BR112014004092B1

BR112014004092B1 - Alojamento para um componente eletrico, componente eletrico submarino para uma aplicaqao submarina e fusivel submarino para uma aplicaqao submarina

Info

Publication number: BR112014004092B1
Application number: BR112014004092-3A
Authority: BR
Inventors: Ove Boe
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2011-08-30
Filing date: 2012-08-02
Publication date: 2020-11-17
Also published as: CN103765543A; EP2712464B1; EP2712464A2; EP2565899A1; WO2013029916A3; US20140374132A1; CN103765543B; US9648762B2; BR112014004092A2; WO2013029916A2

Abstract

ALOJAMENTO RESISTENTE À PRESSÃO PARA COMPONENTE ELÉTRICO. A presente invenção refere-se a um alojamento resistente à pressão para um componente elétrico. Um alojamento resistente à pressão para um componente elétrico é provido. O alojamento resistente à pressão é adaptado para utilização em uma aplicação submarina. Um corpo de alojamento cerâmico aloja o componente elétrico. O corpo de alojamento cerâmico tem uma primeira e segunda abertura, que é fechada, respectivamente, por uma primeira e segunda tampa metálica.

Description

Campo da Invenção

[001] A presente invenção refere-se a um alojamento resistente à pressão para um componente elétrico, em particular, a um elemento fusível. Adicionalmente, a presente invenção refere-se a um componente elétrico submarino e um fusível submarino.

Antecedente

[002] Tradicionalmente, plataformas de petróleo e gás vêm sendo utilizadas na produção oceânica (off-shore) de petróleo e gás. Na operação de plataformas oceânicas se faz necessário a instalação de aparelhos eletrônicos submersos, por exemplo, para controlar funções de Preventores de Explosão (Blow-Out Preventors) ou Árvore de Natal. Mais recentemente, facilidades de processamento vêm sendo relocadas para o leito do mar. Instalações submarinas, por exemplo, podem compreender aparelhos de processamento, tais como, bombas, compressores, transformadores, aparelhos de manobra (switch gears) etc. Uma facilidade de processamento submarina pode compreender uma rede de energia elétrica, assim como sistemas de controle, monitoramento e comunicação. Ademais, se faz necessário garantir que os aparelhos instalados operem de modo confiável mesmo nas pressões que são encontradas em profundidades de 1000 metros, 2000 metros, ou 3000 metros, em quais profundidades a instalação pode estar localizada.

[001] O equipamento da instalação submarina pode compreender componentes que são dispostos em caixas (canister) resistentes à pressão, que permitem a utilização de componentes padrão, tais como bombas, e aparelhos eletrônicos. O problema com esta modalidade reside no fato de as caixas precisam ter uma considerável espessura de parede para suportar tais pressões. Ademais, as conexões elétricas com os componentes dentro da caixa são difíceis de implementar, devido a grande diferença de pressão entre a parte de dentro e a parte de fora da caixa. Um melhoramento foi conseguido provendo invólucros pressurizados, nos quais a pressão interna é igualada à pressão externa, por exemplo, enchendo a caixa com um líquido e provendo um compensador de pressão. Embora, em tal modalidade seja resolvido o problema da espessura de parede da caixa e altas diferenças de pressão, tais sistemas limitam a utilização de componentes padrão. Em particular, porque muitos componentes convencionais não são adequados para operar em pressões de até 300 bar. Consequentemente, novas soluções precisam ser desenvolvidas, que demandam processos custosos e trabalhosos.

[002] Por conseguinte, é desejável uma capacidade de utilização de componentes elétricos padrão em aplicações submarinas, e evitando o custo e o esforço requerido para desenvolver componentes submarinos adaptados. Pelas razões acima, também é desejável evitar a utilização de caixas resistentes à pressão, para prover um ambiente atmosférico, uma vez que tais caixas são caras e pesadas. Devido ao volume e peso de tais caixas, elas requerem um custo de transporte e instalação elevado.

Sumário

[003] Por conseguinte, há necessidade de melhorar a condição de utilização de componentes elétricos em aplicações submarinas, e, em particular, com respeito à necessidade de contar com um invólucro resistente à pressão melhorado.

[004] A necessidade é atendida pelos componentes da invenção. As concretizações descrevem modalidades da invenção.

[005] Uma modalidade provê um alojamento resistente à pressão a um componente elétrico, em particular, um fusível ou elemento fusível, o alojamento, que deve ser resistente à pressão, é adaptado para utilização em aplicações submarinas. O alojamento resistente à pressão compreende um corpo de alojamento cerâmico, para alojar o componente elétrico, o corpo de alojamento cerâmico tendo uma primeira abertura e uma segunda abertura. Uma primeira tampa metálica, para fechar a primeira abertura no corpo de alojamento cerâmico, é provida, para formar um selo à prova de líquido com respeito ao corpo de alojamento cerâmico, na primeira abertura. Ademais, uma segunda tampa metálica para fechar a segunda abertura no corpo de alojamento cerâmico é provida, para formar um selo à prova de líquido com respeito ao corpo de alojamento cerâmico na segunda abertura. O corpo de alojamento cerâmico provê isolação elétrica entre a primeira tampa metálica e a segunda tampa metálica, sendo que cada tampa metálica provê uma conexão elétrica para contatar eletricamente o componente elétrico dentro do alojamento resistente à pressão. O corpo de alojamento cerâmico é adaptado para ser instalado em uma aplicação submarina, na qual a pressão ambiente externa ao alojamento resistente à pressão é maior que a pressão interna no alojamento resistente à pressão. O alojamento resistente à pressão é adaptado para manter uma pressão interna predefinida até uma diferença de pressão de pelo menos 10 bar entre a pressão interna e a pressão ambiente.

[006] Em particular, o alojamento resistente à pressão pode ser configurado para uma pressão interna predefinida, na faixa de cerca de 1 bar a cerca de 5 bar, para manter a pressão interna predefinida até uma diferença de pressão de pelo menos 10 bar, entre a pressão interna e a pressão ambiente. A pressão ambiente pode ser, por exemplo, a pressão interna de um invólucro compensado a pressão de uma aplicação submarina (no leito do mar). O termo "invólucro compensado à pressão" se refere a um invólucro, cuja pressão interna é substancialmente igual à pressão interna, isto é, a pressão dentro do invólucro é equilibrada com a pressão externa na água do mar circundante. O alojamento resistente à pressão pode ser, por exemplo, configurado para manter uma predefinida pressão interna, quando colocado em uma pressão ambiente, dentro de uma faixa de 10 bar a cerca de 100 bar, 200 bar, ou mesmo 300 bar.

[007] A utilização de um corpo de alojamento cerâmico pode oferecer a vantagem de prover uma boa isolação elétrica entre as primeira e segunda tampas metálicas, enquanto, ao mesmo tempo, reduzindo o tamanho e o peso do corpo do alojamento de cerâmica.

[008] Em particular, um envoltório de material cerâmico pode apresentar uma boa resistência à pressão, enquanto o envoltório cerâmico é consideravelmente mais leve que um envoltório metálico. Um componente elétrico que não possa ser submetido a altas pressões pode ser instalado no alojamento, e o alojamento pode ser instalado em uma aplicação submarina, ademais o alojamento é compacto, e, portanto, requer um espaço reduzido. A aplicação submarina, assim, pode ser compensada com respeito à pressão, provendo um tamanho global compacto para a aplicação submarina. Uma vez que um componente elétrico padrão pode ser usado, se evita o desenvolvimento de componente elétrico para aplicação submarina, assim reduzindo esforços e custos relativos ao desenvolvimento de componentes elétricos específicos. Uma vez que tampas metálicas podem ser utilizadas para contatar componentes elétricos, conectores passantes não são requeridos, daí evitando problemas de estanqueidade, correspondentes a tais conectores em diferenças de pressão elevadas.

[009] Em uma modalidade, um selo à prova de fluído pode ser um selo metálico, em particular, formado por soldagem ou soldagem. O selo à prova de fluído pode impedir a penetração de uma mídia externa, tal como, um líquido dielétrico, que pode preencher o alojamento resistente à pressão da aplicação submarina. A aplicação submarina pode ser, por exemplo, um transformador, em particular, uma fonte de energia auxiliar, um aparelho de manobra submarino, um acionador (drive) de velocidade variável submarino, etc. Devido à resistência à pressão, a pressão interna predefinida, por exemplo, pode ser mantida mesmo em profundidades maiores. A pressão interna predefinida, por exemplo, pode estar em uma faixa entre 1 e 5 bar, por conseguinte, próximo da pressão atmosférica isto é, entre 1 e 1,5 bar. Assim, possibilitando o uso de componentes elétricos padrão.

[0010] Em uma modalidade, o corpo de fusível cerâmico é um tubo cerâmico cilíndrico, no qual a primeira abertura e a segunda abertura são dispostas em extremidades opostas (primeira e segunda extremidades) do tubo cerâmico. Usando tal solução para um alojamento resistente à pressão se consegue uma boa resistência à pressão, enquanto, ao mesmo tempo, facilitando a montagem do alojamento resistente à pressão. Em particular, a inserção de um componente elétrico no alojamento resistente à pressão e seu contato elétrico podem ser feitos de maneira direta, em tal modalidade.

[0011] As bordas das primeira e segunda abertura no corpo de alojamento cerâmico podem ser metalizadas. Em particular, uma região circunferencial contínua em torno de cada abertura pode ser metalizada. Em particular, o corpo de alojamento cerâmico pode compreender um revestimento metálico. A região metalizada pode ser formada pela aplicação de uma pintura metálica refratária na superfície cerâmica e sinterização do corpo de alojamento cerâmico para aderir à camada metálica refratária na cerâmica. Um revestimento metálico, por exemplo, Níquel, então, pode ser aplicado por galvanização à camada metálica sinterizada.

[0012] Em uma modalidade, a região metalizada no corpo do alojamento cerâmico pode ser formada por soldagem de uma camada metálica com o corpo de alojamento cerâmico, nestas regiões. O corpo de alojamento cerâmico, assim, compreende uma junta soldada em cada uma das primeira e segunda aberturas.

[0013] Prover a metalização nas bordas das primeira e segunda aberturas, forma uma junta hermética, que suporta ciclos repetidos de aquecimento. Isto permite que a junção da respectiva tampa metálica com a borda da abertura forme um selo a prova de fluído, que suporte o elevado diferencial de pressão.

[0014] Em uma modalidade, as faces de extremidade de pelo menos uma, e preferivelmente ambas - primeira e segunda extremidades do tubo cerâmico cilíndrico - são metalizadas. A face de extremidade metalizada provê uma face anular metalizada, que topa as respectivas primeira e segunda tampas metálicas. A metalização certamente pode ser estendida a outras regiões, por exemplo, à parede externa do tubo cerâmico cilíndrico. Uma vez que as tampas metálicas topam para face anular metalizada, um selo metálico pode ser formado entre o corpo de alojamento cerâmico e a respectiva tampa metálica, por exemplo, por soldagem ou soldagem da respectiva tampa metálica à face anular metalizada.

[0015] Pelo menos um, e preferivelmente ambos os selos à prova de fluído podem ser formados por soldagem, em particular, soldagem, das respectivas tampas metálicas na borda metalizada da respectiva abertura. A soldagem ou soldagem pode formar um selo metálico, capaz de suportar um elevado diferencial de pressão entre a pressão externa e a pressão interna do alojamento resistente à pressão. O alojamento resistente à pressão pode ser adaptado para manter a pressão interna predefinida, até uma diferença de pressão de pelo menos 100 bar, 200 bar, ou mesmo 300 bar. Como mencionado acima, a pressão interna predefinida pode estar na faixa entre 1 e 5 bar, isto é, próximo de uma atmosfera. Preferivelmente, o alojamento resistente à pressão é adaptado para manter uma pressão interna predefinida, para um diferencial de pressão na faixa entre cerca de 1 bar e cerca de 200 bar.

[0016] Em uma modalidade adicional, pelo menos um dos selos à prova de fluído pode ser provido com uma conexão roscada e/ou conexão por parafuso entre as respectivas primeira e segunda tampas metálicas e o corpo de alojamento cerâmico. Tal modalidade, adicionalmente, pode facilitar a montagem do alojamento resistente à pressão. Em um exemplo, uma rosca pode ser provida na tampa e uma segunda rosca correspondente pode ser provida na borda do corpo de alojamento cerâmico na respectiva abertura. A rosca no corpo de alojamento cerâmico pode ser uma rosca cerâmica ou uma rosca metálica na borda da abertura, por exemplo, pelo processo acima mencionado, em particular, provendo uma camada metalizada na borda do alojamento, e a rosca sendo soldada ou soldada na mesma.

[0017] Em uma modalidade adicional, pelo menos um dos selos à prova de fluído pode ser provido por uma gaxeta, disposta entre o corpo de alojamento cerâmico e a respectiva tampa metálica. A tampa metálica pode ser fixada ao corpo de alojamento cerâmico por um flange metálico. A tampa metálica e a respectiva extremidade do corpo de alojamento cerâmico, cada uma delas, tendo um flange, e ambos flanges podendo ser fixados entre si por meio de membros fixadores, tais como parafuso, porcas e parafusos, rebites etc. Um flange metálico pode ser fixo ao corpo de alojamento cerâmico, em qualquer uma das maneiras descritas acima, por exemplo, por soldagem.

[0018] O alojamento resistente à pressão, em uma modalidade, pode incluir um elemento suporte arranjado em um corpo de alojamento cerâmico e adaptado para suportar o componente elétrico no corpo de alojamento cerâmico. Em particular, pode ser provido um espaço entre o componente elétrico e o corpo de alojamento cerâmico. Através do elemento suporte, o componente elétrico pode ser protegido de choques e vibrações.

[0019] Pelo menos uma das primeira e segunda tampas metálicas pode incluir um elemento conectante em um lado da respectiva tampa metálica voltado para dentro do alojamento resistente à pressão. O elemento conectante pode prover um contato elétrico com o componente elétrico. O elemento conectante pode ser selecionado de um grupo compreendendo conexão roscada, elemento fixador, e conector de aperto. Em um exemplo, a conexão roscada pode compreender um recesso na tampa metálica com uma rosca interna na qual o componente elétrico é roscado. O conector de aperto pode compreender um recesso na respectiva tampa metálica e uma mola de contato flexível o componente elétrico sendo apertada no recesso para prover o contato elétrico.

[0020] O alojamento resistente à pressão pode ser pelo menos parcialmente preenchido com nitrogênio SFG (hexafluoreto de enxofre) areia, sílica gel, um líquido dielétrico, ou com uma combinação destes. A isolação elétrica entre o componente elétrico e o alojamento resistente à pressão, assim, pode ser melhorada. Ademais, o componente elétrico pode ser resfriado, por exemplo, transmitindo o calor do componente elétrico para as paredes do alojamento resistente à pressão através da areia, sílica-gel, ou líquido dielétrico. Ademais, se um fusível ou elemento fusível estiver instalado no alojamento resistente à pressão, uma mídia no alojamento resistente à pressão pode evitar a formação de arcos ou acelerar a extinção de um arco, quando o fusível dispara. Ademais, provendo o resfriamento de um fusível ou elemento fusível, a corrente que faz o fusível disparar pode ser aumentada.

[0021] Em uma modalidade, pelo menos uma das primeira e segunda tampas metálicas compreende uma porta de teste, para permitir a admissão de gás no alojamento resistente à pressão. A porta de teste pode ser um furo ou orifício passante na tampa metálica e pode ser usada, por exemplo, para testar a qualidade dos selos à prova de fluído. Em um exemplo, através da porta de teste um gás, tal como Helio, pode ser admitido no alojamento, e a detecção do gás fora do alojamento resistente à pressão pode ser verificada para testar o alojamento resistente à pressão com respeito à estanqueidade.

[0022] O material cerâmico usado para no corpo de alojamento cerâmico pode ser, por exemplo, alumina, zircônia, etc.

[0023] Uma modalidade adicional da presente invenção provê um componente elétrico submarino para aplicação submarina compreendendo o alojamento resistente à pressão de qualquer uma das modalidades acima descritas, e um componente elétrico arranjado no alojamento resistente à pressão.

[0024] O componente elétrico arranjado no alojamento resistente à pressão pode ser selecionado de um grupo compreendendo um fusível, em particular, um fusível de baixa ou média tensão, um elemento fusível, em particular, um elemento fusível de baixa ou média tensão, e protetores contra surto. Deve ficar claro, ainda, que outros componentes são admissíveis no alojamento resistente à pressão, tais como circuitos eletrônicos, incluindo elementos semicondutores, etc.

[0025] O componente elétrico pode ter dois terminais elétricos, um terminal elétrico conectado à primeira tampa metálica e o outro terminal elétrico conectado ao segundo terminal elétrico. Por conseguinte, o contato do componente elétrico pode ser facilitado, uma vez que cada uma das tampas metálicas atua como terminal elétrico para o componente elétrico.

[0026] O terminal elétrico do componente elétrico pode ser conectado às primeira e segunda tampas metálicas por meio de uma tira de conexão flexível, uma faixa metálica ou conector de aperto. A montagem do componente elétrico no alojamento resistente à pressão e o subsequente fechamento da tampa assim são facilitados, enquanto provendo um bom contato elétrico com a tampa fechada.

[0027] Em um exemplo, a faixa metálica pode ser parafusada no terminal do fusível e tampa metálica. Devido à extensão da faixa metálica, o componente elétrico pode ser inserido no alojamento resistente à pressão e ser colocado em contato com a segunda tampa, já montada no corpo de alojamento cerâmico. A faixa metálica pode ser dobrada e a outra tampa metálica pode ser fechada e montada no corpo de alojamento cerâmico (por exemplo, por brasagem ou soldagem com a camada metalizada).

[0028] A outra tampa metálica pode ser conectada ao componente elétrico por conexão roscada, elemento de fixador conector de aperto, ou outro meio, como mencionado acima.

[0029] De novo, o alojamento resistente à pressão do componente elétrico submarino pode ser preenchido, pelo menos parcialmente, com Nitrogênio, SF6, areia, sílica-gel, um líquido dielétrico, ou uma combinação destes.

[0030] Uma modalidade adicional provê um fusível submarino para uma aplicação submarina compreendendo um alojamento resistente à pressão de acordo com qualquer uma das modalidades delineadas acima e um componente elétrico na forma de fusível ou elemento fusível arranjado no alojamento resistente à pressão. O fusível do elemento fusível compreende dois terminais elétricos, um deles eletricamente conectado à primeira tampa metálica, enquanto o outro eletricamente conectado à segunda tampa metálica. Em uma modalidade, o fusível submarino pode ser um fusível submarino de baixa ou média tensão (por exemplo, tendo um elemento fusível de baixa ou média tensão arranjado no alojamento resistente à pressão). De novo, como descrito, o alojamento resistente à pressão do fusível submarino pode ser preenchido com Nitrogênio, SF6, areia, gel silicone, ou com um líquido dielétrico.

[0031] Os componentes das modalidades da invenção mencionados acima e aqueles que ainda serão explicados poderão ser combinados entre si, a menos que expressamente indicado de modo diferente.

Breve Descrição dos Desenhos

[0032] A presente invenção e outros aspectos e vantagens da mesma serão aparentes a partir da descrição detalhada, em conjunção com os desenhos, onde os mesmos números de referência se referem a elementos similares.

[0033] A Figura 1 é um desenho esquemático mostrando uma vista lateral secional de um componente elétrico submarino tendo um alojamento resistente à pressão de acordo com uma modalidade da presente invenção;

[0034] A Figura 2 é um desenho esquemático de uma vista lateral parcialmente seccionada de um componente elétrico submarino de acordo com uma modalidade, que ilustra a possibilidade de montar um componente elétrico a uma tampa metálica;

[0035] A Figura 3 é um desenho esquemático mostrando uma segunda vista seccional de um componente elétrico submarino de acordo com uma modalidade adicional.

Descrição Detalhada

[0036] A seguir, as modalidades ilustradas nos desenhos anexos serão descritas em mais detalhes. Deve ser ficar claro, no entanto, que a descrição a seguir é meramente ilustrativa e não-restritiva. Os desenhos sendo apenas representações esquemáticas, e os elementos constantes nos desenhos não estão necessariamente em escala.

[0037] A Figura 1 representa esquematicamente um componente elétrico submarino 10, que compreende um alojamento resistente à pressão 11 e um componente elétrico 12 dentro do alojamento resistente à pressão 11.0 componente elétrico submarino 11 pode ser instalado em uma aplicação submarina tendo um invólucro compensado a pressão, tal como um transformador, aparelho de manobra, acionador (drive) de velocidade variável submarino etc. O termo "Compensado à pressão", significa que o invólucro de tal aplicação submarina é preenchido com um líquido dielétrico, e tendo um compensador de pressão (ou volume) através do qual se consegue um equilíbrio de pressão entre a pressão externa da água do mar circundante e a pressão interna do líquido dielétrico. Em uma aplicação submarina, e no leito do mar, uma pressão substancialmente igual à pressão no leito do mar atua como componente elétrico submarino 10. Um alojamento 11 é resistente à pressão e mantém uma pressão interna predefinida, por exemplo, uma pressão próxima a uma atmosfera, tal como 1,5 bar. Portanto, um componente elétrico 12 adequado para operar sob uma pressão atmosférica pode ser instalado no alojamento resistente à pressão 11, e, por conseguinte, pode ser usado em aplicações submarinas.

[0038] O alojamento resistente à pressão 11 compreende um corpo de alojamento cerâmico 20, que, no exemplo da Figura 1, é cilíndrico. Deve ser notado que, em outras modalidades, o corpo de alojamento cerâmico 20 pode ter uma forma diferente, por exemplo, uma forma cuboide com duas faces abertas, ou similar. A utilização de um corpo de alojamento cerâmico tem a vantagem de o material cerâmico ser muito resistente à pressão, e apresentar excelentes propriedades de isolação elétrica. Qualquer material cerâmico, provendo uma boa resistência à pressão e boas propriedades de isolação elétrica, pode ser usado para formar o corpo de alojamento cerâmico, tal como alumina, zircônia ou similar.

[0039] Na modalidade da Figura 1, o alojamento resistente à pressão 11 compreende uma primeira e segunda tampas metálicas 31, 32 que fecham a abertura em ambas as extremidades do corpo de alojamento cerâmico cilíndrico 20. As tampas metálicas 31, 32 são soldadas, em particular, soldadas, com a borda da respectiva abertura no corpo de alojamento cerâmico 20.

[0040] Com este propósito, as bordas das primeira e segunda aberturas no corpo de alojamento cerâmico são metalizadas. Na Figura 1, uma camada metálica 21 na abertura superior e uma camada metalizada 22 na borda da borda inferior são providas no corpo de alojamento cerâmico 20.

[0041] Na Figura 1, a borda da respectiva abertura é uma face de plano anular, onde o corpo de alojamento cerâmico 20 termina. Esta face anular é pelo menos parcialmente coberta com uma camada metalizada circunferencialmente contínua. Como ilustrado na Figura 1, as camadas metalizadas 21, 22, ademais, podem se estender da face de extremidade para a parede lateral do corpo de alojamento cerâmico 20. Isto facilita a soldagem ou soldagem da respectiva tampa com a camada metálica, que cobre a borda do corpo de alojamento cerâmico 20.

[0042] As camadas metalizadas 21 e 22 no corpo de alojamento cerâmico 20 podem ser formadas de diferentes maneiras. A respectiva camada metalizada pode ser soldada no material cerâmico. Em um exemplo, pode ser feita uma metalização moli-Manganês, aplicando uma mistura moli-Manganês ao corpo de alojamento cerâmico 20 e sinterizando o corpo de alojamento cerâmico em alta temperatura. A região impregnada, então, pode ser revestida com Níquel. Desta forma, uma interface de molhamento é obtida, que facilita a soldagem da tampa metálica à borda metalizada do corpo de alojamento cerâmico 20. Outra possibilidade é a deposição de um metal ou liga metálica sobre a borda do corpo de alojamento cerâmico 20. Usando uma fonte de arco plasma catódico titânio pode ser, por exemplo, depositado no material sobre o material cerâmico. Estas e outras técnicas podem ser usadas para prover camadas metalizadas 21, 22 sobre o corpo de alojamento cerâmico 20.

[0043] O alojamento resistente à pressão 11 compreende os selos a prova de fluído 41, 42 entre a respectiva tampa metálica 31, 32 e o alojamento resistente à pressão 20. Os selos a prova de fluído 41, 42 são formados por soldagem, em particular soldagem, da respectiva tampa metálica 31, 32 com a correspondente camada metalizada 21, 22. A operação de soldagem forma os selos metálicos a prova de fluído 41, 42. Isto provê tampas fixas no corpo de alojamento cerâmico 20 e um selo que suporta uma considerável diferença de pressão. Como as camadas metalizadas 21, 22 são contínuas na direção circunferencial, o alojamento cilíndrico fica completamente selado, quando ambas as tampas 31, 32 são soldadas no corpo de alojamento cerâmico 20.

[0044] Como mencionado acima, a pressão interna no alojamento resistente à pressão 11 pode ser ajustada em uma faixa entre 1 e 5 bar por exemplo, próxima a 1,5 bar. Quando montado dentro de uma aplicação submarina compensada à pressão e aberto em uma instalação submarina, deve resultar uma diferença de pressão entre a pressão ambiente que circunda o alojamento resistente à pressão 11 e a pressão interna dentro do corpo de alojamento cerâmico 11. Instalações submarinas se localizam em profundidades de 1000 metros, 2000 metros ou mesmo 3000 metros abaixo da superfície do mar. Por exemplo, em uma profundidade de 3000 metros, a pressão da água do mar, que circunda a aplicação submarina é cerca de 300 bar, resultando uma pressão ambiente em torno do alojamento resistente à pressão 11 de cerca de 300 bar. A diferença de pressão entre a pressão ambiente e a pressão interna assim é próxima de 300 bar. Os selos metálicos a prova de fluído 41 e 42 permitem que o alojamento resistente à pressão 11 suporte tais diferenças de pressão altas e mantenha a pressão interna predefinida mesmo em tais profundidades. Dependendo do tipo e qualidade das camadas metalizadas 21, 22 e selos metálicos a prova de fluído 41, 42, o alojamento resistente à pressão 11 pode ser adaptado para suportar uma diferença de pressão de 1 a 100 bar, 1 a 200 bar, ou mesmo 1 a 300 bar. O componente elétrico 12, assim, pode ser operado próximo da pressão atmosférica, mesmo se o componente elétrico submarino 10 estiver em um ambiente pressurizado em profundidades similares àquelas acima mencionadas.

[0045] As tampas metálicas 31, 32 são adicionalmente adaptadas para prover conexões elétricas ao componente 12. O componente 12 tem terminais elétricos 13, 14 para contatar eletricamente o componente elétrico. No exemplo da Figura 1, o terminal elétrico 14 é mecanicamente fixado e eletricamente conectado à tampa metálica 32 por uma conexão roscada usando um parafuso roscado 37. O terminal elétrico 13, por outro lado, é conectado ao primeiro terminal elétrico 31 por uma faixa metálica 35. A faixa metálica 35 é afixada à tampa metálica 31 por um primeiro parafuso 34 e ao terminal elétrico 13 por um segundo parafuso 36.

[0046] Na modalidade da Figura 1, as tampas metálicas 31, 32 são conectadas eletricamente ao componente elétrico 12, e, por conseguinte, atuam como terminais elétricos com respeito ao componente elétrico submarino 10. A conexão elétrica com a aplicação submarina, onde está instalado o componente elétrico submarino 10, pode ser provida pelos elementos conectantes 33, 38, que, como na Figura 5, são implementados como conexões de parafuso. Deve ficar claro que os elementos conectantes 33, 38 podem ser implementados diferentemente. Uma vez que o corpo de alojamento 20 é feito de material cerâmico, é provida uma boa isolação elétrica entre as duas tampas metálicas 31, 32, que atuam como terminais elétricos. Assim, se consegue uma modalidade simples e efetiva do alojamento resistente à pressão 11.

[0047] Em outras modalidades, também é concebível não conectar eletricamente as tampas metálicas 31, 32 com o componente elétrico 12, por exemplo, provendo conectores passantes através da respectiva tampa metálica, fazendo passar um condutor através da tampa metálica, sem, contudo, contatá-la eletricamente. Desta forma, a isolação elétrica do componente elétrico 12 é melhorada, embora o desenho das tampas metálicas 31, 32 resulte mais complexo.

[0048] A Figura 1 mostra o alojamento resistente à pressão 11 no estado montado, onde uma faixa metálica 35 é dobrada, como esquematicamente ilustrado. Portanto, durante a montagem, a faixa metálica 35 pode ser afixada ao terminal superior 13 do componente elétrico 12 e à tampa metálica 31, quando a tampa metálica 31 ainda não estiver fechada. Tal modalidade dá acesso aos conectores antes da instalação da tampa. Daí, facilitando sua montagem.

[0049] Outras possibilidades de prover uma conexão elétrica entre os terminais do componente elétrico 12 e as tampas metálicas 31, 32 são certamente concebíveis e podem ser utilizadas no componente elétrico submarino 10. Um exemplo é um conector de aperto, como ilustrado na Figura 2. O conector de aperto compreende um recesso na respectiva tampa metálica (no exemplo da Figura 2 -a tampa metálica 31). Uma mola de contato flexível 50 é provida no recesso. Para contatar eletricamente o terminal 13 do componente elétrico 12 e prover sua montagem mecânica, o terminal 13 é apertado contra o recesso da tampa metálica 31, onde é fixado e eletricamente contatado pela mola flexível 50. A mola flexível 50 aplica uma força na direção longitudinal do componente elétrico 12 ao terminal 13, assim garantindo um bom contato elétrico e fixando o componente elétrico 12 no lugar. Em outra modalidade, a mola flexível 50 aplica uma força na direção radial, em direção ao centro do terminal elétrico 1 3, que similarmente garante um bom contato elétrico e fixa o componente elétrico 12 no lugar.

[0050] Outros elementos conectantes para prover contato elétrico com o componente elétrico 12, também podem ser providos, tal como um elemento fixador ou similar. O conector de aperto tem a vantagem de o componente elétrico 12 poder ser montado facilmente e de o conector poder ser usado em ambas as tampas metálicas 31, 32, enquanto o componente elétrico 12 é contatado automaticamente e mantido no lugar, quando a tampa metálica é fechada.

[0051] Opcionalmente, um elemento suporte 25 pode ser provido dentro do alojamento resistente à pressão 11, para suportar o componente elétrico 12. No exemplo da Figura 1, o elemento suporte 25 tem a forma de disco anular, que fixa o componente elétrico 12 na posição, assim garantindo o espaçamento correto entre o componente elétrico 12 e as paredes laterais do alojamento resistente à pressão 11.

[0052] O alojamento resistente à pressão 11 pode ser preenchido, pelo menos parcialmente, com uma mídia 23. A mídia 23, por exemplo, pode ser areia, sílica gel, líquido dielétrico, ou outro material. Em particular, o espaço entre o componente elétrico 12 e o corpo de alojamento cerâmico 20 pode ser preenchido com a mídia 23. A mídia 23 pode prover uma condução de calor melhor, assim resfriando o componente elétrico 12. Ademais, por exemplo, se o componente elétrico 12 for implementado como fusível ou elemento fusível, a formação de arco pode ser reduzida ou impedida.

[0053] O alojamento resistente à pressão 11 pode ser preenchido parcialmente ou totalmente com a mídia 23. Em outras modalidades, pode ser preenchido parcialmente ou totalmente com um gás, por exemplo, Nitrogênio, SF6 ou similar.

[0054] Na modalidade da Figura 1, o alojamento resistente à pressão 11 é parcialmente preenchido com um gás, e uma mídia 23. O elemento suporte 25 provê uma separação do alojamento resistente à pressão 11 em dois compartimentos, um dos quais é preenchido com a mídia 23, enquanto o outro é preenchido com um gás. Em particular, o compartimento compreendendo o corpo principal (ou parte principal) do componente elétrico 12 é preenchido com a mídia 23. O compartimento preenchido com gás pode garantir que a pressão interna permaneça quase constante, e o compartimento preenchido com a mídia, garante o resfriamento e isolação elétrica do componente elétrico 12.

[0055] Depois da montagem do componente elétrico submarino 10, a estanqueidade do selo metálico 41, 2 pode ser testada. Com este propósito, a tampa metálica 31 compreende uma porta de teste 39. A porta de teste 39 compreende um canal, que trespassa a tampa 31 entrando no alojamento resistente à pressão 11. Por meio da porta de teste, um gás, tal como Helio, pode ser injetado no alojamento resistente à pressão 11. Com respeito à estanqueidade dos selos 41, 42, um vazamento de Helio do alojamento resistente à pressão 11 pode ser detectado com equipamento apropriado. Se nenhum vazamento de Helio for detectado, o alojamento resistente à pressão 11 pode ser parcialmente ou totalmente preenchido com outro gás, tal como Nitrogênio, SF6, ou ar, como mencionado acima, e a porta de teste 39 pode ser fechada, por exemplo, com parafusos, como ilustrado na Figura 1. Deve ser notado que a porta de teste 39 é opcional.

[0056] O componente elétrico 12 pode ser um componente simples, tal como um fusível ou elemento fusível, ou um componente complexo compreendendo uma circuitagem eletrônica ou similar. Um protetor contra surto, por exemplo, pode ser montado dentro do alojamento resistente à pressão 11, para impedir uma corrente excessiva na aplicação submarina. Qualquer tipo de componente elétrico, que precise ser operado próximo da pressão atmosférica pode se beneficiar do alojamento resistente à pressão 11.0 alojamento resistente à pressão 11, assim, permite a utilização de uma ampla gama de componentes elétricos padrão em aplicações submarinas.

[0057] A Figura 3 mostra uma modificação do componente elétrico submarino 10 da Figura 1, e, por conseguinte, as explicações dadas acima com respeito à Figura 1 são correspondentemente válidas para o componente elétrico submarino 10 da Figura 3. No exemplo da Figura 3, o componente elétrico 12 é um elemento fusível. O alojamento resistente à pressão 11, assim, pode ser preenchido com um material comumente usado em alojamentos de fusível, tal como areia.

[0058] Por conseguinte, o componente elétrico submarino 10 da Figura 3 é essencialmente um fusível submarino, utilizável em ambiente de alta pressão.

[0059] Ademais, a segunda tampa metálica 32 é a fixada ao corpo de alojamento cerâmico 20 por um parafuso ou conexão roscada. Em particular, uma rosca interna é provida na tampa metálica 32 e uma rosca externa é provida na extremidade do alojamento resistente à pressão 20. A rosca externa no corpo de alojamento cerâmico pode ser provida em um processo similar àquele descrito acima, por metalização e soldagem. Outras modalidades são certamente concebíveis. Em um exemplo, o corpo de alojamento cerâmico 20 pode compreender uma rosca interna, onde a tampa metálica 32 é parafusada. Os selos a prova de fluído entre as tampas metálicas 31, 32 e o corpo de alojamento cerâmico 20 também podem ser providos por soldagem, como descrito na Figura 1. Na Figura 1, a conexão dos terminais elétricos 13, 14 do elemento fusível à respectiva tampa metálica é ilustrada s esquematicamente. Qualquer dos meios mencionados pode ser usado para estas conexões. Em uma tampa metálica, o terminal elétrico pode simplesmente ser soldado ou brazado a uma protuberância da face interna da tampa metálica, como ilustrado, e o outro terminal contata a outra tampa metálica com um elemento conectante, que facilita a montagem do alojamento resistente à pressão, tal como uma faixa metálica.

[0060] Os componentes das modalidades descritas acima também podem ser combinados. O componente elétrico submarino 10 da Figura 1, por exemplo, pode ter um ou dois parafusos nas tampas, como mostrado na Figura 3, ou compreender um elemento fusível, tal como o componente elétrico 12. O componente elétrico submarino 10 da Figura 3 pode ser provido com duas tampas metálicas 31, 32, que são soldadas ou soldadas no corpo de alojamento cerâmico 20, por exemplo, como mostrado na Figura 1. O selo à prova de fluído provido entre a tampa metálica e o corpo de alojamento cerâmico também pode ser uma gaxeta, para uma ou ambas as tampas metálicas de cada modalidade. Os flanges podem ser providos nas respectivas extremidades do corpo de alojamento cerâmico e tampa metálica, e os flanges podem presos entre si, por exemplo, por meio de presilhas, porcas e parafusos, rebites, e outros meios fixadores.

[0061] Em resumo, a presente invenção provê um alojamento compacto resistente à pressão, alojando um componente elétrico, tal como um fusível padrão, e uma selagem a prova de líquido, mesmo em altas pressões. Por causa do tamanho do componente e à possibilidade de operar em alta pressão, o alojamento resistente à pressão permite a operação de componentes elétricos submarinos- padrão em grandes profundidades de água.

Claims

1. Alojamento (11) para um componente elétrico (12), em particular um fusível ou elemento fusível, o alojamento (11) compreendendo um corpo de alojamento cerâmico (20) para alojar o componente elétrico (12), o corpo de alojamento cerâmico (20) tendo uma primeira abertura e uma segunda abertura, uma primeira tampa metálica (31) para fechar a primeira abertura no corpo de alojamento cerâmico (20), a primeira tampa metálica (31) formando um selo à prova de fluído (41) com o corpo de alojamento cerâmico (20) na primeira abertura, uma segunda tampa metálica (32) para fechar a segunda abertura no corpo de alojamento cerâmico (20), a segunda tampa metálica (32) formando um selo à prova de fluído (42) com o corpo de alojamento cerâmico (20) na segunda abertura, sendo que o corpo de alojamento cerâmico (20) provê uma isolação elétrica entre a primeira tampa metálica (31) e a segunda tampa metálica (32), e sendo que cada tampa metálica (31, 32) provê uma conexão elétrica (34, 37) para contatar eletricamente o componente elétrico (12) dentro do alojamento (11), caracterizado pelo fato de que o alojamento (11) é um alojamento resistente à pressão para permitir o uso do componente elétrico (12) em uma aplicação submarina, e sendo que as bordas das primeira e segunda aberturas no corpo de alojamento cerâmico (20) são metalizadas, sendo que pelo menos uma, preferivelmente ambos selos à prova de fluído (41, 42) são formados por soldagem, em particular, por amarração da respectiva tampa metálica (31, 32) a uma borda metalizada da respectiva abertura, sendo que o alojamento resistente à pressão (11) é configurado para ter uma pressão interna definida na faixa entre cerca de 100 kPa (1 bar) e cerca de 500 kPa (5 bar) e para manter a pressão interna predefinida até uma diferença de pressão de pelo menos 1000 kPa (10 bar) entre a pressão interna e uma pressão ambiente.

2. Alojamento resistente à pressão (11), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o corpo de alojamento cerâmico (20) ser um tubo cerâmico cilíndrico, as primeira e segunda aberturas sendo aberturas em primeira e segunda extremidades opostas do tubo cerâmico.

3. Alojamento resistente à pressão (11) de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por as faces de extremidade de pelo menos uma, preferivelmente ambas as primeira e segunda extremidades do tubo cerâmico cilíndrico serem metalizadas, a face de extremidade metalizada provendo uma face anular metalizada que topa as respectivas primeira e segunda tampas metálicas (31, 32).

4. Alojamento resistente à pressão (11), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por pelo menos um do selos à prova de fluído (41, 42) ser formado por uma conexão roscada (60) ou uma conexão de parafuso entre a respectiva primeira ou segunda tampa metálica (31, 32) e o corpo de alojamento cerâmico (20).

5. Alojamento resistente à pressão (11), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por compreender adicionalmente um elemento suporte (25) arranjado no corpo de alojamento cerâmico (20) e adaptado para suportar o componente elétrico (12) no corpo de alojamento cerâmico (20), em particular para prover um espaçamento entre o componente elétrico (12) e o corpo de alojamento cerâmico (20).

6. Alojamento resistente à pressão (11), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por pelo menos uma das primeira ou segunda tampas metálicas (31, 32) compreender um elemento conectante em um lado da respectiva tampa metálica, voltada para dentro do alojamento resistente à pressão (11), para prover um contato elétrico com o componente elétrico (12), o elemento conectante sendo preferivelmente selecionado de um grupo compreendendo uma conexão de parafuso (34, 37), um elemento fixador e um conector de aperto (50).

7. Alojamento resistente à pressão (11), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por o alojamento resistente à pressão (11) ser preenchido, pelo menos parcialmente, com nitrogênio, SF6, areia, gel silicone ou um líquido dielétrico, ou uma combinação destes.

8. Alojamento resistente à pressão (11), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por pelo menos uma das primeira ou segunda tampas metálicas (31, 32) compreender uma porta de teste (39) adaptada para permitir a admissão de um gás no alojamento resistente à pressão (11).

9. Alojamento resistente à pressão (11), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado por o alojamento resistente à pressão (11) ser configurado para permitir a utilização de um componente elétrico (12) operando próximo da pressão atmosférica, mesmo se o alojamento resistente à pressão (11) incluindo o componente elétrico (12) estiver instalado em uma aplicação submarina, localizada no leito do mar e tiver um invólucro compensado à pressão.

10. Componente elétrico submarino (10) para uma aplicação submarina, caracterizado por compreender um alojamento resistente à pressão (11), como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, e um componente elétrico (12) arranjado no alojamento resistente à pressão (11).

11. Componente elétrico submarino (10), de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por o componente elétrico (12) arranjado no alojamento resistente à pressão (11) ser selecionado de um grupo compreendendo um fusível, em particular um fusível de baixa ou média tensão, um elemento fusível, em particular, um elemento fusível de baixa ou média tensão e um protetor contra surto.

12. Componente elétrico submarino (10), de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado por o componente elétrico (12) ter dois terminais elétricos (13, 14), um terminal elétrico (13) sendo conectado à primeira tampa metálica (31) e o outro terminal elétrico (14) sendo conectado à segunda tampa metálica (32).

13. Componente elétrico submarino (10), de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por um dos terminais elétricos (13, 14) do componente elétrico (12) ser conectado à primeira ou segunda tampa metálica (31, 32) por meio de uma tira de conexão flexível, uma tira metálica (36) ou um conector de aperto (50).

14. Fusível submarino para uma aplicação submarina, caracterizado por compreender um alojamento resistente à pressão (11), como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, e um componente elétrico (12) na forma de um elemento fusível ou um fusível arranjado dentro do alojamento resistente à pressão (11) e tendo dois terminais elétricos (13,14), um (13) dos ditos terminais elétricos sendo conectado eletricamente à primeira tampa metálica (31) e o outro terminal elétrico (14) sendo conectado eletricamente à segunda tampa metálica (32).