DESCRIPCIÓN

Campo de la invención

La invención se refiere a un conductor eléctrico para el transporte de energía eléctrica, donde el conductor tiene una sección transversal total igual o superior a 10 mm ² y comprende una pluralidad de elementos filiformes cableados. Los elementos filiformes pueden ser, por ejemplo, hilos de sección transversal circular, hilos de sección transversal trapezoidal (también denominados dovelas), hilos de sección transversal triangular, así como otras posibles secciones. La invención también se refiere a un procedimiento de fabricación de un conductor eléctrico de acuerdo con la invención.

La invención se refiere asimismo aplicaciones de conductores de acuerdo con la invención, como por ejemplo líneas eléctricas aéreas y cables submarinos que comprenden un conductor de acuerdo con la invención.

Estado de la técnica En el campo del transporte y distribución de energía eléctrica mediante líneas aéreas son bien conocidos los conductores eléctricos de aluminio-acero (ACSR).

El consumo de energía eléctrica aumenta constantemente. Ello requiere, por un lado, nuevas instalaciones cada vez de mayor capacidad y, por otro lado requiere introducir cambios en las instalaciones actuales de manera que sean capaces de transportar más energía Sumario de la invención

La invención tiene por objeto aportar soluciones novedosas a esta situación. Esta finalidad se consigue mediante un conductor eléctrico del tipo indicado al principio caracterizado porque por lo menos uno de los elementos filiformes (y preferentemente todos ellos) es de cobre microaleado no recocido, con un contenido mínimo de cobre de 98% en peso, o de un aluminio microaleado no recocido, con un contenido mínimo de aluminio de 90% en peso, y tiene su superficie lateral totalmente recubierta de un polímero fluorado.

Los polímeros fluorados son aquellos polímeros basados en fluorocarbonos, con múltiples enlaces C-F. Dentro del grupo de polímeros fluorados se encuentran los siguientes: - polivinilfluoruros (PVF)

- polivinilidenfluoruros (PVDF)

- perfluoroalcoxis (PFA)

- politetrafluoroetileno (PTFE)

- propileno etileno fluorinado (FEP)

- etileno tetrafluoroetileno (ETFE)

- polietilenclorotrifluoroetileno (ECTFE)

- elastómeros perfluorinados

- clorotrifluoroetilenvinilidenfluoruro

- perfluoropolieter

- policlorotrifluoroetileno

Efectivamente, en los conductores eléctricos tiene lugar un efecto denominado efecto pelicular (en inglés "skin effect"). En corriente continua, la densidad de corriente es similar en todo el conductor, pero en corriente alterna se observa que hay una mayor densidad de corriente en la superficie que en el centro. Este fenómeno se conoce como efecto pelicular y hace que la resistencia de un conductor frente al paso de corriente alterna sea mayor que frente al paso de corriente continua. El efecto pelicular se debe a que la variación del campo magnético es mayor en el centro del conductor, lo que da lugar a una reactancia inductiva mayor, y, debido a ello, a una intensidad menor en el centro del conductor y mayor en la periferia. En frecuencias altas los electrones tienden a circular por la zona más externa del conductor, en forma de corona, en vez de hacerlo por toda su sección, con lo que, de hecho, disminuye la sección efectiva por la que circulan estos electrones aumentando la resistencia del conductor. En el caso de conductores eléctricos cableados, al estar los hilos (en general, los elementos filiformes) en contacto eléctrico entre ellos, el efecto pelicular se hace notar como si el conductor eléctrico cableado fuese un único conductor de sección transversal mayor. Sin embargo, al recubrir por lo menos un elemento filiforme de un polímero fluorado, las propiedades aislantes del polímero fluorado permiten aislar el elemento filiforme recubierto de los restantes, por lo que el efecto pelicular afecta al elemento filiforme de una forma aislada del resto. El resultado es que el efecto pelicular total es menor, lo que permite reducir la resistencia eléctrica del conductor eléctrico frente a la corriente alterna.

La mejora de comportamiento frente al efecto pelicular es gracias a las propiedades aislantes del compuesto fluorado. Además, los compuestos fluorados resisten altas temperaturas, lo que permite que el conductor trabaje a temperaturas elevadas sin que se degrade el recubrimiento.

Esta combinación de ventajas hace que los conductores de acuerdo con la invención sean particularmente adecuados para cualquier aplicación relacionada con el transporte de energía eléctrica.

El efecto corona es un fenómeno eléctrico que se produce en los conductores eléctricos y se manifiesta en forma de halo luminoso a su alrededor. Dado que los conductores suelen ser de sección circular, el halo adopta una forma de corona, de ahí el nombre del fenómeno.

El efecto corona está causado por la ionización del aire circundante al conductor debido a los niveles de tensión de la línea. En el momento que las moléculas de aire se ionizan, éstas son capaces de conducir la corriente eléctrica y parte de los electrones que circulan por la línea pasan a circular por el aire. La intensidad del efecto corona, por lo tanto, se puede cuantificar según el color del halo, que será rojizo en aquellos casos leves y azulado para los más severos. El recubrimiento de polímero fluorado, especialmente aplicado en los elementos filiformes exteriores del conductor, aumenta hasta un 35% la tensión a partir de la cual se produce el efecto corona (tensión de ruptura del dieléctrico), y por tanto se reducen las pérdidas de energía ocasionadas por el efecto corona.

Adicionalmente, el polímero fluorado tiene una elevada hidrofobia. Esto es una característica particularmente útil ya que evita o reduce la acumulación de hielo y/o nieve sobre el conductor eléctrico, sobre todo si el conductor eléctrico tiene por lo menos todos los elementos filiformes externos con su superficie lateral totalmente recubierta del polímero fluorado. Por ello, una aplicación ventajosa de los conductores de acuerdo con la invención es su instalación en líneas eléctricas aéreas para el transporte de energía eléctrica.

Otra ventaja adicional se deriva del hecho de que el conductor eléctrico de acuerdo con la invención presenta un módulo elástico menor, debido al bajo coeficiente de rozamiento del polímero fluorado. Así conductores eléctricos convencionales (sin el recubrimiento de acuerdo con la invención) que tienen un módulo elástico entre 30.000 y 40.000 MPa (megapascals), pasan a tener un módulo elástico de entre 4.000 y 10.000 MPa si tienen los elementos filiformes recubiertos de acuerdo con la invención. Como consecuencia de ello, el conductor eléctrico suspendido presentará una menor flecha. En este sentido, es particularmente ventajoso que el polímero fluorado tenga un coeficiente de fricción estático comprendido entre 0,08 y 0,2, y un coeficiente de fricción dinámico comprendido entre 0,02 y 0,15.

Otra aplicación particularmente interesante puede ser la inclusión de los conductores de acuerdo con la invención en cables submarinos para el transporte de energía eléctrica.

Como se verá a continuación, la presente invención es adecuada para cualquier tipo de conductor eléctrico si bien las aplicaciones preferentes son para conductores eléctricos en los que los elementos filiformes son hilos de sección transversal circular y de diámetro entre 0,3 y 5 mm cada uno, con un diámetro total de la cuerda de entre 3,5 y 35 mm. El sentido de cableado del conductor eléctrico puede ser derecha, izquierda o bien en coronas alternas. Además, puede haber hilos de diversos diámetros en la misma cuerda, e incluso combinaciones de hilos con otras geometrías (hilos de sección transversal trapezoidal, triangular, tubos, etc.). Es asimismo ventajoso que el conductor eléctrico sea un conductor cableado con hilos de sección transversal circular, trapezoidal y/o triangular, sin un núcleo tubular, lo que permite obtener soluciones con una flecha de la catenaria más reducida.

Preferentemente el conductor eléctrico tiene una pluralidad de elementos filiformes recubiertos de polímero fluorado (es decir con su superficie lateral totalmente recubierta del polímero fluorado), donde dichos elementos filiformes recubiertos está distribuidos de tal manera que cada uno de los elementos filiformes no recubierto de polímero fluorado está únicamente en contacto con elementos filiformes recubiertos de polímero fluorado. Efectivamente, al estar el elemento filiforme no recubierto únicamente en contacto con elementos filiformes recubiertos, el elemento filiforme no recubierto está realmente aislado de los demás elementos filiformes, por lo que su comportamiento frente al efecto pelicular es como si estuviese recubierto.

Preferentemente el elemento filiforme es de cobre microaleado con una temperatura de recocido superior a 250 ^Q C. Efectivamente, estos materiales han mostrado ser particularmente adecuados para el transporte de energía eléctrica por líneas aéreas. Combinan unas elevadas propiedades eléctricas con unas buenas propiedades mecánicas, una buena resistencia al desgaste y una baja termofluencia. Además su elevada temperatura de recocido permite que le sean aplicados polímeros fluorados que requieran elevadas temperaturas de curado.

Ventajosamente la composición del cobre microaleado comprende los siguiente porcentajes en peso - Zn: 0,001 - 0,015

- Pb: 0,005 - 0,050

- Sn: 0,005 - 0,600

- Ni: 0,002 - 0,050

- As: 0,001 - 0,005

- Sb: 0,001 - 0,010

- Ag: 0,002 - 0,012

- Mg < 0,4 Preferentemente la resistencia mecánica del conductor eléctrico está entre 400 y 700 MPa.

En otra configuración preferente, el elemento filiforme es de aluminio microaleado con una temperatura de recocido superior a 250 ^Q C. La ventaja principal de este material es su ligereza y su elevada temperatura de recocido permite también que le sean aplicados polímeros fluorados que requieran elevadas temperaturas de curado.

Ventajosamente la composición del aluminio microaleado comprende los siguientes porcentajes en peso:

- Ag < 0,020

- As < 0,010

- Fe < 0,800

- Ni < 0,015

- Mg < 0,900

- Pb < 0,020

- Si < 0,900

- Ti < 1 ,800

- Zr < 0,900

- Zn < 0,020

- Se < 0,010

- Te < 0,010 donde la suma de los porcentajes de estos componentes es de por lo menos un 0'25 % en peso del total de la aleación. Son particularmente ventajosas cualquiera de las dos siguientes composiciones del aluminio microaleado (en % en peso):

- Mg: 0,60 - 0,90

- Si: 0,55 - 0,85

- Al: resto y

- Zr: 0,15 - 0,25

- Fe: 0,1 - 0,2

- Zn: 0,01 - 0,015

- Ti: < 0,005

- Al: resto El polímero fluorado es preferiblemente politetrafluoroetileno (PTFE) o un derivado del mismo. Adicionalmente a las propiedades ya indicadas anteriormente, estos compuestos son muy flexibles, inertes químicamente, resistentes a la luz solar y tienen propiedades antiadherentes. Es particularmente ventajoso que el polímero fluorado sea un politetrafluoroetileno reforzado con resinas termoestables que se aplique en espesores (de la película seca) comprendidos entre 10 y 35 mieras, y que permita temperaturas de operación mayores de 220 ^Q C de forma continua y mayores de 250 ^Q C de forma intermitente. Los conductores eléctricos de acuerdo con la invención tienen así unas propiedades mejoradas, lo que los hace aptos, por ejemplo, para sustituir los conductores eléctricos ACSR. Tienen una mayor capacidad de transportar energía eléctrica (ya que permiten alcanzar mayores temperaturas de servicio y, en el caso del cobre microaleado, tienen menor resistencia eléctrica) pero no incrementan el peso suspendido, por lo que pueden ser empleados con las estructuras existentes, sin necesidad de reforzarlas. Además, en condiciones meteorológicas adversas evitan o disminuyen la acumulación hielo y/o nieve, lo que evita la caída/rotura de los conductores eléctricos o de los elementos que los soportan.

La invención también tiene por objeto un procedimiento de fabricación de un conductor eléctrico de acuerdo con la invención caracterizado porque comprende una etapa de recubrimiento de por lo menos uno de los elementos filiformes con un polímero fluorado y posterior cableado de dicho conductor eléctrico. Preferentemente la etapa de recubrimiento incluye una etapa de aplicación de dicho polímero fluorado por pulverización, inmersión o impregnado mediante rodillos, y una etapa de curado del polímero fluorado a una temperatura superior a los 200 ^Q C, preferentemente superior a los 220 ^Q C. Efectivamente, a estas temperaturas de curado se obtienen las propiedades óptimas del polímero fluorado, y por ello es ventajoso que el material de los elementos filiformes tenga una temperatura de recocido superior a la temperatura de curado de polímero fluorado.

Breve descripción de los dibujos

Otras ventajas y características de la invención se aprecian a partir de la siguiente descripción, en la que, sin ningún carácter limitativo, se relatan unos modos preferentes de realización de la invención, haciendo mención de los dibujos que se acompañan. Las figuras muestran:

Figs. 1 a 5, unas secciones transversales de unos conductores eléctricos de acuerdo con la invención. Descripción detallada de unas formas de realización de la invención

Las Figs. 1 a 5 muestran diversas alternativas de conductores eléctricos de acuerdo con la invención. Se ha indicado con una sección transversal rallada aquellos elementos filiformes que están recubiertos con un polímero fluorado, y con sección transversal lisa aquellos que no tienen un recubrimiento de polímero fluorado. En general, los conductores eléctricos son de cobre microaleado según la composición indicada anteriormente. En la Fig. 1 se trata de un conductor eléctrico de 19 hilos 1 . Cada hilo 1 es de 2,5 mm de diámetro y el conductor eléctrico es de 95 mm ² de sección. En este caso, todos los elementos filiformes (que son hilos 1 de sección transversal circular) están recubiertos. En la Fig. 2 se trata asimismo de un conductor eléctrico de 19 hilos 1 . Cada hilo 1 es de 3,5 mm de diámetro y el conductor eléctrico es de 125 mm ² de sección. En este caso, están recubiertos todos los hilos 1 de la corona exterior 3 y el hilo interno, mientras que de la corona intermedia 5 están recubiertos de una forma alterna. De esta manera, se tiene la máxima reducción del efecto pelicular (ya que no hay ninguna conexión eléctrica entre ninguno de los hilos 1 ) y el máximo efecto hidrófobo (ya que toda la superficie externa está recubierta del polímero hidrófobo). Sin embargo, no ha sido necesario recubrir tres de los hilos 1 .

En la Fig. 3 se trata nuevamente de un conductor eléctrico de 19 hilos 1 . En este caso, cada hilo 1 es de 1 ,5 mm de diámetro y el conductor eléctrico es de 60 mm ² de sección. El conductor eléctrico presenta otra posible combinación de hilos 1 recubiertos y sin recubrir que, por ejemplo, podría ser empleada en aplicaciones en las que el efecto hidrófobo no es importante. El conductor eléctrico de la Fig. 4 tiene un hilo 1 en el interior y dos capas de dovelas 7. Todos los elementos filiformes están recubiertos con un polímero fluorado. En la Fig. 5 se muestra una posible combinación de técnicas. Por un lado, el conductor eléctrico tiene los elementos filiformes de la corona intermedia 5 (que son hilos 1 de sección transversal circular) recubiertos de un polímero fluorado, mientras que los elementos filiformes externos (que son dovelas 7) están recubiertos únicamente por la parte de su superficie lateral que queda en contacto con el ambiente. Con esta geometría se consigue un buen control del efecto pelicular, ya que la corona intermedia 5 aisla eficazmente las tres capas de elementos filiformes (desde el punto de vista del efecto pelicular no es importante que elementos filiformes que están a la misma distancia del centro, es decir, en una misma corona, estén en contacto eléctrico entre sí), mientras que también se tiene una buena hidrofobicidad. Además, en general, el hecho de que un conductor eléctrico tenga su corona exterior 3 formada con dovelas 7 reduce la acumulación de hielo/nieve ya que presenta una superficie externa más lisa y sin recovecos.

Ejemplo 1 :

Se ha realizado un ensayo comparativo entre una cuerda de cobre microaleado de 95 mm ² con todos los hilos recubiertos de Xylan 1514® (polímero compuesto por politretrafluroetileno reforzado con resinas termoestables que es comercializado por la sociedad Whitford Plastics Ltd. Tiene un coeficiente de fricción estático de 0,15, y un coeficiente de fricción dinámico de 0,06), y una cuerda de la misma composición y geometría pero sin emplear el recubrimiento. El tendido es de 70 metros de longitud. Sometiendo a ambos conductores eléctricos a la misma tensión, se obtienen los siguientes resultados:

• Con la cuerda con recubrimiento, se alcanza una intensidad de corriente de 595 A y una flecha de 42 cm

• Con la cuerda sin recubrimiento, se alcanza una intensidad de corriente de 555 A y una flecha de 62 cm

• En ambos casos, la temperatura del conductor ha alcanzado los Conclusiones: con el conductor eléctrico formado por hilos recubiertos se transporta un 8% más de corriente eléctrica, y el tendido tiene una flecha un 48% inferior.

Ejemplo 2:

Un cable ACSR tipo LA-180 (180 mm ² ) puede trabajar de forma continua a una temperatura máxima de 85 ^Q C, lo que corresponde a una intensidad máxima de 425 A. Su conductor equivalente, sin necesidad de reforzar las estructuras, equivale al conductor de cobre microaleado (objeto de la presente invención) de 95 mm ² . Este conductor puede alcanzar de forma continua los 150 ^Q C, y en estas condiciones, si dispone de los hilos recubiertos de forma alterna con polímero fluorado puede transportar una intensidad de 700 A. Es decir, un 65% más de potencia eléctrica.

Ejemplo 3:

Proceso de aplicación del polímero fluorado:

1 . Limpieza del sustrato (desengrasado)

2. Pulverización. También, se puede depositar por un proceso de inmersión o por una impregnación mediante rodillos.

3. Si el polímero fluorado viene en estado líquido, requiere de un secado: 10 min de 100 a 175 ^Q C

4. Curado: menos de 30 minutos a temperaturas entre 220 °C y 275^

Como las condiciones de curado son a temperaturas superiores a 220 ^Q C, si se realiza este proceso sobre materiales con temperatura de recocido inferiores, sus propiedades mecánicas se verán afectadas negativamente. Por ello resulta particularmente ventajoso que el material conductor tenga una temperatura de recocido superior a la temperatura de curado. Debe recordarse que el aluminio puro tiene una temperatura de recocido menor a 120 ^Q C, y la temperatura de recocido del cobre electrolítico (ETP) es menor a 200 ^Q C.