ES2328871T3 - Recipiente para el apantallamiento de campos magneticos de baja frecuencia. - Google Patents

Abstract

Recipiente para el apantallamiento de campos magnéticos de baja frecuencia, en particular de campos magnéticos generados por cables y conductores eléctricos, estando el recipiente construido de la siguiente manera - de por lo menos un recipiente interior de material aislante, - de un recipiente exterior de material aislante, - estando el espacio entre el por lo menos un recipiente interior y el recipiente exterior llenado con una capa de material ferromagnético de alta permeabilidad magnética, caracterizado porque el recipiente exterior está apoyado respecto al por lo menos un recipiente interior mediante elementos distanciadores.

Description

Recipiente para el apantallamiento de campos magnéticos de baja frecuencia.

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La invención se refiere a un recipiente para el apantallamiento de campos magnéticos de baja frecuencia, estando previsto el recipiente en particular para alojar dispositivos o componentes eléctricos.

Son conocidos por ejemplo recipientes de apantallamiento con una capa de material con elevada permeabilidad en los cuales el material magnético está insertado como material laminar y entre las partes de los recipientes quedan aberturas (EP 1274 103 B1). Los recipientes de apantallamiento que no están cerrados por todos los lados tendrán probablemente sólo un efecto de apantallamiento limitado.

Los cables y conductores eléctricos son fuentes especialmente potentes de campos magnéticos de baja frecuencia (f < 1 kHz). Debido a que aumentan las exigencias de reducir los campos magnéticos alternos tienen cada vez mayor importancia las medidas apropiadas para evitar campos de este tipo o para atenuar los campos alternos de generadores de campo existentes. Uno de los puntos de discusión es la intensidad de campo a ras de tierra originada por cables de corriente trifásica tendidos bajo tierra. Un apantallamiento magnético de cables trifásicos tendidos bajo tierra puede conseguirse mediante inserción de los tres conductores del sistema de cables en un tubo de alta permeabilidad, por ejemplo en un tubo de acero convencional.

La desventaja de un tubo de acero para el apantallamiento consiste en el hecho de que por un lado debe presentar por motivos mecánicos y para el apantallamiento un elevado grosor de pared de unos milímetros (aproximadamente de 4 a 10 mm), y que por otro lado no es flexible y tiene que estar ensamblado mediante soldadura de secciones de tubo cortas. Asimismo es preciso protegerlo contra la corrosión por la humedad del suelo mediante una envoltura de plástico en el exterior y en el interior la mayoría de las veces mediante un relleno de hormigón.

El objetivo de la invención consiste en proponer una disposición con alto efecto de apantallamiento de campos magnéticos alternos que presente un tipo de construcción ligero y flexible.

La solución está comprendida en las características de la reivindicación principal y de la reivindicación de uso. En las reivindicaciones dependientes se indican configuraciones ventajosas.

El núcleo de la invención es un sistema de apantallamiento compuesto de un recipiente de dos capas con una capa intermedia de alta permeabilidad en el cual el recipiente exterior está apoyado respecto al recipiente interior mediante elementos distanciadores.

Como material del recipiente se propone plástico, siendo preciso elegir el material respecto a su consistencia y/o su grosor de pared de tal manera que el recipiente o el recipiente interior y/o el recipiente exterior, respectivamente, sea flexible. La elección del plástico es casi ilimitada. Es posible emplear resinas sintéticas u otros polímeros. Son ventajosos los plásticos que permiten fabricar el recipiente interior y el recipiente exterior mediante extrusión o moldeo por inyección.

Preferentemente, el recipiente puede estar configurado de forma tubular, en particular de forma cilíndrica, por lo que debería entenderse como recipiente abierto en dos lados. No obstante, para el fin deseado pueden emplearse también otras secciones transversales de tubo, por ejemplo rectangulares. En la forma de realización tubular se ofrece denominar el recipiente interior como tubo de soporte y el tubo exterior como tubo de envoltura. Aunque se usen estos conceptos a continuación, no deben entenderse como limitación de la invención a recipientes tubulares.

El recipiente exterior puede estar configurado preferentemente como tubo ondulado, ya que un tubo ondulado es muy flexible.

Con respecto a la estructura de la capa de material existen varias posibilidades.

La capa de material se genera en el recipiente interior en forma de recubrimiento de cintas de un material con alta permeabilidad mediante un procedimiento de arrollado continuo. En un recipiente interior, que pasa por el dispositivo de arrollamiento, se arrollan una o varias capas de estas cintas. Lo importante es que la capa de material sea magnéticamente lo más hermética posible para minimizar el coeficiente de penetración magnética. Debería existir un recubrimiento tan alto en los bordes de cinta que se dé sólo una ligera restricción de la flexibilidad.

Las capas de cinta se enrollan, preferentemente en la configuración tubular, de forma helicoidal con solapamiento de los bordes o también con un intersticio (con paso corto). Las cintas deberían mantener la posibilidad de desplazarse una respecto a otra al doblar el tubo, de modo que se mantiene la flexibilidad del tubo de plástico recubierto de cintas. Es posible enrollar el tubo en tambores de cables y tenderlo con mayor longitud.

Como materiales para la capa de material son muy apropiadas las llamadas cintas eléctricas de acero de silicio laminado en frío con orientación de los granos; pero también pueden emplearse aleaciones cristalinas de níquel e hierro (por ejemplo de la empresa Vacuumschmelze). Los granos en las cintas deberían estar orientados en la dirección longitudinal de las cintas cuando la forma de realización está prevista para cables eléctricos, ya que en este caso las cintas llegan a estar orientadas transversalmente a la dirección longitudinal del cable.

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Los materiales anteriormente mencionados tienen excelentes características magnéticas. Importante es una alta permeabilidad del material de cinta, por lo que sólo es preciso aplicar de una a dos capas de cinta, o sólo unas pocas capas, respectivamente. Los costes de estas cintas parecen aceptables para los fines de aplicación mencionados. Para aplicaciones especiales pueden estar previstas también cintas de cristal metálico (Metglas), pero estas presentan dificultades respecto al mecanizado y tienen un precio de mercado relativamente alto.

El tipo de construcción compuesto (una capa de material entre un recipiente interior y un recipiente exterior) tiene la particular ventaja de que el material de alta permeabilidad está protegido contra influencias externas. No obstante, cuando la capa de material es accesible a las influencias ambientales debería preverse una protección anticorrosiva para la capa de material.

La capa de material debe presentar como característica magnética una permeabilidad relativa de más de 1.000, en particular por lo menos de 10.000 y preferentemente de 20.000.

El recipiente interior provisto de un enrollamiento o de un bandaje se inserta en un segundo recipiente, siendo posible introducir un recipiente interior cilíndrico en un tubo de plástico de mayor diámetro.

Como elementos distanciadores puede entenderse un elemento de una sola pieza, por ejemplo un hilo de plástico, o una multiplicidad de elementos. Un hilo de plástico puede estar dispuesto en forma de una capa helicoidal entre el recipiente interior y el recipiente exterior. Otros elementos distanciadores pueden estar configurados preferentemente como cintas que pueden tensarse sobre el recipiente interior.

Para el empleo en la configuración preferida de los recipientes en forma de tubos, los distanciadores pueden estar configurados como cuerpos anulares. Los cuerpos anulares de este tipo pueden estar dispuestos a distancias más o menos regulares en el espacio intermedio entre el tubo de soporte y el tubo de envoltura.

Distanciadores típicos que se pueden emplear en la invención son fabricados de polietileno HD (o también de nylon) y ofrecidos por la empresa Franken Plastik (Fürth). Entre los expertos, estos distanciadores se denominan también anillos de patines deslizantes o anillos de botones.

El elemento distanciador o los elementos distanciadores pueden estar configurados de forma particularmente deslizante o pueden estar provistos de medios para disminuir la fricción. De esta manera debe conseguirse un desplazamiento o deslizamiento relativamente fácil del tubo de soporte en el tubo exterior. La capacidad de deslizamiento puede determinarse mediante la selección del material, siendo posible emplear nylon o plásticos similares. La capacidad de deslizamiento puede estar favorecida también mediante la configuración particular de los elementos distanciadores. Para este fin se ofrece la configuración de botones o de púas que proporcionan un contacto en una pequeña superficie y preferentemente un contacto puntiforme con los recipientes.

Mediante los botones de deslizamiento o los patines de deslizamiento se garantizan una fácil inserción y un centrado del tubo interior en el tubo de envoltura. También en esta variante, el tubo de envoltura puede ser un tubo ondulado. La aplicación de las cintas de patines deslizantes conocidas está prevista por ejemplo para aumentar la capacidad de deslizamiento de tubos de acometida que en el tendido bajo tierra se introducen en tubos de protección existentes.

Cuerpos anulares particularmente apropiados pueden estar equipados con patines deslizantes que sobresalen en lo esencial radial y axialmente. El cuerpo anular puede estar configurado como una sola pieza que se coloca alrededor del tubo de soporte. No obstante, un elemento distanciador puede estar configurado también como cinta o puede componerse de segmentos anulares. Los extremos de una cinta o los extremos de los segmentos anulares se unen entre sí y, en caso necesario, los cuerpos anulares pueden tensarse con una herramienta de tensado (por ejemplo mediante abrazaderas con patines de deslizamiento) o pueden estar tensados sin herramienta por su propia elasticidad, por lo que los distanciadores están fijados de forma no desplazable.

Los elementos distanciadores pueden estar aplicados preferentemente sobre la capa de material de alta permeabilidad magnética y pueden estar tensados de forma no desplazable.

El hueco restante entre el recipiente interior y el recipiente exterior puede estar llenado con una masa fluida que endurece. Esta masa que endurece debería presentar una buena resistencia mecánica y, además, una buena conductividad térmica para poder transmitir al ambiente el calor disipado de los dispositivos y componentes eléctricos dispuestos en el recipiente de apantallamiento. Para este fin puede usarse por ejemplo un llamado hormigón fluido ("Dämmer").

Para conseguir un paso de calor particularmente bueno puede emplearse un hormigón fluido con carga de partículas de grafito, tal como se comercializa por ejemplo por la empresa Heidelberger Zement BUT como "ThermoCem". Un hormigón de este tipo presenta una conductividad térmica de más de 2,0 W/(K\cdotm).

Para conseguir una capacidad térmica particularmente alta, al hormigón fluido puede añadirse una carga de micropartículas (por ejemplo en base a parafina) que actúan como acumuladores térmicos latentes y retardan por lo tanto el calentamiento del recipiente de apantallamiento. Un material acumulador de calor lo comercializa por ejemplo la empresa BASF y se usa en el área de la construcción para la fabricación de placas de yeso "Rigips" con una capacidad de acumulación de calor particularmente buena.

En una forma de realización particular es posible usar en vez de un único recipiente interior una multiplicidad de recipientes interiores. En sistemas de cables de corriente trifásica se trata preferentemente de tres tubos interiores, es decir, un tubo interno de plástico para cada cable de un solo conductor. La capa de material (preferentemente material en forma de cinta con alta permeabilidad) se enrolla alrededor del conjunto compuesto de varios tubos. El conjunto envuelto en las cintas se mantiene flexible, ya que las cintas pueden desplazarse unas respecto a otras. El procesamiento posterior puede llevarse a cabo tal como se ha descrito anteriormente. Se aplican anillos de patines deslizantes como distanciadores y el conjunto puede introducirse en un tubo de envoltura exterior de mayor tamaño.

Con la capa de material con alta permeabilidad según la invención pueden conseguirse muy buenos efectos de apantallamiento. No obstante, en el caso de sistemas de cables de corriente trifásica existen dos limitaciones:

- Las capas ferromagnéticas de este tipo pierden su efecto de apantallamiento a frecuencias más altas, debido a que la permeabilidad disminuye con el aumento de la frecuencia.

- Las tres corrientes de un sistema trifásico simétrico se complementan en cualquier momento a cero. Pero cuando en la envoltura de apantallamiento fluye una corriente de conductor neutro o, dicho de manera más sencilla una corriente alterna resultante, el efecto de apantallamiento se pierde para esta corriente.

En la técnica de compatibilidad electromagnética se solucionan ambos problemas mediante envolturas con una elevada conductividad, por ejemplo con envolturas de cobre o de aluminio. Por lo tanto, a continuación se propone de forma complementaria combinar la capa de material con otra capa de cintas de cobre o de aluminio. El mejor efecto se consigue cuando las cintas con elevada conductividad se encuentran en el interior y están envueltas mediante la capa de material magnético.

Tal tipo de construcción sería necesario por ejemplo para recipientes de apantallamiento en la zona de instalaciones domésticas, ya que en los cables de baja tensión se conducen corrientes asimétricas y frecuentemente monofásicas. También los cables de la técnica de comunicaciones (por ejemplo cables de altavoces, cables de antena) requieren este tipo de construcción debido a las corrientes de alta frecuencia.

Cuando en los cables tendidos en un recipiente de apantallamiento se encuentran capas conductivas o conductores de compensación adicionales, los extremos de estos deben conectarse entre sí o conectarse a tierra en las zonas en las cuales los recipientes de apantallamiento están tendidos con junta a tope pero con un intersticio o sin continuidad de la capa de material.

Las juntas o los puntos de transición entre recipientes de apantallamiento, tales como aparecen por ejemplo en las zonas de empalmes de cables en dirección longitudinal de un tubo de apantallamiento, se apantallan mediante envolturas que solapan los puntos de transición y están construidos según el mismo principio que la disposición según la invención, por lo que también en estas zonas se minimiza o se elimina el coeficiente de penetración de campos magnéticos por ranuras.

La invención puede emplearse de forma particularmente eficaz para el apantallamiento magnético y la reducción de pérdidas en cables cuando la estructura de los cables está ampliada mediante elementos de construcción magnetizables exteriores.

Los cables con elementos de construcción exteriores magnetizables (como armaduras, tubos de acero o tubos sumergidos) tienen elevadas pérdidas adicionales. En cables trifásicos de tres conductores, en la armadura de acero de alambre de los mismos pueden originarse por ejemplo hasta un 80% de las pérdidas de conducción. En este caso se recomienda envolver el conjunto de conductores mediante cintas eléctricas para reducir mediante debilitamiento del campo las pérdidas en estos elementos de construcción.

El recipiente de apantallamiento conforme a la invención tiene una elevada flexibilidad y es muy apropiado para el tendido en zanjas o conductos de cables con grandes longitudes (en forma de tubo). En el marco de este uso del recipiente de apantallamiento es posible introducir líneas de alimentación eléctrica, preferentemente cables de media y de alta tensión.

Claims (14)

1. Recipiente para el apantallamiento de campos magnéticos de baja frecuencia, en particular de campos magnéticos generados por cables y conductores eléctricos, estando el recipiente construido de la siguiente manera

-

de por lo menos un recipiente interior de material aislante,

-

de un recipiente exterior de material aislante,

-

estando el espacio entre el por lo menos un recipiente interior y el recipiente exterior llenado con una capa de material ferromagnético de alta permeabilidad magnética,

caracterizado porque el recipiente exterior está apoyado respecto al por lo menos un recipiente interior mediante elementos distanciadores.

2. Recipiente de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque el recipiente está configurado de forma tubular, preferentemente cilíndrica.

3. Recipiente de acuerdo con la reivindicación 2 caracterizado porque existen tres recipientes interiores tubulares.

4. Recipiente de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque los elementos distanciadores están aplicados en la capa de material y tensados de manera no desplazable.

5. Recipiente de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque los elementos distanciadores están configurados como cintas que se pueden tensar en el o en los recipientes interiores.

6. Recipiente de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque los elementos distanciadores presentan respecto al recipiente exterior un bajo coeficiente de fricción o están provistos de medios para disminuir la fricción.

7. Recipiente de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el espacio entre el(los) recipiente(s) interior(es) y el recipiente exterior está llenado con una masa fluida que endurece.

8. Recipiente de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el espacio entre el(los) recipiente(s) interior(es) y el recipiente exterior está llenado con una masa con alta conductividad térmica.

9. Recipiente de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque la capa de material se compone de por lo menos una capa de cintas.

10. Recipiente de acuerdo con la reivindicación anterior caracterizado porque las cintas presentan una orientación de los granos.

11. Recipiente de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque la capa de material es un material magnético suave.

12. Recipiente de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque la capa de material presenta una permeabilidad relativa de más de 1.000, en particular por lo menos de 10.000 y preferentemente de 20.000.

13. Recipiente de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el recipiente exterior está configurado como tubo ondulado.

14. Uso de un recipiente de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque se introducen líneas de alimentación eléctrica, preferentemente cables de media y de alta tensión.