IT202000032015A1 - Cavo elettrico di media tensione con miglior comportamento al fuoco - Google Patents

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cable
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Bilal Ozdemir
Serdar Büyük
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Prysmian Spa
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Description

DESCRIZIONE
Campo di applicazione
La presente divulgazione riguarda un cavo elettrico di media tensione con comportamento migliorato durante un incendio.
In particolare, la presente divulgazione riguarda un cavo elettrico di media tensione che non presenta sostanzialmente alcun gocciolamento (generazione di gocce incandescenti) quando esposto a temperature elevate, ad es. in caso di incendio.
Arte nota
I cavi elettrici utilizzati in impianti industriali, quali ad esempio impianti sulla terraferma e in mare aperto, o utilizzati in infrastrutture pubbliche, quali ad esempio, linee della metropolitana, richiedono il mantenimento del funzionamento degli impianti o delle infrastrutture per un certo periodo di tempo per consentire l?evacuazione delle persone prima che scoppi l?incendio.
A causa della crescente quantit? di apparecchiature funzionanti con l?elettricit? negli impianti industriali e nelle infrastrutture pubbliche, in particolare funzionanti a media tensione, vi ? la necessit? di avere cavi elettrici di media tensione resistenti al fuoco.
Tipicamente, i cavi elettrici di media tensione (MV) comprendono un nucleo e una guaina esterna disposta in una posizione esterna radialmente rispetto al nucleo. Il nucleo comprende un conduttore, un sistema isolante disposto in una posizione esterna radialmente rispetto al conduttore e uno schermo conduttivo disposto in una posizione esterna radialmente rispetto al sistema isolante.
Il sistema isolante include tipicamente un primo strato semiconduttivo disposto in una posizione esterna radialmente rispetto al conduttore, uno strato isolante disposto in una posizione esterna radialmente rispetto al primo strato semi-conduttivo, e un secondo strato semi-conduttivo disposto in una posizione esterna radialmente rispetto allo strato isolante.
Le prestazioni di resistenza al fuoco di un cavo elettrico possono essere garantite da uno o pi? strati barriera antincendio previsti, ad esempio, intorno al e in contatto diretto con il conduttore, intorno al nucleo del cavo e/o come parte della guaina esterna del cavo.
Ad esempio, i cavi elettrici MV possono includere uno strato barriera antincendio disposto in una posizione esterna radialmente rispetto allo schermo conduttivo che ? interposto tra lo schermo conduttivo e la guaina esterna.
In caso di incendio, uno strato barriera antincendio dovrebbe mostrare alcune propriet? che possono essere valutate per la conformit? e certificate da standard nazionali e/o internazionali. In particolare, standard di qualifica internazionali richiedono che i cavi elettrici abbiano, in caso di incendio, una limitata diffusione di fiamma e produzione di fumi tossici, e una produzione di gocce incandescenti bassa o nulla. Alcuni standard sono sempre pi? severi per quanto riguarda le prestazioni richieste a un cavo al fine di migliorare la sicurezza in caso di incendio.
Un metodo per migliorare il comportamento durante un incendio di cavi elettrici quali cavi MV ? dotarli di un rivestimento realizzato con materiali a bassa emissione di fumi e privi di alogeni (LS0H) ottenuti da un polimero di base (ad es. polietilene e/o copolimeri di polietilene o derivati, facoltativamente reticolati) riempito con riempitivi di idrossidi inorganici, quali idrossido di magnesio e/o idrossido di alluminio.
Tuttavia, tali materiali LS0H aiutano solo la resistenza al fuoco del cavo mediante un?azione ritardante di fiamma e non impediscono la formazione di gocce incandescenti quando il cavo ? esposto a temperature elevate ad es. in caso di incendio. In aggiunta, elevati contenuti di riempitivi sono richiesti per ottenere propriet? ritardanti di fiamma appropriate che possono portare a una diminuzione delle propriet? meccaniche del rivestimento del cavo.
Di conseguenza, molti cavi elettrici MV presentano prestazioni appropriate durante un incendio, in particolare in relazione alla generazione di gocce durante l?incendio, in modo da ottenere una certificazione solo nelle classi pi? basse degli attuali standard internazionali, ad esempio dello standard europeo EN 50399:2011/A1 (2016), o possono persino non rispettare tale standard o alcuni di essi.
WO 2008071237 riguarda un cavo di trasmissione di energia dotato di una guaina priva di alogeni ritardante di fiamma comprendente uno strato interno e uno esterno. Il cavo pu? essere un cavo di media tensione comprendente tre conduttori e un letto. Il letto ? circondato da un?armatura sotto forma di involucri di rame. L?armatura ? a sua volta circondata da una guaina comprendente uno strato interno e uno strato esterno. Il materiale polimerico dello strato interno ? etilene vinil acetato (EVA) e/o etilene alchil acrilato ed ? caricato con un riempitivo ritardante di fiamma, ad esempio idrossido di magnesio o idrossido di alluminio. Il materiale polimerico dello strato esterno ? etilene alchil acrilato ed ? caricato con un riempitivo ritardante di fiamma analogo a quelli dello strato interno.
US6998536 riguarda una guaina di cavo, in particolare per un cavo per telecomunicazioni, ad esempio un cavo costituito da una pluralit? di nuclei di cavo circondati da una guaina comprendente almeno uno strato interno e uno strato esterno. Lo strato esterno ? realizzato con una composizione ritardante di fiamma priva di alogeni contenente una miscela di una matrice polimerica e di almeno un additivo ritardante di fiamma. La matrice ? scelta tra un polietilene, un copolimero di etilene (EVA), e una loro miscela. L?additivo ? costituito da un primo e un secondo composto inorganico, il primo composto inorganico essendo indicato come un "fillosilicato", quale un?argilla. Tra tali argille, si possono utilizzare la montmorillonite, bentonite, beidellite, e una loro miscela. Il secondo composto inorganico pu? essere un acido forte quale l?acido solforico.
US20050045368 riguarda costruzioni a doppio strato di fili e cavi privi di alogeni con elevati livelli di ritardante di fiamma utili come guaine. Il cavo comprende uno strato intumescente protettivo esterno estruso su uno strato interno di poliolefina ritardante di fiamma privo di alogeni come un doppio strato. Il rivestimento interno ritardante di fiamma comprende una resina a base di poliolefina (LLDPE, metallocene o a sito unico) contenente un additivo ritardante di fiamma privo di alogeni quale l?idrossido di magnesio. Lo strato esterno comprende una resina a base di polipropilene contenente additivi riempitivi intumescenti.
US7504451 riguarda una composizione polimerica comprendente un polimero e una combinazione sinergica di additivi ritardanti di fiamma che comprende una nano-argilla e un secondo riempitivo. Il secondo riempitivo potrebbe essere un ritardante di fiamma noto quale il triidrossido di alluminio (ATH). Esempi di polimeri appropriati includono polietileni quali l?EVA. Le composizioni sono indicate per un utilizzo in cavi per trasmissione elettrica. Il rivestimento pu? essere, ad esempio, una guaina, un rivestimento o un isolamento. N? l?ATH n? la nano-argilla hanno dato residui carboniosi sufficientemente forti quando utilizzati da soli. I risultati dimostrano che l?unico modo per ottenere residui carboniosi forti ? utilizzarli entrambi insieme.
Sommario della divulgazione
Scopo principale della presente divulgazione ? fornire un cavo elettrico di media tensione (MV) avente prestazioni migliorate contro il fuoco, in particolare sostanzialmente nessun gocciolamento (generazione di gocce incandescenti) quando esposto a temperature elevate, ad es. in caso di incendio, in modo da soddisfare i requisiti pi? severi per la certificazione secondo gli attuali standard internazionali nella classe di tali standard pi? alta possibile.
Un altro scopo della presente divulgazione ? fornire un cavo elettrico MV come sopra che, oltre a presentare sostanzialmente nessun gocciolamento durante un incendio, mantiene buone propriet? meccaniche ed ? facilmente lavorabile, in particolare nei processi di estrusione.
La Richiedente ha constatato che un cavo elettrico MV presenta propriet? migliorate durante un incendio, in particolare nessun gocciolamento durante un incendio, quando ? dotato di uno strato di riempitivo circondante e interpenetrante all?interno dei fili metallici di uno schermo conduttivo del cavo. Lo strato di riempitivo ? realizzato con una composizione polimerica elastomerica estrusa a bassa emissione di fumi priva di alogeni (LS0H) comprendente un polietilene (PE) avente una densit? inferiore a 0,93 g/cm<3 >e un idrossido metallico. Una guaina esterna realizzata con una composizione comprendente una miscela polimerica di etilene vinil acetato (EVA) e un polietilene avente una densit? inferiore a 0,93 g/cm<3>, addizionata con un idrossido metallico e un?argilla di fillosilicato ? prevista in contatto diretto con lo strato di riempitivo.
Di conseguenza, la presente divulgazione riguarda un cavo elettrico MV comprendente:
- un conduttore;
- uno strato semi-conduttivo interno disposto in una posizione esterna radialmente rispetto al conduttore;
- uno strato isolante disposto in una posizione esterna radialmente rispetto allo strato semi-conduttivo interno e direttamente in contatto con lo strato semi-conduttivo interno;
- uno strato semi-conduttivo esterno disposto in una posizione esterna radialmente rispetto allo strato isolante e direttamente in contatto con lo strato isolante;
- uno schermo di fili metallici disposto in una posizione esterna radialmente rispetto allo strato semi-conduttivo esterno;
- uno strato di riempitivo disposto in una posizione esterna radialmente rispetto allo schermo di fili metallici e interpenetrante all?interno dello schermo di fili metallici, lo strato di riempitivo essendo realizzato con una composizione elastomerica estrusa a bassa emissione di fumi priva di alogeni (LS0H) comprendente un omopolimero e/o copolimero di polietilene avente una densit? inferiore a 0,93 g/cm<3 >e un idrossido metallico; e
- una guaina esterna disposta in una posizione esterna radialmente rispetto allo strato di riempitivo e direttamente in contatto con lo strato di riempitivo, la guaina esterna essendo realizzata con una composizione a bassa emissione di fumi priva di alogeni (LS0H) comprendente una miscela polimerica di un polimero EVA e un omopolimero e/o copolimero di polietilene avente una densit? inferiore a 0,93 g/cm<3>, la miscela polimerica essendo caricata con un idrossido metallico e un?argilla di fillosilicato.
La Richiedente ha constatato che un cavo elettrico MV dotato di una combinazione di uno strato di riempitivo circondante e interpenetrante uno schermo di fili metallici e una guaina esterna (ad es. lo strato pi? esterno) realizzato con le composizioni come sopra specificate, ha migliorato la reazione al fuoco con una sostanziale assenza di gocciolamento durante un incendio che consente al cavo di essere certificato per superare standard di qualifica specifici in classi pi? alte.
In aggiunta, la Richiedente ha constatato che il fatto di prevedere uno strato di riempitivo circondante e interpenetrante uno schermo di fili metallici e una guaina esterna come sopra specificato consente di impartire migliorate propriet? durante un incendio, in particolare nessun gocciolamento durante un incendio, al cavo senza compromettere le sue propriet? meccaniche nonch? facilitando la lavorabilit? del materiale polimerico che forma lo strato di riempitivo e la guaina esterna, in particolare nella fase di estrusione.
Descrizione dettagliata
Allo scopo della presente descrizione e delle rivendicazioni allegate, le parole "un" o "una" dovrebbero essere lette in modo da includere uno o almeno uno e il singolare include anche il plurale salvo che sia ovvio che si intende diversamente. Questo viene fatto puramente per comodit? e per dare un senso generale della divulgazione.
Nella presente descrizione e nelle rivendicazioni seguenti, salvo diversamente indicato, tutti i numeri che esprimono quantit?, quantitativi, percentuali e cos? via, devono essere intesi come modificati in tutti i casi dal termine ?circa?. Inoltre, tutti gli intervalli includono qualsiasi combinazione dei punti massimi e minimi divulgati e includono qualsiasi intervallo intermedio in essi, che possono o non possono essere qui specificamente elencati.
Inoltre, nella presente descrizione, si deve intendere che le caratteristiche tecniche descritte specificamente in precedenza e di seguito possono essere combinate fra di loro in qualsiasi modo, costituendo ulteriori forme di realizzazione della presente divulgazione che possono non essere descritte specificamente per concisione, ma che rientrano nell?ambito della presente divulgazione.
Nella presente descrizione e rivendicazioni, salvo diversamente specificato, la quantit? dei componenti nelle composizioni polimeriche ? data come percentuale in peso sul peso totale della composizione e/o in phr dove il termine "phr" ? utilizzato per indicare parti in peso per 100 parti in peso del materiale polimerico di base.
Il cavo elettrico secondo la divulgazione pu? essere utilizzato in particolare ma non esclusivamente per applicazioni di media tensione (MV). Nella presente descrizione e nelle rivendicazioni allegate, con ?media tensione? si intende una tensione da 1 kV a 35 kV.
Il cavo della presente divulgazione ? particolarmente appropriato per trasportare e distribuire la corrente elettrica in impianti industriali e infrastrutture pubbliche.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente divulgazione risulteranno chiaramente dalla descrizione dettagliata seguente di alcune sue forme di realizzazione esemplificative, tale descrizione essendo fornita puramente a titolo di esempio non limitativo con riferimento alla Figura 1 allegata in cui ? mostrata una vista in sezione trasversale schematica di un cavo elettrico di media tensione secondo la presente divulgazione.
Un cavo elettrico MV 10 secondo una forma di realizzazione non limitativa della divulgazione ? mostrato nella figura 1.
Il cavo 10 comprende un solo nucleo comprendente un conduttore 11 realizzato con un materiale conduttivo elettricamente, ad es. alluminio, rame o un loro composito. Il conduttore 11 pu? essere sotto forma di una barra compatta o un fascio di fili, ad esempio un fascio di fili in trefoli. Ad esempio, il conduttore 10 pu? comprendere fili di rame stagnati in trefoli e compressi.
Il nucleo pu? includere un solo conduttore o una pluralit? di conduttori, in cui ciascun conduttore ? circondato da un sistema isolante (strato semi-conduttivo interno strato isolante strato semiconduttivo esterno) come descritto in precedenza e nel seguito.
Il conduttore 11 ? isolato elettricamente da un sistema isolante comprendente uno strato semi-conduttivo interno 12 disposto in una posizione esterna radialmente rispetto al conduttore 11 e in contatto diretto con esso, uno strato isolante 13 disposto in una posizione esterna radialmente rispetto allo strato semi-conduttivo interno 12 e in contatto diretto con esso, e uno strato semi-conduttivo esterno 14 disposto in una posizione esterna radialmente rispetto allo strato isolante 13 e in contatto diretto con esso.
Lo strato semi-conduttivo interno 12 attenua i picchi del campo elettrico all?interno del cavo 10 distribuendo uniformemente i carichi sulla superficie del conduttore 11. Ulteriormente, lo strato semiconduttivo interno 12 minimizza il degrado dello strato isolante 13 riempiendo gli spazi vuoti eventualmente formati tra il conduttore 11 e lo strato isolante 13.
Lo strato isolante 13 isola elettricamente il conduttore 11 dall?esterno in modo che la corrente non possa scorrere all?esterno del cavo 10.
Lo strato semi-conduttivo esterno 14 distribuisce uniformemente la sollecitazione elettrica all?interno del sistema di isolamento.
Ciascuno degli strati 12, 13 e 14 che formano il sistema isolante possono essere estrusi. In una forma di realizzazione, gli strati 12, 13 e 14 che formano il sistema isolante sono co-estrusi.
Il cavo 10 include ulteriormente uno schermo conduttivo 15 realizzato con fili metallici e, nella presente forma di realizzazione, con un nastro legante metallico 15a esterno radialmente ai fili metallici e in contatto diretto con essi. Lo schermo conduttivo pu? essere realizzato con rame, alluminio, una lega di rame, una lega di alluminio o una loro combinazione.
Ad esempio, lo schermo conduttivo 15 pu? essere realizzato con fili di rame ricotti stagnati e un nastro legante di rame. Lo schermo conduttivo 15 pu? collegare il cavo 10 con la terra.
Il cavo 10 include ulteriormente uno strato di riempitivo 16 disposto in una posizione esterna radialmente rispetto allo schermo conduttivo 15, 15a.
Secondo la divulgazione, lo strato di riempitivo 16 ? realizzato con una composizione LS0H comprendente un polietilene (PE) avente una densit? inferiore a 0,93 g/cm<3 >e un idrossido metallico. Lo strato di riempitivo 16 ? estruso sullo schermo conduttivo 15, ad esempio mediante estrusione a pressione, ed entra e riempie gli spazi vuoti tra i fili metallici e il nastro legante metallico 15a dello schermo conduttivo 15.
Il cavo 10 include ulteriormente una guaina esterna 17 disposta in una posizione esterna radialmente rispetto allo strato di riempitivo 16 e direttamente in contatto con lo strato di riempitivo 16. Secondo la divulgazione, la guaina esterna 16 ? realizzata con una composizione polimerica a bassa emissione di fumi priva di alogeni (LS0H) comprendente una miscela di un etilene vinil acetato (EVA) e un polietilene avente una densit? inferiore a 0,93 g/cm<3>, addizionato con un idrossido metallico e un?argilla di fillosilicato.
La combinazione dello strato di riempitivo 16 e della guaina esterna 17 realizzata con le composizioni sopra specificate fornisce una barriera alla propagazione del fuoco verso gli strati pi? interni del cavo 10 e impedisce la produzione di gocce incandescenti quando esposto a temperature elevate, ad es. in caso di incendio.
Nel cavo secondo la presente divulgazione, lo strato semiconduttivo interno, lo strato isolante e lo strato semi-conduttivo esterno (nel seguito complessivamente indicati anche con ?sistema isolante?) possono essere realizzati con un materiale polimerico. Materiali polimerici appropriati includono omopolimeri o copolimeri di polietilene, polimeri di polipropilene e loro miscele.
Esempi di omopolimeri o copolimeri di etilene appropriati per lo strato semi-conduttivo interno (12), lo strato isolante (13) e lo strato semi-conduttivo esterno (14) includono omopolimeri e copolimeri di polipropilene, polietilene a media densit? (MDPE), polietilene a bassa densit? (LDPE), polietilene a bassissima densit? (VLDPE), polietilene a densit? ultra bassa (ULDPE), copolimero di etilene con una o pi? alfaolefine aventi da 3 a 12 atomi di carbonio, ad esempio da 4 a 8 atomi di carbonio, quali gomma di etilene-propilene (EPR) o polietilene a bassa densit? lineare (LLDPE), facoltativamente, comprendente un diene, quale un copolimero di gomma di etilene/propilene/diene (EPDM). Esempi delle alfa-olefine sono propilene, 1-butene, 1-esene, 4-metil-1-pentene, e 1-ottene. Il materiale del sistema isolante pu? essere reticolato, ad esempio, tramite un agente reticolante di perossido.
Esempi di materiali a base di propilene sono I materiali a base di propilene divulgati in WO 02/03398, WO 04/066317, WO 04/066318, WO 07/048422, WO11/092533 e WO 08/058572.
Il materiale degli strati semi-conduttivi comprende ulteriormente una quantit? appropriata di un riempitivo conduttivo, ad esempio il nerofumo.
Nella presente descrizione e rivendicazioni con "strato semiconduttivo" si intende uno strato realizzato con un materiale avente propriet? semi-conduttive elettricamente, quale una matrice polimerica addizionata con, ad es., nerofumo in modo tale da ottenere un valore di resistivit? volumetrica, a temperatura ambiente, inferiore a 500 Q?m, ad esempio inferiore a 20 Q?m. La quantit? di nerofumo pu? oscillare tra l?1 e il 50% in peso, ad esempio tra il 3 e il 30% in peso, rispetto al peso del polimero.
In una forma di realizzazione, lo strato isolante del cavo della divulgazione ? realizzato con un polietilene (XLPE) o EPR reticolati.
Secondo la divulgazione, lo strato di riempitivo ? realizzato con una composizione polimerica LS0H contenente un polietilene (PE) avente una densit? inferiore a 0,93 g/cm<3 >e un idrossido metallico.
Esempi di polietilene appropriato per la composizione polimerica del presente strato di riempitivo sono omopolimero o copolimero di polietilene quale polietilene a bassa densit? (LDPE), polietilene a bassissima densit? (VLDPE), polietilene a densit? ultra bassa (ULDPE), polietilene a bassa densit? lineare (LLDPE), gomma di etilene-propilene (EPR), gomma di etilene/propilene/diene (EPDM) o una loro miscela.
In una forma di realizzazione, un polietilene appropriato per la composizione polimerica del presente strato di riempitivo ha una densit? inferiore a 0,91 g/cm<3>, ad esempio inferiore a 0,90 g/cm<3>, come misurato secondo ASTM D792-08.
In una forma di realizzazione, la composizione polimerica del presente strato di riempitivo comprende LLDPE come copolimero di polietilene e un co-monomero selezionato tra butene, esene o ottene. L?LLDPE secondo la presente divulgazione pu? essere prodotto mediante catalizzatori di Ziegler?Natta o metallocenici.
In una forma di realizzazione, la composizione polimerica che forma lo strato di riempitivo comprende una miscela di LLDPE e EPR o EPDM come polimeri di base.
In una forma di realizzazione, l?idrossido metallico ? selezionato tra idrossido di magnesio, idrossido di alluminio o una loro combinazione. Un esempio di idrossido metallico appropriato per la composizione polimerica che forma lo strato di riempitivo del cavo ? idrossido di magnesio, di origine sintetica o naturale (brucite), facoltativamente trattato in superficie.
La quantit? di idrossido metallico, quale l?idrossido di magnesio o l?idrossido di alluminio, nella composizione polimerica LS0H che forma lo strato di riempitivo pu? essere superiore a 400 phr, ad esempio da 600 phr a 950 phr.
In una forma di realizzazione, la composizione polimerica del presente strato di riempitivo comprende additivi quali coadiuvanti di processo, lubrificanti, agenti di accoppiamento e antiossidanti.
Antiossidanti convenzionali che sono appropriati per questo scopo sono a titolo di esempio: trimetildiidrochinolina polimerizzata, 4,4?-tiobis(3-metil-6-terz-butil) fenolo, pentaeritritolo tetrakis [3-(3,5-diterz-butil-4-idrossifenil) propionato], 2,2?-tio-dietilene-bis-[3-(3,5-di-terzbutil-4-idrossi-fenil) propionato] e simili o loro miscele.
Coadiuvanti di processo solitamente aggiunti al polimero di base sono, ad esempio, stearato di calcio, stearato di zinco, acido stearico, cera di paraffina, gomme siliconiche e simili, e loro miscele.
I lubrificanti utilizzati sono, ad esempio, cere di paraffina a basso peso molecolare, acido stearico, stearammide, oleammide, erucammide.
L?agente di accoppiamento pu? essere utilizzato allo scopo di migliorare ulteriormente la compatibilit? tra i riempitivi inorganici come sopra indicato e la matrice polimerica. Questo agente di accoppiamento pu? essere selezionato tra quelli noti nel settore, ad esempio: composti di silano saturi o composti di silano contenenti almeno un?insaturazione etilenica; perossidi o loro miscele. In alternativa, si possono utilizzare anidridi di acidi monocarbossilici o acidi dicarbossilici, facoltativamente innestate sulla base polimerica.
Lo strato di riempitivo della presente divulgazione realizzato con il materiale LS0H sopra indicato ? estruso sullo schermo conduttivo ed entra e riempie the spazi vuoti tra i fili metallici e, se presenti, le fasce metalliche dello schermo conduttivo. In questo modo, lo strato di riempitivo pu? aiutare a mantenere le propriet? di isolamento e garantire il funzionamento del cavo per il tempo desiderato in caso di incendio ostacolando la propagazione di calore verso gli strati pi? interni del cavo.
Secondo la divulgazione, la guaina esterna del cavo ? realizzata con una composizione a bassa emissione di fumi priva di alogeni (LS0H) comprendente una miscela polimerica di EVA e un polietilene avente una densit? inferiore a 0.93 g/cm<3>, la miscela polimerica essendo riempita con un idrossido metallico e un?argilla di fillosilicato.
In una forma di realizzazione, la composizione LS0H che forma la guaina esterna ? priva di qualsiasi materiale intumescente.
Esempi di polietilene appropriati per la composizione polimerica della presente guaina esterna sono uguali a quelli sopra elencati per il presente strato di riempitivo.
In una forma di realizzazione, il polimero di polietilene nella composizione polimerica della presente guaina esterna ha una densit? inferiore a 0,91 g/cm<3>, come misurato secondo ASTM 792-08.
In una forma di realizzazione, il polimero di polietilene nella composizione polimerica della presente guaina esterna ? un LLDPE.
Il polimero EVA nella composizione polimerica che forma la guaina esterna del presente cavo pu? avere un contenuto medio di comonomero di vinil acetato almeno del 15 wt%, ad esempio dal 15 wt% al 35 wt%. Nella composizione polimerica che forma la presente guaina esterna, possono essere presenti miscele di EVA aventi un diverso contenuto di vinil acetato.
In una forma di realizzazione, il rapporto tra il polimero EVA e il polimero di polietilene (omopolimero e/o copolimero di polietilene) nella composizione polimerica che forma la guaina esterna ? nell?intervallo da 9:1 a 1:1, ad esempio nell?intervallo da 8:2 a 6:4.
In una forma di realizzazione, l?idrossido metallico nella composizione polimerica che forma la guaina esterna ? selezionato tra idrossido di magnesio, idrossido di alluminio, di origine naturale o sintetica, o una loro combinazione. La quantit? di idrossido metallico, quale idrossido di magnesio o idrossido di alluminio, pu? arrivare fino a 190 phr, ad esempio da 100 phr a 180 phr.
L?argilla di fillosilicato pu? essere compresa nella composizione polimerica che forma la guaina esterna del cavo in una quantit? da 1 a 15 phr, ad esempio in una quantit? da 5 a 13 phr.
L?argilla di fillosilicato pu? essere stratificata. L?argilla di fillosilicato pu? essere selezionata dal gruppo costituito da montmorillonite, bentonite, dellite, magadiite, saponite, laponite, sepiolite, attapulgite, hectorite, beidellite, vermiculite, caolinite, nontronite, volkonskoite, stevensite, pirolusite, sauconite, kenyaite e loro combinazioni.
L?argilla di fillosilicato pu? essere presente in natura o sintetica.
In una forma di realizzazione preferita, l?argilla di fillosilicato inclusa nella composizione polimerica che forma la guaina esterna del cavo ? una montmorillonite o bentonite.
L?argilla di fillosilicato della presente composizione della guaina esterna pu? essere modificata chimicamente, ad esempio mediante salificazione con un sale di ammonio quale dimetil-di(sego idrogenato) cloruro di ammonio o dimetil-benzil-sego idrogenato cloruro di ammonio. La modificazione chimica mediante rivestimento cationico consente di aumentare la compatibilit? dell?argilla di fillosilicato con la matrice polimerica.
L?argilla di fillosilicato della composizione della presente guaina esterna pu? avere dimensioni medie di particelle (dimensione media di particelle d50) da 5 a 20 ?m.
In una forma di realizzazione, la composizione polimerica della presente guaina esterna comprende additivi quali coadiuvanti di processo, lubrificanti, agenti di accoppiamento e antiossidanti, selezionati tra quelli sopra esemplificati per lo strato di riempitivo.
Senza voler essere legati a tale teoria, gli inventori presuppongono che l?argilla di fillosilicato in combinazione con l?idrossido metallico consente di aumentare notevolmente la forza dei residui carboniosi che si formano durante la combustione del materiale polimerico della guaina esterna, ad es. in caso di incendio. In aggiunta, la presenza di un?argilla di fillosilicato nella composizione polimerica che forma la guaina esterna consente di ridurre la quantit? di idrossido metallico utilizzato nella composizione mantenendo nel contempo le propriet? ritardanti di fiamma desiderate, impedendo in tal modo alle propriet? meccaniche della composizione polimerica di deteriorarsi e mantenendo una buona lavorabilit? della composizione polimerica che forma la guaina esterna nel processo di estrusione.
Poich? la guaina esterna ? in contatto diretto con lo strato di riempitivo sottostante, la guaina esterna e lo strato di riempitivo si legano l?una sull?altro formando un assieme intero che, in caso di incendio, consente al materiale polimerico della guaina esterna bruciata di restare in posizione e di fungere da barriera alla propagazione del fuoco all?interno del cavo. Contemporaneamente, il materiale della guaina esterna si carbonizza in una materia sostanzialmente uniforme e crea una barriera al calore che impedisce alla temperatura all?interno del cavo di salire rapidamente e grandemente e al materiale polimerico fuso dell?assieme intero di spostarsi, migliorando in tal modo la resistenza al gocciolamento del cavo.
Come mostrato negli esempi, la Richiedente ha sperimentato che i cavi MV formati utilizzando le composizioni polimeriche della divulgazione per lo strato di riempitivo e per la guaina esterna non presentano rispettivamente alcuna produzione di gocce incandescenti (gocciolamento) quando esposte a temperature elevate, ad es. in caso di incendio, senza compromettere le altre propriet? testate di resistenza al fuoco relative a una limitata produzione e diffusione di fiamma e fumi tossici, consentendo in tal modo al cavo di essere certificato per superare i requisiti pi? severi per la certificazione degli attuali standard internazionali, quali EN 50399:2011/A1 (2016), in classi pi? alte.
Il cavo elettrico secondo la presente divulgazione pu? essere prodotto sulla base di tecniche di produzione di cavi note agli esperti del settore. In particolare, il sistema isolante interno, lo strato di riempitivo e la guaina esterna del cavo MV secondo la presente divulgazione possono essere formati utilizzando processi convenzionali con uno spessore scelto in modo da rispettare i requisiti e le esigenze della particolare applicazione per il cavo.
La presente divulgazione sar? ora descritta con riferimento agli esempi seguenti che sono forniti puramente a scopo illustrativo e quindi non devono essere interpretati in alcun modo come limitativi dell?ambito della presente divulgazione.
Esempio 1
Un campione di cavo MV secondo la divulgazione (nel seguito indicato con Cavo A) ? stato preparato utilizzando un processo di estrusione convenzionale.
Il cavo A ha una struttura uguale al cavo 10 mostrato nella figura 1.
Lo strato isolante del Cavo A ? stato realizzato con EPR.
Lo strato di riempitivo del cavo A ? stato realizzato con una composizione polimerica LS0H comprendente i componenti e le relative quantit? come riportato nella Tabella 1 seguente.
Tabella 1
Base polimerica A1 = copolimero etilene-ottene (densit?: 0,87 g/cm<3>)/polimero etilene-propilene diene (densit?: 0,86 g/cm<3>) 85:15.
Idrossido di magnesio = idrossido di magnesio naturale con superficie non trattata e avente una dimensione media di particelle (d50) di circa 5 mm.
La guaina esterna di cavo A ? stata realizzata con una composizione LS0H comprendente i componenti e le relative quantit? come riportato nella Tabella 2 seguente.
Tabella 2
Base polimerica B1 = polietilene a bassa densit? lineare (densit?: 0,90 g/cm<3>).
Base polimerica B2 = etilene vinil acetato (contenuto di VA: 27%)/etilene vinil acetato (contenuto di VA: 19%) 1:1.
Argilla di fillosilicato = montmorillonite dimetil-di(sego idrogenato) sale di ammonio (dimensione di particelle 7-9 ?m)
Idrossido di alluminio = idrossido di alluminio (sintetico) precipitato con superficie non trattata e avente una dimensione media di particelle (d50) di 1 mm.
Esempio 2 (Comparativo)
Un campione di un cavo MV comparativo (nel seguito indicato con Cavo B) ? stato preparato utilizzando un processo di estrusione convenzionale.
Il cavo B ha una struttura uguale al Cavo A dell?Esempio 1. Tuttavia, lo strato isolante del Cavo B ? stato realizzato con XLPE.
Lo strato di riempitivo del cavo B ? stato realizzato con una composizione LS0H come riportato nella suddetta Tabella 1.
La guaina esterna del cavo B ? stata realizzata con una composizione LS0H comprendente i componenti e le relative quantit? come riportato nella Tabella 3 seguente.
Tabella 3
Base polimerica C = copolimero etilene-ottene (densit?: 0,88 g/cm<3>)/ polietilene a bassa densit? lineare (densit?: 0,91 g/cm<3>) 1:0.4.
Idrossido di magnesio = idrossido di magnesio naturale con superficie non trattata e avente una dimensione media di particelle (d50) di circa 3-4 mm.
Esempio 3 (Comparativo)
Un campione di un cavo MV comparativo (nel seguito indicato con Cavo C) ? stato preparato utilizzando un processo di estrusione convenzionale.
Il cavo C ha una struttura che differisce dalla struttura del Cavo A dell?Esempio 1 in cui lo strato di riempitivo ? assente. Perci?, nel cavo C, la guaina esterna ? in contatto diretto con lo schermo conduttivo.
Lo strato isolante del Cavo C ? stato realizzato con XLPE.
La guaina esterna del cavo C ? stata realizzata con una composizione LS0H comprendente i componenti e le relative quantit? come riportato nella Tabella 4 seguente.
Tabella 4
Base polimerica D = copolimero etilene-ottene (densit?: 0,88 g/cm<3>)/ polietilene (densit?: 0,94 g/cm<3>) 1:0.6.
Idrossido di magnesio = idrossido di magnesio naturale con superficie non trattata e avente una dimensione media di particelle (d50) di circa 3 mm.
Esempio 4
Test in condizioni di incendio sono stati eseguiti sui cavi da A C degli Esempi 1-3.
La configurazione utilizzata per i test in condizioni di incendio ? sostanzialmente quella specificata nello standard europeo EN 50399:2011/A1 (2016) e IEC 61034-2 (2005), che, secondo la Tabella 4 del Regolamento delegato della Commissione (EU) 2016/364 del 1 luglio 2015, consente di determinare, inter alia, i seguenti parametri: diffusione di fiamma (FS), tasso di rilascio di calore (HRR), rilascio di calore totale (THR), tasso di produzione di fumi (SPR), produzione di fumi totale (TSP), indice del tasso di incremento dell?incendio (FIGRA) e durata delle gocce incandescenti.
Durante il test, tutti i suddetti cavi sono stati sottoposti a un test di fiamma con una sorgente di accensione propano/aria da 20,5 kW per 20 minuti.
I risultati dei test sono mostrati nella Tabella 5 seguente in cui i Cavi B e C comparativi sono contrassegnati con un asterisco.
Tabella 5
Dai suddetti risultati, sia il Cavo A secondo la divulgazione sia il Cavo B comparativo sono stati qualificati come B2ca (cavo a basso rischio di incendio) secondo la Tabella 4 del Regolamento delegato della Commissione (EU) 2016/364 come avente
FS (diffusione di fiamma) ? 1,5 m;
THR (rilascio di calore totale) ? 15 MJ;
HRR di picco (tasso di rilascio di calore) ? 30 kW; e FIGRA (indice del tasso di incremento dell?incendio) ? 150 W/s.
Diversamente, il cavo C ? stato qualificato come B2ca o Cca poich? il picco di HRR ? risultato anche essere leggermente superiore a 30 kW e ? 60 kW.
In aggiunta, tutti i suddetti Cavi sono stati qualificati come s1 poich? TSP ? 50 m<2 >e SPR di picco ? 0,25 m<2>/s.
Tuttavia, entrambi i Cavi B e C comparativi presentano una produzione di gocce incandescenti e il Cavo B ? stato qualificato come d2 (gocce/particelle incandescenti persistenti per pi? di 10 sec entro 1.200 sec) mentre il Cavo C ? stato qualificato come d2 o d1 (nessuna goccia/particella incandescente persistente per pi? di 10 sec entro 1.200 sec).
Sorprendentemente, il Cavo A che includeva uno strato di riempitivo e una guaina esterna realizzata con composizioni secondo la divulgazione non ha presentato gocce/particelle incandescenti entro 1.200 sec e in tal modo ? stato qualificato come d0, ossia nella classe pi? alta secondo la Tabella 4 del Regolamento delegato della Commissione (EU) 2016/364. Contemporaneamente, le altre propriet? testate di resistenza al fuoco relative alla limitata produzione e diffusione di fiamma e fumi tossici sono mantenute.

Claims (14)

RIVENDICAZIONI
1. Cavo elettrico di media tensione (10) comprendente:
- un conduttore (11);
- uno strato semi-conduttivo interno (12) disposto in una posizione esterna radialmente rispetto al conduttore (11);
- uno strato isolante (13) disposto in una posizione esterna radialmente rispetto allo strato semi-conduttivo interno (12) e direttamente in contatto con lo strato semi-conduttivo interno (12);
- uno strato semi-conduttivo esterno (14) disposto in una posizione esterna radialmente rispetto allo strato isolante (13) e direttamente in contatto con lo strato isolante (13);
- uno schermo di fili metallici (15) disposto in una posizione esterna radialmente rispetto allo strato semi-conduttivo esterno (14);
- uno strato di riempitivo (16) disposto in una posizione esterna radialmente rispetto allo schermo di fili metallici (15) e interpenetrante all?interno dello schermo di fili metallici (15), lo strato di riempitivo (16) essendo realizzato con una composizione elastomerica estrusa a bassa emissione di fumi priva di alogeni (LS0H) comprendente un omopolimero e/o copolimero di polietilene avente una densit? inferiore a 0,93 g/cm<3 >e un idrossido metallico; e
- una guaina esterna (17) disposta in una posizione esterna radialmente rispetto allo strato di riempitivo (16) e direttamente in contatto con lo strato di riempitivo (16), la guaina esterna (17) essendo realizzata con una composizione a bassa emissione di fumi priva di alogeni (LS0H) comprendente una miscela polimerica di un polimero EVA e un omopolimero e/o copolimero di polietilene avente una densit? inferiore a 0,93 g/cm<3>, la miscela polimerica essendo caricata con un idrossido metallico e un?argilla di fillosilicato.
2. Cavo elettrico (10) secondo la rivendicazione 1, in cui lo strato semi-conduttivo interno (12), lo strato isolante (13) e lo strato semi-conduttivo esterno (14) sono realizzati ciascuno con un polimero o copolimero di etilene scelto dal gruppo costituito da copolimeri di polipropilene, polietilene a media densit? (MDPE), polietilene a bassa densit? (LDPE), polietilene a bassissima densit? (VLDPE), polietilene a densit? ultra bassa (ULDPE), polietilene a bassa densit? lineare (LLDPE), gomma di etilene-propilene (EPR), copolimeri di gomma di etilene/propilene/diene (EPDM).
3. Cavo elettrico (10) secondo la rivendicazione 1, in cui lo strato isolante (13) ? realizzato con un polietilene o EPR reticolato.
4. Cavo elettrico (10) secondo la rivendicazione 1, in cui la composizione LS0H che forma lo strato di riempitivo (16) comprende LLDPE, EPR, EPDM o loro miscele.
5. Cavo elettrico (10) secondo la rivendicazione 1, in cui la composizione LS0H che forma lo strato di riempitivo (16) comprende un omopolimero e/o copolimero di polietilene avente una densit? inferiore a 0,91 g/cm<3>.
6. Cavo elettrico (10) secondo la rivendicazione 1, in cui la quantit? di idrossido metallico nella composizione LS0H che forma lo strato di riempitivo (16) ? superiore a 400 phr.
7. Cavo elettrico (10) secondo la rivendicazione 1, in cui il rapporto tra il polimero EVA e l?omopolimero e/o copolimero di polietilene nella composizione LS0H che forma la guaina esterna ? nell?intervallo da 9:1 a 1:1, ad esempio nell?intervallo da 8:2 a 6:4.
8. Cavo elettrico (10) secondo la rivendicazione 1, in cui la composizione LS0H che forma la guaina esterna (17) comprende LLDPE, EPR, EPDM o loro miscele.
9. Cavo elettrico (10) secondo la rivendicazione 1, in cui la quantit? di idrossido metallico nella composizione LS0H che forma la guaina esterna (17) ? fino a 190 phr.
10. Cavo elettrico (10) secondo la rivendicazione 1, in cui l?idrossido metallico ? selezionato tra idrossido di magnesio, idrossido di alluminio o una loro combinazione.
11. Cavo elettrico (10) secondo la rivendicazione 1, in cui l?argilla di fillosilicato ? selezionata dal gruppo costituito da montmorillonite, bentonite, dellite, magadiite, saponite, laponite, sepiolite, attapulgite, hectorite, beidellite, vermiculite, caolinite, nontronite, volkonskoite, stevensite, pirolusite, sauconite, kenyaite e loro combinazioni.
12. Cavo elettrico (10) secondo la rivendicazione 1, in cui l?argilla di fillosilicato ? una montmorillonite avente dimensioni medie di particelle da 5 a 20 ?m.
13. Cavo elettrico (10) secondo la rivendicazione 1, in cui la quantit? di fillosilicato nella composizione polimerica che forma la guaina esterna (17) ? da 1 a 15 phr, ad esempio da 5 a 13 phr.
14. Cavo elettrico (10) secondo la rivendicazione 1, in cui la composizione LS0H che forma la guaina esterna (17) ? priva di qualsiasi materiale intumescente.
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