BRPI0823359B1

BRPI0823359B1 - cabo para transmissão de energia elétrica

Info

Publication number: BRPI0823359B1
Application number: BRPI0823359A
Authority: BR
Inventors: Orini Ambrogio
Original assignee: Prysmian Spa
Priority date: 2008-12-29
Filing date: 2008-12-29
Publication date: 2019-02-05
Also published as: AU2008366032A1; EP2382639A1; EP2382639B1; DK2382639T3; KR20110102296A; JP5536798B2; US8686290B2; JP2012514291A; WO2010075873A1; AU2008366032B2; BRPI0823359A2; US20120024565A1

Description

“CABO PARA TRANSMISSÃO DE ENERGIA ELÉTRICA”

DESCRIÇÃO

Fundamento da invenção

Campo da invenção

A presente invenção, genericamente, é relativa ao campo de cabos elétricos, isto é, cabos para transmissão de energia elétrica, em particular transmissão de energia em corrente alternada (CA), mais particularmente a cabos elétricos submarinos substancialmente projetados para serem posicionados sob água.

Descrição da técnica relacionada

Um cabo submarino típico para transmissão de energia em CA nas faixas de média voltagem (MV) e alta voltagem (HV) (menos que aproximadamente 50 KV para MV, maior do que 50 KV para HV) compreende um ou mais condutores (um condutor para transmissão de energia de uma fase, três condutores para transmissão de energia de três fases; cabos com mais do que um condutor são também referidos como “cabos de núcleo múltiplo”). Cada condutor é circundado por uma tela de condutor, uma estrutura de isolamento que tipicamente compreende uma camada de isolamento e uma tela de isolamento uma camada barreira à água, e uma tela metálica ou bainha e, opcionalmente, uma bainha plástica. Em construções de núcleo múltiplo, os condutores no núcleo são enfeixados, com o espaço oco sendo preenchido com enchimentos e circundado por uma subestrutura (leito) feita de fitas ou filamentos e, possivelmente, uma bainha plástica. Uma armadura de arames metálicos ou fitas é usualmente fornecida circunferencialmente sobre a subestrutura. Em algumas aplicações a armadura pode ser coberta por uma bainha polimérica ou por uma ou mais camadas de filamentos. Uma bainha polimérica fina também pode ser aplicada em cada arame individual da armadura.

A armadura é uma parte de reforço estrutural que tem a função de reforçar as características mecânicas e desempenho do cabo durante sua manipulação e instalação bem como fornecer resistência contra dano externo. A utilização de metal na armadura é particularmente recomendável em cabos submarinos devido às forças de compressão eventualmente exercidas sobre eles, o que pode ser um problema para armaduras não metálicas.

Tipicamente, armadura feita de uma ou duas camadas de arames redondos ou chatos em forma, feitos de aço com teor de carbono baixo até médio (por exemplo, se situando desde menos do que 0,015% até 2%). Aço é genericamente utilizado devido a seu baixo custo, disponibilidade de suprimento e boas propriedades mecânicas. Outros materiais utilizados para armadura de cabo podem ser aço galvanizado (por exemplo, revestido com zinco), cobre, latão, bronze. Aço galvanizado é preferivelmente utilizado quando os arames da armadura são expostos a um ambiente sem qualquer bainha polimérica ou camada de filamento para assegurar melhor resistência à corrosão.

Em utilização, cabos submarinos são genericamente instalados sob água, tipicamente enterrados sob o fundo do terreno, porém porções deles podem ser depositadas em ambiente diferente, isto é, por exemplo, o caso de extremidades de margens de enlaces submarinos, cruzamento de ilhas intermediárias, porções de terra contíguas, bordas de canais, ou situações similares. Um aspecto crítico desses ambientes é muitas vezes características térmicas piores e/ou temperatura mais elevadas em relação à situação na rota principal costa afora.

Um parâmetro importante de um cabo elétrico é a classificação de corrente, isto é, a quantidade de corrente que o cabo pode carregar de maneira contínua de forma segura, ou de acordo com um dado cenário de carga. Se a classificação de corrente é excedida por um período de tempo, o aumento em temperatura provocado pelo calor gerado pode danificar o isolamento do condutor e provocar deterioração permanente das propriedades elétricas ou mecânicas do cabo. A classificação de corrente de um cabo é utilizada para determinar a dimensão de núcleo de cabo adequada para uma dada carga ou drenagem de corrente. Fatores que influenciam a classificação de corrente de um cabo são a dimensão do núcleo do cabo, os parâmetros do sistema operacional do circuito de distribuição de energia elétrica, o tipo de isolamento e materiais utilizados para todos os componentes do cabo, e a condição da instalação e características térmicas do ambiente circundante.

Em um cabo de energia CA, o campo magnético gerado pela corrente que escoa no(s) condutore(s) induz perdas em materiais ferromagnéticos, tal como aço que contém carbono baixo até médio utilizado como arames de armadura. Como material “ferromagnético” quer-se significar um material que tem alta permeabilidade magnética, isto é, um material capaz de concentrar fluxo magnético por um fator de mais do que 10. A histerese magnética é o atraso de mudanças na magnetização de uma substância que causou mudanças no campo magnético quando o campo magnético é variado. Os domínios magnéticos do material ferromagnético giram com o campo magnético no cabo de corrente alternada. Esta rotação de domínios magnéticos no material provoca atrito e calor. O calor produzido por este atrito é chamado perda por histerese magnética. Tal calor induzido adicionado àquele produzido pelos condutores devido ao transporte de corrente pode prejudicar a capacidade global de carregamento de corrente do cabo, especialmente quando o cabo é desenvolvido em ambiente com capacidade baixa ou nula de dissipação de calor.

As perdas por histerese magnética podem chegar até 20% ou mais da perda total sofrida por um cabo CA em operação, dependendo do material e dimensão da armadura.

Outro fenômeno que possivelmente afeta a classificação de corrente de um cabo é aquele das correntes parasitas. Em um cabo CA correntes parasita são induzidas em material condutor tal como o metal da armadura de cabo. Correntes parasitas fazem com que energia seja perdida na forma de calor que, como já dito acima, em conexão com perdas por histerese magnética podem prejudicar a capacidade global de carregamento de corrente do cabo.

As perdas de corrente parasita podem corresponder a cerca de 2% da perda global sofrida por um cabo CA em operação.

No caso de cabos submarinos o problema acima mencionado é particularmente importante em seções de cabo depositadas em zonas diferentes daquela do terreno do fundo submarino, ditas zonas sendo caracterizadas, por exemplo, por temperatura externa mais elevada e/ou resistividade térmica do solo e/ou profundidade de enterramento do cabo mais profunda, estas condições afetando a capacidade do cabo para dissipar calor.

A US 4.644.097 é relativa a um cabo submarino armado. Em particular, o cabo é dotado de um núcleo que contém condutores e uma camada de armadura colocada no exterior do e que circunda o núcleo, a camada incluindo no mínimo uma seção de armadura pesada que inclui, no mínimo, uma camada de arames metálicos pesados que têm extremidades para que o cabo possa suportar forças mecânicas aplicadas a ele, no mínimo uma seção de armadura de peso leve que tem extremidades, e uma região de transição na qual a seção de armadura e a seção de armadura de peso leve são unidas em uma maneira tal que a rigidez e flexibilidade do cabo sejam controladas. Em particular o cabo tem uma armadura de arame metálico nas seções de água rasa e armadura de peso leve não metálica na seção de água profunda. As transições entre as seções de água rasa e profunda do cabo são feitas de modo a obter uma mudança gradual e controlada na flexibilidade do cabo. As porções extremas dos arames de armadura e elementos deveríam preferivelmente ser tratadas com meios mecânicos e/ou químicos de modo a aumentar as áreas superficiais antes de aplicar um material de junção sintético. O material de junção, que preferivelmente podería ser uma resina epóxi, pode ser aplicado por moldagem sob pressão ou por outros meios.

Nenhuma menção é feita a respeito de materiais específicos a serem utilizados como seção de armadura pesada ou seção de armadura leve e nenhuma pista é fornecida a respeito de suas características. A seção de peso leve pode ser não metálica. Em tal caso a US 4.644.097 ensina a posicionar tal seção na água profunda enquanto o problema de perdas da presente invenção não afeta de maneira severa a capacidade de classificação de corrente do cabo.

A US 6.567.591 é relativa a um cabo submarino com um comprimento de armadura que circunda o núcleo do cabo e tem arames de armadura que são substituídos em no mínimo algumas porções na direção longitudinal da armadura por tranças de enchimento fabricadas de um metal que tem uma resistência a tração mais leve e mais baixa do que a armadura. Os arames da armadura são compostos, por exemplo, de aço, aço especial, especialmente aço inoxidável ou alumínio. Tranças de enchimento formadas de plástico atendem a estes requisitos. Estas podem ser termoplásticos não reforçados ou plásticos reforçados, especialmente plásticos reforçados com fibra, por exemplo, os plásticos reforçados com fibra de vidro. Tais tranças de enchimento são mais leves do que os arames de armadura, de modo que o peso do cabo submarino pode ser reduzido adaptando a armadura às condições de pressão que prevalecem. A armadura de cabo tem armaduras de diferentes capacidades de suporte de carga ao longo de seu comprimento.

O cabo tem seções de armadura que diferem do ponto de vista mecânico, porém este documento silencia a respeito de condições ambientais, possivelmente fugindo da capacidade do cabo de carregar corrente.

A US 3.925.598 divulga um cabo submarino armado que inclui um núcleo de cabo centralizadamente no cabo e uma pluralidade de arames de armadura que se estendem de maneira substancial longitudinalmente ao cabo ao redor do núcleo e espaçados separados dele.

Cada um dos arames de armadura compreende uma pluralidade de seções sucessivamente alinhadas ao longo do comprimento de arames metálicos anticorrosivos e um dispositivo meio de isolamento elétrico entre cada duas adjacentes de ditas seções dos arames metálicos.

Cada um dos arames de armadura modificados de acordo com a US 3.925.598 ainda sofre histerese magnética e perdas de corrente parasita.

A US 6.747.213 é relativa a um cabo de transporte de energia reforçado estruturalmente que incorpora, no mínimo, um arame de reforço ou armadura que tem uma ou mais camadas de arames. Em particular o cabo tem, no mínimo, um arame de reforço, ou armadura, feito de aço ou compósito, que tem um núcleo de aço de tipo padrão e coberto em uma camada de aço inoxidável.

A armadura de cabo descrita acima não tem mudança na direção longitudinal. Um problema de corrosão está solucionado, porém as perdas por histerese magnética estão ainda presentes devido à presença de um núcleo de aço do tipo padrão. O custo global do cabo é aumentado.

O Requerente observa que embora o problema de evitar uma redução na capacidade de transporte de energia elétrica de um cabo elétrico devido ao calor gerado por perdas na armadura de cabo pudesse ser solucionado aumentando a dimensão do cabo ou porções dela, particularmente daquelas seções de cabo que em utilização se situam nas condições desfavoráveis acima mencionadas, tal solução não é satisfatória uma vez que ela implica em cabos mais pesados e mais caros no primeiro caso, ou a instalação de juntas de transição entre seções de cabo de diferentes dimensões de cabo no último caso. Também, ter um cabo constituído de seções distintas de diferentes dimensões não é desejável, uma vez que a continuidade do cabo é prejudicada, o que é nocivo para a resistência mecânica do cabo, e assim requer manipulação cuidadosa durante operação de colocação.

Outra possibilidade para reduzir as perdas na armadura de cabo seria estar utilizando um material diferente para a armadura, particularmente utilizar um material não ferromagnético como cobre, bronze, latão ou aço inoxidável. Não obstante, a utilização destes materiais para fazer toda a armadura de cabo aumenta de maneira significativa o custo do cabo; em alguns casos a quantidade destes materiais podería ser minimizada utilizando espaçadores plásticos entre arames para reduzir os custos, porém, neste caso, a resistência mecânica/proteção do cabo podería ser reduzida.

O Requerente enfrentou o problema de como evitar que a capacidade de transporte de corrente de um cabo elétrico seja prejudicada por perdas na armadura de cabo em algumas seções específicas da rota do sistema do cabo.

O Requerente observou que de um ponto de vista de sistema global em geral não é necessário que a classificação de corrente do cabo seja aumentada através de toda a rota do sistema de cabo, sendo suficiente alcançar isto apenas em seções particulares ao longo da rota do cabo onde condições ambientais diferentes mais críticas de instalação estejam presentes e não possam ser evitadas como, por exemplo, porém não limitada à temperatura exterior mais elevada e/ou resistividade térmica do solo e/ou profundidade de enterramento mais profunda do cabo, ou instalação do cabo dentro de dutos, a presença de espaços de ar, presença de fontes de calor em proximidade do cabo, e qualquer outra causa que possa reduzir a classificação de corrente do cabo em seções específicas ao longo da rota do cabo.

O Requerente descobriu uma solução que é efetiva na superação do problema acima mencionado, em uma maneira que não aumenta de maneira excessiva os custos dos cabos elétricos, nem toma mais críticas as operações de manipulação e instalação dos cabos.

Sumário da invenção

O Requerente considerou uma solução na qual um cabo submarino compreende no mínimo uma seção dotada de armadura feita sob medida para limitar, ou mesmo evitar, as perdas de corrente que afetam a classificação de corrente do cabo em zona caracterizada por condições térmicas desafiantes. Em particular, a solução fornece um cabo submarino que compreende seções que diferem uma da outra somente no material metálico da armadura, a seção a ser depositada em zonas que desafiam sua classificação de corrente sendo aprimoradas com sistema de armadura que essencialmente consiste de elementos feitos de um material metálico essencialmente livre de ferromagnetismo, por exemplo, material metálico não ferromagnético, enquanto que nas seções remanescentes dos cabos, onde a classificação de corrente pode ser realizada com a armadura de cabo padrão, a armadura é baseada, por exemplo, em aço carbono.

Embora o material de armadura mude de uma seção de cabo para outra, a estrutura de cabo permanece a mesma, isto é, a transição de uma seção para outra afeta somente o material de armadura de cabo, fornecendo assim uniformidade do sistema em características mecânicas e de manipulação, e evitando problemas mecânicos e elétricos associados com a conexão de dois condutores e a reconstrução do isolamento elétrico associado com isto. As seções do cabo da invenção constituem substancialmente um contínuo nas estruturas de cabo tal como condutor(es) camadas de isolamento e bainhas, a transição entre seções envolvendo somente os elementos de armadura.

O Requerente também observou que o contato entre o material metálico não ferromagnético de uma seção e o material metálico convencional de outra seção em uma transição pode dar origem a fenômenos de corrosão eletroquímica, principalmente do material metálico convencional.

Portanto, em uma modalidade preferida, a presente invenção fornece um material anti-corrosão nas seções de transição entre a armadura de material metálico não ferromagnético e a armadura de material metálico convencional, dito material sendo selecionado dentre polímero isolante e, preferivelmente, zinco. O zinco pode ser na forma de hastes, arames, tiras ou esmalte.

De maneira vantajosa, o material anti-corrosão é distribuído por um comprimento de desde 1 m até 20 m a partir do ponto de contato entre os dois materiais de armadura, preferivelmente desde 5 m até 10 m no mínimo em uma direção, preferivelmente na direção da armadura metálica convencional dos elementos de armadura da primeira seção. O comprimento do material anti-corrosão ao longo dos elementos de armadura pode ser o mesmo ou diferente nas duas direções começando do ponto de contato entre os dois materiais de armadura.

De acordo com um aspecto da presente invenção, um cabo de transmissão de energia elétrica é fornecido compreendendo:

no mínimo uma primeira seção dotada de elementos de armadura feitos de um primeiro material metálico, e no mínimo uma segunda seção dotada de elementos de armadura feitos de um segundo material metálico, no qual o segundo material metálico tem propriedades ferromagnéticas substancialmente inferiores àquelas do primeiro material metálico, ditas seções sendo longitudinalmente contíguas uma com a outra.

O primeiro material metálico é ferromagnético, por exemplo, um aço do tipo padrão, por exemplo, aço carbono.

O segundo material metálico pode ser selecionado no grupo que consiste de aço inoxidável, particularmente aço inoxidável austenítico, cobre, latão bronze, ou compósitos de ligas deles. De maneira vantajosa o segundo material metálico é um aço inoxidável.

De maneira vantajosa, o segundo material metálico tem condutividade elétrica inferior àquela do primeiro material metálico.

Os elementos de armadura nas primeira e segunda seções de cabo são preferivelmente uma pluralidade de elementos de armadura alongados.

Os elementos de armadura na primeira seção podem ser soldados de topo a elementos correspondentes da armadura na segunda seção.

Os elementos de armadura na primeira seção podem ser unidos a elementos de armadura correspondentes na segunda seção por meio de virolas ou parafusos.

Os elementos de armadura na primeira seção e os elementos de armadura na segunda seção podem ser soldados respectivamente a uma luva de material metálico fornecida no cabo.

Os elementos de armadura na primeira seção e os elementos de armadura na segunda seção podem ser envolvidos um sobre o outro é recobrirem um ao outro.

O cabo da presente invenção tem, de maneira vantajosa, no mínimo um condutor - e o isolamento relevante - que é contínuo em correspondência da transição entre primeira e segunda seção.

De maneira vantajosa o cabo da invenção compreende uma pluralidade de condutores, preferivelmente três condutores.

Uma proteção anti-corrosão é preferivelmente fornecida em correspondência de uma transição desde uma primeira seção de cabo até uma segunda seção.

A proteção anti-corrosão pode compreender hastes de zinco ou tiras inseridas entre os elementos de armadura.

A proteção anti-corrosão preferivelmente se estende por um comprimento de cerca de 1 m até 20 m, no mínimo, em uma direção, preferivelmente em cada direção a partir do ponto de contato entre os dois materiais metálicos de elementos de armadura, preferivelmente desde 5 m até 10 m, no mínimo, na direção da armadura metálica convencional, isto é, aquela dos primeiros elementos de armadura do cabo.

A extensão da proteção anti-corrosão da invenção em uma das direções pode ter substancialmente o mesmo ou comprimento diferente da extensão em outra direção.

Ditos elementos de armadura alongados podem ser arames redondos, e as hastes de zinco podem ser de forma redonda e terem um diâmetro na faixa de 40^60% daquele dos elementos de armadura, respectivamente, para diâmetro de arames grande e pequeno.

Breve descrição dos desenhos

Outros detalhes da invenção serão ilustrados na descrição a seguir com referência às figuras anexas, nas quais:

A figura 1 mostra, de maneira esquemática, em seção transversal, a estrutura de um cabo elétrico;

A figura 2 mostra, de maneira pictórica, um cabo instalado de acordo com uma modalidade da presente invenção;

A figura 3 mostra, de maneira esquemática, um segmento do cabo da figura 2 no qual, de acordo com uma modalidade da presente invenção, está presente uma transição entre seções da armadura de cabo em material diferente;

A figura 4 mostra, de maneira esquemática, o segmento de cabo da figura 3, com uma maneira alternativa de realizar a transição entre a armadura de cabo em diferentes materiais; e

A figura 5 mostra, de maneira esquemática, o segmento de cabo da figura 3, com um arranjo anti-corrosão na transição entre a armadura de cabo em materiais diferentes.

Descrição detalhada de modalidades tomadas como exemplo da invenção

Fazendo referência aos desenhos, na figura 1 está mostrada, de maneira esquemática, uma vista em seção transversal de um cabo elétrico 100, particularmente um cabo submarino para transmissão de energia elétrica CA nas faixas MV ou HV.

O cabo 100 é um cabo de diversos núcleos, adaptado para transmissão de energia em três fases, o número de núcleos 101 no cabo não é uma limitação para a presente invenção. Preferivelmente a invenção se aplica a cabos de diversos núcleos, com qualquer número de núcleos 101, porém pode ser aplicada de maneira vantajosa também a um cabo de núcleo único.

Na estrutura mostrada pela figura 1 o cabo 100 é um cabo de diversos núcleos que compreende três núcleos 101, cada um compreendendo um condutor 105 circundado por uma tela de condutor 110, um isolamento compreendendo tipicamente uma camada isolante 115, um tela de isolamento 120, uma camada barreira à água 125, uma tela metálica 130 e, opcionalmente, uma bainha polimérica 135.

A camada isolante 115 pode ser uma camada isolante extrudada, por exemplo, feita de polietileno reticulado, uma camada isolante feita, por exemplo, papel ou fitas laminadas de papel-polipropileno impregnadas em massa, com um composto de enchimento.

No caso de a camada isolante 115 ser extrudada, a tela de condutor 110 e a tela de isolamento 120 são feitas usualmente de um material extrudado semicondutor. No caso de a camada isolante 115 ser baseada em fitas impregnadas com massa, a tela de condutor 110 e a tela de isolamento 120 podem também ser feitas de fitas.

A camada barreira à água 125 pode ser feita de têxtil impregnado de maneira adequada com pó expansível em água.

Os núcleos 105 são trançados juntos e, possivelmente, envolvidos por uma fita ligante 140, são dotados com uma camada de leito 150. O espaço oco resultante é enchido com enchimentos 145. Por exemplo, como enchimentos 145, filamentos de polipropileno ou tranças como ráfia podem ser empregados. Estes materiais permitem o enchimento do espaço oco sem adicionar peso excessivo ao cabo.

Uma armadura de arames de material metálico 155 circunda a camada de leito 150. A armadura é finalmente circundada por uma camada 160 de filamentos ou por uma bainha plástica polimérica.

Opcionalmenle, um cabo ótico 165 pode ser acomodado nos interstícios do núcleo dentro da camada de leito 145.

Como discutido no que precede, a capacidade de transmissão de energia de um cabo elétrico CA é determinada pelas condições ambientais particulares e requisitos de deposição do cabo.

Por exemplo, considere o caso de um cabo que tem o projeto típico da figura 1, com as seguintes características básicas:

sistema classificado de voltagem de transmissão: U=132 kV (Um=145 kV) dimensão dos condutores (para cada fase) 800 mm isolamento polietileno reticulado (XLPE) bainha de chumbo e bainha plástica sobre cada condutor do núcleo;

arames de armadura em aço galvanizado de 6 mm de diâmetro.

Admita que o cabo é utilizado para conectar o continente a uma ilha, cruzando uma porção costa afora de 15 km de comprimento em mar aberto em uma profundidade de enterramento sob o fundo do mar de 1,4 m com uma resistividade térmica do solo de 0,8 K*m/W e uma temperatura ambiente (água e solo) de 20 ° C. O cabo, nestas condições de instalação é capaz de carregar a corrente contínua requerida (fator de carga 100), admitida ser de 800 A.

Suponha agora que o cabo tem que cruzar porções curtas nas margens, por exemplo, 500 m de comprimento em uma ou ambas as extremidades da porção costa afora para ser conectado com um cabo de terra e/ou um terminal de cabo, e que em correspondência a tais zonas o cabo é enterrado mais profundamente abaixo do mar ou da superfície da terra, por exemplo, a uma profundidade de 8 m. Este aumento na profundidade de enterramento é requerido, por exemplo, devido à necessidade de tracionar o cabo dentro de um tubo HDD (Perfuração Direcional Horizontal) ou devido a margens mais altas em nível em relação ao nível do mar.

O cenário da instalação descrita acima está delineado de maneira esquemática na figura 2.

Mesmo admitindo que a temperatura ambiente na porção margem é tão baixa quanto 10 ° C, e que o terreno tem uma resistividade térmica similar ao fundo do mar, o fato que o cabo está enterrado mais profundamente - assim dissipando menos facilmente o calor gerado pelas perdas do cabo - implica que a dimensão dos condutores do cabo deveria ser aumentada para 1200 mm para manter assegurado um escoamento de corrente de 800 A ao longo de toda a rota, para não enfrentar um aumento inaceitável da temperatura do cabo na porção margem. Neste caso o custo global do cabo iria aumentar enormemente uma vez que a fabricação e instalação de 15 km de cabo com condutores de 1200 mm² ao invés de 800 mm² envolve um custo extra significativo.

Por outro lado, as condições desfavoráveis são encontradas em apenas 500 m do comprimento de cabo.

Utilizar duas seções de cabo diferentes conectadas em série, uma de dimensão maior (condutores de 1200 mm ) somente junto às margens onde as condições desfavoráveis são encontradas, e uma outra de dimensão menor (condutores de 800 mm ) na porção costa afora deveria requerer a instalação de juntas de transição entre os cabos diferentes para conectar os cabos com diferentes dimensões de condutor. As juntas de transição podem ser aplicadas na fábrica, porém neste caso a manipulação e instalação do cabo seria mais crítica devido à necessidade de manipular uma junta de transição volumosa durante o processo de deposição do cabo. Em alternativa, as juntas de transição podem ser aplicadas durante as operações de instalação do cabo, porém isto poderia fazer a instalação mais complicado e, consequentemente, a instalação deveria ser mais cara, devido à necessidade de montar a junta no campo. O procedimento de junção é ainda mais complicado na presença de um cabo ótico compreendido dentro da estrutura de cabo de energia.

Outra possibilidade seria utilizar o cabo de 800 mm para toda a rota e instalar um sistema de resfriamento forçado para somente as porções de margem para melhorar a dispersão de calor utilizando dispositivo externo; isto, contudo envolve um aumento dos custos globais da conexão e requer sistemas de supervisão e manutenção.

De acordo com uma modalidade da presente invenção, como delineado de maneira esquemática na figura 2, um cabo 200 compreende uma seção 235 depositada no fundo 205 do mar ou de um lago 210, sob a superfície da água 215 (possivelmente a seção 235 é ligeiramente enterrada sob o fundo do mar, a uma profundidade de cerca de 1 m).

Em correspondência à margem do mar 220 ou de uma extremidade de despenhadeiro do mar ou lago, uma seção 225 do sistema 200 é enterrada, sendo preferivelmente inserida em um tubo ou duto 230; a seção 225 é unida através de uma junta 231 a um cabo de terra 233.

A seção 225 do cabo 200 experimenta condições ambientais que são menos favoráveis do ponto de vista de temperatura e de dissipação de calor do que o cabo 235 imerso em água ou enterrado sob o fundo do mar ou do lago, como no desenho.

De acordo com uma modalidade da presente invenção a seção 235 do cabo 200 que em utilização está localizado sob a superfície de água 215 e está assim imerso em água, tem uma armadura feita de um material metálico empregado convencionalmente na técnica para esta finalidade, por exemplo, aço carbono, que é um material eletricamente condutor e ferromagnético. A seção 225 localizada em condições menos favoráveis do ponto de vista da temperatura ambiente e dissipação de calor, tem uma armadura feita de um material essencialmente não ferromagnético. Em uma modalidade preferida, material da armadura da seção 225 tem condutividade elétrica baixa.

Em outras palavras, de acordo com uma modalidade da presente invenção o cabo 200 compreende, no mínimo, uma primeira seção (no exemplo a seção 235) e no mínimo uma segunda seção (no exemplo a seção 225), a primeira seção 235 tem uma armadura feita de material metálico convencional tal como, por exemplo, aço carbono, que é relativamente barato, altamente disponível e assegura a resistência desejada. A segunda seção 225 tem a armadura feita essencialmente de material metálico não ferromagnético, é preferivelmente de baixa condutividade elétrica de modo a reduzir as perdas e o calor em excesso gerado em conseqüência.

Pode ser apreciado que somente as seções de cabo que, depois da deposição são esperadas enfrentar condições desfavoráveis do ponto de vista de temperatura ambiente e/ou dissipação de calor são fabricadas com uma armadura feita de um material selecionado para ser essencialmente não ferromagnético; isto permite reduzir as perdas do cabo e o aumento conseqüente da temperatura do cabo naquela seção ou seções do cabo. Todo o comprimento restante do cabo não tendo que enfrentar o problema de aumento de temperatura, pode ter armadura feita de material convencional, como aço carbono. Todas as seções do cabo 200 podem ter a mesma estrutura e, em particular, serem essencialmente contínuas em termos de condutores e seus isolamentos, de modo que nenhuma transição complexa é requerida. A mudança consiste apenas na utilização para as seções que têm que enfrentar condições térmicas mais severas, de um material condutor diferente não ferromagnético, preferivelmente de baixa condutividade elétrica para a armadura que permita manter a classificação de corrente do cabo sem mudar o projeto básico das partes vivas do cabo.

A transição entre uma primeira seção e uma segunda seção adjacente não modifica a continuidade longitudinal do sistema do cabo, mesmo se os materiais da armadura forem diferentes.

Esta solução é vantajosa sob diversos pontos de vista. Ela permite superar o problema de redução de capacidade de transporte de corrente do cabo em uma maneira relativamente barata, uma vez que as seções a serem realizadas com a armadura de material diferente, mais caro, são usualmente curtas comparadas ao comprimento global do cabo. As seções restantes do sistema podem permanecer não modificadas, não é necessário aumentar a dimensão do condutor nem para todo o comprimento do cabo, o que deveria aumentar enormemente o custo do cabo, nem para seções dele o que podería requerer a provisão de juntas para unir as seções de cabo de tamanho diferente, com os problemas consequentes na manipulação e instalação do cabo.

A transição (indicada com 240 na figura 2) entre a seção 235 (com armadura feita de material metálico convencional) e seção 225 (com armadura feita de um material não ferromagnético) é preferivelmente feita em fábrica.

Em geral a transição entre duas seções que têm armadura em diferentes materiais pode ser realizada em diversas maneiras.

Por exemplo, com mostrado na figura 3 que delineia de maneira esquemática uma porção de cabo 300 na qual, de acordo com uma modalidade da presente invenção, os arames 355a feitos de um dos materiais metálicos típicos explorados na técnica para esta finalidade como, por exemplo, aço carbono, que constituem a estrutura de armadura de uma primeira seção 335 do cabo 300, podem ser soldados de topo em 360 aos arames correspondentes 355b, feitos essencialmente de material metálico nãoferro magnético, e preferivelmente de baixa condutividade elétrica que constituem a armadura de uma segunda seção 325 do cabo 300. Os arames 355a e 355b que constituem a armadura nas duas seções 335 e 325 são de dimensões substancialmente iguais, preferivelmente no mínimo similares ou comparáveis. Mais do que um arame pode ser soldado de cada vez. Esta solução tem a vantagem de evitar qualquer descontinuidade no cabo.

Outras técnicas para realizar a transição entre duas seções que têm armadura feita de materiais diferentes incluem, por exemplo, a utilização de virolas ou parafusos para conectar cada arame de armadura de um primeiro material metálico ao respectivo arame de armadura feito de um segundo material metálico. Os arames que constituem a armadura em uma seção também podem se superpor e opcionalmente serem envolvidos sobre os arames que constituem a armadura do setor adjacente, em material diferente, por exemplo, por um comprimento de aproximadamente um ou alguns passos de trançamento dos arames de armadura.

A transição entre duas seções de cabo que têm armadura feita de materiais diferentes também pode ser realizada prendendo ou soltando os arames de armadura a uma cinta metálica comum, como delineado de maneira esquemática na figura 4, onde as extremidades dos arames 355a, feitas de um dos materiais metálicos típicos explorados na técnica para esta finalidade como, por exemplo, aço carbono, que constituem a estrutura de armadura da primeira seção 335 do cabo 300 são soldadas em suas extremidades 405 a uma luva ou cinta metálica 410 posicionada ao redor das estruturas de cabo em uma posição interna radial em relação à armadura de cabo; por sua vez os arames 355b, feitos essencialmente (material) não ferro-magnético que constituem a armadura da segunda seção 325 do cabo 300, são soldados à cinta metálica 410 em suas extremidades 415. A cinta metálica 415 pode ser formada por dois meio-anéis metálicos separados soldados um ao outro para facilitar a inserção da cinta metálica 405 sobre o cabo, também, a cinta metálica 405 pode ser formada de dois ou mais segmentos.

O Requerente descobriu que um material adequado para fazer a armadura de uma seção de cabo que em utilização encontra condições desfavoráveis é aço inoxidável; aço inoxidável é não ferromagnético, é muito menos condutor do que aço carbono, de modo que sua utilização no lugar de aço carbono permite reduzir altamente as perdas induzidas na armadura e assim melhorar localizadamente a capacidade de transmissão de energia do cabo.

Particularmente, materiais preferidos são os assim chamados aços inoxidáveis austeníticos. Tais aços inoxidáveis contêm um máximo de 0,15% de carbono, um mínimo de 16% de cromo e níquel suficiente e/ou manganês e/ou molibdênio em toda a faixa de temperaturas. Por exemplo, uma composição típica de 19% de cromo, 11% de níquel, 2% de molibdênio é comumente conhecida como AISI 316 inoxidável.

Outros materiais não ferromagnéticos que podem ser utilizados são, por exemplo, cobre, latão, bronze.

Em utilização, as porções do cabo onde a transição entre duas seções que têm armadura feita de materiais diferentes está presente, pode estar sujeita a corrosão. Devido à presença de diferentes materiais metálicos corrosão no material menos nobre (por exemplo, aço carbono se comparado a aço inoxidável), pode ter lugar em períodos de tempo mais ou menos longos.

De acordo com modalidades da presente invenção uma ou mais das medidas a seguir (proteção anti-corrosão) podem ser adotadas para evitar ou no mínimo reduzir corrosão na transição entre a armadura que compreende diferentes materiais de acordo com a invenção.

Hastes ou tiras de zinco longitudinais podem ser inseridas entre os arames de armadura em ambos, em material metálico convencional e não ferromagnético, preferivelmente se estendendo por um comprimento de cerca de 1 m até 20 m a partir do ponto de contato entre os dois materiais de armadura, preferivelmente cerca de 5 m até 10 m no mínimo em uma direção onde o material metálico menos nobre e assim mais sujeito a corrosão esteja presente (aço carbono, por exemplo), preferivelmente em cada lado da transição do material de armadura. O comprimento da proteção anti-corrosão a partir do ponto de contato entre os dois materiais de armadura pode ser diferente nas seções adjacentes.

Para tornar efetiva a proteção catódica fornecida pelas hastes ou tiras de zinco estas deveríam estar em contato íntimo ou soldadas no mínimo em um ponto aos arames da armadura do material menos nobre, por exemplo, aqueles em aço carbono. As hastes ou tiras de zinco deveríam ser significativamente mais espessas do que o revestimento de zinco fornecido nos arames de aço galvanizado. Em uma modalidade, para arames de armadura redondos, as hastes de zinco podem ser de forma redonda e terem, por exemplo, um diâmetro na faixa de 40^60% daquela dos arames da armadura (respectivamente para arames de diâmetro grande e pequeno).

Por exemplo, como delineado na figura 5, hastes ou tiras de zinco 505 podem ser soldadas em 510 à cinta metálica 415.

Outra proteção anti-corrosão possível pode fornecer envolver de maneira contínua arames de zinco, tiras planas ou porções de uma fita de zinco com enrolamento apertado ao redor da armadura como uma mola, por exemplo, por um comprimento de cerca de 5 m em cada lado da transição do material de armadura. Os arames de zinco, tiras planas ou porções de fita de zinco deveríam estar em contato íntimo com, ou soldados aos arames de armadura.

Esmaltes de composto baseado em zinco deveríam ser aplicados na área de transição para aumentar o teor de zinco e melhorar contato entre elementos de zinco e a armadura.

Como uma alternativa à utilização de arames de zinco, a região de transição do material de armadura pode também ser completamente isolada enchendo toda a seção de transição de arames de armadura com resina isolante e protegendo-a por meio de bainhas plásticas que encolhem com calor ou fitas plásticas impermeáveis apertadas. Isto também pode ser obtido isolando as transições de arame de armadura elementares isolados. Esta solução é olhada como a preferida no caso de arames de armadura que já precisaram ser cobertos de maneira singular por bainhas finas de plástico através de todo o comprimento do cabo, isto é, em ambas as porções costa afora e de margem; neste caso nenhum material zinco adicional é necessário. Contudo esta solução pode não ser recomendada no caso de utilização de arames de armadura nus, devido à tendência do aço inoxidável à corrosão fissurante.

O zinco pode ser substituído por materiais com características de proteção catódica similares, por exemplo, ligas de zinco.

A descrição precedente apresenta e discute em detalhe diversas modalidades da presente invenção; não obstante, diversas mudanças às modalidades descritas, bem como diferentes modalidades da invenção são possíveis sem se afastarem do escopo definido pelas reivindicações anexas.

Por exemplo, a armadura pode ser constituída de tiras planas ao invés de arames redondos.

Embora qualquer dos materiais não ferromagnéticos mencionados acima possam ser utilizados, aço inoxidável é preferido sobre outros materiais não ferro-magnéticos uma vez que soluções de soldagem e de conexão em geral aos arames de armadura de material metálico convencional é menos crítica. Também, aço inoxidável facilita a proteção anti-corrosão, em termos de efetividade e comprimento/extensão da proteção anti-corrosão (mais baixa do que aquela requerida, por exemplo,para cobre).

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Cabo para transmissão de energia elétrica (200; 300), caracterizado pelo fato de compreender no mínimo uma primeira seção (235; 335) dotada de elementos de armadura de cabo (355a) feitos de um primeiro material metálico, e no mínimo uma segunda seção (225; 325) dotada de elementos de armadura de cabo (355b) feitos de um segundo material metálico, no qual o segundo material metálico é substancialmente livre de ferromagnetismo, ditas seções sendo longitudinalmente contíguas uma à outra;

em que uma proteção anti- corrosão é fornecida em correspondência do ponto de contato entre os elementos de armadura (355a) na primeira seção (235; 335) e os elementos de armadura (355b) na segunda seção (225; 325), e em que a proteção anti- corrosão compreende hastes de zinco ou tiras (505) inseridas entre os elementos de armadura (355a) na primeira seção (235; 335) e os elementos de armadura (355b) na segunda seção (225; 325).
2. Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o segundo material metálico ser selecionado no grupo que consiste de aço inoxidável, cobre, latão, bronze ou compósitos ou ligas deles.
3. Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o segundo material metálico ter condutividade elétrica mais baixa do que aquela do primeiro material metálico.
4. Cabo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de o segundo material metálico ser um aço inoxidável selecionado dentre aços inoxidáveis austeníticos.
5. Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de os elementos de armadura (355a) na primeira seção (235; 335) serem soldados de topo a elementos de armadura correspondentes (355b) na segunda

Petição 870180140770, de 11/10/2018, pág. 10/12

2 / 3 seção (225; 325).
6. Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de os elementos de armadura (355a) na primeira seção (235; 335) serem unidos a elementos de armadura correspondentes (355b) na segunda seção (225; 325) por meio de virola ou parafusos.
7. Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de os elementos de armadura (355a) na primeira seção (235:335) e os elementos de armadura (355b) na segunda seção (225; 325) serem respectivamente soldados a uma cinta metálica (410).
8. Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de os elementos de armadura (355a) na primeira seção (235; 335) e os elementos de armadura (355b) na segunda seção (225; 325) serem envolvidos um sobre o outro e envolverem um ao outro.
9. Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a proteção anti-corrosão se estender por um comprimento desde 1 m até 20 m em no mínimo uma direção a partir do ponto de contato entre os elementos de armadura (355a) na primeira seção (235; 335) e os elementos de armadura (355b) na segunda seção (225; 325).
10. Cabo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de a proteção anti-corrosão se estender por um comprimento desde 5 m até 10 m a partir do ponto de contato entre os elementos de armadura (355a) na primeira seção (235; 335) e os elementos de armadura (355b) na segunda seção (225; 325).
11. Cabo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de a proteção anti-corrosão se estender a partir do ponto de contato entre os elementos de armadura (355a) na primeira seção (235; 335) e os elementos de armadura (355b) na segunda seção (225; 325) no mínimo na direção dos elementos de armadura (355a) na primeira seção (235; 335).
12. Cabo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo

Petição 870180140770, de 11/10/2018, pág. 11/12

3 / 3 fato de a proteção anti-corrosão se estender a partir do ponto de contato entre os elementos de armadura (355a) na primeira seção (235; 335) e os elementos de armadura (355b) na segunda seção (225; 325) por comprimentos diferentes ou substancialmente iguais.
13. Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de as hastes de zinco serem de forma redonda com um diâmetro desde 40% até 60% daquele dos elementos de armadura (335a; 335b).