BR112019021959A2

BR112019021959A2 - cabo armado com um comprimento de cabo, e, método para melhorar o desempenho de um cabo armado e para fabricar um cabo armado.

Info

Publication number: BR112019021959A2
Application number: BR112019021959A
Authority: BR
Inventors: Bechis Massimo; Maioli Paolo
Original assignee: Prysmian Spa
Priority date: 2017-04-21
Filing date: 2017-04-21
Publication date: 2020-05-05
Also published as: WO2018192666A1; CN110603613A; US10839984B2; CN110603613B; US20200090834A1; EP3613063A1; AU2017410328A1; AU2017410328B2

Abstract

cabo armado (10) compreendendo: - uma pluralidade de núcleos (12) trançados juntos de acordo com uma direção de entrançamento do núcleo; - uma armadura (16) circundando a pluralidade de núcleos (12) e compreendendo uma camada de fios metálicos (16a) enrolada helicoidalmente ao redor dos núcleos (12) de acordo com uma direção de enrolamento da armadura; em que a pelo menos uma da direção de entrançamento do núcleo (21) e a direção de enrolamento da armadura (22) são invertidas recorrentemente ao longo do comprimento do cabo l, de modo que o cabo armado (10) compreenda seções unilay (102) ao longo do comprimento do cabo onde a direção de entrelaçamento do núcleo (21) e a direção de enrolamento da armadura (22) são as mesmas. a invenção também se refere a um método para melhorar o desempenho do cabo armado (10) e a um método para fabricar o cabo armado (10).

Description

CABO ARMADO COM UM COMPRIMENTO DE CABO, E, MÉTODO PARA MELHORAR O DESEMPENHO DE UM CABO ARMADO E PARA FABRICAR UM CABO ARMADO [001] A presente invenção se refere a um cabo armado para o transporte de corrente alternada. A invenção também se refere a um método para melhorar o desempenho de um cabo armado e a um método para fabricar o dito cabo armado.

[002] Um cabo armado é geralmente empregado em aplicações onde são previstas tensões mecânicas. Em um cabo armado, o núcleo ou os núcleos dos cabos (normalmente três núcleos trançados no último caso) são cercados por pelo menos uma camada de armadura na forma de fios metálicos, configurados para fortalecer a estrutura do cabo, mantendo uma flexibilidade adequada. Cada núcleo de cabo compreende um condutor elétrico na forma de uma haste ou de fios trançados e um sistema isolante (compreendendo uma camada semicondutora interna, uma camada isolante e uma camada semicondutora externa), que pode ser rastreada individualmente por uma tela metálica. A tela metálica pode ser feita, por exemplo, de chumbo, geralmente na forma de uma camada extrudida, ou de cobre, na forma de uma folha enrolada longitudinalmente ou de fios trançados.

[003] Quando a corrente alternada (CA) é transportada para um cabo, a temperatura dos condutores elétricos dentro dos núcleos dos cabos aumenta devido a perdas resistivas, um fenômeno conhecido como efeito Joule.

[004] A corrente transportada e os condutores elétricos são tipicamente dimensionados para garantir que a temperatura máxima nos condutores elétricos seja mantida abaixo de um limite pré-fixado (por exemplo, abaixo de 90°C) que garanta a integridade do cabo.

[005] A norma internacional IEC 60287-1-1 (segunda edição 200612) provê métodos para calcular a classificação de corrente permitida dos

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2/31 cabos a partir de detalhes de aumento de temperatura permitido, resistência do condutor, perdas e resistividades térmicas. Em particular, o cálculo da classificação atual em cabos elétricos é aplicável às condições da operação em estado estacionário em todas as correntes alternadas. O termo “estado estacionário” pretende significar uma corrente constante contínua (100% de fator de carga) apenas o suficiente para produzir assintoticamente a temperatura máxima do condutor, assumindo-se constantes as condições ambientais ao redor. Fórmulas para o cálculo de perdas também são fornecidas.

[006] Na IEC 60287-1-1, a classificação de corrente permitida de um cabo CA é derivada da expressão para o aumento da temperatura do condutor permitido ΔΘ acima da temperatura ambiente 0_a, em que Δθ = Θ -0_a, Θ sendo a temperatura do condutor quando uma corrente I está fluindo para o condutor e 0_a sendo temperatura do meio circundante em condições normais, em uma situação em que os cabos estão instalados ou devem ser instalados, incluindo o efeito de qualquer fonte local de calor, mas não o aumento de temperatura na vizinhança imediata dos cabos ao calor daí resultante. Por exemplo, a temperatura do condutor Θ deve ser mantida abaixo de cerca de 90° C.

[007] Por exemplo, de acordo com a IEC 60287-1-1, no caso de cabos CA enterrados em que não ocorra secagem do solo ou cabos CA no ar, a classificação de corrente permitida pode ser derivada da expressão para o aumento da temperatura acima da temperatura ambiente:

_{z =} Γ δ^-^·[ο.5·τ;+»·(γ₂+γ₃+γ₄)] Γ

R ’ Τγ + n · R · (1 + ) · Τ_Ί + h · Á · (1 + + ) (D onde:

I é a corrente que flui em um condutor (Ampere)

Δθ é o aumento da temperatura do condutor acima da

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3/31 temperatura ambiente (Kelvin)

R é a resistência da corrente alternada por unidade de comprimento do condutor à temperatura operacional máxima (Ω/m);

Wd é a perda dielétrica por unidade de comprimento para o isolamento ao redor do condutor (W/m);

Ti é a resistência térmica por unidade de comprimento entre um condutor e o revestimento (K.m/W);

T2 é a resistência térmica por unidade de comprimento da cama entre o revestimento e a armadura (K.m/W);

T3 é a resistência térmica por unidade de comprimento da porção externa do cabo (K.m/W);

T4 é a resistência térmica por unidade de comprimento entre a superfície do cabo e o meio circundante (K.m/W);

n é o número de condutores de carga no cabo (condutores de tamanho igual e que transportam a mesma carga);

λι é a razão entre as perdas na tela metálica e as perdas totais em todos os condutores nesse cabo;

λ₂ é a razão entre as perdas na armadura e as perdas totais em todos os condutores no cabo.

[008] No caso de cabos de três núcleos e armaduras de arame de aço, a proporção λ₂ é dada, na IEC 60287-1-1, pela seguinte fórmula:

R í2c}² 1

Λ =1.23^-— --------^RVhJ (2.77^10⁶Ί .

------- +1 <2?

(2) onde Ra é a resistência CA da armadura à temperatura máxima da armadura (Ω/m);

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4/31 d a é o diâmetro médio da armadura (mm);

c é a distância entre o eixo de um condutor e o centro do cabo (mm);

ω é a frequência angular da corrente nos condutores.

[009] A Requerente observou que, em geral, uma redução de perdas em um cabo elétrico CA armado permite aumentar a taxa de corrente permitida e, assim, reduzir a seção transversal do(s) condutor(es) (assim, o tamanho do cabo e o quantidade de material necessário para fabricar o cabo) e/ou aumentar a quantidade de corrente transportada pelos condutores do cabo (assim, a energia transportada pelo cabo).

[0010] A Requerente investigou as perdas em um cabo CA armado. Em particular, a Requerente investigou as perdas em um cabo CA armado quando parte dos fios ou todos os fios da camada de armadura são feitos de material ferromagnético, o que é economicamente atraente em relação a um material não ferromagnético como, por exemplo, aço inoxidável austenítico.

[0011] Durante suas atividades de desenvolvimento, a Requerente observou que as perdas estão relacionadas ao campo magnético gerado pela corrente CA transportada pelos condutores elétricos, o que causa correntes de Foucault nas camadas que circundam os núcleos (como, por exemplo, a tela metálica e os fios da armadura) e histerese magnética dos fios ferromagnéticos da armadura.

[0012] O documento WO 2013/174455 divulga um cabo de energia compreendendo pelo menos dois núcleos trançados juntos de acordo com um passo de entrançamento do núcleo A e uma armadura compreendendo uma camada de fios metálicos enrolados nos núcleos de acordo com uma configuração de enrolamento helicoidal da armadura e um passo de enrolamento de armadura B. O documento divulga que as perdas de armadura podem ser reduzidas quando o passo de enrolamento da armadura B é unilay ao passo de entrançamento do núcleo A em comparação com a situação em

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5/31 que o passo de enrolamento da armadura B é, em vez disso, contralay ao passo de entrançamento do núcleo A e quando o passo de enrolamento da armadura B tem um valor predeterminado em relação ao passo de entrançamento do núcleo A.

[0013] A Requerente observou que, mesmo se vantajoso em termos de redução de perdas em relação a uma configuração de cabo de contralay, a configuração de cabo unilay divulgada por WO 2013/174455 pode causar desvantagens em termos de desempenho mecânico do cabo, em particular em termos de torção estabilidade do cabo durante a colocação do cabo.

[0014] Quanto ao cabo submarino, enquanto a deposição em águas rasas (ou seja, até cerca de 100 m) de um cabo com um passo de enrolamento de armadura B unilay ao passo de entrançamento do núcleo A não causa problemas substanciais, pelo contrário, pode ser vantajoso (ver, por exemplo, GB 360 996), a deposição de um cabo com um passo de enrolamento de armadura B unilay ao passo de entrançamento do núcleo A em águas profundas (ou seja, até mais de 100 m) ou em águas extraprofundas (ou seja, até mais de 1000 m) pode causar estresse e danos aos núcleos dos cabos. De fato, a deformação à tração de deposição tende a endireitar a configuração dos núcleos dos cabos e dos fios de armadura; quando a carga de tração é alta, devido à deposição em águas profundas e extraprofundas, e o passo de enrolamento da armadura B é unilay ao passo de entrançamento do núcleo A, a queda da força de tração (por exemplo, quando o cabo atinge o fundo do mar) é provável que o cabo torça e ceda, resultando em possíveis danos.

[0015] Em caso de deposição em águas profundas ou extraprofundas, recomenda-se um cabo com um passo de enrolamento de armadura B contralay ao passo de entrançamento do núcleo A, embora esse cabo sofra perdas de armadura substancialmente maiores, além de geralmente ser mais difícil também ser enrolado.

[0016] A Requerente constatou que, em um cabo armado, como

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6/31 discutido acima, as reversões recorrentes da direção de entrançamento dos núcleos dos cabos e/ou da direção do enrolamento dos fios da armadura ao longo do comprimento do cabo melhoram o desempenho mecânico do cabo (em comparação com um cabo com uma configuração unilay inteira) e, ao mesmo tempo, reduzem a histerese e as perdas de corrente de Foucault no cabo (em comparação com um cabo com toda uma configuração contralay).

[0017] Em um primeiro aspecto, a presente invenção se refere a um cabo armado com um comprimento de cabo e compreendendo:

uma pluralidade de núcleos trançados juntos de acordo com uma direção de entrançamento do núcleo;

uma armadura circundando a pluralidade de núcleos e compreendendo uma camada de fios metálicos enrolados helicoidalmente ao redor dos núcleos de acordo com uma direção de enrolamento da armadura;

em que pelo menos uma da direção de entrançamento do núcleo e da direção do enrolamento da armadura são invertidas recorrentemente ao longo do comprimento do cabo, de modo que o cabo armado compreenda seções unilay ao longo do comprimento do cabo, onde a direção do entrançamento do núcleo e a direção do enrolamento da armadura são as mesmas.

[0018] Em um segundo aspecto, a presente invenção se refere a um método para melhorar o desempenho de um cabo armado com um comprimento de cabo e compreendendo uma pluralidade de núcleos trançados juntos de acordo com uma direção de entrançamento do núcleo, cada núcleo compreendendo um condutor elétrico com uma área de seção transversal X; e uma armadura circundando a pluralidade de núcleos, a armadura compreendendo uma camada de fios metálicos enrolados helicoidalmente ao redor dos núcleos de acordo com uma direção de enrolamento da armadura; o cabo armado tendo perdas quando uma corrente alternada I é transportada, as ditas perdas determinando uma temperatura máxima admissível do condutor

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7/31 de trabalho θ, ο método compreendendo as etapas de:

reduzir as perdas construindo o cabo armado de modo que pelo menos uma das direções de entrançamento do núcleo e do enrolamento da armadura seja invertida repetidamente ao longo do comprimento do cabo, de modo que o cabo armado compreenda seções unilay ao longo do comprimento do cabo onde a direção do entrançamento do núcleo e a direção do enrolamento da armadura é a mesma;

construir o cabo armado com um valor reduzido da área da seção transversal X de cada condutor elétrico, conforme determinado pelo valor das perdas reduzidas; e/ou classificar o cabo armado na temperatura máxima permitida do condutor de trabalho Θ para transportar a dita corrente alternada I com um valor aumentado, conforme determinado pelo valor das perdas reduzidas. [0019] Em um terceiro aspecto, a presente invenção se refere a um método para fabricar um cabo armado com um comprimento de cabo L tendo perdas quando uma corrente alternada I é transportada, as ditas perdas determinando uma classificação do cabo na temperatura máxima permitida do condutor Θ, compreendendo as etapas do:

trançar uma pluralidade de núcleos juntos de acordo com uma direção de entrançamento do núcleo, cada núcleo compreendendo um condutor elétrico tendo uma área de seção transversal X, circundar a pluralidade de núcleos enrolando helicoidalmente uma armadura compreendendo uma camada de fios metálicos em tomo da pluralidade de núcleos de acordo com uma direção de enrolamento da armadura, em que pelo menos uma da direção de entrançamento do núcleo e da direção do enrolamento da armadura são invertidas recorrentemente ao longo do comprimento do cabo L, de modo que o cabo armado compreenda seções unilay ao longo do comprimento do cabo L, onde

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8/31 a direção do entrançamento do núcleo e a direção do enrolamento da armadura são as mesmas, e em que a área da seção transversal X de cada condutor elétrico é reduzida e/ou a classificação do cabo na temperatura máxima permitida do condutor de trabalho Θ é aumentada, em comparação com um cabo em que a direção do entrançamento do núcleo e a direção do enrolamento da armadura são contralay ao longo do comprimento do cabo L.

[0020] Ao reduzir as perdas de cabos e, em particular, as perdas de armadura e tela, a invenção permite vantajosamente melhorar o desempenho do cabo armado em termos de corrente alternada transportada aumentada e/ou área de seção transversal X reduzida do condutor elétrico em relação à de um cabo contralay inteiro, em que a direção do entrançamento do núcleo e a direção do enrolamento da armadura são e permanecem diferentes ao longo do comprimento do cabo.

[0021] No mercado de cabos, um cabo é oferecido para venda ou vendido acompanhado de indicação relacionada, entre outras coisas, à quantidade de corrente alternada transportada, à área de seção transversal X do(s) condutor(es) elétrico(s) e à temperatura máxima permitida do condutor de trabalho. No que diz respeito a um cabo com uma configuração contralay ao longo de todo o seu comprimento, um cabo armado de acordo com a invenção terá uma área de seção transversal reduzida do(s) condutor(es) elétrico(s) com substancialmente a mesma quantidade de corrente alternada transportada e temperatura máxima permitida do condutor de trabalho, e/ou uma quantidade aumentada de corrente alternada transportada com substancialmente a mesma área de seção transversal do(s) condutor(es) elétrico(s) e a temperatura máxima permitida do condutor de trabalho.

[0022] Isso permite fabricar um cabo com maior capacidade de corrente e/ou reduzir o tamanho dos condutores, com consequente redução do tamanho, peso e custo do cabo em comparação com um cabo com toda a

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9/31 configuração contralay.

[0023] Ao mesmo tempo, como declarado acima, um cabo armado de acordo com a invenção permite garantir melhores desempenhos mecânicos em relação a um cabo com uma configuração unilay inteira (em que a direção do entrançamento do núcleo e a direção do enrolamento da armadura são iguais entre si e permanecem como tal, em todo o comprimento do cabo).

[0024] Na presente descrição e reivindicações, o termo “invertido recorrentemente ao longo do comprimento do cabo” em relação à direção do entrançamento do núcleo e a direção do enrolamento da armadura é usado para indicar que a direção é invertida ao longo do comprimento do cabo mais de uma vez para ter pelo menos três seções consecutivas com direção de entrançamento e/ou enrolamento opostas uma à outra.

[0025] Na presente descrição e reivindicações, o termo “invertido regularmente ao longo do comprimento do cabo” em relação à direção do entrançamento do núcleo e à direção do enrolamento da armadura é usado para indicar que a direção é invertida ao longo do comprimento do cabo em conformidade com uma regra predeterminada.

[0026] Na presente descrição e reivindicações, o termo “núcleo” é usado para indicar um condutor elétrico cercado por pelo menos uma camada isolante e, opcionalmente, pelo menos uma camada semicondutora. O núcleo pode ainda compreender uma tela metálica ao redor do condutor, a camada isolante e a(s) camada(s) semicondutora(s).

[0027] Na presente descrição e reivindicações, os termos “direção do enrolamento da armadura” e “passo do enrolamento da armadura” são usados para indicar a direção do enrolamento e o passo do enrolamento dos fios metálicos da armadura providos em uma camada. Quando a armadura compreende mais de uma camada de fios metálicos, o termo “direção do enrolamento da armadura” e “passo do enrolamento da armadura” são usados para indicar a direção do enrolamento e o passo do enrolamento dos fios

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10/31 metálicos da armadura providos na camada mais interna.

[0028] Na presente descrição e reivindicações, o termo “unilay” é usado para indicar que o entrançamento dos núcleos e o enrolamento dos fios metálicos de uma camada de armadura têm uma mesma direção (por exemplo, esquerda ou direita), com um passo igual ou diferente em valor absoluto.

[0029] Na presente descrição e reivindicações, o termo “contralay” é usado para indicar que o entrançamento dos núcleos e o enrolamento dos fios metálicos de uma camada de armadura têm uma direção oposta (por exemplo, um para esquerda e o outro para direita), com um passo igual ou diferente em valor absoluto.

[0030] Na presente descrição e reivindicações, o termo “passo de cruzamento C” é usado para indicar o comprimento do cabo utilizado pelos fios da armadura para fazer uma única volta completa ao redor dos núcleos dos cabos. O passo de cruzamento C é dado pela seguinte relação:

em que A é o passo do entrançamento do núcleo e B é o passo do enrolamento da armadura. A é positivo quando os núcleos trançados juntos giram para a direita (parafuso direito ou, em outras palavras, são destros) e B é positivo quando os fios da armadura enrolados ao redor do cabo giram para a direita (parafuso direito ou, em outras palavras, são destros). O valor de C é sempre positivo. Quando os valores de A e B são muito semelhantes (tanto no módulo, quanto no sinal), o valor de C se toma muito grande.

[0031] Na presente descrição e reivindicações, o termo “ferromagnético” indica um material com uma suscetibilidade substancial à magnetização, cuja resistência depende do campo de magnetização aplicado e que pode persistir após a remoção do campo aplicado. Por exemplo, o termo

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11/31 “ferromagnético” indica um material que, abaixo de uma dada temperatura, tem uma permeabilidade magnética relativa significativamente maior que 1, de um modo preferido maior que 100.

[0032] 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.

[0033] Na presente descrição e reivindicações, o termo “temperatura máxima admissível do condutor de trabalho” é usado para indicar a temperatura mais alta que um condutor pode atingir em operação em condições de estado estacionário, a fim de garantir a integridade do cabo. A temperatura alcançada pelo cabo em operação depende substancialmente das perdas gerais de cabo, incluindo perdas de condutor devido ao efeito Joule e fenômenos dissipativos. As perdas na armadura e na tela metálica são outro componente significativo das perdas gerais de cabos.

[0034] Na presente descrição e reivindicações, o termo “classificação de corrente permissível” é usado para indicar 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 permitida do condutor de trabalho na condição de estado estacionário. O estado estacionário é atingido quando a taxa de geração de calor no cabo é igual à taxa de dissipação de calor da superfície do cabo, de acordo com as condições de assentamento.

[0035] Na presente descrição e reivindicações, o termo “seção” indica uma porção do comprimento do cabo tendo uma determinada direção de entrançamento do núcleo e direção de enrolamento da armadura.

[0036] Na presente descrição e reivindicações, o termo “comprimento do cabo” é usado para indicar o comprimento de um cabo entre duas extremidades.

[0037] Em uma modalidade preferencial, o comprimento do cabo em que pelo menos uma da direção de entrançamento do núcleo e da direção do

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12/31 enrolamento da armadura é invertida de forma recorrente é aquela entre dois pontos fixos, um ponto fixo sendo, por exemplo, uma junta de cabo, o ponto de aterragem no fundo do mar ou o ponto de ancoragem em um navio de implantação.

[0038] A presente invenção em pelo menos um dos aspectos acima mencionados pode ter pelo menos uma das seguintes características preferidas.

[0039] Em uma modalidade preferida, pelo menos uma da direção de entrançamento do núcleo e da direção do enrolamento da armadura são invertidas recorrentemente ao longo do comprimento do cabo, de modo que as seções unilay alternem ao longo do comprimento do cabo com as seções contralay. Dessa maneira, nas seções unilay, a direção do entrançamento do núcleo e a direção do enrolamento da armadura são esquerdas ou direitas, enquanto nas seções contralay uma é direita e a outra é esquerda.

[0040] De um modo preferido, pelo menos uma da direção de entrançamento do núcleo e da direção do enrolamento da armadura são invertidas regularmente ao longo do comprimento do cabo.

[0041] Em uma modalidade, pelo menos uma das seções de contralay compreende duas subseções de contralay diferentes, em que a pluralidade de núcleos é trançada juntamente com diferentes passos de entrançamento do núcleo; e/ou em que os fios metálicos são enrolados em torno dos núcleos com diferentes passos de enrolamento de armadura.

[0042] Em uma modalidade, apenas uma da direção de entrançamento do núcleo e da direção do enrolamento da armadura é recorrente, de um modo preferido regularmente invertida ao longo do comprimento do cabo.

[0043] De um modo preferido, a direção do entrançamento do núcleo é recorrente, de um modo preferido regularmente invertida ao longo do comprimento do cabo, permanecendo inalterada a direção do enrolamento da armadura.

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13/31 [0044] Em uma modalidade alternativa, tanto a direção de entrançamento do núcleo quanto a direção do enrolamento da armadura são recorrentes, de um modo preferido regularmente invertidas ao longo do comprimento do cabo.

[0045] Nesta modalidade alternativa, de um modo preferido, as seções unilay são obtidas em que o entrançamento do núcleo e o enrolamento da armadura estão em uma primeira direção (por exemplo, esquerda), alternadas com as seções unilay em que o entrançamento do núcleo e o enrolamento da armadura estão em uma segunda direção (por exemplo, direita). Nesse caso, seções contralay podem estar presentes ou ausentes.

[0046] O número de inversões de pelo menos uma das direções de entrançamento do núcleo e de enrolamento da armadura depende do tipo e/ou comprimento do cabo.

[0047] De um modo preferido, as seções unilay ao longo do comprimento do cabo envolvem, como um todo, pelo menos 20% do comprimento do cabo, de um modo mais preferido pelo menos 30%, ainda de um modo mais preferido pelo menos 40%, ainda de um modo mais preferido pelo menos 45% do comprimento do cabo.

[0048] De um modo preferido, as seções unilay ao longo do comprimento do cabo envolvem, como um todo, não mais que 80% do comprimento do cabo, de um modo mais preferido não mais que 70%, ainda de um modo mais preferido não mais que 60%, ainda de um modo mais preferido não mais que 55%.

[0049] De um modo preferido, as seções unilay ao longo do comprimento do cabo cobrem cerca de 50% do comprimento do cabo.

[0050] Adequadamente, pelo menos uma das direções de entrançamento do núcleo e do enrolamento da armadura é invertida repetidamente ao longo do comprimento do cabo, de modo que N é o número de voltas consecutivas do entrançamento do núcleo e/ou enrolamento da

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14/31 armadura na primeira direção (por exemplo, esquerda ou S-lay) e M seja o número de voltas consecutivas do enrolamento do núcleo e/ou enrolamento da armadura em uma segunda direção, invertida em relação à primeira direção (direita ou Z-lay, quando a primeira direção é esquerda). Em particular, N é o número de voltas completas e consecutivas em uma seção unilay (ou contralay) da pluralidade de núcleos e/ou dos fios metálicos em tomo do eixo longitudinal do cabo, na primeira direção. M é o número de voltas completas e consecutivas em uma seção unilay (ou contralay) da pluralidade de núcleos e/ou dos fios metálicos em tomo do eixo do cabo, na segunda direção.

[0051] N e M podem ser números inteiros ou decimais.

[0052] N pode ser igual ou variar ao longo do comprimento do cabo. Dessa maneira, o número N de voltas pode ser o mesmo ou variar nas diferentes seções do comprimento do cabo, em que pelo menos uma das direções de entrançamento do núcleo e enrolamento da armadura é igual à primeira direção.

[0053] M pode ser igual ou variar ao longo do comprimento do cabo. Dessa maneira, o número M de voltas pode ser o mesmo ou variar em diferentes seções do comprimento do cabo, em que pelo menos uma das direções de entrançamento do núcleo e enrolamento da armadura é igual à segunda direção.

[0054] A soma de N e M de duas seções de cabo consecutivas pode ser a mesma ou variar em relação a outras seções de cabo consecutivas ao longo do comprimento do cabo.

[0055] N pode ser igual ou diferente de M.

[0056] De um modo preferido, N > 1, de um modo mais preferido N > 2,5. De um modo preferido, N < 10, de um modo mais preferido N < 5, ainda de um modo mais preferido N < 4.

[0057] De um modo preferido, M > 1, de um modo mais preferido M > 2,5. De um modo preferido, M < 10, de um modo mais preferido M < 5,

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15/31 ainda de um modo mais preferido M < 4.

[0058] Adequadamente, a pluralidade de núcleos é trançada de acordo com um passo de entrançamento do núcleo A.

[0059] O passo de entrançamento do núcleo A, no módulo, pode ser o mesmo ou variar ao longo do comprimento do cabo.

[0060] De um modo preferido, o passo de entrançamento do núcleo

A, no módulo, é de 1000 a 3000 mm. De um modo mais preferido, o passo de entrançamento do núcleo A, no módulo, é de 1500 a 2600 mm. Valores baixos de A podem ser economicamente desvantajosos, pois é necessário um comprimento maior do condutor para um determinado comprimento de cabo. Por outro lado, altos valores de A podem ser desvantajosos em termos de flexibilidade do cabo.

[0061] Adequadamente, os fios metálicos da armadura são enrolados ao redor dos núcleos, de acordo com o passo do enrolamento da armadura B.

[0062] O passo do enrolamento da armadura B, no módulo, pode ser o mesmo ou variar ao longo do comprimento do cabo.

[0063] De um modo preferido, nas seções contralay, o passo do enrolamento da armadura B é maior, em módulo, do que o passo do enrolamento da armadura B nas seções unilay. Isso permite, com vantagem, reduzir as perdas nas seções contralay.

[0064] De um modo preferido, o passo do enrolamento da armadura

B, no módulo, é de 1000 a 3000 mm. De um modo mais preferido, o passo do enrolamento da armadura B, no módulo, é de 1500 a 2600 mm. Valores baixos de B podem ser desvantajosos em termos de perdas de cabos. Por outro lado, altos valores de B podem ser desvantajosos em termos de resistência mecânica do cabo.

[0065] De um modo preferido, o passo B do enrolamento da armadura é superior a 0,4 A. De um modo preferido, B é 0,5 A. De um modo mais preferido, B = 0,6 A. Ainda de um modo mais preferido, B = 0,75 A. De um

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16/31 modo preferido, o passo do enrolamento da armadura B é menor que 2,5 A. De um modo mais preferido, o passo do enrolamento da armadura B é menor que 2 A. Ainda de um modo mais preferido, o passo do enrolamento da armadura B é menor que 1,8 A. Ainda de um modo mais preferido, o passo do enrolamento da armadura B é menor que 1,5 A.

[0066] De um modo preferido, o passo do enrolamento da armadura B é diferente (em sinal e/ou valor absoluto) do passo do entrançamento do núcleo A (B Ψ A). Essa diferença é pelo menos igual a 10% do passo A. Embora aparentemente favorável em termos de redução de perdas de armadura, a configuração com B = A (tanto em sinal quanto em valor absoluto) seria desvantajosa em termos de resistência mecânica do cabo.

[0067] Nas seções unilay, o passo de cruzamento C é de um modo preferido mais alto que o passo de entrançamento do núcleo A, no módulo. De um modo preferido C > 2 A, em módulo. De um modo mais preferido, C > 3A, em módulo. Ainda de um modo mais preferido, C > 5A, em módulo. Ainda de um modo mais preferido, C > 10A, em módulo. Adequadamente, C pode ser de até 12A.

[0068] Nas seções contralay, o passo de cruzamento C é de um modo preferido menor que o passo de entrançamento do núcleo A, no módulo. De um modo preferido, C < 2A, em módulo. De um modo mais preferido, C < 3A, em módulo. Ainda de um modo mais preferido, C < 5A, em módulo. Ainda de um modo mais preferido, C < 10A, em módulo.

[0069] A mudança da direção do entrançamento do núcleo e/ou da direção do enrolamento da armadura causa uma zona de transição em que os núcleos e/ou os fios da armadura são paralelos ao eixo longitudinal do cabo. A(s) zona(s) de transição pode(m) ser de metade a um terço do passo do núcleo do entrançamento A e/ou do passo do enrolamento da armadura B.

[0070] De um modo preferido, cada condutor elétrico é armado individualmente por uma armadura de metal. De um modo mais preferido, a

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17/31 tela metálica é feita de chumbo na forma de uma camada extrudida.

[0071] De um modo preferido, pelo menos parte dos fios metálicos da armadura é feita de material ferromagnético.

[0072] De um modo preferido, parte dos fios metálicos da armadura é feita de material não ferromagnético.

[0073] Em uma modalidade preferida, parte dos fios metálicos da armadura é feita de material ferromagnético e o restante dos fios metálicos da armadura é feita de material não ferromagnético.

[0074] Em uma modalidade, parte dos fios metálicos da armadura é feita de um núcleo ferromagnético cercado por um material não ferromagnético.

[0075] Em uma modalidade, parte dos fios metálicos da armadura é feita de um núcleo ferromagnético cercado por um material não ferromagnético eletricamente condutor.

[0076] Em uma modalidade preferida, na camada de armadura, os fios metálicos feitos de material ferromagnético alternam com os fios metálicos feitos de material não ferromagnético.

[0077] Em uma modalidade, todos os fios metálicos da armadura são feitos de material ferromagnético.

[0078] De um modo preferido, o material ferromagnético é selecionado dentre: aço de construção, aço inoxidável ferrítico, aço inoxidável martensítico e aço carbono, opcionalmente galvanizado.

[0079] De um modo preferido, o material não ferromagnético é selecionado dentre: material polimérico e aço inoxidável.

[0080] Adequadamente, a pluralidade de núcleos é helicoidalmente unida.

[0081] Em uma modalidade, a armadura compreende uma camada adicional de fios metálicos em torno da camada de fios metálicos. Os fios metálicos da camada adicional são enrolados adequadamente em torno dos

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18/31 núcleos de acordo com uma direção de enrolamento de camada adicional e um passo de enrolamento de camada adicional B'. De um modo preferido, os fios metálicos da camada adicional são enrolados helicoidalmente em tomo dos núcleos.

[0082] De um modo preferido, a direção de enrolamento da camada adicional é oposta (contralay) em relação à direção de enrolamento dos fios metálicos da armadura da camada subjacente.

[0083] Essa configuração contralay da camada adicional é vantajosa em termos de desempenho mecânico do cabo.

[0084] De um modo preferido, o passo de enrolamento da camada adicional B' é menor, em valor absoluto, do que o passo de enrolamento da armadura B.

[0085] De um modo preferido, o passo de enrolamento da camada adicional B' difere, em valor absoluto, de B em ± 10% de B.

[0086] Os fios metálicos da armadura podem ter seção transversal poligonal ou, de um modo preferido, circular. Em alternativa, os fios metálicos podem ter uma seção transversal alongada. No caso de uma seção transversal alongada, o eixo principal da seção transversal é de um modo preferido orientado tangencialmente em relação a uma circunferência que envolve a pluralidade de núcleos.

[0087] De um modo preferido, no caso de seção transversal circular, os fios metálicos têm um diâmetro de seção transversal de 2 a 10 mm. De um modo preferido, o diâmetro é de 4 mm. De um modo preferido, o diâmetro não é superior a 7 mm.

[0088] De um modo preferido, a pluralidade de núcleos é cada um, um núcleo de fase única. De um modo preferido, a pluralidade de núcleos é de núcleos multifásicos (ou seja, eles têm fases diferentes entre si).

[0089] Em uma modalidade preferida, o cabo compreende três núcleos. O cabo é de um modo preferido um cabo trifásico. O cabo trifásico

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19/31 compreende de um modo preferido três núcleos monofásicos.

[0090] O cabo armado pode ser um cabo de baixa, média ou alta tensão (LV, MV, HV, respectivamente). O termo baixa tensão é usado para indicar tensões inferiores a 1 kV. O termo média tensão é usado para indicar tensões de 1 a 35 kV. O termo alta tensão é usado para indicar tensões superiores a 35 kV.

[0091] O cabo armado pode ser terrestre. O cabo terrestre pode ser pelo menos parcialmente enterrado ou posicionado em túneis.

[0092] De um modo preferido, o cabo armado é um cabo submarino.

[0093] As características e vantagens da presente invenção serão evidenciadas pela seguinte descrição detalhada de algumas modalidades exemplares da mesma, providas meramente a título de exemplos não limitativos, descrição que será conduzida fazendo referência aos desenhos anexos, em que:

a figura 1 mostra esquematicamente um cabo armado de acordo com uma modalidade da invenção;

a figura 2 mostra esquematicamente uma modalidade da invenção em que a direção do entrançamento do núcleo é regularmente invertida ao longo do comprimento do cabo;

a figura 3 mostra esquematicamente uma modalidade da invenção em que a direção do enrolamento da armadura é regularmente invertida ao longo do comprimento do cabo;

a figura 4 mostra as perdas de armadura calculadas para um cabo de três núcleos versus o passo de enrolamento da armadura B, considerando as perdas de armadura inversamente proporcionais ao passo de cruzamento C;

a figura 5 mostra as perdas de armadura versus o passo de enrolamento da armadura B calculado para o mesmo cabo da figura 4, usando um cálculo 3D FEM;

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20/31 a figura 6 é um esboço de uma implantação de cabo submarino.

[0094] A Figura 1 mostra esquematicamente um cabo CA 10 para aplicação submarina compreendendo núcleos trifásicos 12. Cada núcleo compreende um condutor de metal 12a na forma de uma haste ou de fios trançados. O condutor de metal 12a pode, por exemplo, ser feito de cobre, alumínio ou ambos. Cada condutor de metal 12a é rodeado sequencialmente por um sistema isolante 12b feito de uma camada semicondutora interna, uma camada isolante e uma camada semicondutora externa, sendo as três camadas (não mostradas) baseadas em material polimérico (por exemplo, polietileno), papel embrulhado ou laminado de papel/polipropileno. No caso da(s) camada(s) semicondutora(s), o material é carregado com carga condutora, tal como negro de fumo. Os três núcleos 12 compreendem ainda cada um, uma tela metálica 12c. A tela metálica 12c pode ser feita de chumbo, geralmente na forma de uma camada extrudida, ou de cobre, na forma de uma folha enrolada longitudinalmente ou de fios trançados.

[0095] Os três núcleos 12 são trançado de forma helicoidal juntos de acordo com um passo de entrançamento do núcleo A e uma direção do entrançamento do núcleo.

[0096] Os três núcleos 12 são, como um todo, embutidos em um material de enchimento polimérico 11 cercado, por sua vez, por uma fita 15 e por uma camada de amortecimento 14. Por exemplo, a fita 15 é uma fita de poliéster ou não tecido, e a camada de amortecimento 14 é feita de fios de polipropileno.

[0097] Em tomo da camada de amortecimento 14, é provida uma armadura 16 compreendendo uma única camada de fios metálicos 16a. Os fios 16a são enrolados helicoidalmente ao redor do cabo 10 de acordo com um passo de enrolamento de armadura B e uma direção de enrolamento de armadura.

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21/31 [0098] A armadura 16 envolve os três núcleos 12 juntos, como um todo.

[0099] Pelo menos parte ou todos os fios metálicos 16a são feitos de um material ferromagnético, o que é vantajoso em termos de custos em relação a metais não ferromagnéticos como, por exemplo, aço inoxidável.

[00100] O material ferromagnético pode ser, por exemplo, aço carbono, aço de construção ou aço inoxidável ferrítico, opcionalmente galvanizado.

[00101] O condutor 12a tem uma área de seção transversal X, em que X = 7L(d/2)², d sendo o diâmetro do condutor 12a.

[00102] De acordo com a invenção, pelo menos uma da direção de entrançamento do núcleo e da direção do enrolamento da armadura são invertidas recorrentemente ao longo do comprimento do cabo, de modo que o cabo 10 compreenda seções unilay ao longo do comprimento do cabo em que a direção do entrançamento do núcleo e a direção do enrolamento da armadura são as mesmas.

[00103] A Figura 2 mostra esquematicamente uma modalidade em que a direção de entrançamento do núcleo 21 é regularmente invertida ao longo do comprimento do cabo, de modo que os núcleos sejam trançados altemadamente de acordo com uma direção Z (lay-Z) para direita (ou no sentido horário) e uma direção S (S-lay) para esquerda (ou no sentido antihorário). Essa configuração de assentamento alternada é chamada de configuração S/Z. Por outro lado, a direção 22 do enrolamento da armadura permanece inalterada ao longo do comprimento do cabo. Em particular, na modalidade mostrada, a direção do enrolamento da armadura é para esquerda

S. Desse modo, o cabo compreende seções unilay 102 ao longo do comprimento do cabo L, em que a direção do entrançamento do núcleo e a direção do enrolamento da armadura são as mesmas (na modalidade mostrada, ambas são S). O cabo também compreende seções contralay 101 ao

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22/31 longo do comprimento do cabo L, em que a direção do entrançamento do núcleo e a direção do enrolamento da armadura são opostas. Em particular, na modalidade mostrada, a direção do entrançamento do núcleo é Z enquanto a direção do enrolamento da armadura é S.

[00104] A Figura 3 mostra esquematicamente outra modalidade, em que a direção de enrolamento da armadura 22 é regularmente invertida ao longo do comprimento do cabo, de modo que os fios metálicos da armadura sejam altemadamente trançados juntos de acordo com uma direção Z para direita (ou no sentido horário) e uma direção S para esquerda (ou no sentido anti-horário). Por outro lado, a direção do entrançamento do núcleo 21 é inalterada ao longo do comprimento do cabo L. Em particular, na modalidade mostrada, a direção do entrançamento do núcleo é Z para direita. Desse modo, o cabo compreende seções unilay 102 ao longo o comprimento do cabo L, em que a direção do entrançamento do núcleo e a direção do enrolamento da armadura são as mesmas (ou seja, na modalidade mostrada, ambas são Z). O cabo também compreende seções de contralay 101 ao longo do comprimento do cabo L, em que a direção do entrançamento do núcleo e a direção do enrolamento da armadura são opostas. Em particular, na modalidade mostrada, a direção do entrançamento do núcleo é Z enquanto a direção do enrolamento da armadura é S.

[00105] A Figura 2 mostra uma modalidade em que o número N de voltas 21a dos núcleos em uma seção Z (uma seção do comprimento do cabo L com uma direção de entrançamento do núcleo Z) e o número M de voltas 21b dos núcleos em uma seção S (a seção do comprimento do cabo com uma direção de entrançamento do núcleo S) são iguais entre si (no exemplo, N = M = 4).

[00106] Analogamente, a Figura 3 mostra uma modalidade em que o número N de voltas 22a dos fios metálicos da armadura em uma seção Z (uma seção do comprimento do cabo L com uma direção de enrolamento da

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23/31 armadura Z) e o número M de voltas 22b dos fios metálicos da armadura em uma seção S (uma seção do comprimento do cabo com uma direção de enrolamento da armadura S) são iguais entre si (no exemplo, N = M = 4).

[00107] O caso em N = M pode ser vantajoso em termos de construção mecânica do cabo.

[00108] No entanto, a invenção também se aplica ao caso em que N é diferente de M.

[00109] Além disso, N e M podem ser números inteiros ou decimais. N e/ou M podem ser os mesmos (ou seja, inalterados) ao longo do comprimento do cabo L (como mostrado nas figuras 2 e 3) ou variar (quando N tem valores diferentes em diferentes seções S e M tem valores diferentes em diferentes seções Z).

[00110] N é de um modo preferido maior que 2,5 e menor que 4.

[00111] M é de um modo preferido maior que 2,5 e menor que 4.

[00112] As Figuras 2 e 3 mostram esquematicamente exemplos em que o passo de entrançamento do núcleo A e o passo de enrolamento da armadura B são, em módulo, iguais um ao outro e inalterados ao longo do comprimento do cabo. No entanto, o passo de entrançamento do núcleo A e o passo de enrolamento da armadura B são de um modo preferido diferentes um do outro (em sinal e/ou valor absoluto), a fim de evitar desvantagens em termos de resistência mecânica do cabo.

[00113] Além disso, o passo de entrançamento do núcleo A e/ou o passo de enrolamento da armadura B podem variar ao longo do comprimento do cabo.

[00114] Por exemplo, em uma modalidade (não mostrada) da invenção, o passo do enrolamento da armadura B nas seções contralay 101 é de um modo preferido maior, em módulo, do que o passo do enrolamento da armadura B nas seções unilay 102. Como mostrado nas figuras 4 a 5 descritas abaixo, um valor mais alto de B, no módulo, permite vantajosamente limitar

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24/31 as perdas de armadura nas seções contralay 101 (as perdas de armadura nas seções unilay 102 já são reduzidas pela configuração unilay per se).

[00115] Detalhes adicionais sobre os valores de A e B são divulgados, por exemplo, por US 9.431.153, cuja divulgação é aqui incorporada por referência.

[00116] Com referência ao divulgado pela US 9.431.153, a figura 4 mostra a porcentagem de perdas de armadura (em ordenadas) versus o passo de enrolamento B (em abcissas; metros), obtido pelo cálculo assumindo as perdas de armadura inversamente proporcionais ao passo de cruzamento C. As seguintes condições foram consideradas: um cabo CA de três núcleos com os núcleos trançados juntos de acordo com o passo do núcleo A, com A = 2500 mm; apenas um fio de armadura, enrolado ao redor do cabo de acordo com um passo de enrolamento variável da armadura B; uma corrente de 800 A nos condutores; uma área de seção transversal do condutor X de 800 mm². Valor negativo do passo B do enrolamento da armadura significa direções contrárias do enrolamento dos fios de armadura em relação aos núcleos; valor positivo do passo de enrolamento da armadura B significa direções de enrolamento unilay dos fios de armadura em relação aos núcleos. O cálculo considerou perdas a 100% daquelas medidas empiricamente com um cabo contralay comparativo, com três núcleos trançados juntos de acordo com um passo A de 2570 mm; uma única camada de armadura enrolada ao redor do cabo, de acordo com o passo de enrolamento da armadura B, contralay ao passo do entrançamento do núcleo A, sendo B -1890 mm e passo cruzado C igual a cerca de 1089 mm; um diâmetro de fio d de 6 mm; uma área de seção transversal X de 800 mm².

[00117] Com referência à divulgação da US 9.431.153, a figura 5 mostra as porcentagens de perda de armadura (em ordenadas) como uma função do passo de enrolamento da armadura B (em abscissa, mm), obtido usando um cálculo 3D FEM (Método dos Elementos Finitos), para verificar a

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25/31 hipótese feita no cálculo da figura 4. Como no caso do cálculo da figura 4, o cálculo do MEF considerou perdas em 100% daquelas medidas empiricamente com o cabo contralay comparativo.

[00118] Ambas as figuras mostram que as perdas de armadura são altamente reduzidas quando o passo de enrolamento da armadura B é unilay ao passo de entrançamento do núcleo A, comparado com a situação em que o passo de enrolamento da armadura B é contralay ao passo de entrançamento do núcleo A. As perdas de armadura têm um mínimo quando o passo do entrançamento do núcleo A e o passo do enrolamento da armadura B são iguais (cabo unilay com núcleos e fio de armadura com o mesmo passo) enquanto são muito altos quando B está próximo de zero (positivo ou negativo). Além disso, um aumento do passo do enrolamento da armadura B unilay ou contralay em relação ao passo do entrançamento do núcleo A reduz a perda de armadura. Para reduzir as perdas, o passo do enrolamento da armadura B é de um modo preferido maior que 0,4 A.

[00119] Durante as atividades de desenvolvimento realizadas pela Requerente para investigar as perdas (em particular, perdas de armadura e armadura metálica) em um cabo armado CA, a Requerente analisou um cabo CA com: três núcleos trançados de acordo com uma configuração S/Z (do tipo mostrado na figura 2) com um passo de entrançamento do núcleo A de 3000 mm em valor absoluto (A sendo igual a + 3000 mm nas seções Z e -3000 mm nas seções S); uma única camada de noventa e cinco (95) fios de aço ferrítico galvanizado enrolou em tomo do cabo de acordo com a direção do enrolamento da armadura S e um passo do enrolamento da armadura B de -2000 mm; um passo de cruzamento C igual a 1200 mm nas seções contralay, um passo de cruzamento C igual a 6000 mm nas seções unilay, um diâmetro externo do fio d de 7 mm; uma área de seção transversal X de 1000 mm² para uma tensão nominal de 150 KV; um diâmetro externo geral do cabo de 246 mm; uma tela metálica de chumbo com resistividade elétrica de 21,4 x

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IO'⁸ Ohm-m e permeabilidade magnética relativa μΓ = 1; e fios de armadura com resistividade elétrica de 20,8 x IO'⁸ Ohm-m e permeabilidade magnética relativa μΓ = 300.

[00120] Os resultados das atividades da Requerente são apresentados nos exemplos 1 a 3 abaixo.

[00121] Exemplo 1 [00122] Uma primeira amostra do cabo foi cortada para obter uma única seção contralay do cabo (denominada amostra S-Z), com direção de enrolamento da armadura S e direção de entrançamento do núcleo Z.

[00123] Uma segunda amostra (denominada amostra S-Z/S) do cabo foi cortada para obter uma primeira metade da amostra em condição contralay (com uma única seção contralay com direção de enrolamento da armadura S e direção de entrançamento do núcleo Z) e a metade restante da amostra em condição unilay (com uma única seção unilay com direção de enrolamento da armadura S e direção de entrançamento do núcleo S).

[00124] Uma terceira amostra do cabo foi cortada para obter uma única seção unilay do cabo (chamada amostra S-S), com direção de enrolamento da armadura S e direção de entrançamento do núcleo S.

[00125] Todas as três amostras tiveram o mesmo comprimento.

[00126] As três amostras foram testadas para medir experimentalmente um valor da razão entre as correntes de Foucault nas telas de metal (I_tei_a) e a corrente nos condutores (Icondutor)· A tabela 1 a seguir mostra os valores medidos.

Tabela 1

Amostra	Itela/ Icondutor
Amostra S-Z	0,219
Amostra S-Z/S	0,203
Amostra S-S	0,192

[00127] As medidas experimentais mostram que a amostra S-Z/S permite reduzir as correntes de Foucault nas telas metálicas e, portanto, as perdas de cabo, em relação a uma configuração contralay (amostra S-Z).

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27/31 [00128] A configuração unilay (amostra S-S) apresenta os melhores desempenhos em termos de redução de correntes de Foucault nas telas de metal e, portanto, de perdas de tela. No entanto, como dito acima, toda uma configuração unilay é desvantajosa em termos de desempenho mecânico do cabo, especialmente em termos de estabilidade de torção do cabo durante as operações de assentamento.

[00129] Por outro lado, a configuração contralay (amostra S-Z) apresenta os piores desempenhos em termos de redução de correntes de Foucault nas telas de metal e, portanto, de perdas de tela.

[00130] A configuração de acordo com a invenção, em que seções contralay alternam com seções unilay, permite, por um lado, reduzir as perdas de cabo em relação a toda uma configuração contralay e, por outro lado, melhorar o desempenho mecânico do cabo, especialmente durante as operações de assentamento, com relação a uma configuração inteira unilay.

[00131] A Figura 6 esboça uma operação de assentamento de um cabo submarino 62. O cabo 62 é conectado a um ponto de ancoragem 61 em um recipiente de deposição 60 e uma tensão de tração é exercida no cabo 62 entre o ponto de ancoragem 61 e um ponto T em que o cabo 62 toca o fundo do mar 63, o ponto T correspondendo substancialmente à profundidade de deposição. Durante a implantação, a tensão de tração tende a endireitar a configuração dos núcleos dos cabos e dos fios da armadura. No caso de configuração unilay, pelo menos entre o ponto de ancoragem 61 e o ponto T, e especialmente em instalações de águas profundas ou extraprofundas, a queda da tensão de tração no cabo, possivelmente ocorrendo durante a operação de assentamento ou quando o cabo atinge o fundo do mar (ponto T), pode resultar em um cabo dobrado até um raio de curvatura que pode comprimir os núcleos e resultar em possíveis danos. De acordo com a configuração da invenção, esse fenômeno é contrabalançado por seções contralay, para que a estabilidade de torção do cabo como um todo não seja afetada.

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28/31 [00132] Resultados semelhantes podem ser obtidos em uma modalidade (não mostrada) da invenção, em que a direção do entrançamento do núcleo e a direção do enrolamento da armadura são regularmente invertidas ao longo do comprimento do cabo, de modo que o cabo armado compreenda seções unilay alternadas com seções unilay com sinal oposto à direção do entrançamento do núcleo e à direção do enrolamento da armadura. [00133] Exemplo 2 [00134] As classificações de corrente permitidas dos cabos acima mencionados foram calculadas com várias combinações de seções unilay e contralay.

[00135] As classificações de corrente permitidas foram calculadas usando um modelo numérico do cabo e de acordo com a IEC 60287 para as seguintes condições: profundidade de assentamento 0,8 m no topo do cabo, temperatura ambiente de 15 °C, resistividade térmica do solo 0,7 K.m/W e condições de estado estacionário.

[00136] Em particular, a classificação de corrente permitida foi calculada de acordo com a fórmula (1) acima mencionada da IEC 60287, em que, no entanto, as perdas de armadura λ₂ e as perdas de tela λι foram calculadas, levando em consideração, no dito modelo numérico, que o cabo compreende núcleos (no exemplo, três núcleos) helicoidais juntamente com um passo do entrançamento do núcleo A e fios metálicos de armadura (no exemplo, 95 fios de aço ferrítico galvanizado) enrolados helicoidalmente ao redor dos núcleos com um passo de enrolamento da armadura B.

[00137] A tabela 2 a seguir mostra os valores calculados.

Tabela 2

% de contralay	% de unilay	% de (I-Ic)/Ic	% de (L-Lc)/Lc
100	0	0,00%	0,00%
90	10	0,44%	-4,53%
80	20	0,88%	-9,01%
70	30	1,32%	-13,45%
60	40	1,87%	-17,86%
50	50	2,31%	-22,22%
40	60	2,75%	-26,55%
30	70	3,19%	-30,84%

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20	80	3,63%	-35,09%
10	90	4,07%	-39,30%
0	100	4,51%	-43,47%

[00138] A Tabela 2 mostra as classificações de corrente permitidas I e as perdas de cabo L (em particular, perdas de armadura e tela) calculadas em cabos com porcentagens crescentes de comprimento na configuração unilay em relação à classificação de corrente permitida Ic e as perdas de cabo Lc, respectivamente, calculadas em um cabo contralay inteiro (configuração 100% contralay).

[00139] Os valores calculados mostram que a corrente permitida I aumenta à medida que a porcentagem de comprimento na configuração unilay aumenta. Por outro lado, as perdas de cabo (devido a perdas de armadura e tela metálica) diminuem de valor à medida que a porcentagem de comprimento na configuração unilay aumenta.

[00140] Como mencionado acima, o aumento da classificação de corrente admissível (e, consequentemente, a redução das perdas de cabo) leva a duas melhorias em um sistema de transporte CA: aumentando a corrente transportada por um cabo e/ou provendo um cabo com uma área de seção transversal reduzida X. Isso é muito vantajoso porque permite tomar um cabo mais potente e/ou reduzir o tamanho dos condutores, com a consequente redução do tamanho, peso e custo do cabo.

[00141] O cabo armado da invenção é assim construído com um valor reduzido da área de seção transversal X do condutor elétrico, conforme determinado pelo valor das perdas reduzidas.

[00142] Altemativamente ou adicionalmente, o cabo armado da invenção é classificado à temperatura máxima permitida do condutor de trabalho Θ para transportar uma corrente alternada I com um valor aumentado, conforme determinado pelo valor das perdas reduzidas. Em particular, o cabo armado da invenção pode ser operado à temperatura máxima permitida do condutor de trabalho Θ de modo a transportar uma corrente alternada I com um valor aumentado, conforme determinado pelo valor das perdas reduzidas.

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30/31 [00143] O cabo armado da invenção pode ser operado com um valor aumentado da corrente transportada e/ou pode ser construído com uma área de seção transversal reduzida X, com relação ao calculado com base nas recomendações da IEC 60287.

[00144] Para garantir um bom compromisso entre as duas necessidades conflitantes de aumentar a classificação de corrente permissível I (e reduzir as perdas de cabo) e melhorar a estabilidade mecânica do cabo, um cabo armado de acordo com a invenção possui de um modo preferido 20 a 80% de seções unilay, de um modo mais preferido 30 a 70%, ainda de um modo mais preferido 40 a 60%, ao longo do comprimento do cabo. Esses valores permitem vantajosamente obter um aumento na classificação de corrente permissível I, em relação a um cabo contralay inteiro, de 0,88% a 3,63%, 1,32% a 3,19%, 1,87% a 2,75%, respectivamente.

[00145] Além disso, no cabo armado de acordo com a invenção, a porcentagem preferida de seções unilay é de um modo preferido alcançada organizando regularmente as seções unilay ao longo do comprimento do cabo L (altemadamente regularmente com seções contralay) para evitar uma configuração de cabo com um contralay muito longo seção (por exemplo, cobrindo a primeira metade do cabo), seguida por uma seção unilay muito longa (por exemplo, cobrindo a segunda metade do cabo). Essa última solução seria desvantajosa tanto em termos mecânicos (porque a vantagem de ter seções contralay e unilay alternadas é reduzida) quanto em termos elétricos (porque uma tensão potencialmente prejudicial de um nível significativo pode se acumular no final de uma seção longa que pode ser perigoso em cabos submarinos em caso de infiltração de água).

[00146] Em relação às perdas totais de capitalização, no cabo da invenção elas são calculadas como um valor médio de potência dissipada por unidade de comprimento (W/m) devido a perdas de armadura e tela nas seções contralay e seções unilay, ponderadas sobre o comprimento coberto

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31/31 por as seções contralay e seções unilay. Como as perdas (armadura e tela) nas seções unilay são menores do que nas seções contralay, as perdas totais de capitalização no cabo da invenção são reduzidas em relação às de um cabo contralay inteiro.

[00147] Além disso, as perdas totais de capitalização no cabo da invenção são reduzidas em relação ao calculado com base nas recomendações da IEC 60287.

Exemplo 3 [00148] As classificações de corrente permitidas e as perdas de cabo do cabo acima mencionado, como no exemplo 2, foram calculadas com a diferença de que foram considerados 48 (quarenta e oito) fios de armadura de aço ferrítico galvanizado, em vez de 95. Os resultados são apresentados na Tabela 3.

Tabela 3

% de contralay	% de unilay	% de (I-Ic)/Ic	% de (L-Lc)/Lc
100	0	0,00%	0,00%
90	10	0,21%	-3,83%
80	20	0,43%	-7,65%
70	30	0,64%	-11,46%
60	40	0,85%	-15,26%
50	50	1,07%	-19,06%
40	60	1,28%	-22,84%
30	70	1,49%	-26,61%
20	80	1,71%	-30,38%
10	90	1,92%	-34,13%
0	100	2,13%	-37,88%

[00149] Também neste exemplo, os valores calculados mostram que a classificação de corrente permissível I aumenta à medida que a porcentagem de comprimento das seções unilay aumenta. Por outro lado, as perdas de cabo L (perdas de armadura e tela metálica) diminuem de valor à medida que a porcentagem de comprimento das seções unilay aumenta.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Cabo armado (10) com um comprimento de cabo, caracterizado pelo fato de que compreende:

uma pluralidade de núcleos (12) trançados juntos de acordo com uma direção de entrançamento do núcleo;

uma armadura (16) circundando a pluralidade de núcleos (12) e compreendendo uma camada de fios metálicos (16a) enrolada helicoidalmente ao redor dos núcleos (12) de acordo com uma direção de enrolamento da armadura;

em que pelo menos uma das direções de entrançamento do núcleo (21) e a direção de enrolamento da armadura (22) é invertida de forma recorrente ao longo do comprimento do cabo L, de modo que o cabo armado (10) compreenda seções unilay (102) ao longo do comprimento do cabo onde a direção de entrançamento do núcleo (21) e direção de enrolamento da armadura (22) são as mesmas.

2/4

L.

5. Cabo armado (10) de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que um número M de voltas consecutivas de pelo menos um dos entrançamentos do núcleo e do enrolamento da armadura em uma segunda direção, invertida em relação à primeira direção, é o mesmo ou varia ao longo o comprimento do cabo L.

6. Cabo armado (10) de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que N é igual ou diferente de M.

7. Cabo armado (10) de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que N > 1.

8. Cabo armado (10) de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que N < 10.

9. Cabo armado (10) de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que M > 1.

10. Cabo armado (10) de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que M < 10.

11. Cabo armado (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de núcleos (12) é trançada de acordo com um passo de entrançamento do núcleo A que, no módulo, é o mesmo ou varia ao longo de um comprimento de cabo L.

12. Cabo armado (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os fios metálicos (16a) são enrolados em tomo da pluralidade de núcleos (12) de acordo com um passo de enrolamento de armadura B que, no módulo, é o mesmo ou varia ao longo de um comprimento de cabo L.

13. Cabo armado (10) de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que os fios metálicos (16a) são enrolados em tomo da pluralidade de núcleos (12) de acordo com um passo de enrolamento de armadura B que, nas seções contralay (101), é maior, em módulo, do que o

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2. Cabo armado (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um da direção de entrançamento do núcleo (21) e da direção de enrolamento da armadura (22) são invertidos recorrentemente ao longo do comprimento do cabo L, de modo que as seções unilay (102) se alternem ao longo do comprimento do cabo com seções de contralay (101).

3/4 passo do enrolamento da armadura B nas seções unilay (102).

14. Método para melhorar o desempenho de um cabo armado (10) com um comprimento de cabo L e compreendendo uma pluralidade de núcleos (12) trançados juntos de acordo com uma direção de entrançamento do núcleo (21), cada núcleo (12) compreendendo um condutor elétrico (12a) tendo uma área de seção transversal X; e uma armadura (16) circundando a pluralidade de núcleos (12), a armadura (16) compreendendo uma camada de fios metálicos (16a) enrolada helicoidalmente ao redor dos núcleos (12) de acordo com uma direção de enrolamento da armadura (22); o cabo armado (10) tendo perdas quando é transportada uma corrente alternada I, as ditas perdas determinando uma temperatura máxima admissível do condutor de trabalho θ, o método caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:

reduzir as perdas construindo o cabo armado (10) de modo que a pelo menos uma da direção de entrançamento do núcleo (21) e da direção do enrolamento da armadura (22) sejam invertidas de forma recorrente ao longo do comprimento do cabo L, de modo que o cabo armado (10) compreenda seções unilay (102) ao longo do comprimento do cabo L, onde a direção do entrançamento do núcleo (21) e a direção do enrolamento da armadura (22) são iguais;

construir o cabo armado (10) com um valor reduzido da área da seção transversal X de cada condutor elétrico (12a), conforme determinado pelo valor das perdas reduzidas; e/ou classificar o cabo armado (10) na temperatura máxima permitida do condutor de trabalho Θ para transportar a dita corrente alternada I com um valor aumentado, conforme determinado pelo valor das perdas reduzidas.

15. Método para fabricar um cabo armado (10) com um comprimento de cabo L tendo perdas quando uma corrente alternada I é transportada, as ditas perdas determinando uma classificação do cabo na

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3. Cabo armado (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as seções unilay (102) ao longo do comprimento do cabo L envolvem, como um todo, pelo menos 40% do comprimento do cabo L.

4. Cabo armado (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um número N de voltas consecutivas de pelo menos um dos entrançamentos do núcleo e do enrolamento da armadura em uma primeira direção é o mesmo ou varia ao longo do comprimento do cabo

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4/4 temperatura máxima permitida do condutor Θ, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:

entrançar uma pluralidade de núcleos (12) juntos de acordo com uma direção de entrançamento do núcleo (21), cada núcleo (12) compreendendo um condutor elétrico (12a) tendo uma área de seção transversal X;

circundar a pluralidade de núcleos (12) enrolando helicoidalmente uma armadura (16) compreendendo uma camada de fios metálicos (16a) em tomo da pluralidade de núcleos (12) de acordo com uma direção de enrolamento da armadura (22);

em que pelo menos uma das direções de entrançamento do núcleo (21) e da direção de enrolamento da armadura (22) é invertida de forma recorrente ao longo do comprimento do cabo L, de modo que o cabo armado (10) compreenda seções unilay (102) ao longo do comprimento do cabo onde a direção de entrançamento do núcleo (21) e a direção de enrolamento da armadura (22) são as mesmas; e em que a área da seção transversal X de cada condutor elétrico (12a) é reduzida e/ou a classificação do cabo na temperatura máxima permitida do condutor de trabalho Θ é aumentada, em comparação com um cabo em que a direção do entrançamento do núcleo (21) e a direção do enrolamento da armadura (22) são contralay ao longo do comprimento do cabo L.