Cable de energía que tiene una capa termoplástica eléctricamente aislante estabilizada frente a la tensión.

Un cable que comprende al menos un conductor eléctrico y al menos una capa eléctricamente aislante que rodea a dicho conductor eléctrico,

en el que la al menos una capa eléctricamente aislante comprende:

(a) un material de polímero termoplástico seleccionado entre:

• al menos un copolímero (i) de propileno con al menos un comonómero de olefinas seleccionado entre etileno y una α-olefina distinta del propileno, teniendo dicho copolímero un punto de fusión superior o igual a 130 ºC y una entalpía de fusión de entre 20 J/g y 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, teniendo dicho copolímero (ii) una entalpía de fusión de entre 0 J/g y 70 J/g;

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

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

(b) al menos un fluido dieléctrico mezclado íntimamente con el material polimérico termoplástico, siendo dicho al menos un fluido dieléctrico un fluido dieléctrico aromático que tiene una relación de número de átomos de carbono aromáticos a número total de átomos de carbono superior o igual a 0,3;

(c) al menos un estabilizante de la tensión seleccionado entre benzofenonas sustituidas y aminas impedidas.

Cable de energía que tiene una capa termoplástica eléctricamente aislante estabilizada frente a la tensión Campo de la invención La presente invención se refiere a un cable de energía. En particular, la presente invención se refiere a un cable para el transporte o distribución de energía eléctrica, en especial energía eléctrica de tensión media o alta tensión, teniendo dicho cable al menos una capa termoplástica eléctricamente aislante.

Los cables para el transporte de energía eléctrica en general incluyen al menos un núcleo de cable. El núcleo de cable normalmente está formado por al menos un conductor cubierto secuencialmente por una capa polimérica interna que tiene propiedades semiconductoras, una capa polimérica intermedia que tiene propiedades de aislamiento eléctrico, y una capa polimérica externa que tiene propiedades semiconductoras. Los cables para el transporte de energía eléctrica de tensión media o alta tensión en general incluyen al menos un núcleo de cable rodeado por al menos una capa de apantallamiento, normalmente fabricada de metal o de metal y material polimérico. La capa de apantallamiento puede estar en forma de cables (trenzas) , de cinta tejida helicoidalmente en torno al núcleo del cable o de lámina que rodea longitudinalmente el núcleo del cable. Las capas poliméricas que rodean el al menos un conductor normalmente están fabricadas de un polímero reticulado a base de poliolefina, en particular polietileno reticulado (XLPE) , o copolímeros elastoméricos de etileno/propileno (EPR) o de etileno/propileno/dieno (EPDM) , también reticulados, como se desvela, por ejemplo, en el documento WO 98/52197. La etapa de reticulación, realizada después de la extrusión del material polimérico sobre el conductor, dota al material de propiedades mecánicas y eléctricas satisfactorias incluso a altas temperaturas tanto durante uso continuo como con sobrecarga de corriente.

Para abordar los requerimientos de los materiales que no deben ser perjudiciales para el entorno tanto durante la producción como durante su uso, y que deben ser reciclables al final de la vida útil del cable, recientemente se han desarrollado cables de energía que tienen un núcleo de cable fabricado de manteles termoplásticos, es decir, materiales poliméricos que no están reticulados y así se pueden reciclar al final de la vida útil del cable.

En este sentido, cables eléctricos que comprenden al menos una capa de recubrimiento, por ejemplo la capa de aislamiento, a base de una matriz de polipropileno mezclada íntimamente con un fluido eléctrico se conocen y se describen 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 un homopolímero o un copolímero de polipropileno o ambos, caracterizada por una cristalinidad relativamente baja para así dotar al cable de la flexibilidad adecuada, pero no perjudicar las propiedades mecánicas y la resistencia de termopresión a las temperaturas operativas y de sobrecarga del cable. El comportamiento del recubrimiento del cable, en particular de la capa aislante del cable, también se ve afectada por la presencia de fluido dieléctrico mezclado íntimamente con dicha matriz de polipropileno. El fluido dieléctrico no debe afectar a las propiedades mecánicas y a la resistencia de termopresión mencionadas y debe ser tal que se mezcle de forma íntima y homogénea con la matriz polimérica.

En el campo de los cables de energía que tienen como capa aislante una composición de poliolefina reticulada, tal como polietileno reticulado (XLPE) o copolímeros elastomérico reticulados de etileno/propileno (EPR) o de etileno/propileno/dieno (EPDM) , se sabe que para mejorar el rendimiento eléctrico, en particular la resistencia dieléctrica, se han de añadir pequeñas cantidades de aditivos al material que forma la capa aislante, conocidos como "estabilizantes de la tensión", que deben ser capaces de reducir los efectos perjudiciales sobre la resistencia dieléctrica provocados por defectos tales como vacíos, protrusiones, y contaminantes, que normalmente se forman en la capa aislante durante la extrusión.

Por ejemplo, la solicitud de patente internacional WO 01/08166 se refiere a cables eléctricos que tienen al menos una capa de cobertura aislante a base de poliolefina, en particular fabricada a partir de XLPE, que comprende al menos un estabilizante de la tensión que es una benzofenona sustituida con al menos un grupo seleccionado entre alquilo, arilalquilo y alquilarilo, en el que dicho grupo: a) está unido a un anillo fenilo de la benzofenona directamente o a través de un puente de oxígeno (-O-) ; b) contiene, opcionalmente, uno o más fuentes de oxígeno (-O-) ; y c) está opcionalmente unido a un anillo fenilo de al menos otro grupo benzofenona, siempre que cuando dicho al menos un grupo sea un alquilo, opcionalmente sustituido, el átomo de carbono de dicho alquilo que está unido directamente a un anillo fenilo de dicha benzofenona sea terciario. Los derivados de benzofenona anteriores son esencialmente inertes hacia los agentes de reticulación usados habitualmente, tales como peróxidos orgánicos, evitando así fenómenos de inhibición de la reacción de reticulación y/o la alteración o destrucción del propio aditivo durante el procedimiento de reticulación.

La patente de Estados Unidos nº 4.870.121 se refiere a un artículo, o aparato, usado en aplicaciones de alta tensión (HV) , el aparato que incluye un material dieléctrico polimérico no expuesto normalmente a la luz del sol. El material dieléctrico comprende un estabilizante de luz ultravioleta (UV) presente en una cantidad suficiente para retrasar la degradación del material polimérico resultante de la radiación UV producida por el campo eléctrico generado en el aparato y extendiendo así el tiempo hasta la iniciación de las arborescencias eléctricas en el material dieléctrico. La resistencia a las arborescencias se promueve y se potencia al reducir la concentración de oxígeno en el material. El

aparato puede ser uno seleccionado del grupo que consiste en cables soterrados, cables submarinos, conmutadores, transformadores, capacitadores y otros equipos de HV, cuyo aislamiento normalmente no queda expuesto a la luz del sol. El material dieléctrico polimérico incluido en el aparato preferentemente es uno seleccionado del grupo que comprende: poliolefinas tales como polietileno de baja densidad, o terpolímero de etileno-propileno-dieno (EPDM) , cauchos de etileno-propileno y resinas epoxi. El estabilizante de luz ultravioleta se selecciona del grupo que comprende: benzotriazoles, estabilizantes de luz de aminas impedidas, quelatos de níquel y benzofenonas sustituidas.

Sumario de la invención El Solicitante se ha enfrentado al problema de mejorar el comportamiento eléctrico de los cables de energía, en particular en términos de resistencia a la ruptura dieléctrica, en particular para aplicaciones de transmisión de energía de alta tensión (HV) , que tienen un recubrimiento termoplástico a base de polipropileno mezclado íntimamente con un fluido dieléctrico, como capa de aislamiento eléctrico.

Para resolver el problema anterior, el Solicitante ha considerado la posibilidad de suplementar la capa eléctricamente aislante con un aditivo que actúe como estabilizante de la tensión, sin influir en las demás propiedades del material aislante y en particular sin afectar negativamente al delicado equilibrio de propiedades conseguido por la combinación del polímero termoplástico con el fluido dieléctrico.

El Solicitante ha comprobado que la adición de un estabilizante de la tensión seleccionado entre benzofenonas sustituidas y aminas impedidas a una capa eléctricamente aislante a base de un material polimérico termoplástico mezclado íntimamente con un fluido dieléctrico puede conseguir los objetivos buscados, y otros, cuando el fluido dieléctrico es un fluido dieléctrico aromático que tiene una relación de número de átomos de carbono aromáticos a número total de átomos de carbono superior o igual a 0, 3.

Sin estar ligado a ninguna teoría para explicar la presente invención, se cree que los compuestos anteriores son particularmente eficaces como estabilizantes de la tensión para materiales de aislamiento eléctrico a base de polipropileno puesto que son muy solubles en el fluido dieléctrico aromático como se ha definido anteriormente, por tanto son capaces de migrar a través del material aislante aprovechando el fluido dieléctrico como medio, para alcanzar y rellenar los defectos microscópicos responsables de la ruptura eléctrica prematura.

Por tanto, de acuerdo con un primer aspecto, la presente invención se... [Seguir leyendo]

1. Un cable que comprende al menos un conductor eléctrico y al menos una capa eléctricamente aislante que rodea a dicho conductor eléctrico, en el que la al menos una capa eléctricamente aislante comprende:

(a) un material de polímero termoplástico seleccionado entre:

al menos un copolímero (i) de propileno con al menos un comonómero de olefinas seleccionado entre etileno y una -olefina distinta del propileno, teniendo dicho copolímero un punto de fusión superior o igual a 130 ºC y una entalpía de fusión de entre 20 J/g y 90 J/g; una mezcla de al menos un copolímero (i) con al menos un copolímero (ii) de etileno con al menos una olefina, teniendo dicho copolímero (ii) una entalpía de fusión de entre 0 J/g y 70 J/g; una mezcla de al menos un homopolímero de propileno con al menos un copolímero (i) o un copolímero (ii) ;

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

(b) al menos un fluido dieléctrico mezclado íntimamente con el material polimérico termoplástico, siendo dicho al menos un fluido dieléctrico un fluido dieléctrico aromático que tiene una relación de número de átomos de carbono aromáticos a número total de átomos de carbono superior o igual a 0, 3;

(c) al menos un estabilizante de la tensión seleccionado entre benzofenonas sustituidas y aminas impedidas.

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

3. El cable de acuerdo con la reivindicación 1, en el que, en el copolímero (i) o en el copolímero (ii) o en ambos, cuando son heterofásicos, hay presente una fase elastomérica en una cantidad igual o superior al 45 % en peso con respecto al peso total del copolímero.

4. El cable de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el copolímero (i) tiene una entalpía de fusión de entre 25 J/g y 80 J/g.

5. El cable de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el copolímero (ii) tiene una entalpía de fusión de entre 10 J/g y 30 J/g.

6. El cable de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el al menos un fluido dieléctrico (b) tiene una relación de número de átomos de carbono aromáticos a número total de átomos de carbono de entre 0, 4 y 0, 9.

7. El cable de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el al menos un fluido dieléctrico tiene un punto de anilina igual o inferior a 50 ºC.

8. El cable de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el al menos un fluido dieléctrico es seleccionado entre: aceites aromáticos monocíclicos; aceites aromáticos policíclicos condensados o no condensados; aceites aromáticos heterocíclicos que contienen al menos un heteroátomo seleccionado entre oxígeno, nitrógeno o azufre; estando dichos restos aromáticos mono, poli o heterocíclicos sustituidos con al menos un grupo alquilo C1-C20; y sus mezclas.

9. El cable de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el al menos un estabilizante de la tensión (c) es seleccionado entre: 2, 2'-dihidroxi-4, 4'-diacriloxibenzofenona, 2, 4-dihidroxi-benzofenona, 4, 4'-dihidroxi-benzofenona, 2, 2'-dihidroxi-4, 4'-dimetoxibenzofenona, 2, 2'-dihidroxi-4-metoxibenzofenona, 4, 4'-dimetoxibenzofenona, 2, 4'dimetilbenzofenona, 3, 4'-dimetilbenzofenona, 3, 4-dimetilbenzofenona, 2, 5-dimetilbenzofenona, 4, 4'dimetilbenzofenona, 2-hidroxi-4-metoxibenzofenona, 2-hidroxi-4-metoxifenil-benzofenona, 2-hidroxi-4acrlyoxibenzofenona, 2-hidroxi-4-octiloxi-benzofenona, 2-hidroxi-4-aliloxibenzofenona, 2, 3, 4, 4'tetrahidroxibenzofenona, 2, 2', 4, 4'-tetrahidroxibenzofenona, 2, 2', 4-tri-hidroxibenzofenona, 2, 3, 4'-trihidroxibenzofenona, 2, 4, 4'-trihidroxi-benzofenona, 2, 4, 6-trihidroxibenzofenona, 2, 3, 4-trimetoxibenzofenona, 2, 4, 5-trimetoxibenzofenona, 2, 4, 6-trimetoxibenzofenona, y sus mezclas.

10. El cable de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el al menos un estabilizante de la tensión (c) es seleccionado entre benzofenonas 2-sustituidas.

11. El cable de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el al menos un estabilizante de la tensión (c) es seleccionado entre hidroxi-benzofenonas.

12. El cable de acuerdo con la reivindicación 11, en el que el al menos un estabilizante de la tensión es seleccionado entre 2-hidroxi-benzofenonas.

13. El cable de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el al menos un estabilizante de la tensión (c) es seleccionado entre aminas impedidas.

14. El cable de acuerdo con la reivindicación 13, en el que el al menos un estabilizante de la tensión (c) es seleccionado entre: sebacato de bis (2, 2, 6, 6-tetrametil-4-piperidilo) ; poli[[6-[ (1, 1, 3, 3-tetra-metilbutil) amino]-1, 3, 5

triazina-2, 4-diil][ (2, 2, 6, 6-tetrametil-4-piperidinil) imino]-1, 6-hexanodiil