BR112018003433B1

BR112018003433B1 - Cabo de transmissão de energia elétrica e método para produzir o dito cabo de transmissão de energia elétrica

Info

Publication number: BR112018003433B1
Application number: BR112018003433-9A
Authority: BR
Inventors: Peter Gogola; Peter Janssens
Original assignee: Nv Bekaert Sa
Priority date: 2015-11-10
Filing date: 2016-11-08
Publication date: 2023-03-21
Also published as: PL3375001T3; JP7018014B2; KR102613388B1; PT3375001T; CN108352223B; LT3375001T; WO2017080998A1; BR112018003433A2; EP3375001A1; US20180247736A1; RU2018120490A3; US10580552B2; EP3375001B1; DK3375001T3; ES2929629T3; JP2018536257A; KR20180081724A; CN108352223A; HRP20221066T1; RU2715410C2

Abstract

CABOS DE TRANSMISSÃO DE ENERGIA ELÉTRICA. A presente invenção refere-se a um cabo de transmissão de energia elétrica, compreendendo: pelo menos uma primeira parte provida com uma pluralidade de primeiros arames de armadura tendo uma primeira resistência à tração, a dita pluralidade de primeiros arames de armadura sendo feita de um primeiro material metálico revestido com um primeiro revestimento de proteção metálico com uma espessura maior que 100 g/m2, o dito primeiro material metálico tendo uma primeira permeabilidade magnética μl, pelo menos uma segunda parte provida com uma pluralidade de segundos arames de armadura tendo uma segunda resistência à tração, a dita pluralidade de segundos arames de armadura sendo feita de um segundo material metálico revestido com um segundo revestimento de proteção metálico com uma espessura maior que 100 g/m2, o dito segundo material metálico tendo uma segunda permeabilidade magnética μ2, e μ2 Ó μl, cada um da dita pluralidade de primeiros arames de armadura sendo unido longitudinalmente a um da dita pluralidade de segundos arames de armadura em uma parte de junção, a dita parte de junção tendo uma terceira resistência à tração, em que a terceira resistência à tração é pelo menos mais que 80% da menor resistência à (...).

Description

Campo Técnico

[001] A invenção de uma maneira geral diz respeito ao campo de cabos elétricos, isto é, cabos para transmissão de energia elétrica, em particular transmissão de energia de corrente alternada (CA), e mais particularmente a cabos de transmissão de energia elétrica submarinos pretendidos substancialmente para serem posicionados submersos.

Técnica Anterior

[002] Eletricidade é uma parte essencial da vida moderna. Transmissão de energia elétrica é a transferência em larga escala de energia elétrica de usinas de geração de energia para subestações elétricas localizadas perto de centros de demanda. Linhas de transmissão na maioria das vezes usam corrente alternada (CA) trifásica de alta tensão. Eletricidade é transmitida em altas tensões (110 kV ou acima) para reduzir a perda de energia em transmissão de longa distância. Energia usualmente é transmitida através de linhas de energia suspensas. Transmissão de energia subterrânea tem um custo significativamente maior e maiores limitações operacionais, mas algumas vezes é usada em áreas urbanas ou localizações sensíveis. Mais recentemente, cabos de energia submarinos fornecem a possibilidade para fornecer energia para pequenas ilhas ou plataformas de produção ao largo sem sua própria produção de eletricidade. Por outro lado, cabos de energia submarinos também fornecem a possibilidade para trazer eletricidade que foi produzida ao largo (vento, onda, correntes de mar...) para a terra firme.

[003] Estes cabos de energia normalmente são cabos armados com arames de aço. Uma construção típica de cabo armado com arames de aço 10 está mostrada na figura 1. O condutor 12 normalmente é feito de cobre torcido plano. O isolamento 14, tal como feito de polietileno ligado de forma cruzada (XLPE), tem boa resistência à água e excelentes propriedades de isolamento. O isolamento 14 em cabos assegura que condutores e outros conteúdos de metal não entram em contato uns com os outros. O leito 16, tal como feito de cloreto de polivinila (PVC), é usado para fornecer um contorno protetor entre camadas interna e externa do cabo. A armadura 18, tal como feita de arames de aço, fornece proteção mecânica, e fornece especialmente proteção contra impacto externo. Além do mais, os arames de armadura 18 podem aliviar a tensão durante instalação, e assim impedem que condutores de cobre sejam alongados. O possível revestimento 19, tal como feito de PVC preto, retém todos os componentes do cabo conjuntamente e fornece proteção adicional contra tensões externas.

[004] Em uso, cabos submarinos de uma maneira geral são instalados submersos, tipicamente enterrados no fundo do mar, mas partes dos mesmos podem ser estendidas em ambiente diferente; este é o caso, por exemplo, de extremidades de escora de ligações submarinas, cruzamento de ilhas intermediárias, partes de terra contígua, borda de canais, transição de mar profundo para enseada e situações similares. Associadas com estes ambientes frequentemente estão as piores características térmicas e/ou maior temperatura em relação à situação na rota principal ao largo ou em terra firme.

[005] A classificação de corrente, isto é, a quantidade de corrente que o cabo pode carregar seguramente de forma contínua ou de acordo com uma dada carga, é um parâmetro importante para um cabo de energia elétrica. Se a classificação de corrente for excedida durante muito tempo, o aumento em temperatura causado pelo calor gerado pode danificar o isolamento de condutor e causar deterioração permanente de propriedades elétricas ou mecânicas do cabo. Portanto, a configuração de um cabo de energia, por exemplo, a dimensão do núcleo, é determinada pela classificação de corrente. A classificação de corrente de um cabo é dependente do tamanho de núcleo de cabo, dos parâmetros de sistema operacional do circuito de distribuição de energia elétrica, do tipo de isolamento e materiais usados para todos os componentes de cabo e da condição de instalação e características térmicas do ambiente circundante.

[006] Em um cabo de energia CA, o campo magnético gerado pela corrente fluindo nos condutores induz perdas magnéticas em materiais ferromagnéticos, ou em um material tendo alta permeabilidade magnética, tal como em aços carbono usados como arames de armadura. A perda magnética causa (ou é transformada em) aquecimento nos materiais. Um calor induzido como este, adicionado ao calor produzido pelos condutores por causa do transporte de corrente, pode limitar a capacidade de transporte de corrente total do cabo de energia, especialmente quando o cabo de energia está posicionado em ambiente com capacidade de dissipação de calor baixa ou insuficiente.

[007] Soluções têm sido investigadas para evitar uma redução na capacidade de transporte de energia elétrica de um cabo elétrico por causa de calor gerado por perdas na armadura de cabo.

[008] Uma proposta é aumentar o tamanho do cabo, particular mente daquelas seções de cabo que se encontram nas condições de dissipação de calor insuficiente. Entretanto, uma solução como esta não é desejável uma vez que ela implica em cabos mais pesados e mais caros. Uma desvantagem de ter um cabo feito de seções distintas de tamanhos diferentes é que a continuidade de cabo é prejudicada, o que é prejudicial para a resistência mecânica de cabo, e exige ligações de transição especiais entre seções de cabo e exige manuseio cuidadoso durante operação de assentamento. Além do mais, estas ligações de transição do cabo de transmissão elétrica também podem gerar perdas elétricas adicionais.

[009] A publicação de pedido de patente U.S. No. 20120024565 descreve uma outra solução para resolver este problema. Ela descreve um cabo de transmissão de energia elétrica compreendendo uma primeira seção provida com armadura de cabo feita de um primeiro material metálico, e uma segunda seção provida com elementos de armadura de cabo feitos de um segundo material metálico. O segundo material metálico é substancialmente livre de ferromagnetismo. As primeira e segunda seções são contíguas longitudinalmente uma à outra e uma proteção anticorrosão é fornecida em correspondência com um ponto de contato entre os elementos de armadura na primeira seção e os elementos de armadura na segunda seção. A proteção anticorrosão compreende hastes ou tiras de zinco inseridas entre os elementos de armadura na primeira seção e os elementos de armadura na segunda seção. De acordo com esta solução proposta, hastes ou tiras de zinco adicionais devem ser fixadas na luva ou cinta adicional unindo a primeira seção com a segunda seção e assim a produção do cabo de energia se torna complexa e cara.

Descrição da Invenção

[010] Um objetivo principal da presente invenção é superar os problemas da técnica anterior.

[011] Um outro objetivo da presente invenção é fornecer um cabo de energia elétrica tendo capacidades de geração de calor diferentes em seções diferentes e que possa ser produzido com custo baixo.

[012] Ainda um outro objetivo da presente invenção é produzir um arame composto feito de arames diferentes como uma estrutura de armadura para cabos de energia. Tal arame composto tem resistência à tração suficiente para cumprir a exigência para armadura de cabos de energia.

[013] Também é um outro objetivo da presente invenção produzir um cabo de transmissão de energia elétrica armado tendo desempenho à corrosão mais confiável do que o de cabos conhecidos que compreendem seções tendo geração de calor diferente.

[014] De acordo com o primeiro aspecto da presente invenção, é fornecido um cabo de transmissão de energia elétrica, compreendendo: pelo menos uma primeira parte provida com uma pluralidade de primeiros arames de armadura tendo uma primeira resistência à tração, a dita pluralidade de primeiros arames de armadura sendo feita de um primeiro material metálico revestido com um primeiro revestimento de proteção metálico com uma espessura maior que 100 g/m2, o dito primeiro material metálico tendo uma primeira permeabilidade magnética μ1, pelo menos uma segunda parte provida com uma pluralidade de segundos arames de armadura tendo uma segunda resistência à tração, a dita pluralidade de segundos arames de armadura sendo feita de um segundo material metálico revestido com um segundo revestimento de proteção metálico com uma espessura maior que 100 g/m2, o dito segundo material metálico tendo uma segunda permeabilidade magnética μ2 e μ2 # μ1, cada um dos ditos primeiros arames de armadura sendo unido longitudinalmente a um da dita pluralidade de segundos arames de armadura em uma parte de junção, a dita parte de junção tendo uma terceira resistência à tração, em que a terceira resistência à tração é pelo menos mais que 80% da menor resistência à tração de a primeira resistência à tração e a segunda resistência à tração.

[015] O cabo de transmissão de energia elétrica de acordo com a presente invenção pode ser um cabo submarino de transmissão de energia elétrica trifásica. Com isto, os cabos de energia incluem cabos de alta tensão, de média tensão assim como de baixa tensão. Os níveis de tensão comuns usados em tensão média até alta atualmente, por exemplo, para cabeamento em campo de estações eólicas ao largo, são de 33 kV para cabeamento em campo e de 150 kV para cabos de exportação. Isto pode evoluir para 66 e 220 kV, respectivamente. Os cabos de energia de alta tensão também podem se estender para 280, 320 ou 380 kV se tecnologias de isolamento permitirem a construção. Por outro lado, os cabos de energia de acordo com a invenção podem transmitir energia elétrica tendo frequências diferentes. Por exemplo, eles podem transmitir a frequência de transmissão de energia CA padrão, a qual é de 50 Hz na Europa e de 60 Hz nas Américas do Norte e do Sul. Além disso, o cabo de energia também pode ser aplicado em sistemas de transmissão que usam 17 Hz tais como, por exemplo, ferrovias alemãs, ou ainda outras frequências.

[016] A permeabilidade magnética μ1 do primeiro material metálico do primeiro arame de armadura é diferente da permeabilidade magnética μ2 do segundo material metálico. Por exemplo, se μ1 < μ2 isto indica que a perda magnética do primeiro arame de armadura é menor que a perda magnética do segundo arame de armadura quando eles armam o mesmo cabo de energia CA. Portanto, o primeiro arame de armadura que gera menos perda magnética ou calor é mais adequado para ser usado nas áreas de dissipação de calor insuficiente. Um dos primeiros arames de armadura é unido longitudinalmente com um dos segundos arames de armadura. Uma pluralidade de primeiros e uma de segundos arames de armadura são unidas individualmente e de forma longitudinal para formar uma pluralidade de arames compostos. Um cabo de energia armado por tais arames compostos tem uma geração de calor diferente em parte diferente. Em outras palavras, tal cabo de energia pode manter temperatura quase constante em ambientes de dissipação de calor diferente: ao armar a seção com os primeiros arames de armadura em ambiente de dissipação de calor desfavorável, e armar a seção com os segundos arames de armadura em ambiente de dissipação de calor favorável. Assim, não existe necessidade com relação a mudar outras configurações para ter a mesma ou classificação de corrente similar por todo o cabo de energia na transmissão.

[017] Os primeiro e segundo arames de armadura são unidos individualmente. Portanto, o arame de armadura unido ou arame composto pode ser considerado como um arame contínuo na produção. Arame contínuo normalmente significa um arame uniforme feito do mesmo material e sem interrupções tais como recursos de conexão. Em contraste com o processo tal como descrito na publicação de pedido de patente U.S. No. 20120024565, o processo de produção do cabo de energia de acordo com a presente invenção, em particular processo de cabeamento e agrupamento, não será interrompido por causa das ligações. Isto evita a complexidade associada com a introdução de uma luva ou cinta de ligação separada e elementos anticorrosão adicionais tais como hastes de zinco. Por outro lado, graças ao revestimento de proteção grosso, os arames de armadura de acordo com a presente invenção são bem protegidos contra corrosão.

[018] De forma importante, os arames compostos ou partes de junção feitas de acordo com a presente invenção têm uma resistência à tração suficientemente alta cumprindo a exigência para armadura de cabos de energia.

[019] Como um exemplo, o primeiro material metálico pode ser aço carbono e o segundo material metálico pode ser selecionado de aço austenítico, cobre, bronze, latão, composto e ligas. Preferivelmente, o aço austenítico é aço inoxidável austenítico que é não magnético.

[020] De acordo com a presente invenção, pelo menos um da dita pluralidade de primeiros arames de armadura é unido longitudinalmente a um da dita pluralidade de segundos arames de armadura por meio de juntas soldadas de topo compreendendo juntas de soldagem de topo resistiva, juntas de soldagem de topo por centelhamento e juntas de soldagem por gás inerte de tungstênio (TIG). Preferivelmente, o diâmetro da dita pluralidade de primeiros arames de armadura é igual ao diâmetro da dita pluralidade de segundos arames de armadura. Arame composto formado assim é parecido ou pode ser considerado como um arame contínuo tendo um mesmo diâmetro e é fácil de ser usado como cabo conjuntamente como uma camada de armadura.

[021] Como um exemplo, os primeiro e segundo revestimentos de proteção metálicos são selecionados de zinco, alumínio, liga de zinco ou liga de alumínio. Um revestimento de zinco e alumínio tem uma resistência total à corrosão maior que a do zinco. Em contraste com zinco, o revestimento de zinco e alumínio é mais resistente à temperatura. Ainda em contraste com zinco, não existe esfoliação com a liga de zinco e alumínio quando exposta às altas temperaturas. Um revestimento de zinco e alumínio pode ter um teor de alumínio variando de 2% em peso a 23% em peso, por exemplo, variando de 2% em peso a 12% em peso, ou, por exemplo, variando de 5% em peso a 10% em peso. Uma composição preferível se situa em torno da posição eutetóide: alumínio com cerca de 5% em peso. O revestimento de liga de zinco também pode ter um agente molhante tal como lantânio ou cério em uma quantidade menor que 0,1% em peso da liga de zinco. O restante do revestimento é zinco e impurezas inevitáveis. Uma outra composição preferível contém cerca de 10% em peso de alumínio. Esta quantidade de alumínio aumentada fornece uma proteção contra corrosão maior que a da composição eutetóide com cerca de 5% em peso de alumínio. Outros elementos tais como silício e magnésio podem ser adicionados ao revestimento de zinco e alumínio. Mais preferivelmente, e com o objetivo de otimizar a resistência à corrosão, uma liga boa particular compreende 2% em peso a 10% em peso de alumínio e 0,2% em peso a 3,0% em peso de magnésio, o restante sendo zinco.

[022] Preferivelmente, a espessura dos primeiro e segundo revestimentos de proteção metálicos está na faixa de 200 g/m2 a 600 g/m2. Mais preferivelmente, os ditos primeiro e segundo revestimentos de proteção metálicos são revestimentos de zinco e/ou de liga de zinco aplicados por banho a quente. Uma camada intermediária de níquel, zinco ou liga de zinco eletrogalvanizada pode estar presente entre o primeiro material metálico e o revestimento de zinco e/ou de liga de zinco aplicado por banho a quente, e entre o segundo material metálico e o revestimento de zinco e/ou de liga de zinco aplicado por banho a quente. Alternativamente, os arames após ativação de superfície podem ser transferidos sob a proteção do tubo cheio com um gás de redução aquecido ou mistura de gases de argônio, nitrogênio e/ou hidrogênio para o banho de galvanização. Estes pré-tratamentos possíveis visam proteger a superfície ativada contra contaminação por ar ou oxigênio, e evitar assim a ocorrência de óxidos na superfície ativada. Portanto, estes pré-tratamentos ajudam a superfície do material metálico a formar uma boa aderência com o revestimento de proteção ou resistente à corrosão formado mais tarde.

[023] A fim de isolar a parte de junção completamente do ambiente de corrosão, a parte de junção preferivelmente é pintada com um composto compreendendo os mesmos elementos dos primeiro e segundo revestimentos de proteção metálicos. A pintura pode ser estendida a partir das partes de junção ao longo dos primeiros e segundos arames de armadura em um comprimento menor que 20 cm, por exemplo, dentro de 10 cm ou 5 cm.

[024] De acordo com o segundo aspecto da presente invenção, é fornecida uma montagem de arames ou um arame composto, compreendendo pelo menos uma primeira parte provida com um primeiro arame tendo uma primeira resistência à tração, o dito primeiro arame sendo feito de um primeiro material metálico revestido com um primeiro revestimento de proteção metálico com uma espessura maior que 100 g/m2, o dito primeiro material metálico tendo uma primeira permeabilidade magnética μ1, pelo menos uma segunda parte provida com um segundo arame tendo uma segunda resistência à tração, o dito segundo arame sendo feito de um segundo material metálico revestido com um segundo revestimento de proteção metálico com uma espessura maior que 100 g/m2, o dito segundo material metálico tendo uma segunda permeabilidade magnética μ2 e μ2 # μ1, o dito primeiro arame e o dito segundo arame sendo unidos longitudinalmente um ao outro em uma parte de junção, a dita parte de junção tendo uma terceira resistência à tração, em que a terceira resistência à tração é pelo menos mais que 80% da menor resistência à tração de a primeira resistência à tração e a segunda resistência à tração.

[025] Uma pluralidade dos arames compostos pode ser enrolada em volta de pelo menos parte do cabo de energia. Preferivelmente, o cabo de energia tem pelo menos uma camada de armadura anular feita dos ditos arames compostos.

[026] De acordo com o terceiro aspecto da presente invenção, é fornecido um método para produzir cabos de transmissão de energia elétrica, compreendendo as etapas de: (a) fornecer um primeiro arame de armadura tendo duas extremidades e uma primeira resistência à tração, os ditos primeiros arames de armadura sendo feitos de um primeiro material metálico revestido com um primeiro revestimento de proteção metálico tendo uma espessura maior que 100 g/m2, o dito primeiro material metálico tendo uma primeira permeabilidade magnética μ1, (b) fornecer um segundo arame de armadura tendo duas extremidades e uma segunda resistência à tração, os ditos segundos arames de armadura sendo feitos de um segundo material metálico revestido com um segundo revestimento de proteção metálico tendo uma espessura maior que 100 g/m2, o dito segundo material metálico tendo uma segunda permeabilidade magnética μ2 e μ2 # μ1, (c) remover o dito primeiro revestimento de proteção metálico de uma extremidade dos ditos primeiros arames de armadura para formar uma primeira extremidade com o dito primeiro material metálico, (d) remover o dito segundo revestimento de proteção metálico de uma extremidade dos ditos segundos arames de armadura para formar uma segunda extremidade com o dito segundo material metálico, (e) unir a dita primeira extremidade e a segunda extremidade para formar um arame de armadura composto de maneira que o dito primeiro arame de armadura e o segundo arame de armadura fiquem unidos longitudinalmente um ao outro em uma parte de junção, as ditas partes de junção tendo uma terceira resistência à tração, em que a terceira resistência à tração é pelo menos mais que 80% da primeira resistência à tração e da segunda resistência à tração, (f) pintar a dita parte de junção, a dita primeira extremidade e a dita segunda extremidade com um composto compreendendo os mesmos elementos dos ditos primeiro e segundo revestimentos de proteção metálicos, (g) aplicar como cabeamento uma pluralidade dos ditos arames de armadura compostos para prover pelo menos uma primeira parte para um cabo de transmissão de energia elétrica com uma pluralidade dos ditos primeiros arames de armadura e pelo menos uma segunda parte para o dito cabo de transmissão de energia elétrica com uma pluralidade dos ditos segundos arames de armadura.

[027] O revestimento de proteção metálico é removido antes de os primeiros e os segundos arames de armadura serem unidos. Esta etapa contribui para a alta resistência à tração da parte de junção. Se o revestimento de proteção, por exemplo, zinco, não for removido, durante operação de junção, por exemplo, por meio de soldagem, a segregação de zinco nos contornos de grãos do primeiro ou segundo material causará perda em resistência à tração e ductilidade. A remoção anterior do revestimento de proteção metálico garante boas propriedades mecânicas.

[028] A aplicação da montagem de arames da invenção como arames de armadura para cabos submarinos prolonga substancialmente o tempo de vida dos cabos de energia porque a geração de calor por causa de perda magnética do cabo de energia pode ser ajustada ao armar tipos diferentes de arames. Simultaneamente, a produção do cabo de energia, em particular com relação à armadura, de acordo com a invenção ainda pode seguir o mesmo processo para arames de armadura contínuos. Além do mais, a dimensão do cabo de energia não seria mudada por causa dos arames compostos. Portanto, as propriedades mecânicas do cabo de energia não seriam afetadas adversamente. Além disso, o custo total de produção de cabo de acordo com a presente invenção é menor que o custo de produção de outros cabos de transmissão de energia elétrica conhecidos comumente que compreendem seções tendo geração de calor diferente.

Breve Descrição das Figuras nos Desenhos

[029] A invenção será melhor entendida com referência para a descrição detalhada quando considerada em combinação com os exemplos não limitativos e os desenhos anexos, nos quais:

[030] a figura 1 mostra um cabo de energia de alta tensão de acordo com técnica anterior.

[031] A figura 2 ilustra uma seção transversal de um cabo de energia trifásica tendo arames de armadura.

[032] A figura 3 ilustra uma seção transversal feita ao longo da direção longitudinal do arame de armadura soldado de acordo com a presente invenção.

Modo(s) para Executar a Invenção

[033] A figura 2 representa uma seção transversal de um cabo submarino de energia trifásica armado com os arames de aço da presente invenção. Ele inclui um condutor de cobre sem isolamento torcido compacto 21, seguido por uma proteção de condutor 22. Uma proteção de isolamento 23 é aplicada para assegurar que o condutor não fica em contato com um outro. Os condutores isolados são aplicados como cabo juntamente com os materiais de enchimento 24 por meio de uma fita aglutinante, seguida por um revestimento de liga de chumbo 25. O revestimento de liga de chumbo 25 frequentemente é necessário por causa das demandas ambientais severas aplicadas em cabos submarinos. O revestimento 25 usualmente é coberto por uma camada externa 26 compreendendo um revestimento de polietileno (PE) ou de cloreto de polivinila (PVC). Esta construção é armada com a camada de armadura de arames de aço 28. De acordo com a invenção, os arames de aço 28 usados podem ser arames de aço soldados com uma camada galvanizada aderente para proteção forte contra corrosão. Um revestimento externo 29, tal como feito de PVC ou de polietileno ligado de forma cruzada (XLPE) ou uma combinação de camadas de PVC e XLPE, preferivelmente é aplicado no lado de fora da camada de armadura 28.

[034] A figura 3 é uma seção transversal feita ao longo da direção longitudinal do arame de armadura soldado 30. No exemplo, o arame de armadura soldado 30 compreende dois tipos de arames, isto é, o arame de baixo carbono 31, por exemplo, aço de baixo carbono de grau 65 de acordo com a EN10257-2, e o arame de aço inoxidável 33, por exemplo, aço inoxidável de grau AISI 302. Ambos os arames são revestidos com revestimento de proteção contra corrosão, por exemplo, o zinco 32, 34.

[035] Um arame de aço, isto é, de baixo carbono de grau 65 ou inoxidável de grau AISI 302, por exemplo, tendo um diâmetro de 6 mm primeiro é revestido de acordo com o processo seguinte.

[036] Este arame de aço primeiro é desengordurado em um banho de desengorduramento (contendo ácido fosfórico) em 30°C a 80°C durante alguns segundos. Um gerador ultrassônico é fornecido no banho para ajudar no desengorduramento. Alternativamente, o arame de aço pode ser primeiro desengordurado em um banho de desengorduramento alcalino (contendo NaOH) em 30°C a 80°C durante alguns segundos.

[037] Isto é seguido por uma etapa de decapagem, em que o arame de aço é imerso em um banho de decapagem (contendo 100500 g/L de ácido sulfúrico) em 20°C a 30°C. Isto é seguido por uma outra decapagem sucessiva executada ao imergir o arame de aço em um banho de decapagem (contendo 100-500 g/L de ácido sulfúrico) em 20°C a 30°C por um curto tempo para também remover o óxido na superfície do arame de aço. Todas as etapas de decapagem podem ser ajudadas por corrente elétrica para alcançar ativação suficiente.

[038] Depois desta segunda etapa de decapagem, o arame de aço é imerso imediatamente em um banho de eletrólise (contendo 10-100 g/L de sulfato de zinco) em 20°C a 40°C durante dezenas a centenas de segundos. O arame de aço é tratado adicionalmente em um banho de escorificação. A temperatura do banho de escorificação é mantida entre 50°C e 90°C, preferivelmente em 70°C. Posteriormente, o excesso de fundente é removido. O arame de aço é imerso subsequentemente em um banho de galvanização mantido em temperatura de 400°C a 500°C.

[039] Alternativamente, após o segundo processo de decapagem, o arame de aço é lavado em um banho de enxaguadura com água fluindo. Neste exemplo, após o excesso de água ser removido, os arames são transferidos adicionalmente sob a proteção do tubo cheio com um gás de redução aquecido ou mistura de gases de argônio, nitrogênio e/ou hidrogênio para o banho de galvanização. Preferivelmente, os arames são aquecidos para 400°C a 900°C no tubo antes do banho de galvanização.

[040] Um revestimento de zinco é formado sobre a superfície do arame de aço inoxidável por meio de processo de galvanização. Após galvanização por imersão a quente, limpeza por ligação ou por jato, limpeza por carvão vegetal ou magnética pode ser usada para controlar a espessura de camada. Por exemplo, a espessura do revestimento galvanizado fica variando de 100 g/m2 a 600 g/m2, por exemplo, 200, 300 ou 400 g/m2. Então o arame é resfriado ao ar ou preferivelmente com auxílio de água. Um revestimento livre de vazios, uniforme e contínuo é formado.

[041] A fim de formar o arame soldado da presente invenção, os revestimentos dos arames de aço de baixo carbono revestidos e dos arames de aço inoxidável revestidos são removidos em uma parte de extremidade dos arames, por exemplo, de 5 mm a 5 cm a partir da extremidade. O arame de aço de baixo carbono e o arame de aço inoxidável expostos tendo o mesmo diâmetro são soldados, por exemplo, por meio de soldagem de topo por centelhamento ou por soldagem de topo resistiva. A zona soldada 36 entre os dois arames, tal como mostrado na figura 3, é pretendida para ser mantida fina tal como, por exemplo, de 0,5 mm a 1 cm e preferivelmente de 0,5 mm a 2 mm. A zona soldada na superfície externa do arame soldado é preparada e subsequentemente pintada com o esmalte à base de zinco 38 tal como mostrado na figura 3.

[042] Quatro tipos de arames são produzidos, testados e comparados: tipo (I), arame de aço de baixo carbono padrão de grau 65, tipo (II), arame de aço inoxidável padrão de grau AISI 302, tipo (III), arame soldado e tipo (IV), arame soldado, os quais são ambos feitos ao soldar o arame tipo (I) revestido com zinco e o arame tipo (II) revestido com zinco. O arame soldado tipo (III) é feito por meio de soldagem de topo por centelhamento, enquanto que o arame soldado tipo (IV) é feito por meio de soldagem de topo resistiva.

[043] Antes da soldagem, o revestimento de zinco na zona de soldagem pretendida do arame tipo (I) e do arame tipo (II) é removido por meio de desencapamento mecânico. Esta zona de soldagem pretendida é tratada adicionalmente por meio de decapagem com ácido clorídrico antes da soldagem para evitar corrosão intergranular que pode ocorrer por causa da segregação de impurezas tais como, por exemplo, zinco durante e após soldagem.

[044] A resistência à tração ou resistência final dos quatro tipos de arames é medida respectivamente. Resistência à tração é a tensão máxima que um material pode suportar enquanto sendo esticado ou puxado antes de falhar ou arrebentar. A resistência à tração é descoberta ao executar um teste de tração. As duas extremidades de um arame a ser testado são presas respectivamente em duas cruzetas da máquina de teste de tração. As cruzetas são ajustadas para o comprimento da amostra e acionadas para aplicar tensão à amostra de teste. O diâmetro de todos os quatro tipos de arames testados é o mesmo, isto é, de cerca de 6 mm. Para cada teste, o comprimento do arame entre duas cruzetas é de cerca de 25 cm. Os arames tipo (I) e tipo (II) são arames contínuos, isto é, sem soldagem ou quaisquer dispositivos de conexão entre eles. Contudo, para os arames tipo (III) e tipo (IV), a zona soldada de duas partes contínuas é arranjada aproximadamente no meio entre duas cruzetas onde o arame é fixado. A tensão de engenharia versus deformação é gravada durante teste. O ponto mais alto da curva de tensão-deformação é a resistência à tração. A força máxima aplicada, a resistência à tração, resistência ao escoamento e o alongamento em fratura dos quatro tipos de arames estão resumidos na tabela 1.

[045] Tal como mostrado na tabela 1, resistência à tração média do arame tipo (I) é de cerca de 814 MPa, e a resistência à tração média do arame tipo (II) é de cerca de 672 MPa que é mais baixa que a do tipo (I). A resistência à tração média do arame tipo (III) é de 577 MPa, e a resistência à tração média do arame tipo (IV) é de 646 MPa, ambas sendo mais que 80% daquela do arame tipo (II), o que é 672 x 80% = 537,6. Também deve ser notado no teste de tração que para o arame tipo (III) o ponto de ruptura está na zona soldada. Enquanto que para o arame tipo (IV) o ponto de ruptura está localizado fora da zona soldada e no arame tipo (II) na seção do arame soldado. Estes testes mostram que os arames soldados têm uma resistência à tração suficiente para cumprir a exigência de arames de armadura para cabos de energia, em particular para o arame soldado tipo (IV) que trabalha ainda melhor que um arame contínuo sem soldagem.

[046] Além do mais, a resistência ao escoamento (RP0,2) dos dois tipos de arames soldados é ligeiramente maior que a do arame tipo (II). O alongamento médio A (%) na fratura dos arames tipo (III) e tipo (IV) é respectivamente de 10% e 24%, o que excede em muito os 6% da exigência para arames de armadura.

[047] Tabela 1: O diâmetro dos arames em mm, a força máxima aplicada F(N), a resistência à tração Rm(MPa), a resistência ao escoamento RP0,2(MPa) e o alongamento A (%) na fratura dos quatro tipos de arames estão listados.

Claims

1. Cabo de transmissão de energia elétrica (20), compreendendo: pelo menos uma primeira parte provida com uma pluralidade de primeiros arames de armadura (31) tendo uma primeira resistência à tração, a dita pluralidade de primeiros arames de armadura (31) sendo feita de um primeiro material metálico revestido com um primeiro revestimento de proteção metálico (32) com uma espessura maior que 100 g/m2, o dito primeiro material metálico tendo uma primeira permeabilidade magnética μ1, pelo menos uma segunda parte provida com uma pluralidade de segundos arames de armadura (33) tendo uma segunda resistência à tração, a dita pluralidade de segundos arames de armadura (33) sendo feita de um segundo material metálico revestido com um segundo revestimento de proteção metálico (34) com uma espessura maior que 100 g/m2, o dito segundo material metálico tendo uma segunda permeabilidade magnética μ2 e μ2 # μ1, cada um da dita pluralidade de primeiros arames de armadura (31) sendo unido longitudinal e individualmente a um da dita pluralidade de segundos arames de armadura (33) em uma parte de junção (36), a dita parte de junção (36) tendo uma terceira resistência à tração, caracterizado pelo fato de que a terceira resistência à tração é pelo menos mais que 80% da menor resistência à tração de a primeira resistência à tração e a segunda resistência à tração.

2. Cabo de transmissão de energia elétrica (20) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que é um cabo submarino de transmissão de energia elétrica trifásica.

3. Cabo de transmissão de energia elétrica (20) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro material metálico é aço carbono.

4. Cabo de transmissão de energia elétrica (20) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o segundo material metálico é selecionado dentre aço austenítico, cobre, bronze, latão, composto e ligas.

5. Cabo de transmissão de energia elétrica (20) de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o aço austenítico é aço inoxidável austenítico.

6. Cabo de transmissão de energia elétrica (20) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um da dita pluralidade de primeiros arames de armadura (31) é unido longitudinal e individualmente a um da dita pluralidade de segundos arames de armadura (33) por meio de junta soldada de topo compreendendo junta de soldagem de topo resistiva, junta de soldagem de topo por centelhamento e junta de soldagem TIG.

7. Cabo de transmissão de energia elétrica (20) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o diâmetro da dita pluralidade de primeiros arames de armadura (31) é igual ao diâmetro da dita pluralidade de segundos arames de armadura (33).

8. Cabo de transmissão de energia elétrica (20) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os primeiro e segundo revestimentos de proteção metálicos são selecionados de zinco, alumínio, liga de zinco ou liga de alumínio.

9. Cabo de transmissão de energia elétrica (20) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a espessura dos primeiro e segundo revestimentos de proteção metálicos está na faixa de 200 g/m2 a 600 g/m2.

10. Cabo de transmissão de energia elétrica (20) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os ditos primeiro e segundo revestimentos de proteção metálicos são revestimentos de zinco e/ou de liga de zinco aplicados por banho a quente.

11. Cabo de transmissão de energia elétrica (20) de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a dita superfície do primeiro material metálico e/ou do segundo material metálico é obtenível por meio de um pré-tratamento de eletrogalvanização com revestimento de níquel, zinco e/ou de liga de zinco ou sendo transferida sob a proteção do tubo cheio com um gás de redução aquecido ou mistura de gases de argônio, nitrogênio e/ou hidrogênio para o banho de galvanização.

12. Cabo de transmissão de energia elétrica (20) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a parte de junção (36) é pintada com um composto compreendendo os mesmos elementos dos primeiro e segundo revestimentos de proteção metálicos.

13. Cabo de transmissão de energia elétrica (20) de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a pintura é estendida a partir da parte de junção (36) ao longo dos primeiros e dos segundos arames de armadura (33) em um comprimento menor que 20 cm.

14. Método para produzir o cabo de transmissão de energia elétrica como definido na reivindicação 1, o método compreendendo as etapas de: (a) fornecer um primeiro arame de armadura tendo duas extremidades e uma primeira resistência à tração, o dito primeiro arame de armadura sendo feito de um primeiro material metálico revestido com um primeiro revestimento de proteção metálico (32) tendo uma espessura maior que 100 g/m2, o dito primeiro material metálico tendo uma primeira permeabilidade magnética μ1, (b) fornecer um segundo arame de armadura tendo duas extremidades e uma segunda resistência à tração, o dito segundo arame de armadura sendo feito de um segundo material metálico revestido com um segundo revestimento de proteção metálico (34) tendo uma espessura maior que 100 g/m2, o dito segundo material metálico tendo uma segunda permeabilidade magnética μ2 e μ2 # μ1, (c) remover o dito primeiro revestimento de proteção metálico (32) de uma extremidade do dito primeiro arame de armadura para formar uma primeira extremidade com o dito primeiro material metálico, (d) remover o dito segundo revestimento de proteção metálico (34) de uma extremidade do dito segundo arame de armadura para formar uma segunda extremidade com o dito segundo material metálico, (e) unir a dita primeira extremidade e a segunda extremidade para formar um arame de armadura composto de maneira que o dito primeiro arame de armadura e o dito segundo arame de armadura fiquem unidos longitudinal e individualmente um ao outro em uma parte de junção (36), (f) pintar a dita parte de junção (36), a dita primeira extremidade e a dita segunda extremidade com um composto compreendendo os mesmos elementos dos ditos primeiro e segundo revestimentos de proteção metálicos (32, 34), (g) aplicar como cabeamento uma pluralidade dos ditos arames de armadura compostos (30) para prover pelo menos uma primeira parte para um Cabo de transmissão de energia elétrica (20) com uma pluralidade dos ditos primeiros arames de armadura (31) e pelo menos uma segunda parte para o dito cabo de transmissão de energia elétrica (20) com uma pluralidade dos ditos segundos arames de armadura (33), caracterizado pelo fato de que a dita parte de junção (36) tem uma terceira resistência à tração, em que a terceira resistência à tração é pelo menos maior de 80% da primeira resistência à tração e da segunda resistência à tração.