BR112017004161B1

BR112017004161B1 - Sistema submarino de cabos elétricos, e, método para operação de um sistema submarino de cabos

Info

Publication number: BR112017004161B1
Application number: BR112017004161-8A
Authority: BR
Inventors: Marco MARELLI; Luigi COLLA
Original assignee: Prysmian S.P.A.
Priority date: 2014-09-05
Filing date: 2014-09-05
Publication date: 2022-01-25
Also published as: BR112017004161A2; PL3189525T3; AU2014405270B2; EP3189525A1; US20180226176A1; CN106796827A; US10373735B2; WO2016034243A1; EP3189525B1; AU2014405270A1; DK3189525T3

Abstract

SISTEMA SUBMARINO DE CABOS ELÉTRICOS, E, MÉTODO PARA OPERAÇÃO DE UM SISTEMA SUBMARINO DE CABOS. Sistema submarino de cabos elétricos (100) tendo uma seção transversal substancialmente circular e compreendendo: um primeiro núcleo isolado (1) e um segundo núcleo isolado (2); um cabo de três fases (3) compreendendo três núcleos isolados (8) torcidos, o cabo de três fases (3) sendo torcido com o primeiro núcleo (1) e o segundo núcleo (2); uma blindagem (4) circundando o primeiro núcleo (1), o segundo núcleo (2) e o cabo de três fases (3).

Description

Campo técnico

[001] A presente invenção é relativa ao campo dos cabos submarinos. Particularmente, a presente invenção é relativa à transmissão de energia elétrica de corrente alternada (CA) e de energia elétrica de corrente contínua (CC) por meio de cabos submarinos.

Descrição da Técnica Relacionada

[002] Cabos submarinos são empregados em vários cenários, tal como em parques eólicos fora da costa, fornecimento de energia a ilhas, ligação de redes autônomas, fornecimento de plataformas marinhas, travessias de curta distância (por exemplo, transporte de energia através de rios, canais, estreitos, fiordes, baías ou lagos). Geralmente a energia transportada está em alta tensão (AT), isto é, a uma tensão maior do que 30 kV.

[003] Sistemas submarinos de transporte de energia de CA conhecidos usualmente compreendem um cabo que inclui três condutores isolados eletricamente ou núcleos individualmente blindados e encerrados dentro de uma blindagem comum.

[004] Sistemas submarinos de transporte de energia de CC conhecidos usualmente compreendem dois cabos submarinos de núcleo único, onde cada condutor isolado ou núcleo é adequadamente blindado e circundado por uma blindagem. Em alguns casos, os dois condutores isolados e blindados são torcidos e encerrados por blindagem comum, resultando em um cabo plano de CC. Cabos planos de dois núcleos podem ser dobrados facilmente apenas em uma direção. Esta propriedade torna difícil fabricar, carregar e instalar, e requer investimentos consideráveis em equipamentos. Como consequência, a provisão de dois cabos submarinos de CC separados, de núcleo único, cada um armado individualmente, é mais comum para sistemas submarinos de transporte de energia de CC.

[005] Cabos submarinos são expostos a forças mecânicas durante instalação, e a blindagem fornece a capacidade de resistência necessária e alguma proteção mecânica contra danos de origem externa.

[006] Em algumas aplicações práticas, pode ser necessário transmitir energia, simultaneamente ou não, ao longo da mesma via, tanto em CA como em CC.

[007] “Advances in Wind Energy Conversion Technology”, pág. 187-188, ISBN 978-3-540-88257-2, Springer 2011 é relativo à integração da rede de parques eólicos fora da costa. Para turbinas eólicas equipadas com conversores CA-CC-CA, uma solução é combinar sistemas ATCA e ATCC. O esquema exemplificado na Fig. 7 de tal documento compreende um circuito de cabo de 200 MW ATCA e um par separado de cabos de 800 MW ATCC.

[008] Granadino e outros, “400 kV 700 MW Fluid Filled Submarine Cables for the Spain-Morocco Interconnection”, CIGRÉ, Sessão 2000, 21301, é relativo a uma rede de energia que compreende um enlace submarino. A transmissão de energia do enlace é em CA, no entanto, cabos e acessórios foram projetados e testados para serem capazes de operar no futuro em CC. Assim, os cabos deveriam ser adequados para transmissão de CA e de CC. Um projeto “cheio com fluido” é proposto para tais cabos.

Breve sumário da invenção

[009] O problema técnico abordado pela invenção é o de simplificar uma ligação elétrica submarina que requer transporte de energia de CA e de CC, reduzindo assim seus custos de fabricação e instalação.

[0010] O requerente verificou que dois núcleos de energia de CC e um cabo de três fases de CA podem ser unidos para formar um único sistema de cabo submarino que tem uma seção transversal substancialmente circular, onde todos os núcleos são circundados por camadas comuns de blindagem.

[0011] O sistema de cabo submarino assim concebido permite a implantação dos dois núcleos para transmissão de energia de CC e do cabo de três fases para transmissão de CA em um único lançamento, com a redução de custos resultante. Uma redução adicional de custo vem da possibilidade de fornecer uma única blindagem no lugar de três (uma para o cabo de CA de três fases e duas para os dois cabos de CC de núcleo único). Também transporte para o local de implantação, assentamento, proteção, são previstos serem menos dispendiosos.

[0012] De acordo com um primeiro aspecto, a presente invenção é relativa a um sistema submarino de cabo elétrico que tem uma seção transversal substancialmente circular e que compreende: um primeiro núcleo isolado e um segundo núcleo isolado; um cabo de três fases que compreende três núcleos isolados torcidos, sendo o cabo de três fases torcido com o primeiro núcleo e o segundo núcleo; uma blindagem que circunda o primeiro núcleo, o segundo núcleo e o cabo de três fases.

[0013] Na presente descrição e reivindicações como “núcleo isolado” entende-se um condutor elétrico que tem uma seção transversal circular e sequencialmente circundado por uma camada semicondutora interior, uma camada isolante, uma camada semicondutora exterior e uma tela metálica. No caso do cabo de três fases, uma única tela metálica pode ser fornecida para circundar todos os três núcleos isolados, como uma alternativa a uma tela metálica para cada um dos três núcleos isolados.

[0014] O primeiro e o segundo núcleos isolados do sistema de cabo da invenção são adequados para transmissão de CC. Os três núcleos isolados torcidos do cabo de três fases são adequados para transmissão de CA. Como “adequado para” entende-se que uma porção do sistema de cabo é concebida para um transporte de corrente projetada, tal como, por exemplo, a camada isolante deve ser selecionada para minimizar as perdas de CA ou para evitar a acumulação de carga espacial que afeta a transmissão de CC, como é conhecido do versado na técnica, e como necessário para a aplicação específica.

[0015] De acordo com uma modalidade, dito cabo de três fases compreende uma primeira bainha que circunda os três núcleos isolados torcidos e, no caso, a tela metálica em torno deles. Entre a primeira bainha e os três núcleos isolados torcidos é fornecido um enchimento.

[0016] Os três núcleos isolados do cabo de três fases são torcidos com uma posição unidirecional de acordo com um primeiro afastamento e uma primeira direção de posição, ou com uma posição S-Z. O primeiro núcleo, o segundo núcleo e o cabo de três fases são torcidos com uma posição unidirecional de acordo com um segundo afastamento e uma segunda direção de posição, ou com uma posição S-Z.

[0017] Como “posição unidirecional” entende-se uma torção com uma hélice contínua ao longo do comprimento do cabo. Como “posição S-Z”, entende-se uma torção onde a direção da hélice é periodicamente invertida ao longo do comprimento do cabo.

[0018] Vantajosamente, quando a torção dos três núcleos isolados e a do primeiro núcleo com o segundo núcleo e o cabo de três fases são feitas com uma camada unidirecional, a segunda direção de posição é oposta à primeira direção de posição.

[0019] Preferencialmente, os três núcleos isolados do cabo de três fases são trançados com uma posição unidirecional de acordo com um primeiro afastamento e uma primeira direção de posição, e o primeiro núcleo, o segundo núcleo e o cabo de três fases são torcidos com uma posição S-Z.

[0020] A blindagem do sistema de cabo da invenção pode compreender uma pluralidade de fios de blindagem dispostos em uma única camada de blindagem ou em duas camadas de blindagem (camada de blindagem interior e exterior). Os fios de blindagem de cada camada são enrolados em torno do cabo de três fases torcido com o primeiro núcleo e o segundo núcleo. A posição de enrolamento do fio de blindagem é preferencialmente unidirecional. Em particular, os fios de blindagem da camada única de blindagem ou da camada de blindagem interior podem ser enrolados com uma posição unidirecional de acordo com um terceiro afastamento e uma terceira direção de posição.

[0021] Vantajosamente, a terceira direção de posição é a mesma da primeira direção de posição. Esta construção de direção de posição permite uma redução das perdas de blindagem causadas pelo campo magnético induzido pelo transporte de CA, como descrito nas WO2013/174399 e WO2013/174455.

[0022] Vantajosamente, o terceiro afastamento é de 0,4 a 2,5 vezes o primeiro afastamento. De preferência, o terceiro afastamento é substancialmente igual ao primeiro afastamento, diferindo do primeiro afastamento de 1% no máximo. Esta configuração de afastamento reduz as perdas de blindagem devido ao transporte de CA. Quando a terceira direção de posição é a mesma da primeira direção de posição e o terceiro afastamento é substancialmente igual ao primeiro afastamento, as perdas de blindagem podem ser substancialmente reduzidas a zero.

[0023] Preferencialmente, a camada isolante do primeiro núcleo, do segundo núcleo e dos três núcleos torcidos é feita de material polimérico extrudável. Materiais poliméricos extrudados, adequados para a camada de isolamento do sistema de cabo da invenção são termoplásticos - por exemplo, polietileno, polipropileno - ou termoendurecidos, por exemplo, polietileno reticulado, borracha de etileno-propileno.

[0024] De acordo com uma modalidade operativa, o primeiro núcleo e o segundo núcleo são configurados para transportar uma corrente contínua em uma tensão de 600 kV no máximo, preferencialmente em uma tensão de pelo menos 80 kV. Em particular, o primeiro núcleo e o segundo núcleo são configurados para transportar uma corrente contínua em uma tensão de 300- 400 kV.

[0025] De acordo com uma modalidade operativa, o cabo de três fases é configurado para transportar uma corrente alternada em uma tensão de 170 kV no máximo, de preferência em uma tensão de pelo menos 30 kV.

[0026] De acordo com uma modalidade, o primeiro núcleo e o segundo núcleo são configurados para executar uma transferência de energia em CC em um primeiro valor de energia incluído na faixa de 500-1500 MW e o cabo de três fases é configurado para executar uma transferência de energia em CA em um segundo valor de energia incluído na faixa de 5 a 200 MW, preferencialmente de 5 a 80 MW. Como exemplo, o sistema de cabo submarino tem um comprimento inferior a 400 km.

[0027] O primeiro e segundo núcleos isolados e o cabo de três fases do sistema de cabos da invenção têm substancialmente o mesmo diâmetro. Em particular, os diâmetros do primeiro e do segundo cabos isolados e do cabo de três fases preferencialmente diferem um do outro de 2% no máximo, mais preferencialmente de 1% no máximo, para proporcionar ao sistema de cabo uma seção transversal satisfatoriamente circular.

[0028] A construção do sistema de cabo da invenção pode começar a partir da seleção dos diâmetros do primeiro e segundo núcleos isolados tendo em vista a energia solicitada para transmissão de CC. Como uma segunda etapa, a energia da transmissão de CA possivelmente transportada pelo cabo de três fases para um dado comprimento é calculada, e o cabo de três fases é projetado de acordo. No caso de o diâmetro do cabo de três fases ser menor do que aqueles do primeiro e segundo núcleos isolados por mais de 2%, as dimensões do cabo de três fases podem ser aumentadas, por exemplo, selecionando diferentes condutores para os três núcleos isolados torcidos, aumentando a espessura das camadas que circundam o(s) condutor(es), tais como telas metálicas, bainha e/ou as camadas isolantes, como mais apropriadas para a aplicação específica. Aumentar a espessura das camadas isolantes pode resultar em algum aumento de custo, mas proporciona vantagens em termos de maior comprimento de transmissão de energia, como será detalhado mais adiante. No caso de o diâmetro do cabo de três fases ser superior àqueles do primeiro e segundo núcleos isolados por mais de 2%, os diâmetros do primeiro e segundo núcleos isolados são preferencialmente aumentados pelo aumento da espessura da bainha polimérica.

[0029] De acordo com um segundo aspecto, a presente invenção é relativa a um método de operação de sistema de cabo submarino, que compreende: - fornecer um sistema de cabo submarino que compreende: um primeiro e um segundo núcleos isolados; um cabo de três fases que compreende três núcleos isolados torcidos, o cabo de três fases sendo torcido com o primeiro núcleo e o segundo núcleo, uma blindagem que circunda o primeiro núcleo, o segundo núcleo e o cabo de três fases, - transmitir energia elétrica de CC por meio de ditos primeiro e segundo núcleos, - transmitir energia elétrica de CA por meio de dito cabo de três fases.

[0030] A transmissão de energia elétrica de CC pode ser simultânea ou alternativa à transmissão de energia elétrica de CA.

[0031] De acordo com uma primeira modalidade, transmitir energia elétrica de CA compreende fornecer dita energia elétrica de CA a partir de uma subestação de terra para um sistema de geração de parque eólico, e transmitir energia elétrica de CC compreende fornecer dita energia elétrica de CC do sistema de geração do parque eólico para a subestação de terra. De acordo com uma segunda modalidade, transmitir energia elétrica de CA compreende fornecer energia elétrica de CA gerada por um sistema de parque eólico para uma subestação de terra correspondente.

[0032] De acordo com uma terceira modalidade o método ainda compreende: descontinuar transmissão de dita energia elétrica de CA, descontinuar transmissão de dita energia elétrica de CC por dito primeiro núcleo, e transmitir dita energia elétrica de CC através de dito segundo núcleo como condutor para frente, e através do cabo de três fases como condutor de retorno.

[0033] O sistema de cabo da presente invenção é particularmente adequado em instalações de geração de energia, por exemplo, parques eólicos fora da costa, onde o primeiro núcleo isolado e o segundo núcleo isolado podem ser empregados para transmitir a energia elétrica de CC obtida por geradores de turbina, e o cabo de três fases é empregado para fornecer corrente alternada para sistemas auxiliares da instalação.

Breve descrição dos desenhos

[0034] Outras características e vantagens serão mais evidentes a partir da descrição que segue de uma modalidade preferida e de suas alternativas, dadas como uma forma de exemplo com referência aos desenhos anexos nos quais: a figura 1 mostra uma vista em perspectiva de uma modalidade de um cabo submarino; a figura 2 mostra vista em seção transversal de dito cabo submarino; a figura 3 é relativa a simulações de software sobre os desempenhos de dito cabo submarino para transmissão de energia de CA.

Descrição detalhada

[0035] Na descrição que segue, são utilizadas mesmas referências alfanuméricas para elementos análogos tomados como exemplo quando estão delineados em desenhos diferentes. Uma modalidade de um sistema de cabo submarino 100 será descrita com referência à figura 1 e à figura 2. O sistema de cabo submarino 100 pode ser utilizado para transportar energia elétrica abaixo da superfície de água. Como será esclarecido mais adiante, o sistema de cabo submarino 100 pode operar tanto como cabo bipolar HVCC (Alta Tensão em Corrente Contínua) e cabo HVCA (Alta Tensão em Corrente Alternada).

[0036] O sistema de cabo submarino 100 mostrado nas figuras 1 e 2 compreende: um primeiro núcleo isolado 1 para transportar corrente contínua, um segundo núcleo isolado 2 para transportar corrente contínua e um cabo de três fases 3 para transportar corrente alternada. É também fornecida uma blindagem 4 (camada única) que circunda o primeiro núcleo isolado 1, o segundo núcleo isolado 2 e o cabo de três fases 3. O primeiro núcleo isolado 1, o segundo núcleo isolado 2 e o cabo de três fases 3 são torcidos com uma posição S-Z.

[0037] O primeiro núcleo 1 e o segundo núcleo 2 compreendem, cada um, um primeiro condutor elétrico 5 e um primeiro conjunto 6 de proteção elétrica que circunda o primeiro condutor elétrico 5 e que compreende uma primeira camada semicondutora interior 6a, uma primeira camada isolante 6b e uma primeira camada semicondutora exterior 6c (ver figura 2). Cada primeiro núcleo 1 e segundo núcleo 2 é ainda dotado de uma primeira tela metálica 7 que circunda o primeiro conjunto eletricamente protetor 6.

[0038] O primeiro condutor elétrico 5 pode ser feito de um metal eletricamente condutor, tal como cobre ou alumínio, ou ambos, na forma, como exemplo, de uma haste, fios torcidos, fio perfilado ou condutor segmental. De preferência, os primeiros condutores elétricos 5 são feitos de alumínio.

[0039] Preferencialmente, a primeira camada semicondutora interior 6a, a primeira camada isolante 6b e a primeira camada semicondutora exterior 6c são feitas de materiais poliméricos extrudáveis, tais como polietileno, polietileno reticulado (XLPE) ou borracha de etileno-propileno (EPR), o material das camadas semicondutoras 6a, 6c sendo adicionado com um enchimento condutor, tal como negro de fumo. A camada semicondutora interior 6a, a camada isolante 6b e a camada semicondutora exterior 6c são fabricadas por extrusão do material polimérico sobre o primeiro condutor elétrico 5.

[0040] Alternativamente, a primeira camada isolante 6b pode ser feita de papel ou fitas de papel-polipropileno impregnadas com óleo de viscosidade adequada, como descrito, por exemplo, nas GB 2.196.781, US 5.850.055 e WO2011/073709.

[0041] A primeira tela metálica 7 pode ser feita de liga de chumbo, ou cobre, ou alumínio, na forma de fita, fios ou tranças. Uma bainha polimérica 14 (ver figura 2) feita, por exemplo, de polietileno e, opcionalmente, semicondutora, é adequadamente fornecida em torno da primeira tela metálica 7.

[0042] É observado que o primeiro núcleo isolado 1 e o segundo núcleo isolado 2 podem operar, como exemplo, em tensões elétricas compreendidas entre 80 kV e 600 kV. Como exemplo, quando a primeira camada de isolamento 6b é feita de material polimérico extrudável como XLPE, pode ser atingida uma tensão nominal até 350-400 kV e a uma temperatura de operação de condutor máxima admissível de 70-90°C. Quando a primeira camada de isolamento 6b é feita de papel ou fitas de polipropileno- papel, pode ser atingida uma tensão nominal de até 600 kV e a uma temperatura de operação de condutor máxima admissível de 90°C.

[0043] De acordo com os valores de tensão elétrica indicados, a energia de CC máxima em estado estacionário que pode ser transferida com o primeiro e segundo núcleos 1 e 2 está, como exemplo, incluída na faixa de 500 a 1500 MW; um valor preferido é de 1000 MW. É observado que a transferência máxima de energia de CC em estado estacionário também depende de parâmetros ambientais como temperatura e resistividade térmica do solo.

[0044] O cabo de três fases 3 compreende três núcleos isolados torcidos 8. No caso presente, os três núcleos isolados 8 são torcidos com uma posição unidirecional de acordo com um primeiro afastamento e uma primeira direção de posição. Cada núcleo isolado torcido 8 compreende: um segundo condutor elétrico 9 e um segundo conjunto de proteção elétrica10 circundando o segundo condutor elétrico 9 e compreendendo uma segunda camada semicondutora interior 10a, uma segunda camada isolante 10b e uma segunda camada semicondutora exterior 10c (ver figura 2). Uma segunda tela metálica 11 é fornecida para circundar cada segundo conjunto eletricamente protetor 10.

[0045] Preferencialmente, a camada semicondutora interior 10a, a camada isolante 10b e a camada semicondutora exterior 10c são feitas de materiais poliméricos extrudáveis, tais como polietileno, polietileno reticulado (XLPE), borracha de etileno-propileno (EPR) ou, particularmente no caso da camada isolante 10b, de uma mistura à base de propileno, tal como descrito, por exemplo, nas WO 02/03398, WO 02/27731, WO 04/066317, WO 04/066318, WO 07/048422 e WO 08/058572. O material das camadas semicondutoras 6a, 6c é adicionado com um enchimento condutor tal como negro de fumo. A camada semicondutora interior 10a, a camada isolante 10b e a camada semicondutora exterior 10c são fabricadas por extrusão dos materiais poliméricos sobre o segundo condutor elétrico 9.

[0046] Uma primeira bainha 12 circunda os três núcleos isolados torcidos 8, bem como um primeiro leito ou material de enchimento intersticial 13. O primeiro leito 13 pode ser feito de material polimérico extrudável, de material fibroso ou de três estruturas pré-formadas que têm uma forma substancialmente triangular.

[0047] O cabo de três fases 3 é configurado para transportar uma corrente alternada a uma tensão de 20 a 170 kV e a uma temperatura máxima contínua admissível de operação de condutor de 90°C, quando a camada isolante é feita de um material polimérico tal como XLPE, ou de 100°C, mas também de 130-140°C quando a camada isolante é feita de EPR ou de um material termoplástico tal como uma mistura à base de propileno.

[0048] O cabo de três fases torcido 3, o primeiro núcleo isolado 1 e o segundo núcleo isolado 2 são embutidos em um segundo leito ou enchimento intersticial 23. O segundo leito 23 pode ser feito de um material semelhante ao listado para o primeiro leito 13.

[0049] Uma segunda bainha 22, que pode ser análoga à primeira bainha 12, circunda o primeiro leito 23, o cabo de três fases 3, o primeiro núcleo isolado 1 e o segundo núcleo isolado.

[0050] Uma camada de amortecimento 31 (feita, por exemplo, de fios de polipropileno) circunda a segunda bainha 22. Ao redor da fita de amortecimento 31 é fornecida a blindagem 4, que compreende pelo menos uma camada de fios 32. Os fios 32 são enrolados em torno da fita de amortecimento 31 de acordo com um terceiro valor de afastamento e uma terceira direção de posição.

[0051] Os fios 32 podem ser todos feitos de metal (por exemplo, aço ou compósito que compreende aço) ou alguns deles podem ser feitos de um material polimérico tal como aramide. Podem também ser previstos fios 32 feitos tanto de metal como de material polimérico. Uma camisa exterior 33 circunda vantajosamente a blindagem 4. A camisa exterior 33 pode ser feita de fios de polipropileno ou de polietileno de alta densidade.

[0052] O sistema de cabo submarino 100 compreende ainda um cabo ótico 35 (mostrado na figura 2) posicionado no segundo leito 23. O cabo ótico 35 compreende uma pluralidade de fibras óticas 34 vantajosamente embutidas em um material de bloqueio de água e circundadas por uma bainha polimérica 36. O cabo ótico 35 é adequado para transmissões de dados e/ou para monitorar o estado do sistema de cabo submarino 100.

[0053] Com referência a exemplos de aplicações do sistema de cabo submarino da invenção, é observado que ele pode ser empregado em qualquer uma das aplicações tradicionais de cabos submarinos, tais como: parques eólicos fora da costa, fornecimento de energia para ilhas, conexão de redes autônomas, fornecimento de plataformas marinhas, travessias de curta distância (por exemplo, transporte de energia através de rios, canais, estreitos, fiordes, baías ou lagos).

[0054] Particularmente, o sistema de cabo submarino da invenção pode ser empregado em qualquer situação na qual energia elétrica de CC e energia elétrica de CA necessitam ser transmitidas ao longo do mesmo trajeto que conecta sistemas elétricos. É observado que a transmissão de energia elétrica de CC e de energia elétrica de CA ao longo do sistema de cabo submarino 100 pode ser realizada de forma não simultânea, ou seja, de forma alternativa. No entanto, é também possível uma transmissão simultânea de energia elétrica de CC e energia elétrica de CA ao longo do sistema de cabo submarino 100.

[0055] Com referência a possíveis valores de comprimento do sistema de cabo submarino da invenção, é observado que o comprimento máximo é vantajosamente selecionado tendo em conta os desempenhos de transmissão de energia do cabo de três fases que transporta corrente em CA. De fato, o requerente observou que a energia elétrica transmissível diminui com o comprimento da rota do cabo. Como exemplo, o comprimento viável do sistema de cabo submarino é inferior a 400 km, de preferência inferior a 300 km.

[0056] Como é conhecido pela pessoa versada, no projeto de cabo submarino, a espessura mínima requerida da camada isolante é calculada como uma função de manter o campo elétrico de cabo dentro de um valor aceitável para que uma determinada energia de CA seja transportada. O requerente observou que, para maximizar a energia de CA transmissível para além de certas distâncias, poderia ser preferível aumentar a espessura do isolamento em vez da seção transversal do condutor do cabo de CA interior. Em particular, a figura 3 mostra uma primeira curva A, uma segunda curva B e uma terceira curva C, obtidas por simulação de software e que representam, como exemplo, a energia ativa máxima transmissível na extremidade de envio PM (expressa em MW) para o cabo de três fases que transporta CA contra o comprimento de cabo L (expresso em km), com uma tensão de 66 kV e para três diferentes valores de espessura de isolamento. A primeira curva A se refere a um cabo de três fases que transporta CA que tem camadas de isolamento com uma espessura respectiva de 12,3 mm e os condutores elétricos (feitos de cobre) que têm uma seção transversal respectiva de 3 x 300 mm2. A segunda curva B se refere a um cabo de três fases que transporta CA que tem camadas isolantes com uma espessura respectiva de 13,4 mm e condutores elétricos (feitos de cobre) com uma seção transversal respectiva de 3 x 240 mm2. A terceira curva C se refere a um cabo de três fases que transporta CA que tem camadas isolantes com uma espessura respectiva de 10,8 mm e condutores elétricos (feitos de cobre) que têm uma seção respectiva de 3 x 400 mm2.

[0057] A figura 3 mostra que tomando o cabo da curva A como referência, o desempenho da distância mais longa (um comprimento superior a 300 km) é obtido pelo cabo da curva B - que tem uma espessura de isolamento maior e uma seção transversal do condutor menor em relação ao cabo da curva A - em vez do cabo de curva C - que tem uma espessura de isolamento menor e uma maior seção transversal do condutor em relação ao cabo da curva A -. No caso de o diâmetro do cabo de três fases dever ser feito adequadamente semelhante àqueles dos primeiro e segundo condutores isolados, pode ser mais vantajoso aumentar a espessura do isolamento do que o diâmetro do condutor como necessário para a aplicação específica.

[0058] De acordo com um exemplo, o sistema de cabo submarino da invenção pode ser projetado para ser empregado principalmente para transportar energia elétrica de CC enquanto a energia elétrica de CA é transmitida apenas em situações particulares. Com referência à aplicação em um parque eólico fora da costa, o primeiro núcleo isolado e o segundo núcleo isolado podem ser empregados para transmitir a energia elétrica de CC obtida por uma pluralidade de geradores de turbinas eólicas e após uma conversão CA/CC, em direção a uma subestação de terra. Nesta situação particular, o cabo de três fases pode ser utilizado em uma etapa inicial, isto é, para fornecer corrente alternada a partir da subestação de terra para dar partida no conversor CA/CC fora da costa, e todos os sistemas auxiliares necessários no parque eólico fora da costa. A transmissão de energia de CA pode ser descontinuada no final da etapa de partida, para permitir a transmissão da energia de CC do parque eólico para a estação costeira pelo primeiro núcleo isolado e pelo segundo núcleo isolado.

[0059] Além disso, o cabo de três fases pode ser utilizado para transmitir energia elétrica de CA na mesma direção empregada para a energia de CC, por exemplo, desde o parque eólico até a estação costeira, quando o primeiro núcleo isolado e o segundo núcleo isolado estão desligados. Este modo de operação poderia ser conveniente quando a energia a ser transmitida do parque eólico para a costa é relativamente pequena, o que poderia tornar conveniente/necessário comutar da transmissão de CC para CA devido a um melhor rendimento de transmissão de energia, ou a limites técnicos do conversor.

[0060] De acordo com outro exemplo, pelo menos um dos núcleos isolados torcidos do cabo de três fases pode ser utilizado para transportar energia de CC quando o primeiro núcleo isolado ou o segundo núcleo isolado está fora de serviço.

[0061] O sistema de cabo submarino da invenção é particularmente vantajoso, uma vez que permite redução de custos de fabricação e de materiais, custos de instalação, complexidade e espaço de instalação ocupado, em comparação com soluções conhecidas. Além disso, o cabo submarino da invenção permite uma elevada flexibilidade para transmissão de energia elétrica de CA e CC.

Claims

1. Sistema submarino de cabos elétricos (100) tendo uma seção transversal substancialmente circular e compreende: um primeiro núcleo isolado (1) e um segundo núcleo isolado (2); um cabo de três fases (3) compreendendo três núcleos isolados (8) torcidos, o cabo de três fases (3) sendo torcido com o primeiro núcleo (1) e o segundo núcleo (2); uma blindagem (4) circundando o primeiro núcleo (1), o segundo núcleo (2) e o cabo de três fases (3), caracterizadopelo fato de que o primeiro (1) e o segundo (2) núcleos isolados são adequados para transmissão CC a uma voltagem de 80 kV pelo menos, e os três núcleos isolados (8) torcidos do cabo de três fases (3) são adequados para transmissão CA a uma voltagem de 30 kV pelo menos.

2. Sistema submarino de cabos elétricos de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o cabo de três fases (3) compreende uma primeira bainha que circunda (12) os três núcleos isolados (8) torcidos.

3. Sistema submarino de cabos elétricos (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que os três núcleos isolados (8) torcidos do cabo de três fases (3) são torcidos com uma posição unidirecional de acordo com um primeiro afastamento e uma primeira direção de posição.

4. Sistema submarino de cabos elétricos (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que os três núcleos isolados (8) torcidos do cabo de três fases (3) são torcidos com uma posição S-Z.

5. Sistema submarino de cabos elétricos (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o primeiro núcleo (1), o segundo núcleo (2) e o cabo de três fases (3) são torcidos com uma posição unidirecional de acordo com um segundo afastamento e uma segunda direção de posição.

6. Sistema submarino de cabos elétricos de acordo com a reivindicação 1 caracterizadopelo fato de que o primeiro núcleo (1), o segundo núcleo (2) e o cabo de três fases (3) são torcidos com uma posição S- Z.

7. Sistema submarino de cabos elétricos (100) de acordo com a reivindicação 3 ou 5, caracterizadopelo fato de que a segunda direção de posição é oposta à primeira direção de posição.

8. Sistema submarino de cabos elétricos (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que os três núcleos isolados (8) torcidos do cabo de três fases (3) são torcidos com uma posição unidirecional de acordo com um primeiro afastamento e uma primeira direção de posição, e o primeiro núcleo, o segundo núcleo e o cabo de três fases são torcidos com uma posição S-Z.

9. Sistema submarino de cabos elétricos (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que a blindagem (4) compreende uma pluralidade de fios com blindagem (32) arranjada em uma única camada de blindagem.

10. Sistema submarino de cabos elétricos (100) de acordo com a reivindicação 9, caracterizadopelo fato de que os fios com blindagem (32) são enrolados em uma posição unidirecional de acordo com um terceiro afastamento e uma terceira direção de posição.

11. Sistema submarino de cabos elétricos (100) de acordo com a reivindicação 3 ou 10, caracterizadopelo fato de que a terceira direção de posição é a mesma da primeira direção de posição.

12. Sistema submarino de cabos elétricos (100) de acordo com a reivindicação 3 ou 10, caracterizadopelo fato de que o terceiro afastamento é de 0,4 a 2,5 vezes o primeiro afastamento.

13. Sistema submarino de cabos elétricos (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro núcleo (1) e o segundo núcleo (2) são configurados para levar uma corrente contínua a uma voltagem de 600 kV no máximo, e o cabo de três fases (3) é configurado para levar uma corrente alternada a uma voltagem de 170 kV no máximo.

14. Sistema submarino de cabos elétricos (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro (1) e segundo (2) núcleo isolado e cabo de três fases (3) têm diâmetros que diferem um do outro de 2% no máximo.

15. Método para operação de um sistema submarino de cabos como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que compreende descontinuar transmissão de dita energia elétrica de CA, descontinuar transmissão de dita energia elétrica de CC pelo dito primeiro núcleo (1), e transmitir dita energia elétrica de CC através de dito segundo núcleo (2) como condutor de encaminhamento e através do cabo de três fases como condutor de retorno.