BRPI0720305B1

BRPI0720305B1 - Cabo de energia elétrica.

Info

Publication number: BRPI0720305B1
Application number: BRPI0720305-5A
Authority: BR
Inventors: Marc Jeroense; Claes Sonesson
Original assignee: Nkt Hv Cables Gmbh
Priority date: 2006-12-15
Filing date: 2007-12-13
Publication date: 2019-05-14
Also published as: NO20092610L; WO2008071754A1; US20100025071A1; US8816206B2; DE602007011106D1; EP2092536A1; BRPI0720305A2; EP2092536B1; MX2009006386A; CN101558458A; ATE491211T1; NO341274B1; EP1933333A1

Abstract

cabo de energia elétrica, instalação em alto mar e uso do mesmo". a presente invenção refere-se a um cabo de energia elétrica que compreende, pelo menos um condutor elétrico (1 ), um isolante elétrico (2) circundando o dito condutor (1) e compreendendo um polímero, uma bainha protetora tubular (3) circundando o isolante elétrico (2) e atuando como uma barreira de água que previne a intrusão de água no interior do isolante elétrico (2), no qual a bainha protetora (3) compreende um metal como um componente principal. o cabo compreende pelo menos um elemento aumentador de densidade (4) de um material dotado de maior densidade que o material da bainha protetora (3) de maneira a aumentar a densidade do dito cabo de tal modo que seus movimentos demasiadamente grandes sejam prevenidos quando o último é instalado no mar aberto.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para CABO DE ENERGIA ELÉTRICA.

CAMPO TÉCNICO [001] A presente invenção refere-se a um cabo de energia elétrica, que compreende pelo menos um condutor elétrico, um isolamento elétrico circundando e constando de um polímero, uma bainha protetora tubular circundando o isolamento elétrico e atuando como uma barreira impermeável que previne a intrusão de água no isolamento elétrico, no qual a bainha protetora compreende um metal como um componente principal.

[002] A presente invenção também se refere a uma instalação em alto mar munida de um cabo de energia elétrica se estendendo livremente no mar entre dois pontos fixos, por exemplo, uma plataforma ao largo e o fundo do mar, ou entre navios individuais ou plataformas em alto mar.

[003] A invenção também se refere ao uso de um cabo de energia elétrica deste tipo em relação com uma instalação ao largo, na qual o cabo é permitido se estender livremente no mar entre dois pontos fixos.

[004] Neste contexto deve ser entendido que instalações ao largo podem incluir plataformas flutuantes, plataformas erguidas sobre o fundo do mar, assim como navios flutuantes. Plataformas são basicamente, porém, não indispensavelmente, designadas como plataformas por intermédio das quais petróleo ou gás é explorado de poços submarinos.

[005] Tipicamente, o cabo de energia elétrica será usado para transmitir energia elétrica de média ou alta tensão, no qual tensão média é designada como de cerca de 1 kV até cerca de 40 kV, ao passo que alta tensão é designada como de cerca de 40 kV até cerca de 300 kV ou mesmo acima daquele valor. O cabo inventivo pode ser usado

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2/11 para energia quer de CA quer de CC. ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [006] Cabos submarinos dinâmicos são cabos de energia que podem ser conectados, por exemplo, plataformas flutuantes por intermédio das quais petróleo e/ou gás é explorado de poços submarinos. Estes cabos podem se estender livremente na água do mar entre determinados pontos fixos, por exemplo a plataforma e o fundo do mar, e por conseguinte estarão se movendo com os movimentos do mar, inclusive correntes marinhas e movimentos induzidos pelos ventos. Todos os materiais, porém, especificamente os metais em um cabo deste tipo são preparados para suportar fadiga mecânica devido a estes movimentos. Determinados materiais apresentam uma menor resistência à fadiga e, por conseguinte, possivelmente se fendem se submetidos a um determinado grau de deformação por fadiga. Especialmente a bainha de chumbo, uma barreira frequentemente usada em cabos submarinos, é sensível à fadiga e eventualmente se fende após movimentos excessivos ou substanciais. Contudo, o ingresso de água não é aceito pela indústria de cabos e de petróleo e/gás. Por esta razão, chumbo pode não ser a melhor opção como material barreira contra água quando se trata de cabos de energia dinâmicos que presumidamente estão se movimentando livremente na água.

[007] Revestimentos de cobre soldados ou colados tem um melhor desempenho que os correspondentes revestimentos de chumbo com relação à fadiga mecânica. Todavia, a densidade do cobre é muito menor que aquela do chumbo e, por conseguinte, cabos dotados de uma capa de cobre serão menos densos que os correspondentes cabos que fazem uso de uma capa de chumbo. Em outras palavras a relação de peso/diâmetro do cabo com capa de cobre será inferior à relação de peso/diâmetro de um cabo correspondente com capa de chumbo. O requerente percebeu que, para cabos que presumidamente

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3/11 se movem livre e dinamicamente em água do mar aberto, uma densidade de cabo demasiadamente baixa pode constituir uma deficiência, uma vez que um cabo deste tipo poderia ser objeto de movimentação excessiva e por demais fácil quando submetido aos movimentos do mar. Um cabo bem projetado deve ser suscetível a acompanhar os movimentos das ondas e das correntes marinhas de tal maneira que sua movimentação não se torne tão grande que possa haver risco de o cabo assumir um comportamento de frequência natural.

OBJETIVO DA INVENÇÃO [008] Um dos objetivos da presente invenção é oferecer um cabo de energia elétrica que permita o uso de materiais de peso relativamente leve com alta resistência à fadiga como principais componentes da barreira impermeável à água e ao mesmo tempo apresentar um cabo dotado de tais propriedades que previnam ser demasiadamente afetado pelos movimentos do mar quando o cabo está instalado em mar aberto.

[009] É também um dos objetivos apresentar um cabo de energia elétrica desta natureza que seja apropriado para sua manufatura economicamente viável.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [0010] O objetivo da invenção é alcançado por intermédio do cabo de energia elétrica inicialmente definido, caracterizado pelo fato do dito cabo compreender pelo menos um elemento elevador de densidade de um material de maior densidade que o material de revestimento protetor, de maneira a aumentar a densidade do dito cabo de tal modo que seus movimentos demasiadamente grandes são prevenidos quando o cabo é instalado em mar aberto. Presume-se que o revestimento protetor tenha uma densidade superior à densidade total do cabo, com a exclusão do elemento que eleva a densidade. Todavia, caso este não seja o caso, a densidade do elemento elevador de densidade

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4/11 é pelo menos mais alta que a densidade total do cabo. Ao adicionar um elemento elevador de densidade ao cabo, um cabo menos propenso a acompanhar os movimentos do mar será obtido.

[0011] De acordo com uma modalidade, o pelo menos um elemento elevador de densidade compreende um metal, de preferência chumbo, como um componente principal. Todavia, outros materiais podem ser concebidos, dependendo das condições operacionais específicas do cabo quando em uso, e dependendo da densidade do restante do cabo.

[0012] Conforme uma modalidade, a cobertura ou revestimento protetor consiste em um metal, de preferência cobre, como um componente principal.

[0013] De acordo com uma modalidade alternativa o revestimento protetor compreende o aço como um componente principal.

[0014] De acordo com uma modalidade, o dito pelo menos um elemento elevador da densidade compreende um elemento tubular. De preferência o elemento elevador da densidade é também contínuo no sentido longitudinal do cabo. Atualmente, esta presumidamente constitui a modalidade preferencial. Todavia, construções alternativas, tais como com elementos descontínuos ou dotados de configurações diferentes daquela de um tubo poderiam ser concebidos, por exemplo enrolamentos helicoidais que de forma contínua ou descontínua, se estendem na direção longitudinal do cabo. De preferência, o elemento elevador da densidade se estende ao longo da maior parte da extensão do cabo.

[0015] De acordo com uma modalidade, o dito pelo menos um elemento elevador de densidade compreende uma haste se estendendo na direção longitudinal do cabo. Uma vantagem do uso de uma haste é a sua compacidade, e a possibilidade de posicionar uma haste deste tipo em um ou mais interstícios longitudinais entre conduto

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5/11 res/elementos de isolamento elétrico separados em um cabo polifásico. Outra vantagem poderia ser a possibilidade de proporcionar uma densidade diferente do cabo ao longo de uma extensão predeterminada do mesmo ao permitir que um ou mais de um número de elementos elevadores de densidade hastiformes apresente uma linha de extensão diferente para a dita extensão predeterminada. Por exemplo pelo menos uma haste pode seguir uma linha de extensão helicoidal ao longo da extensão predeterminada, enquanto segundo uma linha de extensão reta, com respeito ao eixo geométrico longitudinal do cabo, ao longo de partes contíguas do cabo.

[0016] De acordo com uma modalidade, o dito pelo menos um elemento elevador da densidade está em contato com a cobertura protetora.

[0017] De acordo com uma modalidade, o dito pelo menos um elemento elevador da densidade compreende um elemento tubular disposto radialmente no interior da cobertura protetora.

[0018] De acordo com outra modalidade, o dito pelo menos um elemento elevador da densidade e a cobertura protetora são coaxiais. [0019] De acordo com uma modalidade, o cabo de energia elétrica compreende uma pluralidade de condutores separados por isolamento elétrico, no qual o dito pelo menos um elemento elevador de densidade se estende em um interstício entre os ditos condutores.

[0020] De acordo com uma modalidade, o dito pelo menos um elemento elevador de densidade é embutido no isolamento elétrico. [0021] De acordo com uma modalidade, o dito pelo menos um elemento elevador de intensidade compreende um elemento tubular, no qual o elemento tubular forma uma bainha.

[0022] O objetivo da invenção é também realizado por intermédio de uma instalação em alto mar compreendendo um cabo de energia elétrica se estendendo livremente no mar entre dois pontos de fixação

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6/11 caracterizado pelo fato do cabo de energia elétrica ser um cabo de energia elétrica de acordo com a invenção.

[0023] A invenção trata também da aplicação de um cabo de energia elétrica de acordo com a invenção em conexão com uma instalação ao largo, na qual o cabo é permitido a se estender livremente no mar entre dois pontos de fixação.

[0024] Demais vantagens e aspectos característicos da presente invenção serão apresentados na descrição detalhada a seguir.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0025] Modalidades preferenciais da presente invenção passam a ser descritas a seguir a título de exemplo, com referência aos desenhos anexos, de acordo com os quais:

[0026] a figura 1 é uma vista em seção transversal de um cabo monofásico de acordo com uma modalidade da invenção;

[0027] a figura 2 é uma vista em seção transversal de um cabo monofásico de acordo com uma modalidade alternativa da invenção.

[0028] a figura 3 é uma vista em seção transversal de um cabo monofásico de acordo com outra modalidade alternativa da invenção; e [0029] a figura 4 é uma vista em seção transversal de um cabo trifásico de acordo com uma modalidade da invenção;

[0030] a figura 5 é uma vista em seção transversal de um cabo trifásico de acordo com uma modalidade da invenção; e [0031] a figura 6 é uma vista em seção transversal de um cabo trifásico de acordo com outra modalidade da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [0032] A figura 1 mostra uma primeira modalidade de um cabo de energia elétrica monofásico de acordo com a invenção. O cabo compreende um condutor 1, de preferência principalmente constituído por um metal tal como cobre circundado por um isolante elétrico 2 princi

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7/11 palmente constituído por um polímero, conforme é a prática usual na técnica anterior. O isolante elétrico 2, por sua vez, é encerrado por uma bainha protetora circundante 3 que atua como uma barreira de água para prevenir a intrusão de água, de preferência também a sua fase de vapor, no interior do isolante elétrico 2. Esse tipo de barreira de água 3 é requerido uma vez que as propriedades intrínsecas da isolante elétrico 2 são tais que o último se deterioraria e perderia pelo menos parte do seu efeito isolante se submetido à água ou vapor de água por um período mais longo.

[0033] Normalmente, o condutor 1 tem uma seção transversal geralmente circular, muito embora perfis alternativos possam ser concebidos. O isolante elétrico circundante 2 tem uma seção transversal com um perfil periférico externo correspondente ao perfil periférico externo do condutor 1, normalmente uma periferia externa geralmente circular. A bainha protetora 3, que define um elemento tubular tem uma seção transversal geralmente cilíndrica. Neste contexto deve ser observado que o isolante 2 é mostrado como diretamente afixado a e em contato imediato com o condutor 1, e que a bainha protetora 3 é mostrada como diretamente afixada a e em contato imediato com o isolante elétrico 2 que a encerra. Todavia, deve ser observado que a invenção não está primariamente delimitada pelas ditas construções, porém que pode haver componentes intermediários adicionais previstos entre o condutor, o isolamento elétrico e a bainha protetora do cabo inventivo.

[0034] Na modalidade ilustrada na figura 1 é também apresentado um elemento elevador da densidade 4 que é caracterizado pelo fato de ter uma maior densidade que aquela da bainha protetora 3 e também maior que a densidade total do cabo, isto é, a combinação do condutor 1, do isolante 2 e da bainha protetora 3. Ao exercer um efeito crescente sobre a densidade total do cabo, o elemento elevador da densidade

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8/11 contribui para a formação de um cabo menos propenso a seguir os movimentos do mar quando instalado de tal modo que se estenda livremente em mar aberto. Correntemente, chumbo é concebido pela requerente constituir um constituinte principal de preferência do elemento elevador da densidade 4.

[0035] O elemento elevador de densidade 4 da figura 1 tem a forma de uma bainha tubular que, conforme visto em uma seção transversal encerra a bainha protetora 3, o elemento elevador de densidade 4 é diretamente afixado à superfície periférica externa da bainha protetora 3.

[0036] A figura 2 mostra uma modalidade alternativa de um cabo monofásico de acordo com a invenção, no qual o elemento elevador de densidade 5 tem o perfil de uma bainha tubular e no qual a presente modalidade difere daquela da figura 1 pelo fato do elemento elevador de densidade 5 estar em contato com e imediatamente afixado à superfície periférica interna da bainha protetora 3. Outrossim, o elemento elevador de densidade da presente modalidade é imediatamente afixado à superfície periférica externa do isolamento elétrico 2 que circunda o condutor 1.

[0037] A figura 3 mostra ainda outra modalidade que compreende uma pluralidade de elementos elevadores de densidade 6, cada um dos quais tem o perfil de haste 6 que é embutida no isolamento elétrico 2 e que se estende na direção longitudinal do cabo. Cada haste 6 pode quer se estender ao longo de uma linha reta com respeito ao eixo geométrico longitudinal do cabo quer ao longo de qualquer outra linha dada, por exemplo, uma linha helicoidal.

[0038] Deve ser entendido que o condutor, isolante e a bainha descritos para as modalidades mostradas nas figuras 1-3 normalmente são circundadas por material adicional ou camadas de material, indicadas com 19 nas figuras 1-3. O material adicional e as camadas po

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9/11 dem ter tarefas diferentes tal como aquela de manter conjugadas as diferentes partes do cabo, como descritas acima, e de conferir ao cabo resistência mecânica e proteção contra-ataque físico e/ou químico, por exemplo corrosão, e são comumente conhecidas daqueles versados na técnica. Por exemplo, o dito material adicional poderia incluir blindagem, por exemplo, fios de aço. O elemento elevador de densidade da invenção pode, como uma alternativa ao que é mostrado nas figuras 1-3 ou como um complemento à mesma, ser munido de uma massa do dito material adicional 19, quer como corpos separados quer como uma parte dos elementos funcionais do dito material ou camadas adicionais 19, por exemplo como uma parte de uma fiação blindada.

[0039] A figura 4 mostra uma primeira modalidade de um cabo trifásico de acordo com a invenção. Por conseguinte, o cabo compreende três condutores 7-9, cada um dos quais é circundado por e embutido em um corpo separado de isolante elétrico 10-12. Cada corpo de isolante elétrico 10-12, por sua vez, é encerrado por uma bainha protetora circundante 13-15 do tipo já exposto. Além disso, dependendo da necessidade de aumento da densidade, pelo menos um, ou a maior parte, ou todos estes corpos 10-12 com sua bainha protetora pode ser munida de pelo menos um elemento elevador de densidade de acordo com qualquer uma das modalidades descritas acima para o caso de um cabo monofásico. Na modalidade especifica mostrada na figura 4, cada um dos corpos protetores de isolante elétrico 10-12 é encerrado por um elemento elevador de densidade associado 16-18 com o perfil de uma bainha tubular afixada sobre a superfície periférica externa da respectiva bainha protetora 13-15.

[0040] Na modalidade da figura 4, é também indicada a presença de material adicional e camadas 19 dispostas em torno e encerrando o restante do cabo como descrito acima, conjuntamente, e conferindo ao

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10/11 cabo resistência e proteção mecânica, contra-ataque físico assim como ataque químico, por exemplo, corrosão, e são comumente conhecidas daqueles versados na técnica. A invenção não exclui a possibilidade de ter o elemento elevador de densidade disposto em relação com o dito material adicional. Em lugar de, ou como um complemento a, tendo elementos elevadores de densidade separados dispostos e associados com os componentes de fase individuais de condutores/isolantes/ bainhas protetoras, como sugerido na figura 4, um ou mais elementos elevadores de densidade pode ser disposto na massa ou camadas de material adicional 19. Este elemento elevador de densidade pode, por exemplo, ter a forma de um tubo, por exemplo, de uma bainha, que circunda todos três componentes de fase como acima descrito ou um fio, de referência de maior densidade que a blindagem prevista na dita massa de material adicional. Por exemplo, um fio ou um tubo de chumbo ou de uma liga a base de chumbo pode ser posicionado adjacente a ou em conexão com a dita blindagem produzida, por exemplo, de aço, que constitui prática usual dentro do presente campo da técnica. O ensinamento acima é igualmente aplicável ao caso de um cabo monofásico ou bifásico, por exemplo, como mostrado nas modalidades das figuras 1 - 3.

[0041] Na modalidade da figura 5, os corpos de isolante elétrico 10 - 12 com suas bainhas protetoras associadas 13 - 15 são dispostos em relação de proximidade mais estreita possível entre si, dessa forma estando em contato entre si ao longo de três linhas na direção longitudinal do cabo, e deixando um interstício longitudinal em uma posição central longitudinal do cabo. De modo idêntico à modalidade mostrada na figura 4, existem também o material adicional e camadas 19 que circundam os componentes de fase acima descritos. Consequentemente, uma vez que as ditas camadas 19 são de preferência, cilíndricas quanto ao seu formato, existirão interstícios longitudinais ente os

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11/11 componentes de fase (7-18) e a camada circundante mais próxima 19. No presente caso de um cabo trifásico, existirão três dos ditos interstícios adicionais. Conforme indicado na figura 5, e dependendo da necessidade de aumento de densidade, serão previstos um ou mais elementos elevadores de densidade 20-23 em um ou mais dos ditos interstícios. De preferência os ditos elementos de aumentar a densidade 20-23 são hastiformes. Eles são mantidos em posição pelos componentes de fase acima descritos 7-18 e pelo material adicional circundante e camadas 19.

[0042] Finalmente, a figura 6 mostra uma modalidade na qual os princípios das modalidades das figuras 4 e 5 são combinadas, pelo que resulta em um aumento adicional pronunciado da densidade do cabo.

[0043] Deve ficar entendido que a descrição acima das modalidades preferidas foi feita de modo a exemplificar a invenção, e que soluções alternativas tornar-se-ão óbvias para uma pessoa versada na técnica, porém sem se afastar do escopo da invenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Cabo de energia elétrica, compreendendo:

- pelo menos um condutor elétrico (1, 7-9);

- um isolante elétrico (2, 1-12) circundando o condutor (1, 79) constando de um polímero;

- uma bainha protetora tubular (3, 13-15) circundando o isolante elétrico (2, 10-12) e atuando como uma barreira de água que previne a intrusão de água no isolamento elétrico (2, 10-12), na qual a bainha protetora (3, 13-15) consiste em um metal como um componente principal, caracterizado pelo fato da bainha protetora (3, 13-15) consistir em cobre ou aço como o componente principal, e pelo fato do cabo compreender um elemento aumentador de densidade (4-6, 1618, 20-23) de um material de maior densidade que o material de bainha protetora (3, 13-15), de maneira a aumentar a densidade do dito cabo de tal modo que movimentos demasiadamente grandes do mesmo sejam prevenidos quando o último é instalado em mar aberto.
2. Cabo de energia elétrica de acordo com a reivindicação

1, caracterizado pelo fato do dito pelo menos um elemento aumentador de densidade (4-6, 16-18, 20-23) compreender um metal como um componente principal.
3. Cabo de energia elétrica de acordo com a reivindicação

2, caracterizado pelo fato do dito metal ser o chumbo.
4. Cabo de energia elétrica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato do dito pelo menos um elemento aumentador de densidade (4, 5, 16-18) consistir em um elemento tubular.
5. Cabo de energia elétrica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato do dito pelo menos um elemento aumentador de densidade (6, 20-23) consistir em uma

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2/3 haste se estendendo no sentido longitudinal do cabo.
6. Cabo de energia elétrica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato do dito pelo menos um elemento aumentador de densidade (4, 5, 16-18, 20-23) estar em contato com a bainha protetora.
7. Cabo de energia elétrica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato do dito pelo menos um elemento aumentador de densidade compreender um elemento tubular (5) disposto radialmente no interior da bainha protetora (3, 1315).
8. Cabo de energia elétrica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato do dito pelo menos um elemento aumentador de densidade compreender um elemento tubular (4, 16-18) disposto radialmente no exterior da bainha protetora (3, 13-15).
9. Cabo de energia elétrica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato do dito pelo menos um elemento aumentador de densidade (4, 5, 16-18) e a bainha protetora (3, 13-15) serem coaxiais.
10. Cabo de energia elétrica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que compreende uma pluralidade de condutores paralelos (7-9), separados por isolamento elétrico (13-15) e do pelo menos um elemento aumentador de densidade (20-23) se estender em um interstício entre os ditos condutores (7-9).
11. Cabo de energia elétrica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de pelo menos um elemento aumentador de densidade (5, 6) ser pelo menos parcialmente embutido no isolante elétrico (3).
12. Cabo de energia elétrica de acordo com qualquer uma

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3/3 das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de pelo menos um elemento aumentador de densidade (4, 5, 16-18) compreender um elemento tubular, e do elemento tubular formar uma bainha.
13. Cabo de energia elétrica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de pelo menos um elemento aumentador de densidade (4, 5, 16-18) se estender ao longo de uma maior parte da extensão do cabo.
14. Cabo de energia elétrica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que pelo menos um elemento aumentador de densidade (4, 5, 16-18) é contínuo na direção longitudinal do cabo.