EuroWire July 2017

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Artículo técnico
Julio de 2017 78
Aislamiento a base de
TPV para aplicaciones
de media tensión
Por Andrea Galanti, Stefano Dossi y Andrea Magri, de Mixer SpA, Ravenna, Italia, y Camillo Cardelli, iPool Srl, Pistoia, Italia
Resumen
Este artículo presenta el desarrollo de
tres compuestos aislantes para media
tensión (MV) sin plomo completamente
termoplásticos producidos mediante la
tecnología de termoplásticos vulcanizados
(TPV). Se prepararon los compuestos
aislantes TPV para media tensión (MV
TPV) a partir de un aislamiento de media
tensión sin plomo curable con peróxido,
que es el estándar de referencia actual
para el mercado. Por esta razón, se
estudiaron los compuestos detenidamente
comparándolos con el aislamiento de
media tensión sin plomo estándar. Para
evaluar los resultados del proceso de
vulcanización dinámica, se analizaron
los compuestos mediante calorimetría
diferencial de barrido (DSC). Para simular
su comportamiento durante la extrusión,
se estudió su reología. Se midieron las
propiedades mecánicas antes y después
del envejecimiento a 135°C y150°C
durante 21 días. Por último, se presenta
un estudio completo de las características
eléctricas en seco (de 25°C a 90°C) y en
húmedo (hasta 28 días a 90°C en agua) de
dichos compuestos.
1 Introducción
Veinte años atrás se usaban los dos
sistemas aislantes a base de XLPE y EPDM
para los cables de media tensión en
muchas partes del mundo. Norteamérica
sigue siendo un mercado muy activo para
los aislamientos de media tensión a base
de EPDM, mientras que en otras partes del
mundo se prefiere el XLPE. Recientemente,
se ha observado un nuevo interés por los
aislamientos de media tensión a base de
EPDM en el mercado global debido a su
inigualable rendimiento en términos de
duración para aplicaciones a largo plazo
(>20 años).
Desde 1996, Mixer SpA produce
compuestos aislantes de media tensión
a base de EPDM y mezclas de EPDM/
LDPE: su estrategia es ofrecer materiales
innovadores y competitivos al mercado
del cable, con la idea de que mejorando
continuamente los materiales, se puede
dar vida nueva a los cables de caucho para
aplicaciones especiales.
El primer paso de este enfoque fue el
desarrollo de soluciones EPDM sin plomo,
que fueron presentadas en 2012 y ya
están disponibles en el comercio (véase
la Figura 1)[1]. Dado que las sales de plomo
son insolubles en agua y, por lo tanto, no
intervienen en las pérdidas de corriente
a través de la capa de aislamiento, el
óxido de plomo es uno de los aditivos
más eficaces en los compuestos aislantes
de media tensión. Sin embargo, el óxido
de plomo se encuentra en la Lista de
Sustancias Candidatas Extremadamente
Preocupantes (Reach SVHC) debido a su
bien conocido riesgo de bioacumulación y
efectos duraderos que dañan gravemente
el medioambiente y la vida[2].
Mixer SpA ha reemplazado con éxito el
óxido de plomo por un sistema barredor
de iones inorgánicos capaz de inmovilizar
los iones, pudiendo así producir
compuestos aislantes de media tensión
sin plomo a base de EPDM de estabilidad
térmica y eléctrica superior.
A partir de aquí, se ha desarrollado un
nuevo TPV completamente termoplástico
para el aislamiento de media tensión
reticulando dinámicamente el compuesto
aislante de media tensión sin plomo en
una matriz de PP. Mixer SpA presenta tres
versiones revisadas de los compuestos MV
TPV para lograr obtener un material capaz
de pasar las pruebas termomecánicas
a temperaturas de funcionamiento
continuo de 90°C y 105°C y de emergencia
de cortocircuito a 250°C según la
norma italiana CEI 20-86 que es, hasta
ahora, la única norma para compuestos
termoplásticos para aislamiento de media
tensión.
Primero, se analizaron la preparación y
las propiedades macroscópicas de los
nuevos compuestos MV TPV. Luego, se
examinaron los nuevos compuestos
MV TPV mediante DSC para estudiar
el proceso de vulcanización dinámica.
Seguidamente, se analizó la reología de
los compuestos MV TPV a bajos valores
de corte para simular su comportamiento
durante la extrusión. A continuación, se
probaron las características mecánicas de
los compuestos MV TPV antes y después
del envejecimiento por calor hasta 150°C
durante 21 días. Las propiedades eléctricas
de los compuestos fueron estudiadas en
los Laboratorios Imerys, Par, Reino Unido.
En particular, se midieron el factor de
pérdida (Tanδ), la constante dieléctrica
(εr) y la resistividad de volumen hasta
90°C en seco. Además, se estudiaron
el Tanδ y la εr después de sumergir los
compuestos en agua a 90°C durante
28 días. Los resultados de las pruebas
fueron comparados con el MV IS79 sin
plomo estándar y se demostró que se
puede ofrecer un compuesto innovador,
con altas propiedades de aislamiento
eléctrico, que combina las propiedades de
un compuesto XL-EPDM sin plomo con la
posibilidad de procesarlo como material
termoplástico.
▲ ▲ Figura 1: Aislamiento de media tensión con plomo
(naranja) y sin plomo (blanco), de pellets a cables