BR102012020381B1 - conector para um cabo elétrico e método para fixação de conector - Google Patents
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Abstract
CONECTOR PRENSADO PARA TENSÃO TOTAL PARA CABOS REFORÇADOS. Um conector para cabo aperfeiçoado inclui um inserto de conector tendo um furo axial dimensionado para receber o núcleo de um cabo reforçado. Um corpo de conector tendo uma superfície externa substancialmente cilíndrica e uma cavidade substancialmente cilíndrica. Uma parte distal da cavidade é dimensionada de maneira tal a receber o inserto de conector. Uma segunda parte da cavidade deslocada de forma próxima em relação à parte distal é dimensionada para receber os fios condutores do cabo. O corpo de conector pode ser configurado com uma ou mais partes adicionais da cavidade tendo diâmetros progressivamente crescentes, com o número dessas partes dependendo da dimensão do cabo. De uma maneira alternativa, a superfície interna da cavidade pode ter uma leve conicidade. Utilizando-se uma única matriz, o corpo de conector é comprimido com uma ferramenta de prensagem em várias localizações espaçadas axialmente para agarrar os fios condutores e também para agarrar o inserto de conector.
Description
[001] O presente pedido é uma continuação em parte do pedido U.S. número 13/274.503, depositado em 17 de outubro de 2011.
[002] Refere-se a presente invenção ao campo de transmissão de energia elétrica e, mais particularmente, a conectores para tensão máxima para cabos reforçados tendo um núcleo portador de carga circundado por fios condutores, os quais são usados em subestações elétricas e em linhas de transmissão de energia de alta tensão.
[003] Os cabos de fios trançados reforçados de alta resistência e de alta capacidade são usados tipicamente em linhas aéreas de transmissão de energia elétrica. Um exemplo de um desses cabos é um Condutor de Alumínio Reforçado de Aço (ACSR). No ACSR, os fios externos são de alumínio, escolhido por causa de sua excelente condutividade, baixo peso e baixo custo. Os fios externos circundam um ou mais fios centrais de aço, que proporcionam a resistência requerida para suportar o peso do cabo sem estiramento dos fios condutores de alumínio dúctil. Isto confere ao cabo uma alta resistência à tração em comparação com um cabo composto somente de fios condutores de alumínio. Outros tipos de cabo reforçado que tem um núcleo portador de carga circundado por fios condutores incluem, mas não limitados por, Condutor de Alumínio Suportado em Aço (ACSS), Chapeamento de Alumínio Suportado por Aço (ACSS/AW), Condutor de Alumínio Suportado Por Aço (Fios de Alumínio de Forma Trapezoidal) (ACSS/TW), Condutor de Alumínio Reforçado com Liga de Alumínio (ACAR) e Condutor de Alumínio de Núcleo Composto (ACCC).
[004] Os conectores desempenham uma função da maior importância na eficiência e confiabilidade dos sistemas de transmissão de energia. Os cabos usados para as linhas aéreas de transmissão requerem conectores para junções e conjuntos de extremidades terminais. A patente U.S. cedida em comum N°. 7.874.881, expõe uma ferragem de tensão máxima para cabos totalmente de alumínio. Muito embora esta ferragem possa ser usada com cabos reforçados dotados de um núcleo de sustentação de carga circundado por fios condutores, a conexão resultante não suportará a mesma carga de alta tensão que o cabo propriamente dito é projetado para suportar. Os conectores para cabos reforçados compreendem tipicamente um conjunto de duas partes com um corpo de conector e um inserto ou garra de núcleo. O inserto é primeiro preso ao núcleo de cabo e então o corpo de conector é preso ao inserto e aos condutores de cabo. Para conectores estampados, isto requer duas matrizes de dimensões diferentes.
[005] A presente invenção proporciona um conector de cabo aperfeiçoado com um inserto tendo um furo axial dimensionado para receber o núcleo do cabo. Um corpo de conector tem uma superfície externa substancialmente cilíndrica e uma cavidade substancialmente cilíndrica. Uma parte distal da cavidade que tem uma primeira superfície interna substancialmente cilíndrica é dimensionada para receber o inserto de conector. Uma segunda parte da cavidade deslocada proximalmente a partir da parte distal tem uma segunda superfície interna substancialmente cilíndrica dimensionada para receber os fios condutores do cabo. O corpo de conector pode ser configurado com uma ou mais partes de cavidade adicionais tendo superfícies internas substancialmente cilíndricas com diâmetros progressivamente crescentes, sendo que o número dessas partes é dependente da dimensão do cabo. De uma maneira alternativa, a superfície interna da cavidade pode ser dotada de uma leve conicidade. Utilizando-se uma única matriz, o corpo de conector é comprimido com uma ferramenta de estampagem em vários locais espaçados axialmente para agarrar os fios condutores e, também, para comprimir o inserto de conector, agarrando desse modo o núcleo do cabo. De uma maneira alternativa, utilizando-se duas matrizes diferentes, o núcleo de conector pode ser comprimido depois de o núcleo do cabo ser inserido, mas antes de o núcleo de conector ser inserido no corpo de conector.
[006] A Figura 1 é uma vista em corte de um cabo de ACSR.
[007] A Figura 2 é uma vista em elevação lateral de um conector de acordo com uma modalidade da presente invenção instalada em um cabo.
[008] A Figura 3 é uma vista em corte transversal tomada ao longo da linha A-A do conector e do cabo ilustrados na Figura 2.
[009] A Figura 4 é uma vista em perspectiva de um primeiro tipo de inserto de conector.
[0010] A Figura 5 é uma vista de extremidade do inserto de conector ilustrado na Figura 4.
[0011] A Figura 6 é uma vista em perspectiva de um segundo tipo de inserto de conector.
[0012] A Figura 7 é uma vista de extremidade do inserto de conector ilustrado na Figura 6.
[0013] A Figura 8 é uma vista em perspectiva de um terceiro tipo de inserto de conector.
[0014] A Figura 9 é uma vista de extremidade do inserto de conector ilustrado na Figura 8.
[0015] A Figura 10 é uma vista em perspectiva de um quarto tipo de inserto de conector.
[0016] A Figura 11 é uma vista de extremidade do inserto de conector ilustrado na Figura 10.
[0017] A Figura 12 é uma vista em corte transversal do corpo de conector ilustrado na Figura 2.
[0018] A Figura 13 ilustra as regiões de estampagem no corpo de conector.
[0019] A Figura 14 é uma vista em corte transversal de um corpo de conector de acordo com outra modalidade da invenção.
[0020] Na descrição a seguir, para propósitos de explanação e não de limitação, encontram-se expostos detalhes específicos com a finalidade de proporcionar uma compreensão plena da presente invenção. Não obstante, será evidente para aquele versado na técnica que a presente invenção pode ser posta em prática em outras modalidades que são diferentes em relação a estes detalhes específicos. Em outros casos, estão omitidas descrições detalhadas de processos e dispositivos amplamente conhecidos de maneira a não complicar a descrição da presente invenção com detalhes desnecessários.
[0021] A invenção encontra-se descrita com relação a um cabo ACSR; não obstante, a invenção também é aplicável a cabos ACSS, ACSS/AW, ACSS/TW, ACAR, ACCC e outros cabos reforçados que são dotados de um núcleo de sustentação de carga circundado por meio de fios condutores. O núcleo pode ser compreendido por aço, ligas de alumínio ou materiais compostos de alta resistência, enquanto os fios condutores podem ser compreendidos por alumínio, cobre ou pelas suas ligas.
[0022] Na Figura 1 encontra-se ilustrado um tipo comum de cabo ACSR indicado por 10. Este tipo particular de cabo, que tem uma designação industrial 26/7, tendo vinte e seis cordões externos de alumínio condutor 12 circundando um núcleo 14 que compreende sete fios de aço. Tal como exposto anteriormente, o núcleo de aço constitui um elemento de contribuição principal para a resistência à tração do cabo 10.
[0023] Um conector 20 de acordo com uma modalidade da presente invenção encontra-se ilustrado nas Figuras 2 e 3. O corpo de conector 22 tendo uma superfície externa substancialmente cilíndrica e tendo uma cavidade central perfurada 24 que se estende a partir da extremidade proximal 26 até uma superfície de assento anular 28. Um inserto de conector 30 é inserido na cavidade 24 e repousa contra a superfície de assento 28. Os fios de alumínio na extremidade do cabo 10 são removidos em uma distância aproximadamente igual ao comprimento do inserto de conector. A extremidade do cabo 10 é inserida na cavidade 24 com o núcleo de aço 14 encaixando dentro de um furo axial central formado no inserto de conector 30 e as extremidades aparadas dos fios de alumínio encerradas no interior da parte proximal da cavidade 24. Uma vez montado desta maneira, o conector 20 é preso à extremidade do cabo 10 com múltiplas cravações, tais como descritas adiante.
[0024] O conector 20 pode ser configurado para ser como um conector de junção com um corpo tubular que recebe um cabo em cada extremidade ou como uma extremidade terminal de tensão máxima tendo um acoplamento estrutural adequado, tais como um olhal ou manilha, na extremidade terminal do corpo. Alternativamente, o acoplamento estrutural de extremidade terminal pode ser incorporado no inserto de conector. O corpo de conector 22 pode ser fabricado com uma liga de alumínio adequada, tal como 3003-H18.
[0025] O inserto de conector 30 pode ser configurado como um corpo tubular simples 300 tal como ilustrado nas Figuras 4 e 5 ou pode ser configurado de acordo com um de vários outros traçados. Um desses traçados encontra-se ilustrado nas Figuras 6 e 7. O inserto de conector 310 é configurado na forma de um tubo com um furo axial central 312 e, em seção transversal, raios 314 que irradiam para fora a partir de uma região anular 316 que circunda o furo central. Outro traçado de inserto de conector está ilustrado nas Figuras 8 e 9. O inserto de conector 320 é configurado como um tubo com um furo axial central 322 e, em seção transversal, raios 324 que irradiam para dentro a partir da parte circular externa 326. Ainda outro traçado de inserto de conector encontra-se ilustrado nas Figuras 10 e 11. O inserto de conector 330 é de uma maneira geral de configuração tubular com um furo axial central 332 e uma pluralidade de ranhuras que se estendem axialmente 334 similares a um mandril de pinça. O escopo da invenção não fica limitado a estas configurações particulares. Outras configurações de insertos de conector podem ser empregadas para servir ao propósito de agarrar o núcleo do cabo quando o corpo de conector é estampado em torno do inserto de conector. O inserto de conector pode ter óxido de alumínio ou de outra areia adequada ligada à superfície interna do furo axial para aumentar a aderência mecânica no núcleo do cabo. De uma maneira alternativa, a superfície interna do furo axial pode ser usinada com filetes de rosca fêmea, dentes circunferenciais ou outros acabamentos de superfície para aumentar o agarramento do inserto de conector no núcleo do cabo. Além disso, o inserto de conector, em vez de o corpo de conector, pode incorporar o acoplamento estrutural de um conector de extremidade terminal, tais como um olhal ou manilha. O inserto de conector pode ser fabricado com ligas de alumínio ou aço adequadas, tais como alumínio 6061-T6 ou aço de ferramenta.
[0026] A Figura 12 é uma vista em corte transversal do copo de conector 22 que ilustra a sua estrutura interna. Na parte A do corpo de conector, onde é inserido o inserto, a cavidade 24 tem um diâmetro d1, que é somente levemente maior do que o diâmetro externo do inserto de conector. Movendo-se a partir da parte A no sentido da extremidade proximal 26 do corpo de conector, o diâmetro da cavidade é aumentado gradualmente por etapas. Cada uma dessas etapas transfere uma força de compressão diferente para o cabo e serve para distribuir a carga de estampagem para todas as camadas de fios de alumínio no cabo ACSR. A parte B da cavidade 24, que é disposta proximalmente adjacente à parte A, tem um diâmetro d2. Tal como ilustrado neste contexto, d2 é maior do que d1. Não obstante, a parte B poderá ter o mesmo diâmetro que a parte A mencionada. A parte C da cavidade 24, que fica disposta proximalmente adjacente à parte B tem um diâmetro d3, que é maior do que o diâmetro d2. Partes deslocadas proximalmente adicionais da cavidade 24 podem ter diâmetros escalonados adicionalmente. O número de etapas poderá ser menor ou maior do que aquele ilustrado nas figuras e será determinado de uma maneira geral pela dimensão do cabo.
[0027] Fazendo-se referência agora à Figura 13, depois que o cabo e inserto de conector foram inseridos na cavidade 24, o corpo de conector externo é estampado em vários locais para prendê-lo uniformemente em torno dos fios de alumínio do cabo e em torno do inserto de conector que agarra os fios de aço do cabo. A operação de estampagem é realizada de preferência utilizando-se a Ferramenta de Cravação Radial de 360° manufaturada pela DMC Power, Inc. de Gardena, California. O corpo de conector é estampado na parte A para prender o inserto de conector e o núcleo de aço do cabo. Várias estampagens sobrepostas podem ser necessárias para fixar plenamente o inserto de cabo. O corpo de conector também é estampado nas partes B e C para prender os fios condutores de alumínio. A proporção de compressão e a tensão de compressão são aumentadas aproximadamente de 3% até 20% em cada parte na medida em que o diâmetro interno do corpo de conector diminui. Existe um espaço ou intervalo, assinalado por D, entre quaisquer estampagens consecutivas nos fios de alumínio. Este espaço, na faixa de cerca de 2,54 mm até 12,7 mm (0,1” até 0,5”), permite que os fios de alumínio sejam alargados por trás de cada estampagem e trava o cabo por trás da estampagem quando ele é submetido à força de tração. Adicionalmente, existe um intervalo D2 entre as estampagens nas partes A e B, que também permite que os fios condutores se alarguem. A estampagem na parte A que prende o inserto de conector e o núcleo de aço do cabo disposto no mesmo tem a função principal de transmitir a carga de tração do cabo através do conector, enquanto que as estampagens nas partes B e C (e quaisquer partes adicionais com outros diâmetros internos escalonados) aumentam a resistência à tração, mas também servem à função de estabelecer condutividade elétrica entre o cabo e o conector. Uma vez que o corpo de conector externo tem um diâmetro uniforme, é necessária somente uma única matriz para a estampagem do corpo de conector em cada uma das partes A, B e C.
[0028] Tal como ocorre com os conectores para cabos reforçados da técnica anterior, o conector 20 também pode ser fixado ao cabo mediante utilização de duas matrizes com uma sequência de etapas um tanto diferentes. O inserto de conector, que neste caso pode ser um tubo simples tal como ilustrado nas Figuras 4 e 5, pode ser primeiro estampado sobre o núcleo de cabo com uma matriz menor dimensionada para o diâmetro externo do inserto. Então, o corpo de conector pode ser estampado sobre o inserto de conector e condutores de cabo com uma matriz maior dimensionada para o diâmetro externo do corpo de conector. Neste caso, os fios condutores na extremidade do cabo 10 são primeiro removidos em uma distância aproximadamente igual ao comprimento do inserto de conector tal como descrito anteriormente. O núcleo exposto na extremidade do cabo 10 é inserido no furo axial central no inserto de conector 30 e uma matriz adequadamente dimensionada é usada para estampar o inserto de conector sobre o núcleo de cabo. O inserto de conector é então inserido na cavidade 24 do corpo de conector 22 até ele encostar-se à superfície de assentamento 28. O corpo de conector é, então, estampado sobre o inserto de conector e os fios condutores do cabo tal como se descreveu anteriormente.
[0029] A Figura 14 é uma vista em corte transversal de um corpo de conector 220 de acordo com outra modalidade da invenção. Enquanto a cavidade interna 24 do corpo de conector 22 é escalonada, a cavidade 240 do corpo de conector 220 é afilada desde d1 até d4 na parte E. Esta configuração também resulta em cada estampagem aplicada ao corpo de conector na parte E transferindo uma proporção de compressão e tensão de compressão diferentes ao cabo como uma função de diâmetro interno em cada local de estampagem de maneira a distribuir a carga de estampagem para todas as camadas de fios condutores no cabo.
[0030] Deve ser entendido que a invenção descrita anteriormente pode ser concretizada em outras formas específicas sem escapar do espírito ou características essenciais da descrição. Desta forma, fica entendido que a invenção não é limitada aos detalhes ilustrativos precedentes, mas que em vez disso é definida pelas reivindicações definidas em seguida.
Claims (18)
1. Conector (20) para um cabo elétrico (10), tendo um núcleo (14) circundado por fios condutores, compreendendo: um inserto de conector (30, 300, 310, 320, 330) tendo um furo axial (312, 322, 332) dimensionado para receber o núcleo (14) do cabo (10); um corpo de conector (22) tendo uma abertura em uma extremidade proximal (26) do mesmo e uma superfície externa cilíndrica, a abertura comunicante com uma cavidade (24) tendo uma parte distal (A) dimensionada para receber o inserto de conector (30); caracterizado pelo fato de que a parte distal (A) tem uma primeira superfície interna com um primeiro diâmetro interno (d1), a cavidade (24) adicionalmente tendo uma segunda parte (B) deslocada proximalmente a partir da parte distal tendo uma segunda superfície interna com um segundo diâmetro interno (d2) dimensionado para receber os fios condutores, em que o segundo diâmetro interno (d2) é maior do que o primeiro diâmetro interno (d1); a cavidade (24) tendo adicionalmente uma terceira parte (C) proximalmente adjacente à segunda parte (B), a terceira parte tendo uma superfície interna com um terceiro diâmetro interno (d3) dimensionado para receber todos os fios da única camada de fios condutores, em que o terceiro diâmetro interno (d3) é maior do que o segundo diâmetro interno (d2); em que a proporção do terceiro diâmetro interno (d3) ao segundo diâmetro interno (d2) é tal que, com todos os fios condutores dispostos dentro da segunda parte (B) do corpo condutor e com todos os fios condutores também dispostos dentro da terceira parte (C) do corpo de conector (22), compressão de estampagem aplicada à superfície cilíndrica exterior do corpo de conector (22) prende o corpo de conector (22) aos fios condutores em ambas as segunda (B) e terceira partes (C).
2. Conector, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a cavidade (24) é escalonada entre as primeira e segunda superfícies internas.
3. Conector, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a cavidade (24) é afilada entre as primeira e segunda superfícies internas.
4. Conector, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o corpo de conector (22) é configurado como uma junção.
5. Conector, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o corpo de conector (22) é configurado como uma extremidade terminal.
6. Conector, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma seção transversal axial do inserto de conector (310) tem uma pluralidade de raios (314) irradiando para fora a partir de uma região anular circundando o furo (312).
7. Conector, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma seção transversal axial do inserto de conector (320) tem uma pluralidade de raios (324) irradiando para dentro a partir de um perímetro externo circular.
8. Conector, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o inserto de conector (330) é geralmente tubular com uma pluralidade de ranhuras (334) estendendo-se axialmente.
9. Conector, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o inserto de conector (30) é configurado como um olhal terminal.
10. Conector, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o inserto de conector (30) é configurado como uma manilha terminal.
11. Método para fixação de conector (20), do tipo definido na reivindicação 1, a um cabo elétrico (10) tendo um núcleo (14) circundado por fios condutores compreendendo remover uma parte dos fios condutores próximo a uma extremidade do cabo (10) para expor uma parte correspondente do núcleo (14) de cabo e inserir a parte exposta do núcleo (14) de cabo no furo no inserto de conector; caracterizado pelo fato de inserir a extremidade do cabo (10) na cavidade do corpo de conector (22) tal que o inserto de conector é inserido na parte distal da cavidade no corpo de conector (22) e os fios condutores são inseridos na segunda parte da cavidade (24), depois comprimir a superfície externa do corpo de conector (22) circundante à parte distal da cavidade (24) com pelo menos uma primeira força de compressão e comprimir a superfície externa do corpo de conector (22) circundante à segunda parte da cavidade (24) com uma segunda força de compressão.
12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que as etapas de comprimir a superfície externa do corpo de conector (22) são realizadas utilizando-se uma ferramenta de estampagem.
13. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente, antes de inserir a extremidade do cabo (10) na cavidade do corpo de conector (22), comprimir o inserto de conector (30, 310, 320, 330) para engatar a parte do núcleo (14) de cabo inserida no inserto de conector (30, 310, 320, 330).
14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a etapa de comprimir o inserto de conector (30, 310, 320, 330) é realizada utilizando-se uma ferramenta de estampagem.
15. Método para fixação de conector, do tipo definido na reivindicação 1, a um cabo elétrico (10) tendo um núcleo (14) circundado por fios conectores compreendendo remover uma parte dos fios condutores próximos a uma extremidade do cabo (10) para expor uma parte correspondente do núcleo (14) de cabo (10) e inserir a parte exposta do núcleo (14) de cabo (10) no furo no inserto de conector (30, 300, 310, 320, 330); caracterizado pelo fato de inserir a extremidade do cabo (10) na cavidade do corpo de conector (22) tal que o inserto de conector (30, 300, 310, 320, 330) é inserido na parte distal (A) da cavidade (24) no corpo de conector (22) e os fios condutores são inseridos na segunda parte (B) da cavidade (24), depois comprimir a superfície externa do corpo de conector (22) circundante à parte distal da cavidade (24) com pelo menos uma primeira força de compressão, comprimir a superfície externa do corpo de conector (22) circundante à segunda parte (B) da cavidade (24) com uma segunda força de compressão e comprimir a superfície externa do corpo de conector (22) circundante à terceira parte (C) da cavidade (24) com uma terceira força de compressão.
16. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que as etapas de comprimir a superfície externa do corpo de conector (22) são realizadas utilizando uma ferramenta de estampagem.
17. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente, antes de inserir a extremidade do cabo (10) na cavidade do corpo de conector (22), comprimir o inserto de conector (30, 300, 310, 320, 330) para engatar a parte do núcleo (14) de cabo (10) inserido no inserto de conector.
18. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a etapa de comprimir o inserto de conector é realizada utilizando uma ferramenta de estampagem.
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