ES2315249T3 - Conductor de transmision electrica reforzado compuesto. - Google Patents

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Abstract

Un conductor que lleva corriente eléctrica (C1, C2, C3, C4) para transmisión a larga distancia de corriente eléctrica y que tiene un conductor central que lleva carga (10, 22) y un refuerzo que lleva corriente eléctrica altamente conductor externo (12, 14, 18, 30, 32) alrededor del mismo, con lo que: a) el núcleo que lleva carga (10, 22) está formado de un material compuesto reforzado que contiene fibra; y b) el refuerzo que lleva corriente eléctrica altamente conductor externo (12, 14, 18, 30, 32) rodea completamente dicho núcleo que lleva carga (10, 22), caracterizado porque dicho núcleo que lleva carga (10, 22) está compuesto por una pluralidad de secciones individuales (20) que son capaces de estar separados entre sí.

Description

Conductor de transmisión eléctrica reforzado compuesto.
Esta invención se refiere en general a ciertas mejoras, nuevas y útiles, en cables de transmisión eléctrica y, más particularmente, a cables de transmisión eléctrica que tienen un componente reforzado compuesto para proporcionar capacidades de soporte de carga.
La tecnología de los conductores eléctricos se ha movido, en un pasado relativamente reciente, hacia el uso exploratorio de núcleos compuestos, tales como carbono, cerámicos y fibra de vidrio. Estos materiales ofrecen ventajas de rendimiento técnico sin precedentes respecto a los materiales eléctricamente conductores anteriores. Es deseable proporcionar un conductor de aluminio reforzado compuesto para sustituir el miembro de resistencia de acero pesado del núcleo de aluminio reforzado con acero (ACSR) con un material compuesto de fibra de vidrio de alta resistencia y menor peso. El componente que lleva la corriente es aún aluminio puro. La diferencia principal entre el ACSR y el conductor de aluminio reforzado compuesto ("CRAC") es que el CRAC tendrá un mayor porcentaje en volumen de un componente conductor. Esta mejora realmente se hace posible por la resistencia a tracción mucho mayor de un compuesto, tal como una resina de vidrio, respecto al acero y esto libera espacio en el volumen del conductor para más aluminio. Esto aumenta significativamente adicionalmente la capacidad de llevar corriente del conductor junto con un peso significativamente menor.
Puede deducirse de lo anterior que algunas de las ventajas específicas del CRAC son:
1. El coste del conductor reforzado compuesto es igual a o menor que el coste del conductor de cable de acero tradicional del mismo diámetro.
2. Los materiales compuestos usados como núcleo central tienen un coeficiente de expansión térmica que es un cincuenta por ciento menor que el del refuerzo del núcleo de acero.
3. La resistencia a tracción (resistencia a fractura) es aproximadamente un ciento cincuenta por cien mayor que la del cable de núcleo de acero al carbono (siendo la del acero HC aproximadamente 210 ksi) - 1 pulgada cuadrada = 0,645 X 10^{-3} m^{2}.
4. La conductividad de los conductores reforzados compuestos es al menos un cuarenta por ciento mayor y tiene un valor diana tanto como un doscientos por cien mayor que los conductores de ACSR del mismo diámetro externo.
5. Los conductores de CRAC son capaces también de utilizar accesorios T&D y otros accesorios que se instalan de una manera similar en un cable tradicional.
6. Los cables de CRAC tienen la capacidad de poder usarse con un equipo y procedimientos de instalación de campo existentes, con modificaciones mínimas.
7. Los materiales compuestos son compatibles con un cable convencional y con la tecnología de procesado de cable.
8. Los cables CRAC eliminan el calentamiento por corrientes parásitas.
9. Un núcleo de aluminio sólido tiene 1/100 grados de diferencias de temperatura radial comparado con un cable trenzado.
10. No hay pérdida de resistencia en un CRAC y no hay un aumento consecuente del pandeo debido reblandecimiento del miembro de tensión.
11. El CRAC tiene requisitos de fabricación simplificados porque no hay necesidad de múltiples capas de aluminio trenzado para cancelar la auto-inductancia.
12. Hay una eliminación de un flujo de corriente no uniforme debido a la auto-inductancia cuando se usa el CRAC.
El documento US-A-5.198.621 muestra un conductor que lleva corriente de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.
Breve sumario de la invención
El objeto de la presente invención se consigue mediante el conductor que lleva corriente de acuerdo con la reivindicación 1.
La presente invención se refiere en general a conductores que llevan corriente eléctrica que utilizan un núcleo de soporte de carga eléctrica formado de un material compuesto de plástico reforzado en lugar del núcleo de acero convencional.
El cable que lleva corriente de la presente invención tiene una apariencia externa muy similar a la del cable que lleva corriente eléctrica convencional que tiene el núcleo interno de acero. Además, y en uno de los aspectos más importantes de la invención, el cable de la presente invención puede usarse precisamente en aquellas localizaciones en las que los cables convencionales se están usando actualmente y pueden montarse precisamente de la misma manera. De este modo, la sustitución por un cable del tipo proporcionado de acuerdo con la presente invención puede realizarse fácilmente y a bajo coste y, lo que es más importante, con el equipo de colocación de cable existente.
El conductor que lleva corriente de la presente invención incluye el núcleo compuesto de plástico reforzado como se ha mencionado anteriormente. Preferiblemente, este núcleo está formado por segmentos individuales que se ajustan juntos para funcionar como un solo núcleo reforzado de fibra compuesta. Los segmentos individuales tienen una forma un tanto trapezoidal, siendo arqueadas las superficies externas de los mismos. De esta manera, las piezas con forma trapezoidal tales como, por ejemplo, seis piezas individuales o segmentos del núcleo se disponen en un formato cilíndrico de manera que el núcleo realmente es cilíndrico cuando se ensambla.
El núcleo interno está formado por una pluralidad de fibras o hebras de material de refuerzo tal como fibra de vidrio, boro, carbono o similares y que se mantienen juntos mediante un agente aglutinante, tal como una resina termoplástica o termoestable. El material termoplástico se prefiere debido al hecho de que puede calentarse fácilmente y unirse en un sitio de trabajo y también el calentamiento y la unión ocurren mucho más rápidamente con un material termoplástico que con un material termoestable.
Se ha encontrado también que es posible usar literalmente aluminio fundido para mayores capacidades de conductividad para llevar corriente.
La presente invención proporciona también un método y sistema propuestos para empalmar los extremos de los cables individuales. Como se ha indicado anteriormente, los cables sólo pueden llevarse a un sitio de trabajo en longitudes finitas. En consecuencia, el empalme de las longitudes de cable es necesario para una transmisión a larga distancia.
Breve descripción de los dibujos
Habiendo descrito de esta manera la invención en términos generales, se hará referencia ahora a los dibujos adjuntos, en los que:
La Figura 1 es una vista en perspectiva fragmentada de un conductor que lleva corriente reforzado compuesto construido de acuerdo con y que representa la presente invención;
La Figura 2 es una vista en perspectiva fragmentada, similar a la Figura 1, y que muestra una forma ligeramente modificada del conductor que lleva corriente reforzado compuesto de acuerdo con la presente invención;
La Figura 3 es una vista en perspectiva fragmentada que muestra otra forma modificada más del conductor que lleva corriente reforzado compuesto de acuerdo con la presente invención;
La Figura 4 es una vista en perspectiva fragmentada de otra forma modificada más del conductor que lleva corriente reforzado compuesto de acuerdo con la presente invención y que contiene un cable de fibra óptica;
La Figura 5 es una vista en perspectiva fragmentada similar a la de la Figura 4 y que muestra partes del núcleo desplegadas para aceptar un cable de fibra óptica;
La Figura 6 es una vista en perspectiva fragmentada que muestra una forma del aparato para producir un conductor que lleva corriente reforzado compuesto de acuerdo con la presente invención;
La Figura 7 es una vista en perspectiva despiezada que muestra un método para empalmar los extremos del conductor que lleva corriente de la presente invención;
La Figura 8 es una vista en alzado lateral que muestra la técnica para empalmar los cables de la Figura 7;
La Figura 9 es un compuesto de la Figura 9a, 9b y 9c que muestra un empalme acabado y un método que proporciona un cable de fibra óptica para empalmar a nivel de tierra.
Descripción detallada de las realizaciones preferidas
Haciendo referencia ahora con más detalle y mediante caracteres de referencia a los dibujos, que ilustran las realizaciones preferidas de la presente invención, C_{1} ilustra un cable de transmisión eléctrica que tiene un núcleo que lleva carga 10 compuesto, de plástico reforzado y una pluralidad de capas externas de cable de aluminio 12 y 14 que se extienden alrededor del mismo.
Haciendo referencia adicional a la Figura 1, puede observarse que el núcleo que lleva carga 10 es un miembro compuesto de plástico reforzado. También, en la realización como se ilustra en la Figura 1 y las realizaciones ilustradas y descritas posteriormente, hay tres capas de aluminio externas 12, 18 y 14 (véase la Figura 1), aunque debe entenderse que podría emplearse cualquier número de capas externas dependiendo del espesor deseado del refuerzo conductor de corriente externo que se va a formar sobre el núcleo. Puede observarse que en esta construcción, el cable C_{1} tiene una apariencia similar a un cable de núcleo de acero convencional. En consecuencia, puede colocarse de la misma manera o suspenderse de la misma manera y usando el mismo equipo que el empleado para un cable de núcleo de acero.
En una realización preferida, las hebras se forman de cualquier fibra de refuerzo adecuada tal como vidrio, boro, carbono o similares. Además, la matriz de resina que se usa para unir las hebras puede formarse de cualquier resina termoplástica o resina termoestable adecuada. Algunas de las resinas termoestables que pueden usarse incluyen, por ejemplo, diversas resinas fenólicas y epoxis y muchos poliésteres que se conocen convencionalmente para este fin. Sin embargo, se prefieren las resinas termoplásticas e incluyen, por ejemplo, polipropileno, policarbonatos, etc.
Se prefiere usar cordones o hebras individuales de resina termoplástica junto con las hebras individuales de las hebras de fibra de refuerzo. De esta manera, las hebras de resina pueden combinarse con las hebras de fibra y pueden aplicarse como un haz. De otra manera, las hebras de resina pueden aplicarse individualmente con las hebras de fibra. Tras el calentamiento, la resina se ablandará entonces y se licuará y fluirá alrededor de las hebras que contienen las fibras individuales. Cuando se deja que la resina se endurezca, se formará, por lo tanto, un núcleo interno.
Debe entenderse también en relación con la presente invención que el aluminio es sólo una forma de conductor que lleva corriente que podría emplearse como superficie externa. De esta manera, podría usarse cobre u otros materiales conductores de alta corriente para este fin.
El núcleo compuesto puede formarse por una de diversas maneras. Por ejemplo, el núcleo compuesto podría extruirse tal cual. Sin embargo preferiblemente el compuesto reforzado cuando se forma como una varilla en la realización que se muestra preferiblemente estaría extruido por estirado. Diversos procesos para esta operación de extruido por estirado se describen en numerosas patentes de Estados Unidos tales como por ejemplo la patente de Estados Unidos Nº 3.650.864 de William Brandt Goldsworthy, la patente de Estados Unidos Nº 3.576.705 de William Brandt
Goldsworthy, la patente de Estados Unidos Nº 3.769.127 de William Brandt Goldsworthy, la patente de Estados Unidos Nº 3.579.402 de William Brandt Goldsworthy, et al.
La realización de la Figura 1 es eficaz principalmente sólo para longitudes de cable cortas. Esto se debe al hecho de que el núcleo de plástico reforzado 10 no es capaz de realizar un movimiento de torsión significativo. Puede apreciarse que todo el cable debería ser capaz de enrollarse alrededor de un tambor y transportarse una distancia sustancial donde se desenrollaría del tambor y se suspendería o se extendería en el sitio de uso. Para este fin, el núcleo central 10 se forma preferiblemente de una pluralidad de secciones de núcleo conformadas individualmente 20, como se muestra mejor en el cable C_{2} de la Figura 2. En este caso particular, las secciones individuales 20, cuando se ensamblan juntas, crean un cable con forma cilíndrica 22.
En la realización de la invención como se muestra en la Figura 2, se proporcionan seis secciones individuales con forma de empanada. Sin embargo, podría proporcionarse cualquier número de secciones. En relación con la presente invención, se ha encontrado que se prefieren cinco secciones individuales, siempre y cuando sea este el número de secciones que permita que el cable se doble y pueda enrollarse el cable alrededor de un carrete.
El cable C_{2}, como se muestra en la realización de la Figura 2, se enrolla también con capas de un material eléctricamente conductor tal como por ejemplo hebras individuales de cable de aluminio 24 y 26, que forman las dos capas externas eléctricamente conductoras. De nuevo, podría usarse cualquier número deseado de capas. Adicionalmente, en la realización de la Figura 2, las hebras individuales 24 y 26 se enrollan helicoidalmente alrededor del núcleo central que lleva carga 22.
En relación con las realizaciones descritas a continuación, los números de referencia similares representarán componentes similares. La Figura 3 ilustra una realización de un cable C_{3} que forma parte de la presente invención que tiene también un núcleo central segmentado 22 y un par de capas externas eléctricamente conductoras 30 y 32 enrolladas alrededor del núcleo central.
La Figura 4 ilustra una realización de un cable C_{4} similar al cable C_{3}, excepto que en este caso particular, las secciones individuales con forma de empanada 20 del núcleo 20 se forman con un hueco con forma arqueada 34 formado en sus extremos más internos. En esta realización particular, los extremos más internos 34, como se muestra en las Figuras 4 y 5, forman una perforación central con forma cilíndrica que se extiende axialmente 36 que está dimensionada para recibir un cable de fibra óptica 38.
Esta realización de un cable C_{4} es muy eficaz en tanto que no sólo proporciona una capacidad de soporte de corriente sustancial sino que también permite llevar un cable de fibra óptica de manera que el cable no se vea sometido a degradación medioambiental o a la reparación constante requerida por dicho cable.
Con el cable de fibra óptica empleado actualmente para transmitir mensajes de fibra óptica a larga distancia, se requiere un esquema complejo para empalmar los extremos del cable de fibra óptica y, por ello, incluso para reparar el cable. Típicamente, el cable debe bajarse a una estación de reparación o, si no, a una estación de empalme localizada aproximadamente a nivel de tierra. Además, para un cable de transmisión eléctrica con núcleo de acero convencional no hay una manera eficaz para formar una abertura central que se extienda axialmente a través del núcleo de una manera eficaz incluso para enroscar un cable de fibra óptica a través de una abertura en el núcleo. Como resultado, y como se ha indicado anteriormente, el cable de fibra óptica se enrolla alrededor de la superficie externa del cable de control. La presente invención supera este problema completamente puesto que el cable de fibra óptica puede encerrarse literalmente en el cable de transmisión eléctrica cuando se está formando este último.
Haciendo referencia a la Figura 6 de los dibujos, puede observarse que cada una de las secciones individuales 20 puede preformarse en una operación de extrusión o, si no, en una operación de extrusión por estirado como se ha descrito anteriormente. Estas secciones individuales, cuando se endurecen, se enroscan a través de una placa de troquel o una placa de cardado 40 que tiene tubos individuales 42 con esencialmente la misma forma que las secciones de núcleo individuales 20, pero dimensionados para recibir estas secciones de núcleo 20.
Las Figuras 7 y 8 ilustran una realización preferida para empalmar los extremos del cable de transmisión eléctrica de acuerdo con la presente invención. En este caso particular, y para empalmar los extremos juntos, cada una de las secciones de cable individual 20 se empalma con los extremos escalonados como se muestra mejor en la Figura 7. De esta manera, una de las secciones individuales 20_{a} en un cable de fibra óptica 50 tiene una longitud que es mayor que cualquier otra sección del cable 50. Esta sección de núcleo particular 20_{a} se ajustará y unirá con la sección de cable más corta 20_{b} en un cable opuesto 50 con el que se quiere empalmar. De esta manera, una sección de cable más corta 20_{c} en el cable 50 se ajustará y unirá con una sección de cable 20_{d} en el cable 52. De esta manera cada longitud escalonada se unirá con una longitud escalonada correspondiente del cable opuesto. Además, las secciones de cable individual se ajustarán entonces juntas de la misma manera que las piezas de un puzzle se ajustan juntas.
Después de que las secciones escalonadas individuales se hayan unido, pueden calentarse ligeramente para provocar que la resina termoplástica u otra resina se licue y fluya entre los extremos escalonados para unir de esta manera los extremos escalonados juntos.
Posteriormente, las capas de aluminio externas pueden acoplarse entre sí de la misma manera que se acoplan actualmente con los cables de núcleo de acero. Típicamente, las capas eléctricamente conductoras externas de un cable 50 se conectan a las capas eléctricamente conductoras externas del cable 52 usando manguitos eléctricamente conductores que se aseguran a los mismos y se extienden sobre los extremos unidos como se observa mejor en la Figura 9.
De acuerdo con las técnicas de empalme de cable convencionales y particularmente para un cable de fibra óptica, el cable se lleva a nivel de tierra para conectar los extremos de las secciones del cable de fibra óptica. La técnica para esta disposición se muestra en la composición de Figuras 9a a 9c. Las dos secciones de cable 50 y 52, cuando se empalman, están completamente cubiertas con un refuerzo externo 60, como se muestra en la Figura 9a. Haciendo referencia a la Figura 9b, que es una sección transversal de la Figura 9a, puede observarse que después de que los extremos de las dos secciones de cable 50 y 52 se hayan empalmado, los conductores de aluminio externos 64 y 66 respectivamente en estas secciones de cable se unen juntos cuando el manguito de aluminio 60 se dispone sobre los mismos. Antes de instalar realmente el refuerzo, los cables de fibra óptica se llevan a nivel de tierra con fines de empalmar los mismos. Puede observarse, haciendo referencia la Figura 9c que las secciones de cable se extienden realmente hacia abajo hacia el nivel de suelo para empalmarlas en una estación de empalme y posteriormente se elevan y se localizan en una región del manguito 60 de la manera mostrada en la Figura 9c.
Los cables de transmisión eléctrica de la invención están adaptados también para llevar más corriente eléctrica que un conductor de núcleo de acero de tamaño comparable. Esto se debe al hecho de que puede llevarse más cantidad del metal altamente conductor, tal como aluminio, con un núcleo de plástico reforzado que la que podría llevarse con un cable de acero de tamaño similar sin aumento de peso y alguna disminución de peso. Como resultado, no es necesario volver a construir las torres de soporte para adaptarlas a conductores más pesados de capacidad equivalente.
Se ha descubierto que los cables de la presente invención realmente llevan un cinco por ciento más de corriente eléctrica comparado con un conductor de aluminio reforzado con acero. Además, hay un alargamiento mecánico o un pandeo de la línea reducido a las altas temperaturas de operación. Adicionalmente, se ha establecido que los cables de la invención son un doscientos cincuenta por ciento más fuertes que el conductor de aluminio reforzado con acero de esencialmente el mismo tamaño y además, son un setenta y cinco por ciento más ligeros que los conductores de aluminio reforzado con acero.

Claims (11)

1. Un conductor que lleva corriente eléctrica (C1, C2, C3, C4) para transmisión a larga distancia de corriente eléctrica y que tiene un conductor central que lleva carga (10, 22) y un refuerzo que lleva corriente eléctrica altamente conductor externo (12, 14, 18, 30, 32) alrededor del mismo, con lo que:
a) el núcleo que lleva carga (10, 22) está formado de un material compuesto reforzado que contiene fibra; y
b) el refuerzo que lleva corriente eléctrica altamente conductor externo (12, 14, 18, 30, 32) rodea completamente dicho núcleo que lleva carga (10, 22), caracterizado porque dicho núcleo que lleva carga (10, 22) está compuesto por una pluralidad de secciones individuales (20) que son capaces de estar separados entre sí.
2. El conductor que lleva corriente eléctrica (C1, C2, C3, C4) de la reivindicación 1 caracterizado porque dicho material compuesto reforzado está compuesto por una pluralidad de fibras de refuerzo alineadas embebidas en una matriz compuesta termoplástica.
3. El conductor que lleva corriente eléctrica (C1, C2, C3, C4) de la reivindicación 1 caracterizado porque dichas secciones individuales (20) están dispuestas concéntricamente para formar un conductor con forma cilíndrica (22) y porque dichas secciones individuales (20) tienen una forma un tanto trapezoidal y forman una perforación central dimensionada para recibir un cable de fibra óptica (38).
4. El conductor que lleva corriente eléctrica (C1, C2, C3, C4) de la reivindicación 1 caracterizado porque dichas secciones (20) son capaces de separarse entre sí con fines de empalme.
5. El conductor que lleva corriente eléctrica (C1, C2, C3, C4) de la reivindicación 1 caracterizado porque dichas secciones individuales (20) tienen una su sección transversal de forma generalmente trapezoidal.
6. El conductor que lleva corriente eléctrica (C1, C2, C3, C4) de la reivindicación 1 caracterizado porque dichas secciones individuales (20) tienen una sección transversal generalmente triangular o con forma de empanada.
7. El conductor que lleva corriente eléctrica (C1, C2, C3, C4) de la reivindicación 1 caracterizado porque cada una de dichas secciones individuales (20) tiene una sección transversal de forma generalmente poligonal y cuando se apoyan juntas definen un núcleo con forma cilíndrica generalmente sólido (10, 22).
8. El conductor que lleva corriente eléctrica (C1, C2, C3, C4) de la reivindicación 1 caracterizado porque dicho conductor (C1, C2, C3, C4) es capaz de enrollarse alrededor de un tambor.
9. Un método para producir un conductor que lleva corriente para transmisión a larga distancia (C1, C2, C3, C4) de la reivindicación 1 en el que el método mejorado se caracteriza por las etapas de:
a) reunir una pluralidad de secciones compuestas de plástico reforzado individuales (20) para formar un núcleo conductor con forma generalmente cilíndrica (10, 22); y
b) localizar en una superficie externa con forma cilíndrica de dicho núcleo (10, 22) un conductor que lleva corriente eléctrica altamente conductor (12, 14, 18, 30, 32).
10. El método para producir un conductor que lleva corriente para transmisión a larga distancia (C1, C2, C3, C4) de la reivindicación 9 caracterizado porque dicha etapa de localizar el conductor que lleva corriente (C1, C2, C3, C4) comprende enrollar hebras (24, 26) de un conductor que lleva corriente altamente conductor (12, 14, 18, 30, 32) alrededor de dicho núcleo central (10, 22).
11. El método para producir un conductor que lleva corriente de transmisión a larga distancia (C1, C2, C3, C4) de la reivindicación 9 caracterizado porque dicho método comprende reunir las secciones de material compuesto (20a, 20b, 20c, 20d) alrededor de un cable de fibra óptica (38) de manera que el conductor que lleva corriente (C1, C2, C3, C4) incluye también un cable de fibra óptica (38) en su interior.
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