Proceso y equipo de producción de núcleo de material compuesto con matriz termoplástica para conductor de línea de transmisión eléctrica reciclable y térmicamente estable.

Proceso de producción de núcleo de material compuesto con matriz termoplástica para cables de líneas de transmisión eléctrica con la incorporación de fibras y estructuras de refuerzo usando pultrusión,

donde

a) se usa una estructura a base de fibras textiles termoplásticas para modificar la estructura del núcleo; y

b) el material que constituye la matriz del núcleo termoplástico se forma en un proceso de polimerización de apertura de anillo de oligómeros y mezclas de los mismos que tienen una viscosidad de fusión inferior a 1 Pa.s; y

c) la estructura del núcleo y las propiedades de los materiales se pueden modificar mediante transreacciones en fase de fusión, que pueden producirse bien durante el proceso de pultrusión o durante el proceso de fusión usado para el reciclaje del material del núcleo;

caracterizado por que, mediante la adición del 0,5 al 5 % en peso, ventajosamente del 1 al 2 % en peso, de nanocarga en comparación con el peso de los materiales usados para la polimerización de apertura de anillo, se reducen sustancialmente la velocidad de combustión del núcleo y el valor máximo de la misma .

Proceso y equipo de producción de núcleo de material compuesto con matriz termoplástica para conductor de línea de transmisión eléctrica reciclable y térmicamente estable Alcance El campo de la invención se refiere a un nuevo conductor resistente al calor y reciclable para líneas de transmisión eléctrica que tiene un núcleo de soporte de carga de material compuesto fabricado mediante pultrusión usando una matriz de polímero termoplástico, mediante polimerización in situ de los monómeros y/u oligómeros cíclicos de la matriz polimérica, opcionalmente en presencia de polímeros con tendencia a sufrir transreacciones en fase fundida, con refuerzos que consisten en un módulo elevado y fibras de refuerzo, opcionalmente, estructuras textiles hechas de dichas fibras, que están orientadas principalmente a lo largo del eje del núcleo. La invención se refiere al/a los proceso/s destinado/s a la producción continua de dicho núcleo del conductor.

Estado de la técnica

La demanda de energía eléctrica muestra una tendencia creciente en todo el mundo. La construcción de nuevas líneas de transmisión es muy cara, y la obtención de permisos para nuevas líneas se hace cada vez más difícil en Europa. Por lo tanto, los proveedores de energía tratan principalmente de aumentar la capacidad de las líneas de transmisión existentes, que se encuentran muy sobrecargadas.

Hay básicamente dos tecnologías para aumentar la capacidad de transmisión:

El aumento del nivel de tensión mediante el uso de nuevos tipos de crucetas con aisladores de material compuesto (la actualización, por ejemplo, de 66 kV a 220 kV) . La sustitución del cable de ACSR (acero conductor de aluminio reforzado) tradicional que funciona a 80-85 ºC

con nuevos tipos de cable que funcionan a 190-200 ºC.

La invención ofrece una solución ecológica a la denominada tecnología de sustitución de conductores más barata y fácil de implantar. La importancia de esto se ve reforzada por el hecho de que la mayoría de los cortes están causados por el fallo de los conductores de la línea de transmisión. Las roturas de los conductores por salto de corriente de las cadenas de los aisladores son especialmente frecuentes durante ciertos fenómenos meteorológicos tales como las tormentas, la formación de hielo durante el enfriamiento brusco tras períodos de calentamiento, que, hoy en día, son algo habitual en lugar de excepcional.

Es bien sabido que la mayoría de los conductores de líneas de transmisión de ACSR tradicionales más extendidos mencionados anteriormente consisten en núcleo de acero recubierto de cinc o aluminio y cable de alambre de aluminio a su alrededor. El primero es el elemento de soporte de carga, mientras que el segundo es responsable del transporte de la corriente.

La distancia entre los polos de la línea de transmisión está determinada por varios factores tales como el alargamiento del núcleo de acero, la combadura del conductor, el peso del conductor, y la carga del viento y del hielo. El hecho de que la red de transmisión apenas se pueda mantener al ritmo de la creciente demanda de electricidad, y el hecho de que haya serias limitaciones para el desarrollo de redes (sobre todo en las zonas densamente pobladas, donde la tierra disponible es escasa y cara, y las distancias de seguridad están determinadas por patrones) instan a los proveedores de servicios y a las autoridades a aumentar la capacidad de transporte de las líneas de transmisión existentes. Un método para ello es el aumento del diámetro del conductor, el otro es el aumento de la temperatura de funcionamiento del conductor. Ambos métodos tienen sus limitaciones. El aumento del diámetro se traduce en un mayor peso, con todas sus consecuencias (el aumento de la combadura y el aumento de la carga de los polos) . Se puede lograr cierta mejora si los conductores tienen una sección transversal trapezoidal en lugar de circular, ya que se mejora el embalaje, pero dicha mejora es limitada. Por lo general, la temperatura de funcionamiento de los conductores de ACSR tradicionales se limita a 80 ºC, a veces a 90 ºC, por el hecho de que, a mayor temperatura, la estructura cristalina del conductor estirado en frío sufre una transformación (atemperado) , que conduce a una reducción de la resistencia. Esto se puede contrarrestar, en cierto modo, si los conductores de aluminio atemperados se usan en combinación con núcleos de soporte de carga de cable de acero (ACSS = conductor de aluminio soportado por acero, la solución de la compañía BICC) , pero en este caso, debido al componente de aluminio más débil, se ejerce una carga aún mayor sobre el núcleo de acero. De nuevo, se ofrece otra solución mediante el reemplazo del aluminio por la aleación de Al3Zr resistente al calor (por ejemplo, cable de invar producido por la empresa conjunta de Furukawa y Fujikura, Japón) , pero este material es mucho más caro. Se puede consultar una buena revisión de las posibilidades de construcción de cables que consisten en componentes puramente metálicos en el sitio Web de la compañía Southwire (www.southwire.com, F. Ridley Thrash Jr.: "Transmission Conductors -A review of the design and selection criteria") .

Un problema adicional relacionado con las combinaciones de acero/aluminio es que, a pesar del recubrimiento de cinc o aluminio del núcleo de acero, se produce corrosión galvánica entre el núcleo de acero y el conductor de cable de aluminio que hay en torno al mismo, lo que conduce a la reducción de la vida útil del cable tradicional.

El reemplazo del acero por cualquier otro material que tenga capacidad de carga mecánica específica más alta (por ejemplo, resistencia a la tracción específica = resistencia dividida entre la densidad) que la del acero promete ventajas. La aplicación de materiales compuestos poliméricos en lugar del acero parece ser especialmente ventajosa a este respecto. La sustitución del núcleo de acero con materiales compuestos se ve apoyada por el hecho de que es posible la fabricación de varillas de material compuesto mediante tecnologías de pultrusión. En este caso, el refuerzo es generalmente algún tipo de fibra (fibra de vidrio, fibra de carbono, fibra de aramida, fibra de basalto o similar) , que se encuentra incrustada axial y unidireccionalmente en la mayoría de los sistemas de resina termoendurecible (de reticulación) .

Suponiendo este tipo de disposición de fibras, la fracción en volumen del refuerzo fibroso puede alcanzar incluso el 65 % en volumen. Se supone que la matriz formada durante el proceso de reticulación (curado) incrusta las fibras de refuerzo de forma individual, para fijarlas y protegerlas de impactos externos. El papel de la superficie de contacto (interfase) entre la fibra de refuerzo y la matriz transmite la carga desde la matriz "débil" a las fibras de soporte de carga "fuertes". La disposición axial y unidireccional de las fibras en modelos de pultrusión es especialmente favorable para los núcleos de soporte de carga de los núcleos de los conductores de transmisión, donde las propiedades tensionales desempeñan el papel más importante. Por lo tanto, no es posible sugerir varillas sometidas a pultrusión que contengan carbono u otro refuerzo de fibra para los núcleos de conductores de transmisión.

Los cables que contienen núcleos de material compuesto se han descrito en varias patentes. La compañía 3M ha presentado varias patentes (por ejemplo, los documentos US6180232, US6245425, US6336495, US6447927, US6460597, US7093416) para cables que contienen conductores de aluminio reforzados con fibra de óxido de aluminio (alúmina) (ACCR = conductor de aluminio reforzado con material compuesto) ; véase el sitio Web http://solutions.3m.com/wps/portal/3M/en_US/EMD_ACCR/ACCR_Home (abril de 2008) . El uso del núcleo de material compuesto de alúmina y el conductor de aleación de Al-Zr reduce el peligro de la corrosión y aumenta la temperatura de uso continuo hasta 210 ºC, pero la reducción de la densidad no es tan elevada como en el caso de los núcleos de materiales compuestos poliméricos y el precio es bastante alto (6-8 veces superior al de los cables de ACSR) . El documento US7093416 menciona núcleos de material compuesto con matrices poliméricas bien termoendurecibles o termoplásticas, pero, en la actualidad, no hay ninguna enseñanza relativa a las matrices termoplásticas.

Composite Technology Corporation (CTC) ha presentado varias patentes (por ejemplo, los documentos US7060326; US719522; US7211319; US20040026112; US20040131834, que desvela un proceso de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1; US20040131851, US20040026112) para conductores de líneas de transmisión que contienen elementos de soporte de carga de material compuesto (ACCC... [Seguir leyendo]

1. Proceso de producción de núcleo de material compuesto con matriz termoplástica para cables de líneas de transmisión eléctrica con la incorporación de fibras y estructuras de refuerzo usando pultrusión, donde a) se usa una estructura a base de fibras textiles termoplásticas para modificar la estructura del núcleo; y b) el material que constituye la matriz del núcleo termoplástico se forma en un proceso de polimerización de apertura de anillo de oligómeros y mezclas de los mismos que tienen una viscosidad de fusión inferior a 1 Pa.s; y c) la estructura del núcleo y las propiedades de los materiales se pueden modificar mediante transreacciones en fase de fusión, que pueden producirse bien durante el proceso de pultrusión o durante el proceso de fusión usado para el reciclaje del material del núcleo;

caracterizado por que, mediante la adición del 0, 5 al 5 % en peso, ventajosamente del 1 al 2 % en peso, de nanocarga en comparación con el peso de los materiales usados para la polimerización de apertura de anillo, se 15 reducen sustancialmente la velocidad de combustión del núcleo y el valor máximo de la misma .

2. Proceso de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que las fibras textiles termoplásticas usadas para modificar la estructura del núcleo o el material del núcleo tienen temperaturas de fusión superiores a la temperatura de la polimerización de apertura de anillo, las fibras desempeñan un papel de refuerzo/flexibilización durante el uso del cable y la transreacción de modificación de la estructura se produce durante el reciclaje.

3. Proceso de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que las fibras textiles termoplásticas usadas para modificar la estructura del núcleo o el material del núcleo tienen temperaturas de fusión inferiores a la temperatura de la polimerización de apertura de anillo y la transreacción de modificación de la estructura se produce ya durante la producción del cable.

4. Proceso de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que los materiales de polimerización de apertura de anillo son ventajosamente monómeros y/u oligómeros de tipo lactama, éster o éter, o mezclas de los mismos.