α-olefina diferente de propileno, o dito copolímero tendo um ponto de fusão de pelo menos 130 °C e uma entalpia de fusão de 20 J/g a 90 J/g; - uma mistura de um copolímero (i) com um copolímero (ii) de etileno com uma α-olefina, o dito copolímero (ii) tendo uma entalpia de fusão de 0 J/g a 120 J/g; - uma mistura de um homopolímero de propileno com um copolímero (i) ou copolímero (ii);

[0036] pelo menos um dentre o copolímero (i) e o copolímero (ii) sendo um copolímero heterofásico.

[0037] Dentro da presente descrição e reivindicações, o termo "entalpia de fusão" deve ser destinado à entalpia de fusão geral medida no polímero termoplástico por análise de Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC).

[0038] Por "copolímero heterofásico" se entende um copolímero no qual domínios elastoméricos, por exemplo, de elastômero de etileno-propileno (EPR), estão dispersos em uma matriz de homopolímero ou copolímero de propileno. Os domínios elastoméricos constituem a fase elastomérica do copolímero.

[0039] O comonômero de olefina em copolímero (i) pode ser etileno ou uma α-olefina de fórmula CH2=CH-R, em que R é C2-C10 alquila, de cadeia linear ou ramificada, selecionada, por exemplo, dentre: 1-buteno, 1-penteno, 4- metil-1-penteno, 1-hexeno, 1-octeno, 1-deceno, 1-dodeceno, ou misturas destes. Em uma realização, o copolímero (i) é um copolímero de propileno/etileno.

[0040] O comonômero de olefina em copolímero (i) está preferencialmente presente em uma quantidade de até 15% em mol, mais preferencialmente, até 10% em mol.

[0041] O comonômero de olefina em copolímero (ii) pode ser uma olefina de fórmula CH2=CHR, em que R representa um grupo alquila, de cadeia linear ou ramificada, contendo de 1 a 12 átomos de carbono. Preferencialmente, a dita olefina é selecionada dentre propileno, 1-buteno, isobutileno, 1-penteno, 4-metil-1-penteno, 1-hexeno, 1- octeno, 1-dodeceno, ou misturas destes.

[0042] Em uma realização, o comonômero em copolímero (ii) é propileno, 1-buteno, 1-hexeno ou 1-octeno.

[0043] Em outra realização, o copolímero (ii) é um copolímero de polietileno de baixa densidade, de cadeia linear (LLDPE) . O comonômero de olefina em LLDPE pode estar presente em uma quantidade de 2 a 12% em peso.

[0044] De acordo com algumas realizações, o copolímero (i) ou copolímero (ii) é um copolímero aleatório. Por "copolímero aleatório" se entende um copolímero no qual os comonômeros são distribuídos aleatoriamente ao longo da cadeia do polímero.

[0045] No copolímero (i) ou copolímero (ii) ou ambos, quando heterofásico, uma fase elastomérica pode estar presente em uma quantidade de pelo menos 45% em peso em relação ao peso total do copolímero.

[0046] Em algumas realizações, copolímeros heterofásicos (i) e/ ou (ii) são aqueles nos quais a fase elastomérica consiste em um copolímero elastomérico de etileno e propileno compreendendo de 15% em peso a 50% em peso de etileno e de 50% em peso a 85% em peso de propileno em relação ao peso da fase elastomérica.

[0047] Em algumas realizações, copolímeros heterofásicos (ii) são copolímeros de propileno, em particular:

[0048] (ii-a) copolímeros tendo a seguinte composição de monômero: 35% em mol a 90% em mol de etileno; 10% em mol a 65% em mol de uma α-olefina alifática, como propileno; 0% em mol a 10% em mol de polieno, como um dieno, por exemplo 1,4-hexadieno ou 5-etileno-2-norborneno (borrachas de EPR e EPDM pertencem a essa classe);

[0049] (ii-b) copolímeros tendo a seguinte composição de monômero: 75% em mol a 97% em mol, preferencialmente, 90% em mol a 95% em mol de etileno; 3% em mol a 25% em mol, preferencialmente, 5% em mol a 10% em mol de uma α-olefina alifática; 0% em mol a 5% em mol, preferencialmente, 0% em mol a 2% em mol de um polieno, como um dieno (por exemplo, copolímeros de etileno/1-octeno).

[0050] Copolímeros heterofásicos podem ser obtidos por copolimerização sequencial de: 1) propileno, possivelmente contendo quantidades menores de pelo menos um comonômero de olefina selecionado dentre etileno e uma α- olefina diferente de propileno; e, então, de: 2) uma mistura de etileno com uma α-olefina, em particular, propileno, opcionalmente, com porções menores de polieno.

[0051] O termo "polieno" geralmente significa um dieno, trieno ou tetraeno conjugado ou não conjugado. Quando um comonômero de dieno estiver presente, esse comonômero geralmente contém de 4 a 20 átomos de carbono e pode ser selecionado dentre: diolefinas de cadeia linear, conjugadas ou não conjugadas, como, por exemplo, 1,3-butadieno, 1,4- hexadieno, 1,6-octadieno, e similares; dienos mono ou policíclicos, como, por exemplo, 1,4-ciclohexadieno, 5- etilideno-2-norborneno, 5-metileno-2-norborneno, vinil norborneno, ou misturas destes. Quanto estiver presente um comonômero de trieno ou tetraeno, esse comonômero geralmente contém de 9 a 30 átomos de carbono e pode ser selecionado dentre trienos ou tetraenos contendo um grupo vinila na molécula ou um grupo 5-norbornen-2-ila na molécula.

[0052] Em uma realização, o copolímero (i) ou o copolímero (ii) ou ambos têm um ponto de fusão de 140 °C a 180 °C.

[0053] Em uma realização, o copolímero (i) tem uma entalpia de fusão de 25 J/g a 80 J/g.

[0054] Em uma realização, o copolímero (ii) tem uma entalpia de fusão de 10 J/g a 90 J/g quando heterofásico, e de 50 J/g a 100 J/g quando homofásico (substancialmente sem fase heterofásica).

[0055] Quando o material termoplástico da camada isolante compreender uma mistura de copolímero (i) e copolímero (ii), a proporção entre copolímero (i) e copolímero (ii) pode ser de 1:9 a 8:2, preferencialmente, de 2:8 a 7:3.

[0056] Quando o material termoplástico da camada isolante compreender uma mistura de um homopolímero de propileno e pelo menos um dentre o copolímero (i) e o copolímero (ii) , a proporção entre o homopolímero de propileno e copolímero (i) ou copolímero (ii) ou ambos pode ser de 0,5:9,5 a 5:5, preferencialmente de 1:9 a 3:7.

[0057] Em uma realização, o material termoplástico da camada isolante compreende uma mistura de um homopolímero de propileno com um copolímero (i) e dois copolímeros (ii); nesse caso, um dos copolímeros (ii) é um copolímero heterofásico, enquanto o outro é homofásico.

[0058] De acordo com outra realização, o polímero termoplástico pode ser selecionado dentre homopolímeros ou copolímeros de polietileno, como polietinelo de baixa densidade (LDPE) ou polietileno de baixa densidade, de cadeia linear (LLDPE); ou 4-metil-1-penteno.

[0059] De acordo com uma realização da invenção, a composição polimérica termoplástica que forma a camada eletricamente isolante compreende um fluido dielétrico.

[0060] Em relação ao fluido dielétrico, compatibilidade adequada entre o fluido dielétrico e o material polimérico termoplástico é vantajosa para obter uma dispersão microscopicamente homogênea do fluido dielétrico no material de polímero. O fluido dielétrico adequado para a formação da camada eletricamente isolante, termoplástica não deve compreender compostos polares ou somente uma quantidade limitada deles, a fim de evitar um aumento significativo das perdas dielétricas.

[0061] Na presente descrição, "compatível" significa que a composição química do fluido e do material polimérico termoplástico é de modo a resultar em uma dispersão microscopicamente homogênea do fluido dielétrico no material de polímero mediante a mistura do fluido ao polímero, de maneira semelhante a um plastificante.

[0062] Preferencialmente, a concentração em peso do dito fluido dielétrico no material de polímero termoplástico é menor que a concentração de saturação do dito fluido dielétrico no dito material de polímero termoplástico. A concentração de saturação do fluido dielétrico no material de polímero termoplástico pode ser determinada por um método de absorção de fluido em espécie por Dumbell, conforme descrito, por exemplo, no documento WO 04/066317.

[0063] Ao utilizar o fluido dielétrico em uma quantidade conforme definida acima, as propriedades termomecânicas da camada isolante são mantidas e é evitada exsudação do fluido dielétrico do material termoplástico.

[0064] De acordo com uma realização adicional, o fluido dielétrico tem um ponto de fusão ou um ponto de fluidez de -130 °C a +80 °C.

[0065] Fluidos dielétricos adequados para uso no cabo da invenção são descritos, por exemplo, nos documentos WO 02/03398, WO 02/27731, WO 04/066318, WO 07/048422 e WO 08/058572, todos nos nomes do Requerente.

[0066] Preferencialmente, o fluido dielétrico é um óleo sintético ou mineral de baixa ou alta viscosidade, em particular, um óleo mineral, por exemplo, um óleo naftênico, aromático ou parafínico.

[0067] Outros componentes (aditivos) podem ser adicionados em quantidades menores (por exemplo, de 0, 1% em peso a 1% em peso cada) à composição termoplástica para a camada isolante da presente invenção, incluindo antioxidantes, auxiliadores de processamento, estabilizantes de tensão, agentes de nucleação ou misturas destes.

[0068] De acordo com uma realização, a composição da camada isolante da presente invenção é livre de compatibilizantes ou agente de ligação para melhorar as propriedades de interface (afinidade) entre o material polimérico termoplástico e o nitreto de boro.

[0069] De acordo com uma realização, o cabo, de acordo com a presente invenção, inclui pelo menos uma camada semicondutora. A camada semicondutora é formada preferencialmente por um material semicondutor compreendendo o polímero termoplástico e, opcionalmente, o fluido dielétrico, conforme revelado acima, e pelo menos um enchimento condutor, preferencialmente, um enchimento de carbono preto.

[0070] O enchimento condutor é geralmente disperso dentro do material termoplástico em uma quantidade, de modo a prover ao material as propriedades semicondutoras, a saber, para obter um valor de capacidade resistiva volumétrica, em temperatura ambiente, de menos que 500 Q-m, preferencialmente, menos que 20 Q-m. Tipicamente, a quantidade de carbono preto pode variar entre 1 e 50% em peso, preferencialmente, entre 3 e 30% em peso, em relação ao peso do polímero.

[0071] Em uma realização, a/s camada/s semicondutora/s do cabo da invenção é/são feita/s de uma composição compreendendo uma composição polimérica termoplástica carregada com um enchimento condutor e com nitreto de boro em pó em uma quantidade de até 20% em peso em relação ao peso da composição isolante, o nitreto de boro em pó tendo uma distribuição de tamanho de partícula D50 de até 15 μm. Por exemplo, uma camada semicondutora do cabo da invenção pode conter 10% em peso desse nitreto de boro.

[0072] O uso da mesma composição de polímero de base tanto para a camada isolante quanto para a/s camada/s semicondutora/s é particularmente vantajoso na produção de cabos para alta tensão, uma vez que garante excelente adesão entre as camadas adjacentes e, com isso, um bom comportamento elétrico, particularmente, na interface entre a camada isolante e a camada semicondutora interna, onde o campo elétrico e, portanto, o risco de descargas parciais são maiores.

[0073] O cabo, de acordo com a invenção, pode ser produzido por meio de processos convencionais conhecidos na técnica, que incluem, opcionalmente, a impregnação do material de polímero termoplástico com o fluido dielétrico, mistura do material termoplástico com o nitreto de boro em pó e, então, depósito de uma ou mais camadas da composição incluindo o material termoplástico, enchimento de nitreto de boro e, opcionalmente, fluido dielétrico, ao núcleo do cabo, preferencialmente, por meio de extrusão.

[0074] Em uma realização, a extrusão da/s camada/s semicondutora/s da camada eletricamente isolante é realizada em uma única etapa, por exemplo, pelo método Tandem no qual extrusores individuais são dispostos em série, ou por coextrusão com um cabeçote de extrusão múltiplo.

[0075] O cabo, de acordo com a invenção, pode ser principalmente utilizado para transportar ou distribuir energia de alta tensão, por exemplo, tensões tão altas quanto 600 kV, sem incorrer em fugas elétricas e/ou instabilidade térmica. Além disso, o cabo, de acordo com a invenção, pode ser utilizado para aplicações de corrente alternada (AC) ou corrente constante (DC), particularmente, para aplicações de DC de alta tensão. No caso de aplicações de DC de alta tensão, a fuga de corrente aumenta com a elevação da condutividade elétrica da camada isolante que, por sua vez, aumenta com a temperatura e gradiente dielétrico. Quanto mais calor é drenado da camada isolante, mais limitada é a fuga de corrente e mais estável é o sistema de isolamento geral.

[0076] Nessa conexão, deve ser observado que condutividade térmica aprimorada e os desempenhos elétricos adequados do cabo, de acordo com a invenção, são alcançados por meio da adição de uma quantidade menor de nitreto de boro em pó comparado à técnica anterior. Isso permite manter, vantajosamente, os custos de produção dentro do limite aceitável, apesar do fato de o nitreto de boro ser tão caro quanto.

[0077] Detalhes adicionais serão ilustrados na descrição detalhada a seguir, com referência ao desenho anexo, no qual

[0078] A Figura 1 apresenta um cabo, de acordo com a presente invenção.

[0079] A Figura 1 apresenta um cabo 10, de acordo com a invenção, adequado para transporte de corrente de média ou alta tensão. O cabo 10 é um cabo de núcleo único compreendendo um condutor 11 circundado sequencialmente por uma camada semicondutora de camada interna 12, uma camada eletricamente isolante 13 e uma camada semicondutora externa 14. O condutor 11 e a camada semicondutora de camada interna 12 constituem o núcleo do cabo.

[0080] A camada semicondutora externa 14 é circundada por revestimento de metal 15 que é circundado, por sua vez, por uma barreira à água de metal 17. Entre o revestimento de metal 15 e a barreira à água de metal 17, uma fita semicondutora 16 é interposta tendo amortecimento e, preferencialmente, ou propriedades de absorção de água.

[0081] Uma capa externa 18 é a camada mais externa.

[0082] O condutor 11 geralmente consiste em fios de metal, preferencialmente, de cobre ou alumínio, ou entrelaçados juntamente por métodos convencionais, ou de uma barra de alumínio ou cobre sólida. A camada eletricamente isolante 13 e as camadas semicondutoras interna e externa 12 e 14 são feitas de uma composição termoplástica, de acordo com a presente invenção.

[0083] O revestimento de metal 15 é geralmente feito de fios ou fitas eletricamente condutores enrolados de maneira helicoidal, enquanto a barreira à água de metal 17 é geralmente feita de alumínio ou cobre, preferencialmente, na forma de uma chapa enrolada longitudinalmente ao redor do revestimento de metal 15.

[0084] A capa externa 18 é geralmente feita de polietileno termoplástico, por exemplo, polietileno de alta densidade (HDPE) ou polietileno de média densidade (MDPE). A capa externa 18 pode ser feita de um material tendo propriedades retardadoras de chama, zero teor de halogêneo, de baixa formação de fumaça.

[0085] A Figura 1 apresenta somente uma realização de um cabo, de acordo com a invenção. Podem ser feitas modificações adequadas a essa realização, de acordo com as necessidades técnicas específicas e os requisitos de aplicação, sem desviar do escopo da invenção. Exemplo 1 Medidas de condutividade térmica

[0086] Um copolímero de etileno-propileno (PP) , heterofásico, termoplástico tendo uma temperatura de fusão de 163 °C e uma entalpia de fusão de 26 J/g foi utilizado isoladamente ou em mistura com nitreto de boro em pó em diferentes quantidades e distribuição de tamanho de partícula para criar amostras de teste de composições isolantes para cabos.

[0087] Os nitretos de boro em pó testados, todos os quais de estruturas hexagonais, são apresentados na Tabela 1. Tabela 1 - Nitretos de boro em pó

[0088] Na preparação das amostras de teste, de acordo com a invenção, o copolímero de propileno, opcionalmente, misturado previamente de maneira profunda com um fluido dielétrico DF (dibenziltolueno em uma quantidade de 6% em peso) em um misturador, na forma de grânulos, foi misturado com uma quantidade pré-estabelecida de nitreto de boro na forma de pó. A mistura seca resultante utilizada foi alimentada a um extrusor com parafuso de rosca dupla operado em aproximadamente 200 °C para conceder um composto na forma de placa. As placas, com pelo menos 3 a 4 mm de espessura, teve as quantidades e tipos de enchimentos de nitreto de boro, conforme indicados na Tabela 2 abaixo. Como referência, amostras não preenchidas também foram produzidas por extrusão do copolímero de etileno-propileno heterofásico, termoplástico, opcionalmente, misturado com o fluido dielétrico DF mencionado acima, sem qualquer enchimento de nitreto de boro.

[0089] Nenhuma das composições testadas compreendia compatibilizantes.

[0090] As medidas de condutividade térmica (TC) foram, então, realizadas nas amostras assim produzidas. As medições de TC foram realizadas a 70 °C utilizando DTC-300 (TA Instruments), de acordo com o método ASTM E1530-11. Três pedaços de cada amostra foram utilizados para a medição de TC e as medições foram realizadas antes e após a calibração em relação às amostras não preenchidas de referência.

[0091] Os resultados são apresentados como uma média das medições para cada tipo de amostras na Tabela 2 a seguir.

*comparador

[0092] A partir dos resultados acima, pode ser observado um aumento da condutividade térmica da composição eletricamente isolante devido à adição de nitreto de boro, de acordo com a invenção, ao material polimérico termoplástico comparado ao material polimérico termoplástico sozinho (composições comparadoras 1 e 9). Ao contrário, a adição de nitreto de boro com um tamanho de partícula D50 maior que 15 μm (composição comparadora 8 e 10) causou uma redução de condutividade térmica na composição isolante.

[0093] Composições adicionais preparadas conforme indicado acima, mas ao adicionar uma quantidade maior de nitreto de boro (mais que 20%) ao material polimérico termoplástico, apresentaram que a viscosidade da composição polimérica se torna notavelmente maior e torna difícil a extrusão por processos de extrusão convencionais. Exemplo 2

Medidas de propriedades elétricas

[0094] As amostras preparadas de acordo com o Exemplo 1 também foram testadas em relação a suas propriedades elétricas, a saber, permissividade elétrica ε e, para algumas amostras, condutividade elétrica o.

[0095] A medição da permissividade ε foi realizada de acordo com IEC 60250 (1969) e ASTM D150-92 (2004) em uma amostra para cada composição, as amostras tendo dimensões 200 mm x 200 mm e 0,5 mm de espessura. As amostras foram sujeitas a uma tensão de 0,5 kV e as medições foram realizadas por meio de uma ponte de Shering. As amostras foram envernizadas antes dos testes.

[0096] Os resultados das medidas elétricas acima são relatados na Tabela 3 abaixo.

*comparador

[0097] Dos resultados acima, pode ser observado que a permissividade ε da composição isolante aumentou com quantidades crescentes de nitreto de boro. No caso da composição comparadora 10 contendo BN 4 (tamanho de partícula D50 maior que 15 μm) , a permissividade resultou acima do valor adequado para uma camada eletricamente isolante, especialmente para cabos de alta tensão.

[0098] As medições de condutividade elétrica o a 10 kV foram realizadas de acordo com IEC 60093 (1980) em uma amostra tendo dimensões 200 mm x 200 mm e 1 mm de espessura para cada composição. A queda de tensão (característica Shunt) foi medida utilizando um picoamperímetro e uma célula de medição provida de um anel de proteção e colocada sob pressão de 20 bar.

[0099] Embora as composições testadas de acordo com a presente invenção tenham mantido a condutividade elétrica o na ordem de 10-161/Q.m, a composição comparadora 8 contendo BN 4 (tamanho de partícula D50 maior que 15 μm) teve um valor o na ordem de 10-151/Q.m, o que é inadequado para a camada eletricamente isolante de um cabo, especialmente, para cabos de alta tensão.

Claims

1. CABO ELÉTRICO, caracterizado por compreender um núcleo circundado por uma camada eletricamente isolante feita de uma composição com base em um material polimérico termoplástico carregado com nitreto de boro em pó em uma quantidade de até 20% em peso em relação ao peso da composição isolante, o nitreto de boro em pó tem uma distribuição de tamanho de partícula D50 de até 15 μm, em que o material polimérico termoplástico é selecionado a partir de: um copolímero (i) de propileno com um comonômero de olefina selecionado dentre etileno e uma α-olefina que não seja propileno, o dito copolímero tendo um ponto de fusão de pelo menos 130 °C e uma entalpia de fusão de 20 J/g a 90 J/g; uma mistura de um copolímero (i) com um copolímero (ii) de etileno com uma α-olefina, o dito copolímero (ii) tendo uma entalpia de fusão de 0 J/g a 120 J/g; - uma mistura de um homopolímero de propileno com um copolímero (i) ou copolímero (ii); pelo menos um dentre copolímero (i) e copolímero (ii) sendo um copolímero heterofásico.

2. CABO ELÉTRICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela quantidade de nitreto de boro em pó ser de pelo menos 10% em peso em relação ao peso da composição isolante.

3. CABO ELÉTRICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela quantidade de nitreto de boro em pó ser menor que 20% em peso em relação ao peso da composição isolante.

4. CABO ELÉTRICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela distribuição de tamanho de partícula D50 do nitreto de boro em pó ser de até 10 μm.

5. CABO ELÉTRICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela distribuição de tamanho de partícula D50 do nitreto de boro em pó ser de pelo menos 0,1 μm.

6. CABO ELÉTRICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo nitreto de boro ter forma hexagonal (h- BN).

7. CABO ELÉTRICO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelas partículas de nitreto de boro não serem revestidas.

8. CABO ELÉTRICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo nitreto de boro em pó ter uma distribuição de tamanho de partícula D100 menor que 50 μm.

9. CABO ELÉTRICO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo nitreto de boro em pó ter uma distribuição de tamanho de partícula D100 menor que 40 μm.

10. CABO ELÉTRICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo material polimérico termoplástico que forma a camada eletricamente isolante compreender um fluido dielétrico.

11. CABO ELÉTRICO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fluido dielétrico ser um óleo sintético ou mineral de baixa ou alta viscosidade, em particular, um óleo mineral escolhido do grupo que consiste num óleo naftênico, aromático ou parafínico.

12. CABO ELÉTRICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender uma camada semicondutora interna e/ou externa feita de uma composição compreendendo uma composição polimérica termoplástica carregada com um enchimento condutor e com nitreto de boro em pó em uma quantidade de até 20% em peso em relação ao peso da composição polimérica termoplástica, o nitreto de boro em pó tem uma distribuição de tamanho de partícula D50 de até 15 μm.