PT2230670E - Cabo de média tensão - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO "CABO DE MÉDIA TENSÃO"

Campo da invenção A presente invenção refere-se a um cabo de média tensão constituído por um núcleo de cabo condutor, uma camada de isolamento para isolar o núcleo do cabo, e um escudo de isolamento semicondutor externo.

Antecedentes da invenção

Um cabo para transmissão de energia elétrica de média tensão, ou seja, 5-49 kV, compreende pelo menos um núcleo de cabo condutor, que é coberto por uma camada de polímero para isolamento. A camada de polímero normalmente é composta por pelo menos três camadas: a) uma camada semicondutora interna, relativamente fina r b) uma camada de isolamento relativamente espessa, exterior à camada semicondutora interna; e c) uma camada externa semicondutora relativamente fina, formando um escudo de isolamento, exterior à camada de isolamento. 0 objetivo das camadas semicondutorass é distribuir o campo elétrico em toda a camada de isolamento na superfície do cabo, o que reduz o risco de interrupção disruptiva danificando a camada de isolamento. Para o efeito, as camadas semicondutoras devem ter uma resistividade volumétrica, medida de acordo com a norma ASTM D257, ou de 10 Ohm.cm a 20 000 Ohm.cm, que é usada como a definição de "semicondutora" em toda esta divulgação. Qualquer granulado ou composto para formar uma tal camada pode, como é 2 evidente, ter uma resistividade fora deste intervalo, e ser ainda viável para formar uma camada semicondutora tendo uma resistividade dentro deste intervalo. A camada de polímero, ou seja, as camadas de isolamento e semicondutoras, devem ser preferencialmente estáveis ao longo do tempo e resistentes ao calor e humidade. Para algumas aplicações e em alguns mercados, existe também a necessidade de cabos que permitam que a camada semicondutora externa possa ser descartada do isolante. Esses cabos normalmente têm um isolante ou de um copolímero de borracha de etileno-propileno (EPR), ou de um homopolímero de polietileno com ligações transversais (comummente abreviado para PEX ou XLPE), visto que diversos polímeros adequados para camadas semicondutoras, exibindo descartabilidade desses isolantes, são conhecidos e estão prontamente disponíveis.

Existem algumas desvantagens dos cabos conhecidos terem uma camada semicondutora descartável. Por exemplo, o EPR é caro; geralmente custa cerca de duas vezes mais do que o polietileno e a extrusão de EPR consome mais energia do que a extrusão de PEX. As camadas de isolamento de homopolímeros PEX, por outro lado, são suscetíveis a formação de arborescência em água visto que são expostos a humidade e altas tensões ao longo do tempo, reduzindo assim a expetativa de vida do cabo e aumentando o risco de uma interrupção disruptiva. Isto é de certa forma compensado pela adição de retardadores de arborescência em água (WTR) ao isolante. Infelizmente, a extrusão de WTR-PEX pode ser problemática, pois muitos aditivos WTR são propensos a deixar depósitos no equipamento de processamento, aumentando deste modo a frequência necessária de paragens na produção para a limpeza do equipamento. 3 0 material predominante para as camadas semicondutoras descartáveis em EPR e isolantes PEX resistentes à arborescência em água é um copolimero de etileno-acetato de vinilo (EVA), misturado com borracha de nitrilo-butadieno (NBR) e negro de fumo. "Strippable shields with Improved Thermal Stability and Faster Cable Extrusion Rate", 6a Conferência Internacional sobre Isolamento de Cabos de Energia, JICABLE '03, descreve o atual estado da técnica sobre compostos semicondutores que são descartáveis a partir de um isolante de polietileno com ligações transversais resistente à arborescência em água. EP 1176161 divulga um fio condutor revestido com uma composição de uma mistura de polietileno com ligações transversais com um copolimero de etileno-acrilato de alquilo. US 2006/052511 divulga composições compreendendo terpolimeros de monóxido de carbono de etileno-acrilato de etilo.

Sumário da invenção É um objetivo da presente invenção resolver, ou pelo menos atenuar uma parte ou a totalidade dos problemas acima mencionados. Para tal, é fornecido um cabo para transmissão de energia elétrica com uma tensão entre 5 e 49 kV, o cabo compreendendo um núcleo de cabo condutor; uma camada de isolamento para isolar o núcleo do cabo, a camada de isolamento incluindo de 50 a 90% de polietileno com ligações transversais, e de 10 a 50% de pelo menos um copolimero selecionado a partir do grupo constituído por etileno-acrilato de alquilo e etileno-acetato de vinilo; e 4 uma tela semicondutora externa, formando uma camada externa sobre a camada de isolamento, e incluindo de 30 a 70% por peso de uma composição (A) de pelo menos um copolimero selecionado a partir do grupo constituído por monóxidos de carbono de etileno-acrilato de alquilo. Graças à invenção, uma tela semicondutora descartável pode ser fornecida num isolante de cabo resistente à arborescência em água relativamente barato, sem os inconvenientes dos aditivos WTR.

Preferencialmente, a tela semicondutora externa apresenta uma aderência à camada de isolamento de 5 a 50 N/cm e mais preferencialmente de 10 a 30 N/cm.

Numa forma de realização, o cabo inclui uma camada semicondutora interna entre o núcleo de cabo condutor e a camada de isolamento, a camada semicondutora interna incluindo de 30 a 70% por peso da referida composição (A). Usando essencialmente o mesmo material para a camada semicondutora interna, a gestão de inventário, a mistura de composições e a extrusão podem ser simplificadas.

Preferencialmente, pelo menos um copolimero referido é selecionado a partir do grupo constituído por monóxidos de carbono de etileno-acrilato de alquilo, da referida composição (A), inclui de 25 a 70% por peso de etileno; de 25 a 50% por peso de pelo menos um acrilato de alquilo; e de 5 a 25% por peso de monóxido de carbono. Esses intervalos foram considerados como capazes de produzir um nível adequado de aderência.

Preferencialmente, um alquilo de pelo menos um copolimero referido é selecionado a partir do grupo constituído por monóxidos de carbono de etileno-acrilato de alquilo, da 5 referida composição (A) , é butilo, uma vez que o monóxido de carbono de acrilato de etileno-butilo tem uma elevada polaridade, resultando deste modo numa descartabilidade elevada, mantendo-se prontamente disponível no mercado.

Preferencialmente, o polietileno do isolante é um polietileno de baixa densidade (LDPE) , tal como os que se mostraram particularmente adequados para isolantes de cabos de média tensão.

Numa forma de realização preferida, a tela semicondutora externa inclui ainda de 5 a 30% por peso de NBR; e de 30 a 40% por peso de negro de fumo. O uso de uma fração substancial de NBR na tela semicondutora melhora a sua viscosidade e facilita assim a sua extrusão. Além disso, adicionando uma quantidade cuidadosamente selecionada de NBR, também a aderência da camada semicondutora para o isolante pode ser ajustada.

De acordo com outro aspeto da invenção, uma parte ou todos os problemas acima mencionados são resolvidos, ou pelo menos atenuados, por uma mistura de polímeros para preparar uma tela semicondutora externa para um cabo, a mistura incluindo de 5 a 30% por peso de NBR; de 30 a 40% por peso de negro de fumo; e de 30 a 70% por peso de uma composição (A) de pelo menos um copolímero selecionado a partir do grupo constituído por monóxidos de carbono de etileno-acrilato de alquilo. Graças à invenção, uma tela semicondutora descartável com boas propriedades de extrusão pode ser fornecida num isolante de cabo resistente à arborescência em água relativamente barato.

Preferencialmente, pelo menos um copolímero referido é selecionado a partir do grupo constituído por monóxidos de 6 carbono de etileno-acrilato de alquilo, da referida composição (A), incluindo de 25 a 70% por peso de etileno; de 25 a 50% por peso de pelo menos um acrilato de alquilo; e de 5 a 25% por peso de óxido de carbono.

Preferencialmente, um alquilo do referido pelo menos um copolimero selecionado a partir do grupo constituído por monóxidos de carbono de etileno-acrilato de alquilo, da referida composição (A), é butilo.

Breve descrição do desenho O que foi referido acima, bem como objetivos, características e vantagens adicionais da presente invenção, serão melhor compreendidos através da seguinte descrição detalhada ilustrativa e não limitativa de uma forma de realização preferida da presente invenção, com referência ao desenho em anexo, em que: A Fig. 1 é uma vista diagramática em corte de um cabo de média tensão.

Descrição detalhada das formas de realização exemplares A introdução descreve brevemente o atual estado da técnica no campo dos isolantes resistentes à arborescência em água para revestimentos semicondutores descartáveis. No campo dos cabos com camadas semicondutoras não descartáveis, por outro lado, a formação de arborescência em água não é geralmente um problema, uma vez que a composição da camada de isolamento pode ser feita sem preocupação com a descartabilidade de uma camada semicondutora externa. Os isolantes de cabos não descartáveis geralmente incluem um terpolímero ou de EVA (etileno-acetato de vinilo) ou de EEA (etileno-acrilato de etilo), e etileno. Um tal terpolímero não é propenso a formar arborescências em água, mas por 7 outro lado resulta num escudo semicondutor permanentemente acoplado. Descrições detalhadas sobre como tais camadas de isolamento podem ser compostas constam de EP 1916672 AI. A Fig. 1 ilustra um cabo de média tensão, i.e. um cabo para aplicações de transmissão de energia elétrica no intervalo de 5-49 kV. 0 cabo 10 inclui um condutor central 12 composto por fios de cobre trançados 12'. Uma primeira camada semicondutora interna 14 é depositada diretamente sobre o condutor 12. A camada semicondutora interna 14 serve para suavizar a interface do condutor 12 em direção a uma camada de isolamento 16, que isola eletricamente o condutor 12 e a camada semicondutora interna 14 do potencial elétrico (terra) em redor do cabo 10. Uma segunda camada semicondutora externa 18 é depositada sobre a camada de isolamento 16. A camada semicondutora externa 18 serve para distribuir o campo elétrico, que está presente em todo o isolante 16 quando uma voltagem é aplicada no condutor 12, de maneira uniforme sobre a área isolante. Camadas adicionais 20, tais como barreiras de água e/ou capas para proteção mecânica, podem estar presentes fora da camada semicondutora externa 18. A camada semicondutora externa 18 é descartável a partir da camada de isolamento 16, tal que a camada semicondutora externa 18 pode ser removida da camada de isolamento 16 sem danificar significativamente a superfície da camada de isolamento 16 e sem deixar quaisquer resíduos significativos de polímero semicondutor na superfície da camada de isolamento 16 após a decapagem. Descartável é, nesta divulgação, definido como possuindo uma aderência de 5 a 50 N/cm, medida como a força necessária para descascar uma faixa da camada semicondutora externa 18, cortada a uma largura de 1 cm, da superfície do isolante 16, enquanto se puxa a uma velocidade de 50 mm/min. Este método de medição é descrito em maior detalhe na norma AFNOR NF C33-223. Idealmente, a aderência deve estar todavia no intervalo de 10 a 30 N/cm para uma descartabilidade ideal. A camada de isolamento 16 consiste num copolímero LDPE-EEA que é formado através da ligação transversal de um composto que consiste em cerca de 80% por peso de polietileno de baixa densidade (LDPE), em que baixa densidade é definida como estando no intervalo 0.910 - 0.940 g/cm3, e 20% por peso de etileno-acrilato de etilo (EEA). Um peróxido é usado como agente de ligação transversal. O componente EEA neutraliza efetivamente a formação de arborescências em água. Um exemplo de um composto etileno-acrilato de etilo adequado consiste em 10% de etileno, e 90% de acrilato de etilo. Um exemplo de um LDPE adequado é Borealis SuperCure LC8205R, o qual na verdade é destinado à utilização com escudos de isolamento permanentemente acoplados. No entanto, ainda que menos preferido, também outros tipos de polietilenos, por exemplo, polietileno de alta densidade (HDPE), podem ser usados em vez de LDPE. O polietileno pode ser ligado transversalmente com outros componentes em vez de ou em combinação com EEA, por exemplo, etileno-acrilato de butilo (EBA) e/ou outros etileno-acrilatos de alquilo (EAA), e/ou etileno-acetato de vinilo (EVA) para aplicações com requisitos menos exigentes em termos de estabilidade térmica durante a vulcanização.

As camadas semicondutoras interna e externa 14, 18 consistem de uma mistura de 30% por peso de negro de fumo, 20% por peso de borracha de nitrilo-butadieno (NBR) e 50% por peso de um terpolimero de etileno, acrilato de butilo e monóxido de carbono (EBA-CO). 9

Um negro de fumo adequado para a composição semicondutora acima é Vulcan XC500 da Cabot Corporation.

Preferencialmente, a NBR é uma borracha de acrilonitrilo-butadieno tendo um elevado teor, idealmente 35-50%, de acrilonitrilo (ACN). Um exemplo de NBR que é adequado para a composição semicondutora acima e com um teor ACN de 44%, é Perbunan 4456F, disponível a partir de LAXNESS Alemanha GmbH. A NBR serve para ajustar a viscosidade da mistura de borracha, tornando assim mais fácil a extrusão, mas também contribui para a descartabilidade da mistura. No entanto, é o EBA-CO que é o ingrediente chave para a descartabilidade, tornando possível obter um revestimento semicondutor que é descartável de um isolante que consiste de um copolímero de EVA e/ou EAA, e PEX.

Um EBA-CO adequado é um monóxido de carbono de etileno-acrilato de n-butilo (EnBA-CO), vendido por Dupont sob o nome comercial Elvaloy HP661.

Uma camada semicondutora formada a partir do composto de EnBA-CO, negro de fumo e NBR descrito em detalhe acima, co-extrudido para um isolante de LDPE-EEA de acordo com a descrição supramencionada, apresenta uma adesão de cerca de 18 N/cm. Através da variação dos parâmetros do processo de extrusão e vulcanização, é possível variar um pouco esta aderência; variações maiores podem naturalmente ser obtidas, variando as proporções relativas dos constituintes da composição. EBA-CO, em comparação com por exemplo, EVA, também oferece uma maior resistência ao calor durante a vulcanização, permitindo assim uma extrusão mais rápida, levando a uma maior velocidade de produção e um menor custo por metro produzido de cabo. 10

Em vez de, ou em combinação com EBA-CO, mas um pouco menos preferidos devido ao custo mais elevado ou uma disponibilidade menos abundante no mercado, também outros copolimeros de monóxido de carbono de etileno-acrilato de alquilo (EAA-CO) podem ser usados para atingir uma camada semicondutora descartável. Preferencialmente, o EAA-CO inclui pelo menos um copolímero selecionado a partir do grupo constituído por monóxidos de carbono de etileno-acrilato de alquilo. Preferencialmente, o referido pelo menos um copolímero selecionado a partir do grupo constituído por monóxidos de carbono de etileno-acrilato de alquilo inclui entre 25 a 70% por peso de etileno; de 25 a 50% por peso de pelo menos um acrilato de alquilo; e de 5 a 25% por peso de óxido de carbono. Alquilos que são particularmente preferidos para utilização num composto de EAA-CO que deve ser usado nas camadas semicondutoras que são descartáveis a partir de copolimeros isolantes dos tipos mencionados são, por exemplo, metilo, etilo, propilo, butilo, pentilo e hexilo, dos quais o metilo, etilo e butilo são os mais preferidos, e o butilo é o mais preferido tendo em conta que é relativamente altamente polar e prontamente disponível a um custo razoável. A invenção tem sido principalmente descrita acima com referência a algumas formas de realização. No entanto, como pode ser prontamente apreciado por um perito na técnica, outras formas de realização para além das que foram divulgadas acima são igualmente possíveis dentro do âmbito da invenção, conforme definido pelas reivindicações de patente em anexo.

Por exemplo, NBR, muito embora contribua para a descartabilidade em certa medida, não é um componente essencial num revestimento semicondutor descartável. No 11 entanto, é preferido, uma vez que melhora as propriedades de extrusão, tais como a viscosidade, da composição.

Também outros tipos de negro de fumo para além de Vulcan XC500 podem, obviamente, ser utilizados para obter a resistividade correta da camada semicondutora, mas a fração de negro de fumo no material semicondutor talvez necessite de ser ajustado em conformidade. A mistura de polímero semicondutor descrita em detalhe supramencionada também pode ser aplicada a outras composições isolantes para além das que são descritas em detalhe acima; a descartabilidade também é obtida quando aplicada a isolantes de EPR e/ou homopolímeros de polietileno.

Lisboa, 21 de Novembro de 2011

Claims (10)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Um cabo para transmissão de energia elétrica com uma tensão entre 5 e 49 kV, que inclui um núcleo de cabo condutor (12); o cabo sendo caracterizado por uma camada de isolamento (16) para isolar o núcleo de cabo (12), a camada de isolamento (16) que inclui de 50 a 90% de polietileno, e de 10 a 50% de pelo menos um copolímero selecionado a partir do grupo constituído por etileno-acrilatos de alquilo e etileno-acetato de vinilo; e uma tela externa semicondutora (18), formando uma camada externa na camada de isolamento (16), e incluindo de 30 a 70% por peso de uma composição (A) de pelo menos um copolímero selecionado a partir do grupo constituído por monóxidos de carbono de etileno-acrilato de alquilo.

2. Um cabo de acordo com a reivindicação 1, em que a tela semicondutora externa (18) apresenta uma aderência à camada de isolamento (16) de 5 a 50 N/cm e com maior preferência de 10 a 30 N/cm.

3. Um cabo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, incluindo ainda uma camada semicondutora interna (14) entre o núcleo de cabo condutor (12) e a camada de isolamento (16), a camada semicondutora 2 interna (14) incluindo de 30 a 70% por peso da referida composição (A).

4. Um cabo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, onde o referido pelo menos um copolimero selecionado a partir do grupo constituído por monóxidos de carbono de etileno-acrilato de alquilo, da referida composição (A), inclui de 25 a 70% por peso de etileno; de 25 a 50% por peso de pelo menos um acrilato de alquilo; e de 5 a 25% por peso de monóxido de carbono.

5. Um cabo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que um alquilo de pelo menos um copolimero referido é selecionado a partir do grupo constituído por monóxidos de carbono de etileno-acrilato de alquilo, da referida composição (A), é butilo.

6 . Um cabo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que o referido polietileno é um polietileno de baixa densidade.

7. Um cabo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que a tela semicondutora externa (18) inclui ainda de 5 a 30% do peso da NBR; e de 30 a 40% por peso de negro de fumo. 3

8. Uma mistura de polímeros para preparar uma tela semicondutora externa para um cabo, incluindo de 5 a 30% do peso da NBR; de 30 a 40% por peso de negro de fumo; e de 30 a 70% por peso de uma composição (A) de pelo menos um copolímero selecionado a partir do grupo constituído por monóxidos de carbono de etileno-acrilato de alquilo.

9. Uma mistura de polímeros de acordo com a reivindicação 8, onde pelo menos um copolímero referido é selecionado a partir do grupo constituído por monóxidos de carbono de etileno-acrilato de alquilo, da referida composição (A), inclui de 25 a 70% por peso de etileno; de 25 a 50% por peso de pelo menos um acrilato de alquilo; e de 5 a 25% por peso de óxido de carbono.

10. Uma mistura de polímeros de acordo com qualquer uma das reivindicações 8-9, em que um alquilo do referido pelo menos um copolímero selecionado a partir do grupo constituído por monóxidos de carbono de etileno-acrilato de alquilo, da referida composição (A), é butilo. Lisboa, 21 de Novembro de 2011