Cable de energía con resistencia dieléctrica estabilizada.

Cable que comprende al menos un conductor eléctrico y al menos una capa de aislamiento eléctrico que rodea dicho conductor eléctrico,

en la que la al menos una capa de aislamiento eléctrico comprende:

(a) un material polimérico termoplástico seleccionado de:

- al menos un copolímero (i) de propileno con al menos un comonómero de olefina seleccionado de etileno y una α-olefina distinta de propileno, presentando dicho copolímero un punto de fusión mayor que, o igual a, 130º C y una entalpía de fusión de 20 J/g a 90 J/g;

- una mezcla de al menos un copolímero (i) con al menos un copolímero (ii) de etileno con al menos una α- olefina, presentando dicho copolímero (ii) una entalpía de fusión de 0 J/g a 70 J/g;

- una mezcla de al menos un homopolímero de propileno con al menos un copolímero (i) o copolímero (ii);

siendo al menos uno del copolímero (i) y copolímero (ii) un copolímero heterofásico;

(b) al menos un fluido dieléctrico íntimamente mezclado con el material polimérico termoplástico;

(c) al menos un retardante de arborescencia acuoso seleccionado de ácidos grasos etoxilados y derivados de amida de los mismos.

Cable de energía con resistencia dieléctrica estabilizada Antecedentes de la invención La presente invención se refiere a un cable de energía. De forma particular, la presente invención se refiere a un cable para el transporte o distribución de energía eléctrica, especialmente energía eléctrica de medio y alto voltaje, dicho cable presenta al menos una capa de aislamiento eléctrico termoplástica.

Cables para el transporte de energía eléctrica incluyen, por lo general, al menos un núcleo de cable. El núcleo del cable está formado normalmente por al menos un conductor cubierto secuencialmente con una capa polimérica interna que presenta propiedades semiconductoras, una capa polimérica intermedia que presenta propiedades aislante eléctricas, una capa polimérica exterior que presenta propiedades semiconductoras. Cables para el transporte de energía eléctrica de media o alta tensión incluyen por lo general al menos un núcleo de cable rodeado por al menos una capa pantalla, de forma típica hecha de metal o de metal y material polimérico. La capa pantalla pueden estar hecha en forma de alambres (trenzas) , de una cinta helicoidalmente enrollada en torno al núcleo de cable o una hoja que rodea longitudinalmente el núcleo del cable. Las capas poliméricas que rodean el al menos un conductor están hechas habitualmente de un polímero reticulado basado en poliolefina, en particular polietileno reticulado (XLPE) o copolímeros de etileno/propileno elastomérico (EPR) o de etileno/propileno/dieno (EPM) , también reticulado, como se divulga, por ejemplo, en el documento WO 98/52197.

Para cumplir requerimientos de materiales que no deberían ser dañinos para el ambiente tanto durante la producción como durante el uso, y que deberían ser reciclables al final de la vida del cable, se han desarrollado recientemente cables de energía que presenta un núcleo de cable hecho de materiales termoplásticos, es decir, materiales poliméricos que no están reticulados y así se pueden reciclar al final de la vida del cable.

A este respecto, los cables eléctricos que comprenden al menos una capa de recubrimiento, por ejemplo, la capa de aislamiento, basada en una matriz de polipropileno mezclada íntimamente con un fluido dieléctrico se conocen y divulgan en los documentos WO 02/03398, WO 02/27731, WO 04/066317, WO 04/066318, WO 07/048422, y WO 08/058572. La matriz de polipropileno útil para este tipo de cables comprende homopolímero o copolímero de polipropileno o ambos, caracterizado por una cristalinidad relativamente baja tal que proporciona el cable con flexibilidad adecuada, pero no para dotar propiedades mecánicas y resistencia a la termopresión en la operativa del cable y temperatura de sobrecarga. El rendimiento del recubrimiento del cable, especialmente de la capa de aislamiento del cable, es también ayudado por la presencia del fluido dieléctrico mezclado íntimamente con dicha matriz de polipropileno. El fluido dieléctrico debería no afectar a las propiedades mecánicas citadas y resistencia a la termopresión y debería mezclarse de forma íntima y homogénea con la matriz polimérica.

Se requieren de forma creciente por normas internacionales rendimientos de cable cada vez más rigurosos a largo plazo, especialmente para aplicación en medio y alto voltaje, tanto por razones de seguridad como económicas.

Uno de los fenómenos principales de posible aceleración del envejecimiento del cable y acortamiento de la vida útil del mismo es la denominada "arborescencia acuosa" provocada por la penetración de la humedad en capas de cable, especialmente en capas semiconductoras y de aislamiento. La penetración de humedad y la arborescencia acuosa consecuente son frecuentemente facilitadas por huecos, defectos (incluso micro-defectos) y contaminantes presentes en las capas.

En el campo de los cables de energía que presentan como capa aislante una composición de poliolefina reticulada, tal como polietileno reticulado (XLPE) o copolímeros de etileno/propileno elastomérico reticulado (EPR) o de etileno/propileno/dieno (EPDM) , es conocido, con el fin de evitar la arborescencia acuosa y las consecuencias dañinas de la misma para añadir al material que forma la capa de aislamiento pequeñas cantidades de aditivos comúnmente conocidos como "retardantes de arborescencia acuosa", que deberían ser capaces de impedir el crecimiento de arborescencia acuosa y promover la retención de la rigidez dieléctrica y, como una consecuencia, la longevidad del cable.

Se conocen diversos tipos de retardantes de arborescencia acuosos. Por ejemplo, el documento US 4.370.517 ayuda a suprimir la generación de arborescencia acuosa en el aislante de maquinaria eléctrica, tal como cables, etc. mediante incorporación en el aislante que rodea un conductor eléctrico de un contenido en grupo éster especificado. Se pueden usar diversas fuentes de grupos éster. A saber, sales o ésteres de ácidos grasos se pueden incorporar en la poliolefina. Como el ácido graso se puede usar ácido esteárico, ácido sebácico o ácido adipato, pero los especialistas en la técnica encontrarán que cualquier ácido graso y preferiblemente aquellos de 6 a 31 átomos de carbono son adecuados, siendo el punto esencial la presencia del grupo éster propiamente en la composición de la poliolefina. Ejemplos de sales de ácido graso adecuados son estearato de cadmio, estearato de plomo, estearato de cinc y estearato de litio. Ésteres adecuados son ésteres de ácidos grasos anteriores y un poliol o glicol. Polioles preferidos contienen 5 ó 6 átomos de carbono. El glicol, por ejemplo, polietilenglicol puede contener de 2 a 46 átomos de carbono. Ejemplos específicos de los ésteres incluyen diestearato de polietilenglicol, adipato de

polipropileno, sebacato de polipropileno, monoglicérido de ácido esteárico, trioleato de sorbitán, triestearato de sorbitán, triestearato de polioxietilensorbitán, etc.

De forma alternativa de acuerdo con el mismo documento US 4.370.517, el grupo éster se puede introducir directamente en la cadena polimérica de poliolefina a través del uso de un copolímero basado predominantemente en poliolefina que contiene como un comonómero un monómero que contiene un grupo éster, por ejemplo, copolímero de etileno-acetato de vinilo (en adelante EVA) , copolímero de etileno-acrilato de etileno (en adelante EEA) , copolímero de etileno-acrilato de metilo (en adelante EMA) , copolímero de etileno-metacrilato de metilo y mezclas de cada uno de ellos.

El documento US 4.305.849 se refiere a una composición de poliolefina mucho menos vulnerable al deterioro que se presenta como huecos dendroides cuando se usa como un aislante eléctrico de cabes de alta tensión que son operados bajo agua. En particular este documento muestra una composición de poliolefina para aislamiento eléctrico que comprende poliolefina o poliolefina reticulada y una pequeña cantidad de polietielenglicol de alto peso molecular. Polietielenglicol de alto peso molecular que caracteriza esta invención se seleccionó de una serie que varía de 1.000 a 20.000 en peso molecular.

El documento EP 0 814 485 se refiere a una composición de aislante eléctrico mejorada que mantiene altos valores de rigidez dieléctrica en el tiempo, con la minimización de la formación de arborescencia acuosa. Se puede obtener mejor resistencia arborescencia acuosa usando aditivos en los que la parte hidrófila está constituida por unidades polares, preferiblemente unidades de óxido de alquileno lineales y, más preferiblemente, óxido de etileno. En una realización preferida la porción compatible está hecha de unidades alifáticas, aromáticas o de baja polaridad; preferiblemente un óxido de alqueno impedido, y más preferiblemente la parte compatible es óxido de propileno. Lo más preferiblemente el aditivo es un copolímero de bloques de óxido de etileno/óxido de propileno.

El documento WO 2010/072396 se refiere a un procedimiento para la preparación de composición polimérica mezclando una mezcla madre que comprende al menos un aditivo retardante de arborescencia acuoso y una poliolefina y el uso de dicha composición polimérica para la producción de un artículo, preferiblemente un cable. Dichas mezclas madre comprenden preferiblemente uno o más aditivo (s) retardantes de arborescencia acuosos seleccionados del grupo constituido, entre otros, por un polietilenglicol (es) , un grupo amido que contiene éster (es) de ácido graso, un ácido (s) graso etoxilado y/o propoxilado.

A pesar de la cita de una variedad de materiales poliméricos adecuados para capas de aislamiento o semiconductoras, ninguno de los documentos de la técnica anterior dan con el problema de inhibir el crecimiento de arborescencia acuosa y con la mejora... [Seguir leyendo]

1. Cable que comprende al menos un conductor eléctrico y al menos una capa de aislamiento eléctrico que rodea dicho conductor eléctrico, en la que la al menos una capa de aislamiento eléctrico comprende:

(a) un material polimérico termoplástico seleccionado de: -al menos un copolímero (i) de propileno con al menos un comonómero de olefina seleccionado de etileno y una -olefina distinta de propileno, presentando dicho copolímero un punto de fusión mayor que, o igual a, 130º C y una entalpía de fusión de 20 J/g a 90 J/g;

- una mezcla de al menos un copolímero (i) con al menos un copolímero (ii) de etileno con al menos una 10 olefina, presentando dicho copolímero (ii) una entalpía de fusión de 0 J/g a 70 J/g; -una mezcla de al menos un homopolímero de propileno con al menos un copolímero (i) o copolímero (ii) ; siendo al menos uno del copolímero (i) y copolímero (ii) un copolímero heterofásico;

(b) al menos un fluido dieléctrico íntimamente mezclado con el material polimérico termoplástico;

(c) al menos un retardante de arborescencia acuoso seleccionado de ácidos grasos etoxilados y derivados de amida 15 de los mismos.

2. Cable de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el copolímero (i) es un copolímero de propileno/etileno.

3. Cable de acuerdo con la reivindicación 1, en el que en el copolímero (i) o copolímero (ii) o ambos, cuando sean heterofásicos, está presente una fase elastomérica en una cantidad igual o mayor de 45% en peso respecto al peso total del copolímero.

4. Cable de acuerdo con la reivindicación 1, en la que el copolímero (i) presenta una entalpía de fusión de 25 J/g a 80 J/g.

5. Cable de acuerdo con la reivindicación 1, en la que el copolímero (ii) presenta una entalpía de fusión de 10 J/g a 30 J/g.

6. Cable de acuerdo con la reivindicación 1, en la que la relación en peso entre el al menos un fluido dieléctrico (b) y 25 el material polimérico termoplástico (a) puede ser de 1:99 a 25:75.

7. Cable de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el retardante de arborescencia acuosa (c) es un ácido graso etoxilado de fórmula la:

** (Ver fórmula) **

en la que R1 es un residuo de ácido graso C6-C31, y n es un número entero de 4 a 25.

8. Cable de acuerdo con la reivindicación 7, en el que R1 es un residuo de ácido graso C8-C25.

9. Cable de acuerdo con la reivindicación 7, en la que el ácido graso etoxilado es seleccionado de: etoxilato de ácido esteárico, etoxilato de ácido láurico, etoxilato de ácido oleico, etoxilato de ácido mirístico, etoxilato de ácido graso de coco, etoxilato de ácido palmítico, etoxilato de ácido linoleico, etoxilato de ácido linolénico, etoxilato de ácido graso de sebo, etoxilato de ácido sebácico, etoxilato de ácido azelaico o mezclas de los mismos.

10. Cable de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el retardante de arborescencia acuosa (c) es un derivado de amida de ácido graso etoxilato de fórmula 1b:

** (Ver fórmula) **

en la que R1 es un residuo de ácido graso C6-C31, y n es un número entero de 4 a 25.

11. Cable de acuerdo con la reivindicación 10, en la que R1 es un residuo de ácido graso C8-C25.

12. Cable de acuerdo con la reivindicación 10, en la que el derivado de amida es seleccionado de: etoxilato de estearoiletanolamida, etoxilato de laurilamida, etoxilato de oleilamida, etoxilato de miristilamida, etoxilato de 12

monoestanolamida de coco, etoxilato de elaidilamida, etoxilato de sebacoilamida, etoxilato de azelaoilamida o mezclas de los mismos.

13. Cable de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho al menos un retardante de arborescencia acuoso (c) está presente en una cantidad de 0, 05 a 2% en peso respecto al peso total de la capa aislante.

14. Cable de acuerdo con la reivindicación 13, en el que dicho al menos un retardante de arborescencia acuoso (c) está presente en una cantidad de 0, 1 a 1% en peso respecto al peso total de la capa aislante.

15. Cable de acuerdo con la reivindicación 1 que presenta al menos una capa semiconductora que comprende al menos un retardante de arborescencia acuoso (c) .