BR102012010259A2

BR102012010259A2 - cabo de alimentaÇço de alta tensço para aplicaÇÕes em Águas ultraprofundas

Info

Publication number: BR102012010259A2
Application number: BRBR102012010259-5A
Authority: BR
Inventors: Sjur Kristian Lund; Bjorn Roger Slora
Original assignee: Nexans
Priority date: 2011-05-02
Filing date: 2012-04-30
Publication date: 2013-06-18
Also published as: EP2521139B1; AU2012202142B2; US20120279750A1; DK2521139T3; EP2521139A1; US9466405B2

Abstract

CABO DE ALIMENTAÇçO DE ALTA TENSçO PARA APLICAÇÕES EM ÁGUAS ULTRAPROFUNDAS. A presente invenção refere-se a um cabo de alimentação de alta tensão (1) que compreende pelo menos dois condutores isolados (2) e um envoltório de blindagem (6) que circunda os ditos condutores (2). A característica técnica principal de um cabo de alimentação de alta tensão (1), de acordo com a invenção, consiste no fato de que o dito cabo (1) compreende um elemento central longitudinal (4) que consiste em um materila elástico, e os elementos longitudinais (3) possicionados entre os dito condutores isolados (2) e que consistem em um material polimérico.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "CABO DE ALIMENTAÇÃO DE ALTA TENSÃO PARA APLICAÇÕES EM ÁGUAS ULTRAPROFUNDAS".

A presente invenção se refere a um cabo de alimentação de alta tensão para as aplicações em águas ultraprodundas. As águas ultraprodundas podem ser consideradas entre pelo menos 3.000 metros sob o nível do mar. Em tais profundidades, as aplicações em águas profundas irão induzir alta resistência de tensão no cabo. O elemento fraco na aplicação de cabo de alimentação de alta tensão são os condutores metálicos, em geral que consistem em cobre, devido às suas fracas propriedades mecânicas e, especificamente, devido a sua fraca capacidade de alongamento. Durante a instalação e o serviço, o cabo de alimentação de alta tensão será exposto a grandes forças de tensão e o movimento dinâmico irá induzir aos problemas de fatiga. Os condutores metálicos, especificamente quando eles são produzidos a partir de material de cobre, serão danificados quando eles são expostos a um alongamento acima de um limite crítico. Tal fenômeno de dano pode ser explicado pelo fato de que o cabo de alimentação de alta tensão compreende um envoltório de blindagem com uma capacidade de alongamento de 0,3% ou mais, e os condutores metálicos isolados com uma capacidade fraca de alongamento de aproximadamente 0,1%. Consequentemente, quando o cabo de alimentação de alta tensão é exposto às grandes forças de tensão, apenas 30% da capacidade de carregamento de carga do envoltório de blindagem podem ser usadas sem alcançar um alongamento não aceitável nos condutores metálicos. Devido a isso, é necessário aumentar a capacidade de alongamento dos condutores metálicos isolados, de modo a usar 100% da capacidade de carregamento de carga do envoltório de blindagem e de modo a ter a carga de tensão aceitável nos e condutores metálicos isolados. Portanto, mediante o aumento da capacidade de alongamento dos condutores metálicos pode-se alcançar as profundidades de água significativamente grandes.

Tais cabos usados em aplicações de águas profundas e concebidos para suportar as forças de tensão já foram desenvolvidos e patenteados. Por exemplo, a EP 1691378 apresenta um cabo de sinal elétrico, que compreende pelo menos dois condutores isolados, e do qual a característica técnica principal é pelo fato de que cada um dos condutores isolados é disposto em um sulco de um elemento central longitudinal que consiste em um 5 material elástico que permite que os condutores isolados se movam na direção radial do dito cabo quando este é exposto ao estresse de tensão longitudinal. O cabo é circundado por um revestimento de material isolado, e o material elástico preenche totalmente o espaço dentro do dito revestimento de modo que fica em contato com esse revestimento ao longo da sua circun10 ferência, exceto pelas áreas que correspondem aos sulcos. Em outras palavras, os condutores isolados são totalmente embutidos dentro do material elástico. Essa invenção apresenta duas desvantagens que são, por um lado, cada condutor isolado não pode se mover livremente dentro do cabo de sinal elétrico quando exposto a grandes forças de tensão e, por outro lado, ne15 nhum dispositivo é desenvolvido dentro do cabo para distribuir melhor as forças radiais, de modo que o dito cabo seja capaz de suportar melhor as cargas.

Os cabos de alimentação de alta tensão de acordo com a invenção são desenvolvidos para aumentar a capacidade de alongamento dos 20 condutores metálicos isolados sem as duas desvantagens mencionadas antes. Dessa maneira, eles são bem adaptados para as aplicações de águas ultraprodundas mediante o aprimoramento da sua resistência à tensão muito alta sem danificar os ditos condutores metálicos isolados.

A presente invenção se refere ao cabo de alimentação de alta 25 tensão que compreende pelo menos dois condutores isolados e um envoltório de blindagem que circunda os ditos condutores. A característica principal do cabo de alimentação de alta tensão de acordo com a invenção consiste no fato de que ele compreende um elemento central longitudinal que consiste em um material elástico, e os elementos longitudinais posicionados entre 30 os ditos condutores isolados e que consistem em um material polimérico. Dessa maneira, o elemento central elástico irá funcionar como base maleável para os condutores isolados e irá permitir que os ditos condutores se movam em direção ao centro devido às forças radiais aplicadas a partir do envoltório de blindagem e à carga de tensão axial nos próprios condutores isolados. Os elementos poliméricos posicionados entre os condutores isolados irão transferir as forças radiais a partir do envoltório de blindagem em uma grande área e devido a isso, os ditos condutores isolados não irão ser deformados de maneira significativa. Esses elementos poliméricos constituem as passagens para a transferência de carga a partir do envoltório de blindagem em direção ao elemento central elástico e, portanto, aliviam a tensão nos condutores isolados. A combinação de um elemento central elástico e dos elementos poliméricos posicionados entre os condutores isolados permite que os condutores isolados se movam em direção ao centro devido às forças radiais transferidas pelo envoltório de blindagem e a carga de tensão axial. Esse movimento em direção ao centro induz a redução do diâmetro de intervalo dos condutores isolados, e um comprimento de acesso será obtido. Isso irá aliviar a tensão nos condutores isolados.

Vantajosamente, o dito cabo compreende três fases de potência, cada uma em contato com o elemento central elástico e com dois elementos poliméricos. A fase de potência compreende um condutor de cobre circundado por um sistema de isolamento, que consiste em um revestimento semi20 condutivo interno, no isolamento de polietileno reticulado, um revestimento semicondutivo externo protegido por um revestimento de polietileno externo. Nessa disposição do cabo de alimentação de alta tensão, também há três elementos poliméricos posicionados entre as fases de potência. Os condutores de cobre constituem os elementos fracos no cabo devido às suas bai25 xas propriedades mecânicas. De modo a evitar o dano aos condutores de cobre quando eles são expostos ao alongamento acima do limite crítico, no caso das aplicações de águas ultraprodundas, um dispositivo com base em um elemento central elástico e nos elementos poliméricos entre as fases de potência é bem adaptado para a segurança do cabo.

De preferência, o dito cabo compreende um conjunto que con

siste em um revestimento polimérico interno, um revestimento polimérico externo e um envoltório de blindagem posicionado entre os ditos revestimentos, o dito conjunto que circunda os condutores isolados, os elementos poliméricos que ficam em contato com o dito revestimento interno. Dessa maneira, ao manter o contato desse envoltório de blindagem, os elementos poliméricos são posicionados em boas condições para transmitir as forças ra5 diais aplicadas a partir do envoltório de blindagem em direção ao centro. De preferência, os revestimentos interno e externo consistem em polietileno.

Vantajosamente, o elemento central elástico, os elementos poliméricos e os condutores isolados são dispostos juntos de modo que dois condutores isolados consecutivos são separados por um espaço livre. Com 10 tal disposição, cada condutor isolado é capaz de se mover de maneira fácil, rápida e independente um do outro em direção ao centro quando exposto às forças radiais. Além disso, esses espaços livres constituem também gastar os espaços para o elemento central elástico quando os condutores isolados se movem em direção ao centro e deformam o dito elemento elástico.

De preferência, a seção transversal do elemento longitudinal

central elástico é aproximadamente triangular, cada um dos condutores isolados ficando em contato com um lado da dita seção transversal.

Em uma modalidade preferencial de um cabo de acordo com a invenção, o elemento central elástico consiste em elastômero.

Em outra modalidade preferencial de um cabo de acordo com a

invenção, o elemento central elástico consiste em elastômero de monômero etileno-propileno-dieno (EPDM).

Em outra modalidade preferencial de um cabo de acordo com a invenção, o elemento central elástico consiste em borracha natural ou sintética.

Vantajosamente, o envoltório de blindagem compreende fios de aço. Mas ele também pode conter os materiais compósitos que consistem em fibra de aramida, fibra de carbono ou similares. Mais especificamente, envoltório de blindagem contém pelo menos duas camadas.

De preferência, o envoltório de blindagem, que é o elemento que

carrega a carga, é aplicado com um ângulo de desvio menor que o ângulo de desvio no feixe central das três fases de potência, o ângulo de desvio no feixe central e o envoltório de blindagem sendo controlados um pelo outro.

Uma das grandes vantagens de um cabo de alimentação de alta tensão de acordo com a invenção consiste no fato de que ele compreende um dispositivo simples que resulta da combinação de um elemento central 5 elástico e dos elementos poliméricos entre os condutores isolados, o dito dispositivo sendo fácil de fabricar e implementar. Além disso, o dispositivo é bem adaptado aos cabos de alimentação de alta tensão destinados a serem usados em águas ultraprodundas, devido ao fato de que eles permanecem muito eficientes sem ocupar muito espaço. Por fim, uma vez que os diferen10 tes materiais implementados nesse dispositivo são o polímero e o elastômero, os cabos de alimentação de alta tensão de acordo com a invenção não são caros..

Uma descrição detalhada de uma modalidade preferencial de um cabo de alimentação de alta tensão de acordo com a invenção é dada em referência às figuras 1 e 2.

A figura 1 é uma vista em seção transversal de um cabo de alimentação de alta tensão de acordo com a invenção;

a figura 2 é uma vista esquemática de uma fase de potência incluída em um cabo de alimentação de alta tensão de acordo com a invenção, com uma tensão axial.

Com referência à figura 1, um cabo de alimentação de alta tensão 1 de acordo com a invenção, compreende três condutores isolados 2 também chamados de “fases de potência”, três elementos poliméricos 3 posicionados entre as fases de potência 2, um elemento central longitudinal 4 25 que consiste em material elástico, todos os elementos 2,3,4 sendo circundados por um conjunto 5 que inclui um envoltório de blindagem 6. O elemento central longitudinal 4 consiste em um elastômero, como EPDM, e tem uma seção transversal triangular. Uma fase de potência 2 compreende um condutor de cobre 7 circundado por um sistema de isolamento que consiste em um 30 revestimento semicondutivo interno 20, o isolamento de polietileno reticulado

8, um revestimento semicondutivo externo 9 protegidos por um revestimento de polietileno externo de proteção 10. O conjunto 5 que inclui o envoltório de blindagem 6 compreende um revestimento interno 11 que consiste em polietileno, um revestimento externo 12 que consiste em polietileno e o envoltório de blindagem 6 posicionado entre os ditos revestimentos 11, 12, o dito conjunto 5 que circunda as fases de potência 2, os elementos poliméricos 3 e o 5 elemento central elástico 4. O envoltório de blindagem 6 consiste em duas camadas sobrepostas de fios de aço 14. Os condutores isolados 2, os elementos poliméricos 3 e o elemento central elástico 4 são dispostos juntos de modo que um elemento polimérico 3 está em contato com o revestimento de polietileno interno 11 e com dois condutores isolados 2, e de modo que um 10 condutor isolado 2 está em contato com um lado da seção transversal triangular do elemento central elástico 4. Com tal disposição, dois condutores isolados consecutivos 2 são separados por um espaço livre 15. Encontra-se também o espaço livre 16 entre um condutor isolado 2, um elemento polimérico 3 e o revestimento de polietileno interno 11. Quando o cabo de alimen15 tação de alta tensão 1 é exposto à carga radial, todos os espaços livres 15,16 são destinados a facilitar o movimento dos condutores isolados 2 em direção ao centro.

Com referência à figura 2, a presença dos elementos poliméricos 3 e do elemento central elástico 4, possibilita que os condutores de cobre isolados 2 se movam facilmente em direção ao centro do cabo 1. A partir da posição inicial 17 dos condutores de cobre 2 no cabo 1 sem qualquer tensão axial, até a sua posição final 18 no dito cabo 1 depois de se mover em direção ao centro quando exposto à tensão axial, o diâmetro de intervalo diminui a partir de um valor inicial 17a a um valor final 18a, enquanto o comprimento dos ditos condutores de cobre 2 aumenta a partir de um valor inicial 17b a um valor final 18b. O envoltório de blindagem 6 também irá se alongar na direção axial devido ao deslocamento radial. Esse envoltório de blindagem 6, que é o elemento que carrega a carga, será aplicado com um ângulo de desvio menor que o ângulo de desvio no feixe central das três fases de potência 2. O ângulo de desvio no feixe central e o envoltório de blindagem 6 são controlados um pelo outro. Em um cabo otimizado 1 haverá baixa tensão nas fases de potências 2 devido ao comprimento do acesso 18b induzido pela alteração no diâmetro de intervalo 18a.

O elemento central elastomérico 4 e os elementos poliméricos 3 no feixe central e os ângulos de desvio otimizados entre as fases de potência 2 e o envoltório de blindagem 6 fazem com que o cabo de alimentação de alta tensão 1 se encaixem para o propósito em profundidades de água maiores que 3.000 metros.

Claims

1. Cabo de alimentação de alta tensão (1) que compreende pelo menos dois condutores isolados (2) e um envoltório de blindagem (6) que circunda os ditos condutores (2) caracterizado pelo fato de que o dito cabo (1) compreende um elemento central longitudinal (4) que consiste em um material elástico, e elementos longitudinais (3) posicionados entre os ditos condutores isolados (2) e que consistem em um material polimérico.

2. Cabo de alimentação de alta tensão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito cabo (1) compreende três fases de potência (2), cada uma em contato com o elemento central elástico (4) e com dois elementos poliméricos (3).

3. Cabo de alimentação de alta tensão, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo fato de que o dito cabo (1) compreende um conjunto (5) que consiste em um revestimento polimérico interno (11), um revestimento polimérico externo (12) e um envoltório de blindagem (6) posicionado entre os ditos revestimentos (11,12), o dito conjunto (5) que circunda os condutores isolados (2), e caracterizado pelo fato de que os elementos poliméricos (3) estão em contato com o dito revestimento interno (11).

4. Cabo de alimentação de alta tensão, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o elemento central elástico (4), os elementos poliméricos (3) e os condutores isolados (2) são dispostos juntos de modo que dois condutores isolados (2) consecutivos são separados por um espaço livre (15).

5. Cabo de alimentação de alta tensão, de acordo com as reivindicações 2, 3 e 4, caracterizado pelo fato de que a seção transversal do elemento longitudinal central elástico (4) é aproximadamente triangular, cada um dos condutores isolados (2) que fica em contato com um lado da dita seção transversal.

6. Cabo de alimentação de alta tensão, de acordo com uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o elemento central elástico (4) consiste em elastômero.

7. Cabo de alimentação de alta tensão, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o elemento central elástico (4) consiste em elastômero de EPDM.

8. Cabo de alimentação de alta tensão, de acordo com uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o elemento central elástico (4) consiste em borracha natural ou sintética.

9. Cabo de alimentação de alta tensão, de acordo com uma das reivindicações 2 a 8, caracterizado pelo fato de que o envoltório de blindagem compreende fios de aço (14).

10. Cabo de alimentação de alta tensão, de acordo com uma das reivindicações 3 a 9, caracterizado pelo fato de que os revestimentos interno (11) e externo (12) consistem em polietileno.

11. Cabo de alimentação de alta tensão, de acordo com uma das reivindicações 2 a 10, caracterizado pelo fato de que o envoltório de blindagem (6), que é o elemento que carrega a carga, é aplicado com um ângulo de desvio menor que o ângulo de desvio no feixe central das três fases de potência (2), o ângulo de desvio no feixe central e o envoltório de blindagem (6) são controlados um pelo outro.