Cable de corriente continua de alta tensión que tiene un aislamiento estratificado impregnado.

Un cable de corriente continua (CC) de alta tensión que comprende:

al menos un conductor eléctrico,

al menos una capa semiconductora,

al menos un aislamiento estratificado fabricado de enrollamientos de al menos un material laminar de papelpolipropileno,estando impregnado dicho aislamiento estratificado con al menos un fluido eléctricamenteaislante,

en el que el al menos un fluido eléctricamente aislante tiene una viscosidad cinemática de al menos 10cm2/s a 60 ºC;

en el que el material laminar incluye al menos una capa de papel que tiene una impermeabilidad al aire deal menos 100.000 Gurley seg-1.

Cable de corriente continua de alta tensión que tiene un aislamiento estratificado impregnado Antecedentes de la invención La presente invención versa acerca de un cable de corriente continua (CC) de alta tensión que tiene un aislamiento estratificado impregnado. Más en particular, la presente invención versa acerca de un cable de CC de alta tensión que tiene un aislamiento estratificado fabricado de un material laminar de papel-polipropileno impregnado con un fluido aislante eléctricamente, siendo adecuado dicho cable para instalaciones terrestres o, preferentemente, submarinas.

Para los fines de la presente descripción y de las reivindicaciones adjuntas, con la expresión “alta tensión” se quiere significar una tensión de al menos 35 kV. Para los fines de la presente descripción y de las reivindicaciones adjuntas, con la expresión “muy alta tensión” se quiere significar una tensión de al menos 200 kV, preferentemente de al menos 300 kV.

Se conocen cables con un aislamiento estratificado impregnado en los que el conductor eléctrico está aislado eléctricamente al enrollar cintas delgadas fabricadas de papel o, preferentemente, de un material laminar de papelpoliolefina (normalmente polipropileno) de múltiples capas. Entonces, se impregna completamente el aislamiento estratificado con un fluido que tiene una resistividad eléctrica elevada y una viscosidad predeterminada, cuya importancia se expondrá a continuación.

Como se documenta, por ejemplo, en el documento US 6.207.261, ejemplos de cables de energía eléctrica de CC (corriente continua) y de CA (corriente alterna) impregnados incluyen:

cable relleno de aceite autónomo (OF) impregnado con aceite aislante que tiene una viscosidad relativamente baja, suministrado desde un aparato de alimentación de aceite proporcionado en un extremo, o en ambos, de la línea del cable, de forma que se mantenga la capa aislante bajo una presión positiva por medio del aceite aislante; cable OF de tipo tubo de alta presión (POF) desplegado al insertar un alma del cable (conjunto de conductor/es y aislamiento del cable) en un tubo de acero instalado previamente, vaciar el tubo de acero y llenar el tubo de acero con un aceite aislante que tiene una viscosidad ligeramente superior a la del aceite aislante para el cable OF; cable de papel impregnado (o compacto) que está impregnado con un aceite aislante que tiene una mayor viscosidad que la del aceite aislante para el cable POF, cubierto por una vaina metálica.

Los cables de papel impregnado de corriente continua de alta tensión (HVDC) son especialmente útiles para un transporte de energía de larga distancia, especialmente a lo largo de líneas submarinas, como, por ejemplo, según el documento US 4.782.194 o el documento WO 99/33068. Además de las ventajas proporcionadas por el transporte de corriente continua (por ejemplo, pérdidas dieléctricas sistemáticamente reducidas) , los cables de HVDC no adolecen de una migración de fluido encontrada en los cables de papel impregnado de HVAC (corriente alterna de alta tensión) . Los cables impregnados con aceite de HVAC son normalmente de los tipos OF o POF mencionados anteriormente.

El documento GB 2.196.781 da a conocer composiciones conocidas para impregnar un aislamiento en capas para un cable de CC que tienen una viscosidad, a temperatura ambiente (20!C) , desde 10 hasta 500 cm2/s.

La etapa de impregnar el material laminar de papel-polipropileno con el fluido es crítica. En particular, se sumerge el alma del cable laminado semiacabado en el fluido y se deja que se asiente durante un periodo que dura, típicamente, aproximadamente 30 días para permitir que el fluido penetre incluso hasta las capas más internas radialmente del material laminar. Una penetración total y completa es de suma importancia para evitar una reducción significativa del rendimiento eléctrico. Durante la impregnación el material laminar aumenta de volumen hasta cierto punto, debiéndose el fenómeno principalmente al aumento de volumen de la capa de polipropileno. Tal aumento de volumen podría provocar una exfoliación. La posible separación de una capa de la otra, aunque sea parcial, tiene consecuencias sumamente graves sobre la funcionalidad del cable. Se han realizado esfuerzos para mejorar la adhesión entre el papel y el polipropileno para obtener un material laminar con una resistencia mejorada al aumento de volumen. Se consideraron características como la densidad y la permeabilidad del papel, la cristalinidad del polipropileno, un tratamiento especial en la fabricación del material laminar.

El uso de un fluido de alta viscosidad, como se utiliza generalmente para cables de papel impregnado, hace que el procedimiento de impregnación sea aún más crítico, como se explica a continuación en el presente documento.

La patente US nº 5.850.055 versa acerca de un cable eléctrico para tensiones altas y muy altas en el que los conductores están rodeados por un aislamiento estratificado impregnado con un fluido aislante, estando constituido dicho aislamiento por un material laminar de papel/polipropileno/papel en el que la capa central está formada por una película de polipropileno irradiada, es decir, una película de polipropileno irradiada con radiaciones ionizantes de

alta energía. El fluido aislante es un aceite que tiene una viscosidad muy baja, del orden de 0, 05-0, 15 cm2/s, y una resistividad de al menos 1016 ohmios/cm, tal como aceites minerales, alquilnaftalenos y alquilbencenos. El papel tiene una densidad baja, normalmente una densidad máxima de 0, 85 g/cm3, preferentemente desde 0, 65 hasta 0, 75 g/cm3. Típicamente, el papel tiene una impermeabilidad al aire que varía desde 10∀106 hasta 30∀106 unidades Emanueli (correspondientes a (unidad Gurley ∀ 455) /grosor del papel (mm) ) .

El cable dado a conocer por la patente mencionada anteriormente está impregnado con un aceite de baja viscosidad que no es adecuado para cables de papel impregnado.

El documento US 6.207.261 versa acerca de un papel laminado de aislamiento eléctrico que comprende una o dos hojas de un papel aislante kraft y una capa de película plástica de una resina de poliolefina integrada mediante extrusión por fusión, que ha sido calandrada o supercalandrada, por lo que el grosor total de la misma es desde 30 hasta 200 #m y la proporción de la capa de película plástica es desde un 40 hasta un 90%. Se comparan ejemplos de materiales laminares que comprenden papel con una densidad de 0, 70-0, 72 g/cm3 y una impermeabilidad al aire de 2.500-3.000 seg/100 ml con materiales laminares que comprenden papel con una densidad de 1, 09-1, 13 g/cm3 y una impermeabilidad al aire de al menos 100.000 seg/100 ml (correspondiente a 100.000 Gurley seg-1) . Se sometieron los materiales laminares a un ensayo de curado a una temperatura de 100!C en un aceite de alquilbenceno (un aceite aislante de baja viscosidad) que es utilizado en un cable OF durante 24 horas. Después del curado, se midió la fuerza adhesiva entre las capas de papel y la capa de polipropileno: las muestras comparativas que utilizaban papel de alta densidad y de impermeabilidad elevada al aire mostraron una fuerza adhesiva muy deficiente y experimentaron una exfoliación completa de las capas durante o después del baño por inmersión en el aceite de alquilbenceno.

Sumario de la invención El solicitante se ha enfrentado al problema de mejorar el rendimiento y la fiabilidad de cables de corriente continua de alta tensión y de muy alta tensión (denominados más adelante, colectivamente, de “alta tensión”, a no ser que se indique lo contrario) que tienen un aislamiento estratificado impregnado, en los que se lleva a cabo la impregnación utilizando un fluido aislante de alta viscosidad (viscosidad cinemática de al menos 10 cm2/s a 60!C) . Es conveniente utilizar un fluido aislante con tal viscosidad elevada en cables de CC y reduce la migración del fluido aislante en el material laminar impregnado como consecuencia de los ciclos térmicos a los que es sometido el cable de CC durante la operación. Una migración no controlada del fluido aislante puede provocar microcavidades en el aislamiento estratificado, con los riesgos consiguientes de descargas eléctricas y, por lo tanto, de una rotura del aislamiento.

Como ya se ha mencionado, una de las causas principales de la rotura de los cables de papel impregnado es el aumento de volumen del material laminar cuando hace contacto con el fluido aislante, en particular el aumento de volumen de la capa de polipropileno que es mucho más propensa a absorber los hidrocarburos contenidos en el fluido aislante que las capas de papel. El aumento de volumen del polipropileno puede causar finalmente una exfoliación:... [Seguir leyendo]

1. Un cable de corriente continua (CC) de alta tensión que comprende:

al menos un conductor eléctrico,

al menos una capa semiconductora,

al menos un aislamiento estratificado fabricado de enrollamientos de al menos un material laminar de papel

polipropileno, estando impregnado dicho aislamiento estratificado con al menos un fluido eléctricamente aislante,

en el que el al menos un fluido eléctricamente aislante tiene una viscosidad cinemática de al menos 10

cm2/s a 60!C; 10 en el que el material laminar incluye al menos una capa de papel que tiene una impermeabilidad al aire de al menos 100.000 Gurley seg-1.

2. El cable según la reivindicación 1, en el que el material laminar de papel-polipropileno tiene un aumento de volumen no superior a un 1%, preferentemente no superior a un 0, 2%, después de una inmersión del material laminar en un fluido aislante, que tiene una viscosidad cinemática de al menos 10 cm2/s a 60!C, a una temperatura de 120!C durante un tiempo de 240 horas.

3. El cable según la reivindicación 1, que comprende una capa semiconductora interna dispuesta entre el conductor y el aislamiento estratificado, y una capa semiconductora externa dispuesta entre la capa aislante y un blindaje metálico externo.

4. El cable según la reivindicación 1, en el que el al menos un material laminar de papel-polipropileno está 20 constituido por una capa central de polipropileno intercalada entre dos capas de papel.

5. El cable según la reivindicación 1, en el que la al menos una capa de papel tiene una impermeabilidad al aire entre 100.000 y 150.000 Gurley seg-1.

6. El cable según la reivindicación 1, en el que la al menos una capa de papel tiene una densidad de al menos 0, 9 g/cm3, preferentemente no superior a 1, 4 g/cm3.

7. El cable según la reivindicación 6, en el que la al menos una capa de papel tiene una densidad entre 0, 9 y 1, 2 g/cm3.

8. El cable según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el polipropileno está seleccionado de:

(a) homopolímeros termoplásticos de propileno;

(b) copolímeros termoplásticos de propileno con al menos un comonómero seleccionado de: etileno, 30 alfaolefinas que tienen desde 4 hasta 10 átomos de carbono.

9. El cable según la reivindicación 8, en el que, en el copolímero termoplástico (b) , el comonómero es etileno.

10. El cable según la reivindicación 9, en el que la cantidad total de etileno en el copolímero (b) esta entre un 0, 5 y un 10% en peso, más preferentemente entre un 0, 5 y un 5% en peso.

11. El cable según la reivindicación 1, en el que el homopolímero o copolímero de propileno tiene un valor de

índice de fluidez (MFI) de al menos 5 g/10’, más preferentemente desde 7 hasta 50 g/10’, medido a 230!C/2, 16 kg según ASTM D1238-04C.

12. El cable según la reivindicación 1, en el que el homopolímero o copolímero de polipropileno tiene un valor de entalpía de fusión de al menos 100 J/g, medido mediante calorimetría de exploración diferencial (DSC) según el estándar ASTM D3417-83.

13. El cable según la reivindicación 12, en el que la entalpía de fusión del homopolímero o copolímero de polipropileno es igual o inferior a 135 J/g, preferentemente desde 105 hasta 110 J/g.

14. El cable según la reivindicación 1, en el que el polipropileno tiene un valor de aumento de volumen, medido como un aumento porcentual del peso, cuando se sumerge en un fluido aislante T2015 a 90!C durante 168 horas, no superior a un 10%.

15. El cable según la reivindicación 1, en el que el al menos un fluido eléctricamente aislante tiene una viscosidad de al menos 10 cm2/s a 60!C, preferentemente entre 11 y 12 cm2/s a 60!C según ASTM .

44. 09 (2000) .

16. El cable según la reivindicación 1, en el que el material laminar de papel-polipropileno tiene un grosor total que varía desde 50 hasta 300 #m, preferentemente desde 70 hasta 200 #m.

17. El cable según la reivindicación 1, en el que la capa de polipropileno tiene un grosor que varía desde un 35% hasta un 75%, preferentemente desde un 50 hasta un 65%, del grosor total del material laminar.