BR112016023937B1 - Cabo de energia blindado, e, métodos para melhorar os desempenhos de um cabo de energia blindado e para reduzir perdas de blindagem em um cabo de energia blindado - Google Patents

Abstract

cabo de energia blindado, e, métodos para transportar uma corrente alternada e para reduzir perdas de blindagem em um cabo de energia blindado. cabo de energia blindado (10) para transportar uma corrente alternada compreendendo pelo menos um núcleo (12), compreendendo um condutor elétrico (12a), e uma blindagem (16), circundando o pelo menos um núcleo (12), compreendendo uma pluralidade de fios de blindagem (16a) tendo uma porção interna ferromagnética (162) e um revestimento eletricamente condutivo (164).

Description

DESCRIÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a um método e a um cabo deenergia blindado para o transporte de corrente alternada.

[002] Um cabo de energia blindado é geralmente utilizado emaplicações onde estão previstas tensões mecânicas. Em um cabo de energia blindado, o núcleo do cabo ou núcleos (normalmente três núcleos torcidos em último caso) estão circundados por pelo menos uma camada de blindagem sob a forma de fios de blindagem, configurados para fortalecer a estrutura do cabo, enquanto mantêm uma flexibilidade adequada.

[003] US 2009/0194314 descreve um cabo de campos petrolíferoscompreendendo um cabo eletricamente condutivo para transmissão de energia elétrica e pelo menos uma camada de uma pluralidade de fios de blindagem circundando o núcleo do cabo. Pelo menos um dos fios de blindagem é um fio de blindagem bimetálica que tem uma porção interna coaxial e uma porção externa que a circunda, que fornece um trajeto de retorno para a energia elétrica transmitida através do núcleo do cabo. A porção interna inclui, pelo menos, um material de cobre, um material de alumínio e um material de cobre-berílio. A porção externa é formada de um material de liga de metal que inclui, pelo menos, um material de MP35N, um material de HC-265, um material de Inconel, um material de Monel, e o um material de Rene.

[004] Quando a corrente alternada (CA) é transportada para umcabo, a temperatura dos condutores elétricos dentro do cabo do motor aumenta devido a perdas resistivas, um fenômeno referido como efeito Joule.

[005] A corrente transportada e os condutores elétricos sãotipicamente dimensionados, de modo a garantir que a temperatura máxima nos condutores elétricos seja mantida abaixo de um limite previamente fixado (por exemplo, abaixo de 90°C) que garante a integridade do cabo.

[006] A norma internacional IEC 60287-1-1 (segunda edição 200612) fornece métodos para calcular a classificação de corrente permissível de cabos a partir de detalhes de aumento permissível da temperatura, resistência do condutor, das perdas e resistividades térmicas. Em particular, o cálculo da classificação atual em cabos elétricos é aplicável para as condições da operação em estado estável em todas as voltagens alternadas. O termo "estado estável" pretende significar uma corrente contínua constante (fator de carga de 100%) apenas suficiente para produzir a temperatura de condutor máxima assintoticamente, as condições ambientais ao redor sendo assumidas como constantes. Fórmulas para o cálculo das perdas também são dadas.

[007] Na IEC 60287-1 -1, a classificação de corrente permissível deum cabo de CA é derivada da expressão para o aumento de temperatura permitida do condutor Δθ acima da temperatura ambiente Ta, em que Δθ = T- Ta, T sendo a temperatura do condutor quando uma corrente I flui para o condutor e Ta sendo a temperatura do ambiente ao redor, em condições normais, em uma situação em que os cabos estão instalados, ou vão ser instalados, incluindo o efeito de qualquer fonte local de calor, mas não o aumento de temperatura na vizinhança imediata dos cabos devido ao calor decorrente. Por exemplo, a temperatura do condutor T deve ser mantida inferior de por cerca de 90°C.

[008] Por exemplo, de acordo com IEC 60287-1 -1, no caso de cabosenterrados de CA onde secagem do solo não ocorre, ou cabos de corrente alternada em ar, a classificação de corrente permitida pode ser derivada a partir da expressão para o aumento de temperatura acima da temperatura ambiente:

(1) onde: I é a corrente que flui em um condutor (Ampere)Δθ é o aumento de temperatura do condutor acima da temperaturaambiente (Kelvin)R é a resistência de corrente alternada por comprimento de unidade do condutor, à temperatura máxima de operação (Q / m);Wd é a perda dielétrica por comprimento de unidade para oisolamento em torno do condutor (W / m);T1 é a resistência térmica por comprimento de unidade entre um condutor e o invólucro (K.m / W);T2 é a resistência térmica por comprimento de unidade do leitoentre o invólucro de blindagem e (K.m / W);T3 é a resistência térmica por comprimento de unidade da porção externa do cabo (K.m W);T é a resistência térmica por comprimento de unidade entre a superfície do cabo e o ambiente ao redor (K.m / W);n é o número de condutores de transporte de carga no cabo (condutores de igual tamanho e transportando a mesma carga);/a é a razão de perdas no revestimento de metal para as perdas totais de todos os condutores naquele cabo;/2 é a razão de perdas na blindagem por perdas totais de todos os condutores do cabo.

[009] No caso de cabos de três núcleos e a blindagem de fio de aço,a razão /2 é dada, na norma IEC 60287-1 -1, pela seguinte fórmula:

onde RA é a resistência de CA de blindagem na temperatura máxima de blindagem (Q / m);R é a resistência de corrente alternada por comprimento de unidade do condutor, à temperatura máxima de operação (Q / m);dA é o diâmetro médio da blindagem (mm);C é a distância entre o eixo geométrico de um condutor do cabo e o centro (mm);o é a frequência angular da corrente nos condutores.

[0010] O Requerente observou que, de um modo geral, a redução das perdas de um cabo elétrico de CA blindado permite reduzir a seção transversal do(s) condutor (es) (assim, a quantidade de material necessário para fazer o cabo) e/ou aumentar a classificação de corrente permissível (assim, permitir que o cabo leve energia superior).

[0011] O Requerente observou que as perdas de blindagem podem ser reduzidas pelo uso de um material não ferromagnético, por exemplo de aço inoxidável austenítico, mas isso aumenta substancialmente o custo do cabo de energia.

[0012] O Requerente investigou a contribuição das perdas de blindagem para as perdas globais de cabo em um cabo de energia de CA blindado quando os fios da blindagem são feitos de material ferromagnético, o que é economicamente atraente.

[0013] Durante as suas atividades de desenvolvimento, o requerente observou que as perdas de blindagem podem depender de histerese e de correntes de Foucault geradas devido à magnetização dos fios da blindagem ferromagnéticos, provocadas pelo campo magnético gerado pela corrente CA transportada pelos condutores do cabo.

[0014] WO 2013/174399 descreve que, em um cabo de três núcleos, as perdas de blindagem podem ser bastante reduzidas quando a inclinação de blindagem é unicamente trançada à inclinação central em comparação com a situação em que o campo de blindagem em vez disso é contra trançado no campo de núcleo. O documento WO 2013/174399 descreve que os fios de blindagem podem ter um núcleo ferromagnético circundado por um material não ferromagnético (por exemplo, plástico ou aço inoxidável).

[0015] O Requerente percebeu que o fornecimento de um revestimento não ferromagnético eletricamente condutivo que tem uma condutividade elétrica maior do que a do aço inoxidável para uma tela de blindagem ferromagnética pode reduzir substancialmente a histerese e as perdas por correntes de Foucault na blindagem do cabo, enquanto mantém a resistência mecânica e a limitação do aumento do custo de fabricação do cabo.

[0016] Sem o objetivo de ser limitado a qualquer teoria, o Requerente acredita que uma condutividade elétrica acima de um valor predeterminado no revestimento de fio de blindagem faz com que as correntes de Foucault se concentrem nos fios de blindagem periféricos onde geram baixas perdas resistivas por causa de tal condutividade elétrica reforçada. Ao mesmo tempo, a concentração de correntes de Foucault no revestimento de fio de blindagem induz um campo magnético de sinal oposto em relação ao campo magnético gerado pela corrente CA transportada pelos condutores do cabo, aumentando, assim, o efeito de blindagem dos fios de blindagem a partir deste último campo magnético. Além disso, a redução da perda de blindagem devido à dita condutividade elétrica do revestimento de fio de blindagem aumenta a redução das perdas de blindagem devido às propriedades não ferromagnéticas do revestimento. Tal propriedade não ferromagnética do revestimento de fio de blindagem permite proteger os fios de blindagem ferromagnéticos a partir do campo magnético gerado pela corrente CA transportada pelos condutores do cabo, reduzindo assim as perdas de histerese.

[0017] Como resultado, as perdas de blindagem de uma blindagem feita de fios tendo um núcleo ferromagnético revestido por um revestimento não ferromagnético com condutividade elétrica suficientemente elevada são reduzidas em relação àquelas de uma blindagem tendo fios com a mesma seção transversal, mas feitos apenas de material ferromagnético, ou feitos de um revestimento aplicado condutivo relativamente baixo e não ferromagnético sobre uma porção interna ferromagnética.

[0018] O Requerente descobriu que, usando um cabo de CA blindado compreendendo uma blindagem com uma camada de fios de blindagem com um núcleo ferromagnético e revestimento aplicado condutivo relativamente baixo e não ferromagnético de uma seção transversal/ espessura predeterminada, os desempenhos do cabo de CA blindado podem ser melhorados em termos de condutor de corrente e/ou cabo de seção transversal de área transmissível S. Na verdade, é possível cumprir com os requisitos da norma IEC 60287-1-1 para a classificação de corrente permissível pela transmissão no cabo condutor de um valor de corrente aumentou e/ou utilização de condutores de cabo com um valor reduzido de área de seção transversal S (a resistência de CA por comprimento de unidade R, na fórmula acima (1) sendo proporcional ao P/S, em que o símbolo P representa o condutor de material de resistividade elétrica), sem aumentar a temperatura de trabalho do condutor.

[0019] Em um primeiro aspecto, a presente invenção refere-se assim a um cabo de energia blindado para o transporte de corrente alternada que compreende:- pelo menos um núcleo compreendendo um condutor elétrico, e- uma blindagem, circundando o pelo menos um núcleo, compreendendo uma pluralidade de fios de blindagem tendo uma porção interna ferromagnética e um revestimento eletricamente condutivo.

[0020] A porção interna ferromagnética e um revestimento eletricamente condutivo dos fios de blindagem da invenção são definidos como a seguir.

[0021] Em um segundo aspecto, a presente invenção refere-se a um método de transportar uma corrente I alternada em um cabo de energia blindado que compreende, pelo menos, um núcleo e uma blindagem em torno do núcleo, o dito núcleo compreendendo um condutor elétrico e a dita blindagem compreendendo uma pluralidade de fios, o método compreendendo:- operar o cabo a uma temperatura de condutor de trabalho máxima permissível T enquanto transporta a dita corrente alternada I em cada condutor elétrico tendo uma área de seção transversal S, a dita corrente alternada I e a dita área de seção transversal S sendo determinadas por perdas de cabo gerais incluindo perdas de blindagem;distinguido pelo fato de que compreende adicionalmente:- reduzir as perdas de blindagem provendo a pluralidade de fios com uma porção interna ferromagnética e um revestimento eletricamente condutivo;- aumentar o valor da dita corrente alternada I e/ou reduzir o valor da área de seção transversal S dos condutores elétricos, como determinado pelas perdas de blindagem reduzidas;- realizar a etapa de operação com o dito valor aumentado da corrente alternada I e/ou o dito valor reduzido da área de seção transversal S.

[0022] Em um terceiro aspecto, a presente invenção refere-se a um método para reduzir as perdas de blindagem em um cabo de energia blindado que compreende pelo menos um núcleo, que compreende um condutor elétrico, e uma blindagem circundando o pelo menos um núcleo, o método compreendendo:- construir a blindagem com uma pluralidade de fios tendo uma porção interna ferromagnética e um revestimento não ferromagnético eletricamente condutivo.

[0023] O revestimento dos fios de blindagem da invenção é vantajosamente feito de um material eletricamente condutivo e não ferromagnético.

[0024] Para efeitos da presente descrição e das reivindicações anexas, exceto quando indicado de outra forma, todos os números que expressam valores, quantidades, percentagens, e assim por diante, são para ser compreendidos como sendo modificados em todos os casos pelo termo "cerca de". Além disso, todas as faixas incluem qualquer combinação dos pontos máximos e mínimos descritos e incluem quaisquer faixas intermédias neles existentes, que podem ou podem não ser especificamente aqui enumeradas.

[0025] Na presente descrição, o termo "núcleo" é usado para indicar um condutor elétrico circundado por uma camada isolante e pelo menos uma camada semicondutora. Opcionalmente, o dito núcleo compreende adicionalmente uma tela de metal que circunda o condutor, a camada isolante e a(s) camada(s) semicondutora(s).

[0026] Na presente descrição, todas as indicações de instruções e similares, tais como "radial" e "tangencial" são feitas com referência ao eixo geométrico longitudinal do cabo.

[0027] Em particular, "radial" é usado para indicar uma direção que intersecta o eixo geométrico longitudinal do cabo e que está um plano perpendicular ao dito eixo geométrico longitudinal; e "tangencial" é usado para indicar uma direção perpendicular à direção "radial" e coloca-se em um plano perpendicular ao eixo geométrico longitudinal do cabo.

[0028] Na presente descrição, o termo "eletricamente condutivo" é usado para indicar um material, por exemplo de cobre ou alumínio, tendo uma resistividade elétrica inferior a 10x10-8 Olnirm; preferivelmente inferior a 8x 0-8 Ohm^m; mais preferivelmente inferior a 5x10-8 Ohm^m.

[0029] Na presente descrição, o termo "ferromagnético" indica um material que abaixo de uma dada temperatura tem uma permeabilidade magnética relativa significativamente maior do que 1, preferivelmente superior a 100.

[0030] Na presente descrição, o termo "não ferromagnético" indica um material que abaixo de uma dada temperatura tem uma permeabilidade magnética relativa de cerca de 1.

[0031] Na presente descrição, o termo "temperatura máxima permissível de condutor de trabalho" é usado para indicar a temperatura mais alta que um condutor é permitido atingir em funcionamento em uma condição de estado estável, a fim de garantir a integridade do cabo. A temperatura do condutor de trabalho depende substancialmente das perdas globais de cabos, incluindo as perdas condutoras devido ao efeito Joule e outros fenômenos dissipativos adicionais. As perdas de blindagem são outro componente significativo das perdas globais de cabo.

[0032] Na presente descrição, o termo "classificação de corrente permissível" é usado para indicar que a corrente máxima que pode ser transportada em um condutor elétrico, a fim de garantir que a temperatura do condutor elétrico não exceda a temperatura máxima de condutor de trabalho permissível na condição de estado estável. O estado estável é atingido quando a taxa de geração de calor no cabo é igual à taxa de dissipação de calor a partir da superfície do cabo, de acordo com as condições de trançamento.

[0033] Na presente descrição, o termo "seção transversal alongada" é usado para indicar a forma da seção transversal perpendicular ao eixo geométrico longitudinal do fio de blindagem, sendo a dita forma oblonga, alongada em uma dimensão.

[0034] De acordo com a invenção, os desempenhos do cabo de energia blindado podem ser vantajosamente melhorados em termos de aumento da corrente alternada transportada no que diz respeito a um cabo que tem substancialmente o mesmo condutor elétrico que a área de seção transversal S e os fios de blindagem tendo substancialmente a mesma área de seção transversal, mas sendo esses últimos feitos de material(is) com diferentes características elétricas e/ou magnéticas e/ou tendo um arranjo de material diferente.

[0035] Em alternativa, os desempenhos do cabo de energia blindado podem ser vantajosamente melhorados em termos da área de seção transversal S de condutor elétrico reduzido com relação a um cabo que transporta substancialmente a mesma quantidade de corrente alternada e tendo fios de blindagem tendo substancialmente a mesma área de seção transversal, mas sendo esse último feito de material(is) com diferentes características elétricas e/ou magnéticas e/ou tendo um arranjo de material diferente.

[0036] Uma combinação das duas alternativas acima também pode ser prevista.

[0037] No mercado de cabo, um cabo é oferecido para venda ou vendido acompanhado por indicação relativa à, nomeadamente, quantidade de corrente alternada transportada, a área da seção transversal S do(s) condutor(es) elétrico(s) e/ou a temperatura máxima permissível de condutor de trabalho. No que diz respeito a um cabo conhecido, um cabo de acordo com a invenção trará indicação de uma área de seção transversal reduzida do condutor elétrico, com substancialmente a mesma quantidade de corrente alternada transportada e temperatura de condutor de trabalho permissível máxima, ou um aumento da quantidade de corrente alternada transportada com substancialmente a mesma área de seção transversal do(s) condutor(es) elétrico(s) e a temperatura máxima permissível de condutor de trabalho.

[0038] Isso é muito vantajoso porque permite fazer com que um cabo seja mais potente e/ou reduzir o tamanho dos condutores com a consequente redução do tamanho do cabo, peso e custo.

[0039] A presente invenção, em pelo menos um dos aspectos mencionados, pode ter pelo menos uma das características preferidas a seguir.

[0040] A corrente alternada I fluiu para o cabo e a área de seção transversal S dos condutores vantajosamente cumpre com os requisitos de classificação corrente permissível de acordo com a norma IEC 60287-1-1, pela contagem de perdas de blindagem igual ou inferior a 40% do total de perdas de cabo.

[0041] As perdas de blindagem podem ser iguais ou menores que 20% das perdas totais de cabo. Por uma seleção apropriada da blindagem de construção de acordo com os ensinamentos da invenção, as perdas de blindagem podem ser iguais a ou menores do que as perdas globais de cabo.

[0042] Por uma seleção apropriada da blindagem de construção de acordo com o ensinamento da invenção, as perdas de blindagem X2 podem ser significativamente mais baixas do que aquelas X2 calculadas pela norma internacional IEC 60287-1-1, segunda edição 2006-12. Em particular e vantajosamente,

. Preferivelmente,

Mais preferivelmente,

Ainda mais preferivelmente,

[0043] Preferivelmente, cada condutor elétrico tem uma área de seção transversal S dimensionada para operar o cabo para o transporte de corrente alternativa I em temperatura T de condutor de trabalho permissível máxima, tal como determinada pela perda total do cabo, incluindo as perdas de blindagem. Preferivelmente, a área da seção transversal S do condutor elétrico é dimensionada pela contagem de perdas de blindagem não superiores a 40% das perdas totais de cabos.

[0044] O fio de blindagem da presente invenção pode ter uma forma substancialmente circular ou uma seção transversal alongada. No caso de uma seção transversal alongada, o eixo geométrico maior da seção transversal é preferivelmente orientado de forma tangencial em relação à circunferência do cabo.

[0045] Preferivelmente, no caso da seção transversal circular, os fios de blindagem têm um diâmetro total (incluindo a porção interna e o revestimento) de entre 2 mm e 8 mm, mais preferivelmente de entre 3 mm e 7 mm.

[0046] De um modo preferido, no caso do fio de blindagem com uma seção transversal circular, o revestimento tem uma espessura (isto é, tamanho na direção radial), pelo menos, igual a 2,5% em relação ao diâmetro total do fio de blindagem.

[0047] De um modo preferido, no caso do fio de blindagem com uma seção transversal circular, o revestimento eletricamente condutivo tem uma espessura (isto é, tamanho na direção radial) não superior a 20% em relação ao diâmetro total do fio de blindagem; mais preferivelmente, não superior a 15%.

[0048] Preferivelmente, para qualquer formato dos fios de blindagem, o revestimento eletricamente condutivo tem uma área de seção transversal (em um plano perpendicular ao eixo geométrico longitudinal do cabo) pelo menos igual a 10% em relação à área total da seção transversal do fio de blindagem.

[0049] Preferivelmente, para qualquer formato dos fios de blindagem, o revestimento eletricamente condutivo tem uma área de seção transversal (em um plano perpendicular ao eixo geométrico longitudinal do cabo) não superior a 55% em relação à área total da seção transversal do fio blindado; mais preferivelmente, não superior a 40%.

[0050] O Requerente descobriu que os limites inferiores e superiores mencionados acima de espessura e área de seção transversal do revestimento eletricamente condutivo permite alcançar, para um material de revestimento tendo uma resistividade elétrica inferior a 10x10-8 Ohm^m, uma boa harmonização entre duas exigências contraditórias. De fato, por um lado, os valores de área de seção transversal do revestimento inferiores a 10% (ou espessura inferior a 2,5%) podem proporcionar uma redução na perda de blindagem não particularmente útil para o objetivo de reduzir a área de seção transversal do condutor elétrico S e/ou de aumentar a corrente alternada transportada (por exemplo, redução de pelo menos 10%). Por outro lado, uma área de seção transversal maior do que o revestimento em 55% (ou espessura maior do que 20%) pode fazer com que o fio de blindagem perca a resistência à tração adequada para proporcionar ao cabo a estabilidade de tensão procurada e a proteção mecânica. Isso é porque os materiais para o revestimento eletricamente condutivo têm geralmente uma resistência à tração substancialmente menor do que a de materiais da porção interna do fio de blindagem ferromagnética.

[0051] A seleção de um fio de blindagem em vista da sua resistência à tração pode ser feita por alguém de habilidade comum na técnica com base nas dimensões dos cabos, o peso e o ambiente de utilização desejado. Preferivelmente, o material ferromagnético da porção interna do fio de blindagem da invenção tem uma resistência à tração de pelo menos 350 MPa, mais preferivelmente de entre 350 MPa e 800 MPa, um limite superior mais preferível de tal gama de 750 MPa.

[0052] O revestimento eletricamente condutivo dos fios de blindagem da invenção pode ser feito de um material selecionado a partir de: zinco, cobre, prata, alumínio, ligas e compósitos dos mesmos. Preferivelmente, o revestimento eletricamente condutivo é feito de cobre ou alumínio ou ligas e compósitos que os contêm, mais preferivelmente, de ligas de cobre e compósitos dos mesmos.

[0053] A porção interna ferromagnética dos fios de blindagem da invenção pode ser feita de um material selecionado a partir de aço de construção, de aço inoxidável ferrítico, de aço inoxidável martensítico e de aço de carbono.

[0054] Além da pluralidade de fios da blindagem com a porção interna ferromagnética e o revestimento eletricamente condutivo, a blindagem pode também compreender outros fios de blindagem feitos de material com diferentes características elétricas e/ou magnéticas e/ou tendo um arranjo de material diferente. Por exemplo, os ditos outros fios de blindagem poderiam ser feitos de material ferromagnético único.

[0055] A pluralidade de fios de blindagem define, preferivelmente uma camada de blindagem.

[0056] De acordo com uma modalidade, a pluralidade de fios de blindagem define uma camada interna da blindagem, a blindagem que compreende uma camada externa com uma pluralidade de fios de blindagem, circundando a dita camada de blindagem interna.

[0057] Os fios de blindagem da camada externa são, preferivelmente metálicos. Os fios de blindagem da camada externa são preferivelmente feitos de apenas material metálico ferromagnético.

[0058] De acordo com uma alternativa, os fios de blindagem da camada externa podem compreender uma porção interna ferromagnética e um revestimento não ferromagnético eletricamente condutivo.

[0059] Em uma modalidade preferida, a blindagem circunda o pelo menos um núcleo ao longo de uma circunferência e os fios de blindagem têm uma seção transversal alongada com um eixo geométrico principal orientado tangencialmente com relação à dita circunferência.

[0060] O Requerente verificou que esse recurso vantajosamente contribui para reduzir ainda mais as perdas de blindagem.

[0061] Os fios de blindagem alongados têm seção transversal com uma relação entre o comprimento do eixo geométrico maior e o comprimento do eixo geométrico menor, pelo menos, igual a 1,5; mais preferivelmente, pelo menos, igual a 2. De um modo vantajoso, a dita proporção não é maior do que 5, porque os fios de blindagem com seção transversal alongada que têm um eixo geométrico principal muito longo poderiam dar lugar a um problema de fabricação durante a etapa de enrolamento da blindagem em torno do cabo.

[0062] De um modo vantajoso, a seção transversal alongada dos fios de blindagem tem bordas suavizadas. Além de ser preferível do ponto de vista da produção, fios de blindagem com bordas suavizadas evitam danos às camadas de cabos subjacentes e o risco de ocorrência de picos de campo elétrico.

[0063] A seção transversal alongada dos fios de blindagem pode ter uma forma substancialmente retangular.

[0064] Em alternativa, a seção transversal alongada é substancialmente conformada como uma porção de coroa circular.

[0065] Em uma outra modalidade, a seção transversal alongada é fornecida com um enrolamento e uma protrusão nas duas extremidades opostas ao longo do eixo geométrico principal, de modo a melhorar a forma de correspondência de fios adjacentes. O intertravamento do enrolamento/protrusão entre os fios faz com que a blindagem seja vantajosamente firme, mesmo em caso de cabo dinâmico.

[0066] Preferivelmente, a seção transversal alongada dos fios de blindagem tem um eixo geométrico menor de cerca de 1 mm a cerca de 7 mm de comprimento, mais preferivelmente, entre 2 mm e 5 mm de comprimento.

[0067] Preferivelmente, a seção transversal alongada dos fios de blindagem tem um eixo geométrico maior de 3 mm a 20 mm de comprimento, mais preferivelmente de 4 mm a 10 mm de comprimento.

[0068] Quando o cabo da invenção compreende pelo menos dois núcleos, estes núcleos estão torcidos juntos de acordo com um trançado torcido de núcleo e estabelecem uma inclinação de torção de núcleo A.

[0069] Preferivelmente, os fios de blindagem da blindagem são enrolados em torno de pelo menos dois núcleos de acordo com o trançado de enrolamento de blindagem helicoidal tendo a mesma direção que o núcleo torcido trançado, e uma inclinação de enrolamento de blindagem B que tem uma inclinação de torç de núcleo A de 0,4 a 2,5 e difere da inclinação de núcleo torcido A em pelo menos 10%. O Requerente verificou que esse recurso vantajosamente permite reduzir ainda mais as perdas de blindagem.

[0070] Preferivelmente, inclinação B > 0,5A. Mais preferivelmente, inclinação B > 0,6A. Preferivelmente, inclinação B < 2A. Mais preferivelmente, inclinação B < 1,8A.

[0071] Adequadamente, quando o cabo da invenção compreende dois ou mais núcleos, a blindagem circunda todos os ditos núcleos em conjunto, como um todo.

[0072] Quando a blindagem compreende uma camada externa de fios de blindagem, circundando a camada interna da blindagem, os fios da blindagem da camada externa são adequadamente enrolados em torno dos núcleos de acordo com um trançado de enrolamento de camada externa e uma inclinação de enrolamento de camada externa B’.

[0073] Preferivelmente, o trançado de enrolamento de camada externa tem uma direção oposta em relação ao núcleo torcido trançado (isto é, o trançado de enrolamento da camada externa é contratrançado com respeito ao núcleo torcido trançado e com respeito ao trançado de enrolamento de blindagem). Essa configuração contratrançada da camada externa é vantajosa em termos de desempenhos mecânicos do cabo.

[0074] Preferivelmente, inclinação de enrolamento de camada externa B’ é maior, em valor absoluto, que a inclinação de enrolamento de blindagem B. Mais preferivelmente, o enrolamento de camada externa B’ é maior, em valor absoluto, de B por, pelo menos, 10% de B.

[0075] Preferivelmente, os fios da blindagem da camada externa de blindagem têm substancialmente a mesma seção transversal em forma e, opcionalmente, em tamanho como aquelas da camada radialmente interna dos mesmos.

[0076] Preferivelmente, quando o cabo da invenção compreende dois ou mais núcleos, cada um deles é um núcleo de fase única. Preferivelmente, os pelo menos dois núcleos são núcleos multifásicos.

[0077] O cabo de energia blindado pode incluir três núcleos. O cabo de três fases vantajosamente compreende três núcleos de fase única.

[0078] O cabo elétrico blindado pode ser um cabo de baixa, média ou alta voltagem (LV, MT, AT, respectivamente). O termo baixa tensão é usado para indicar tensão inferior a kV. O termo média tensão é usado para indicar a tensões de 1 a 35 kV. O termo alta tensão é usado para indicar a voltagens mais altas do que 35 kV.

[0079] O cabo de energia blindado pode ser terrestre ou submarino. O cabo terrestre pode ser pelo menos parcialmente enterrado ou posicionado em túneis.

[0080] As características e vantagens da presente invenção serão tornadas evidentes através da descrição pormenorizada de algumas modalidades exemplificativas da mesma, fornecidas meramente a título de exemplos não limitativos, descrição que vai ser realizada, fazendo referência aos desenhos em anexo, nos quais:- as figuras 1a e 1 b mostram esquematicamente dois cabos de energia blindados exemplificativos de acordo com duas modalidades da invenção;- a figura 2 mostra esquematicamente uma seção transversal de um fio blindado, que pode ser usado em um cabo de acordo com uma modalidade da invenção;- a figura 3 mostra esquematicamente as perdas totais de blindagem geradas em camadas formadas por fios de blindagem cilíndricos tendo um diâmetro de fio de 5 mm, uma porção interna de aço e diferentes espessuras de revestimento de cobre;- a figura 4 mostra esquematicamente um exemplo de fios de blindagem com seções transversais alongadas que podem ser utilizados em um cabo de acordo com uma modalidade da invenção;- a figura 5 ilustra esquematicamente núcleos torcidos e os fios de blindagem enrolados, respectivamente, com a inclinação de torção de núcleo A e inclinação de enrolamento de núcleo B, que podem ser usadas em um cabo de acordo com uma modalidade da invenção.

[0081] Figura 1a mostra esquematicamente um cabo de energia de CA exemplarmente blindado 10 para aplicação subaquática composto por três núcleos 12. Cada núcleo 12 compreende um metal condutor elétrico 12a normalmente feito de cobre, de alumínio ou de ambos, em forma de uma haste ou de fios trançados. O condutor 12a é sequencialmente circundado por uma camada semicondutora interna e camada de isolamento e uma camada semicondutora externa, ditas três camadas (coletivamente ditas como 12b) sendo feitas de um material polimérico (por exemplo, polietileno), papel embrulhado ou laminado de papel / polipropileno. No caso de camada(s) semicondutora(s), o seu material é carregado com carreador condutor tal como negro de fumo.

[0082] Os três núcleos 12 são torcidos helicoidalmente juntos de acordo com uma inclinação de torção de núcleo A. Os três núcleos 12 compreendem, cada um invólucro de metal 13 (por exemplo, feito de chumbo ou cobre) e são incorporados em um enchedor polimérico 11 circundado, por sua vez, por uma fita 15 e por uma camada de amortecimento 14. Em torno da camada de amortecimento 14, uma blindagem 16, que compreende uma camada de fios 16a é fornecida. Os fios 16a são enrolados helicoidalmente em torno da camada de amortecimento 14, de acordo com uma inclinação de enrolamento de blindagem B. A blindagem 16 é circundada por um invólucro de proteção 17.

[0083] Cada condutor 12a tem uma área de seção transversal S, em que S=(d/2)2, sendo D o diâmetro do condutor.

[0084] A Figura 1b mostra esquematicamente um cabo de energia de CA 10 exemplarmente blindado para aplicação subaquática diferindo do cabo da Figura 1-A na medida em que compreende um único núcleo 12. Características de cabo análogas às do cabo da figura 1a são indicadas pelos mesmos números de referência.

[0085] Como mostrado esquematicamente na figura 2, os fios 16a são bimetálicos. Em particular, eles compreendem cada um uma porção ferromagnética interna 162 e um revestimento eletricamente condutivo e não ferromagnético 164.

[0086] Por exemplo, o revestimento 164 é feito de cobre (que tem uma resistividade elétrica de cerca de 1.8x10-8 Ohm^m) ou alumínio (tendo uma resistividade elétrica de cerca de 2.8x10-8 Ohm^m).

[0087] Preferivelmente, a porção interna ferromagnética 162 dos fios de blindagem é feita de aço ferromagnético como material, por exemplo, aço para construção, o aço inoxidável ferrítico, de aço inoxidável martensítico e de aço de carbono.

[0088] Durante as atividades de desenvolvimento realizadas para investigar as perdas de blindagem em um cabo de energia elétrica de CA, o Requerente testou um cabo de energia de três fases de CA tendo: três núcleos torcidos juntos de acordo com uma inclinação de torção de núcleo A de 1442 mm; blindagem feita de uma única camada de 61 fios de blindagem cilíndricos enrolados em tornos de três núcleos de acordo com um trançado de enrolamento de blindagem helicoidal e uma inclinação de enrolamento de blindagem B de 1117 mm; um ângulo de blindagem de 17,4 graus; um diâmetro total do fio de blindagem de 5 mm; área da seção transversal S de condutor elétrico de 500 mm2; uma corrente alternada em cada condutor de 800A; uma frequência de 50 Hz; tensão de fase a fase de 18/30 KV.

[0089] Considerando esse cabo, o Requerente calculou, usando um modelo FEM 3D (Finite Element Method), as perdas de blindagem para materiais de diferentes fios de blindagem.

[0090] A Tabela 1 mostra as perdas por histerese, as perdas resistivas (devido a correntes de Foucault) e as perdas totais de blindagem (a soma das perdas de histerese e as perdas resistivas) obtidas para os fios de blindagem (cada um tendo uma seção transversal circular e um diâmetro total de 5 milímetros ) feitos de: 1) somente aço ferromagnético; 2) só o cobre; 3) revestimento de cobre (espessura de 1,0 mm) e de porção interna de aço ferromagnético; 4) revestimento de cobre (espessura de 0,5 mm) e de porção interna de aço ferromagnético; 5) revestimento de aço ferromagnético (espessura de 1,0 mm) e porção interna de cobre; 6) revestimento de alumínio (espessura de 0,5 mm) e de porção interna de aço ferromagnético; 7) de plástico (polietileno) revestimento (espessura de 1,0 mm) e de porção interna de aço ferromagnético; 8) o revestimento de aço não ferromagnético (espessura de 1,0 mm) e porção interna de aço ferromagnético.

[0091] O aço ferromagnético utilizado nos presentes exemplos (aço F) foi um aço inoxidável ferrítico com uma resistividade elétrica de 20.8x10-8 Ohm^m, e permeabilidade magnética relativa de 300.

[0092] O aço não ferromagnético utilizado nos presentes exemplos (aço A) foi um aço inoxidável austenítico com uma resistividade elétrica de 20.8x10-8 Ohm^m, e permeabilidade magnética relativa de cerca de 1.

* Exemplos comparativos

[0093] A partir dos resultados mostrados na tabela 1, é evidente que blindagens tendo os fios da blindagem dos exemplos 3, 4 e 6 de acordo com a invenção - com a porção interna (aço F) ferromagnética e um condutor elétrico e o revestimento não ferromagnético (de cobre ou de alumínio) - têm perdas de blindagem muito mais baixas do que as blindagens comparativas com fios feitos de material ferromagnético único (aço F do exemplo 1*), ou de uma porção interna eletricamente condutiva e não ferromagnética e um revestimento ferromagnético (revestimento de aço F 1 e a porção interna de cobre do exemplo 5*) ou de um revestimento não ferromagnético e eletricamente não condutivo e uma porção ferromagnética interna (revestimento de plástico e de porção interna de aço F do exemplo 7 * e um aço de revestimento e porção interna de aço F do exemplo 8*). Os resultados para os fios feitos apenas de cobre (Exemplo 2 *) são dados para fins de comparação, tais fios não são adequados para proporcionar blindagens com a resistência à tração necessária.

[0094] A Figura 3 mostra as perdas de blindagem totais (histerese mais as perdas resistivas) geradas no cabo acima mencionado quando se considera as camadas de blindagem feitas de fios que tenham uma porção interna de aço ferromagnético (aço F), enquanto adiciona a espessura crescente de revestimento de cobre (o diâmetro total do fio sendo igual a 5 mm).

[0095] É evidente a partir dos resultados mostrados na Figura 3, que as perdas de blindagem diminuem os valores crescentes da espessura de revestimento de cobre.

[0096] No entanto, pelas razões já estabelecidas relacionadas com a resistência à tração necessária para os fios de blindagem, fios de 5mm de diâmetro, com um revestimento de cobre de 1 mm de espessura, no máximo (20% em relação ao diâmetro total do fio de blindagem) são preferivelmente usados como fios de blindagem para cabos de energia. No presente caso, é possível conseguir reduções das perdas de blindagem superiores a cerca de 10% a partir de um valor de espessura de cerca de 0,1 mm; uma espessura de revestimento de 1 mm obtendo-se uma redução de perda superior a 70%.

[0097] O Requerente verificou que - para um material de revestimento tendo uma resistividade elétrica inferior a 10x10-8 Ohm^m e um material ferromagnético com uma resistência mecânica adequada para a porção interna - uma boa harmonização entre as ditas duas exigências contraditórias pode ser conseguido quando o revestimento não ferromagnético eletricamente condutivo tem uma área de seção transversal compreendida entre 10% a 55%, preferivelmente, 40%, em relação à área total da seção transversal do fio de blindagem.

[0098] No caso do fio de blindagem com seção transversal substancialmente circular, uma boa harmonização pode ser obtido quando o revestimento não ferromagnético eletricamente condutivo tem uma espessura entre 2,5% a 20%, preferivelmente 15%, em relação ao diâmetro total do fio de blindagem.

[0099] Levando em consideração a fórmula acima (1) fornecida pela IEC 60287-1-1, a redução de perdas de blindagem, conseguida graças à utilização de um revestimento eletricamente condutivo e não ferromagnético para os fios de blindagem, permite, vantajosamente, aumentar a classificação de corrente permissível de um cabo. A ascensão de classificação de corrente permissível leva a duas melhorias em um sistema de transporte de CA: o aumento da corrente transportada por um cabo de energia e/ou prover um cabo de energia com uma área de seção transversal S de condutor elétrico reduzida, o aumento/redução considerados com relação ao caso em que as perdas de blindagem são por sua vez calculadas com fios tendo substancialmente a mesma área de seção transversal, mas sendo feitos de materiais com diferentes características elétricas e/ou magnéticas e/ou tendo um arranjo de material diferente.

[00100] Isso é muito vantajoso porque permite fazer com que um cabo seja mais potente e/ou reduzir o tamanho dos condutores elétricos com a consequente redução do tamanho do cabo, peso e custo.

[00101] Durante as atividades de desenvolvimento realizadas pelo Requerente, a fim de investigar as perdas de blindagem em um cabo de energia de CA blindado, o requerente verificou também que as perdas de blindagem são ainda mais reduzidas quando os fios de blindagem de acordo com a invenção têm uma seção transversal alongada, com o eixo geométrico maior tangencialmente orientado em relação a uma circunferência de cabo. Tal redução adicional das perdas de blindagem pode ser de 5% a 25%.

[00102] A Figura 4mostra esquematicamente um exemplo de blindagem 16 feita de fios 16a com seção transversal alongada apropriada para uma modalidade preferida da invenção. O eixo geométrico principal da seção transversal do fio é indicado com A’ e o eixo geométrico menor com A".

[00103] Por uma questão de clareza, nesta figura apenas os fios de blindagem 16a do cabo, em torno de uma circunferência S (que envolve o núcleo do(s) cabo(s)) são mostrados.

[00104] Como mostrado claramente na figura 4, o eixo geométrico principal A’ da seção transversal alongada dos fios 16a é orientado de acordo com uma direção tangencial Tn da circunferência O.

[00105] Na modalidade da figura 4, a seção transversal alongada dos fios 16a tem uma forma substancialmente retangular, com ângulos suavizados.

[00106] Em uma modalidade preferida da invenção, no caso de um cabo de energia 10 que tem pelo menos dois núcleos 12, a fim de reduzir ainda mais as perdas de blindagem, o trançado de enrolamento helicoidal dos fios de blindagem 16a tem a mesma direção que o trançado de torção dos núcleos 12, tal como mostrado esquematicamente na Figura 5.

[00107] Esta modalidade pode ser utilizada em combinação ou em alternativa com a modalidade descrita acima, com relação aos fios da blindagem com seção transversal alongada.

[00108] Deve-se notar que, mesmo se os cabos das figuras e da descrição acima, compreendendo uma blindagem com uma única camada de fios for descrito, a invenção também se aplica a cabos em que a blindagem compreende uma pluralidade de camadas, radialmente sobrepostas.

[00109] Em tais cabos, a blindagem de múltiplas camadas compreende preferivelmente uma camada interna de fios e uma camada externa de fios, circundando a camada interna.

[00110] Com relação às características dos fios da camada interna, as mesmas considerações feitas acima com referência a uma blindagem com uma única camada de fios se aplicam.

[00111] Como para a camada externa, os fios da blindagem são preferivelmente feitos, pelo menos em grande parte, de um só metal ferromagnético, tal como um material tipo aço ferromagnético.

[00112] Para cabos compreendendo uma blindagem de múltiplas camadas, as mesmas considerações feitas acima com referência à razão X2 (perdas na blindagem a perdas totais por todos os condutores do cabo de energia) se aplicam, em que as perdas na blindagem são calculadas como as perdas na camada (interna) e na camada externa.

Claims (15)

1. Cabo de energia blindado (10) para transportar uma corrente alternada compreendendo:- pelo menos um núcleo (12) compreendendo um condutor elétrico (12a) sequencialmente circundado por uma camada semicondutora interna, uma camada de isolamento e uma camada semicondutora externa (12b), e- uma blindagem (16), circundando o pelo menos um núcleo (12), compreendendo uma pluralidade de fios de blindagem (16a) tendo uma porção interna ferromagnética (162),caracterizado pelo fato de que ditos fios de blindagem (16a) têm um revestimento eletricamente condutivo e não ferromagnético (164) tendo uma condutividade elétrica maior do que a do aço inoxidável.

2. Cabo de energia blindado (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o revestimento eletricamente condutivo e não ferromagnético (164) tem uma área de seção transversal pelo menos igual a 10% com relação à área de seção transversal total do fio de blindagem (16a).

3. Cabo de energia blindado (10) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o revestimento eletricamente condutivo e não ferromagnético (164) tem uma área de seção transversal não maior do que 55% com relação à área de seção transversal total do fio de blindagem (16a).

4. Cabo de energia blindado (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os fios de blindagem (16a) têm uma seção transversal circular com um diâmetro total de 2 mm a 8 mm e o revestimento eletricamente condutivo e não ferromagnético (164) tem uma espessura pelo menos igual a 2,5% com relação ao diâmetro total do fio de blindagem (16a).

5. Cabo de energia blindado (10) de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o revestimento eletricamente condutivo e não ferromagnético (164) tem uma espessura não maior que 20% com relação ao diâmetro total do fio de blindagem (16a).

6. Cabo de energia blindado (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o revestimento eletricamente condutivo e não ferromagnético (164) é feito de pelo menos um material selecionado de: cobre, alumínio, liga e compósitos destes.

7. Cabo de energia blindado (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a porção interna ferromagnética (162) dos fios de blindagem (16a) é feita de um material selecionado de: aço de construção, aço inoxidável ferrítico, aço inoxidável martensítico e aço de carbono.

8. Cabo de energia blindado (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de quea porção interna ferromagnética (162) dos fios de blindagem (16a) é feita de um material tendo resistência à tração de 350 MPa a 800 MPa.

9. Cabo de energia blindado (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a blindagem (16) circunda o pelo menos um núcleo (12) ao longo de uma circunferência (O) e os fios de blindagem (16a) têm uma seção transversal alongada com um eixo geométrico principal (A') orientado tangencialmente com relação à circunferência (O).

10. Cabo de energia blindado (10) de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a seção transversal alongada da pluralidade de fios de blindagem (16a) da blindagem (16) tem uma razão entre o comprimento do eixo geométrico principal (A') e o comprimento do eixo geométrico menor (A") pelo menos igual a 1,5.

11. Cabo de energia blindado (10) de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracterizado pelo fato de que a seção transversal alongada da pluralidade de fios de blindagem (16a) da blindagem (16) tem uma razão entre o comprimento do eixo geométrico principal (A') e o comprimento do eixo geométrico menor (A") não maior do que 5.

12. Cabo de energia blindado (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o cabo de energia (10) compreende mais que um núcleo (12) torcidos juntos de acordo com um trançado de torção de núcleo e uma inclinação de torção de núcleo (A), a pluralidade de fios de blindagem (16a) sendo enrolada em torno dos núcleos (12) de acordo com um trançado de enrolamento de blindagem helicoidal e uma inclinação de enrolamento de blindagem (B), em que o trançado de enrolamento de blindagem helicoidal tem a mesma direção que o trançado de torção de núcleo, e a inclinação de enrolamento de blindagem (B) é de 0,4A a 2,5A e difere de (A) por pelo menos 10%.

13. Cabo de energia blindado (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos dois núcleos (12) torcidos juntos de acordo com um trançado de torção de núcleo e uma inclinação de torção de núcleo (A), a pluralidade dos fios de blindagem (16a) sendo enrolada em torno dos núcleos (12) de acordo com um trançado de enrolamento de blindagem helicoidal e uma inclinação de enrolamento de blindagem (B), em que o trançado de enrolamento helicoidal dos fios de blindagem (16a) tem a mesma direção que o trançado de torção dos núcleos (12).

14. Método para melhorar os desempenhos de um cabo de energia blindado (10) compreendendo pelo menos um núcleo (12) e uma blindagem (16) circundando o pelo menos um núcleo (12), o dito pelo menos um núcleo (12) compreendendo um condutor elétrico (12a) tendo uma área de seção transversal (S), cada condutor elétrico (12a) sendo sequencialmente circundado por uma camada semicondutora interna, uma camada de isolamento e uma camada semicondutora externa (12b), a dita blindagem (16) compreendendo uma pluralidade de fios (16a) e tendo perdas de blindagem quando uma corrente alternada (I) é transportada em cada condutor elétrico (12a), uma temperatura de condutor de trabalho máxima permissível (T) dependendo das perdas de cabo gerais incluindo perdas de blindagem, o método caracterizado pelo fato de que o método compreende:- reduzir as perdas de blindagem provendo a pluralidade de fios (16a) com uma porção interna ferromagnética (162) e um revestimento eletricamente condutivo e não ferromagnético (164) tendo uma condutividade elétrica maior do que a do aço inoxidável;- construir o cabo de energia blindado (10) com um valor reduzido de área de seção transversal S do condutor elétrico, como determinado pelas perdas de blindagem reduzidas; e/ou- operar o cabo de energia blindado (10) na temperatura de condutor de trabalho máxima permissível (T) pelo transporte de dita corrente alternada (I) em cada condutor elétrico (12a) com um valor aumentado, como determinado pelas perdas de blindagem reduzidas.

15. Método para reduzir perdas de blindagem em um cabo de energia blindado (10) compreendendo pelo menos um núcleo (12), compreendendo um condutor elétrico (12a) sequencialmente circundado por uma camada semicondutora interna, uma camada de isolamento e uma camada semicondutora externa (12b), e uma blindagem (16) circundando o pelo menos um núcleo (12a), o método caracterizado pelo fato de que compreende:- construir a blindagem (16) com uma pluralidade de fios (16a) tendo uma porção interna ferromagnética (162) e um revestimento eletricamente condutivo e não ferromagnético (164) tendo uma condutividade elétrica maior do que a do aço inoxidável.

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