ES2581802T3 - Cable eléctrico de corrosión limitada y con resistencia al fuego mejorada - Google Patents
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Abstract
Cable eléctrico (1) que comprende un elemento alargado (4) rodeado por una primera capa (2) que comprende un conjunto de al menos dos filamentos (2a) metálicos de aluminio o de aleación de aluminio, caracterizado por que todo el contorno de los indicados al menos dos filamentos metálicos comprende una capa de alúmina (9) hidratada.
Description
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DESCRIPCION
Cable electrico de corrosion limitada y con resistencia al fuego mejorada
La presente invencion se refiere al ambito de los cables electricos. La invencion se aplica tipicamente, pero no exclusivamente, a los cables de transmision electrica de alta tension o cables aereos de transporte de ene^a, bien conocidos bajo el anglicismo “OverHead Lines” (OHL).
Los cables OHL estan tradicionalmente constituidos por elementos electricamente conductores desnudos, tendidos en un conjunto apropiado de columnas. Estas lmeas estan clasicamente destinadas para el transporte de la energfa electrica bajo una alta tension alterna (225 a 800 kV).
La presente invencion se refiere a un cable electrico que presenta una resistencia a la corrosion elevada, con el fin de resistir a las condiciones atmosfericas duras como la atmosfera salada cerca de las costas o la atmosfera azufrada de los medios urbanos industrializados.
Los cables OHL generalmente son fabricados a base de aluminio. Este material presenta en efecto un peso bastante bajo con relacion a otros materiales conductores. Sin embargo este ultimo presenta una resistencia a la corrosion bastante baja. En efecto, se ha podido observar, que al cabo de 2-3 anos en una atmosfera muy corrosiva (atmosfera salina o azufrada), un conductor de aluminio o de aleacion de aluminio presentaba fisuras que pueden producir a la larga, la cafda de la lmea aerea (rotura de los filamentos que forman el cable).
Es por lo que, es conocido proteger los cables de aluminio o de aleacion de aluminio aplicandoles una capa de grasa sobre su superficie exterior. Sin embargo, esta solucion no es satisfactoria dado que la capa de grasa tiene una accion limitada en el tiempo. Ademas, la capa de grasa produce un efecto corona que provoca por sf misma una perturbacion sonora que es desagradable para la poblacion instalada en la proximidad de la lmea.
La patente FR 676.889 describe un cable electrico de alta tension que comprende un elemento conductor central formado por hilos metalicos redondos de aluminio y recubierto con una capa externa formada por hilos metalicos en forma de Z igualmente de aluminio. Sin embargo, dicho tipo de cable electrico no permite resistir lo suficientemente en el tiempo a atmosferas cargadas de sal o de azufre.
La presente invencion se refiere igualmente a un cable electrico apto para resistir el calor, generado por ejemplo por un incendio.
Los cables de aluminio o de aleacion de aluminio, debido a su baja resistencia al calor (el punto de fusion del aluminio es en efecto de 658oC), no son utilizados en aplicaciones electricas donde la temperatura puede ser elevada, por ejemplo donde se requiere una resistencia al fuego (por ejemplo: lampara de salida de auxilio).
Cuando se requiere dicha exigencia, es conocido utilizar en la tecnica anterior cables electricos a base de cobre. El punto de fusion del cobre es en efecto mas elevado que el del aluminio y es del orden de los 1083oC.
La presente invencion tiene por objeto proponer un nuevo cable electrico que evite la totalidad o parte de los inconvenientes anteriormente citados. En particular, el cable electrico segun la invencion tiene por objeto resistir condiciones atmosfericas severas y evitar asf la corrosion de las lmeas aereas. Tiene igualmente por objeto resistir las altas temperaturas, tales como temperaturas de incendio que pueden ser del orden de los 600 a 1200oC, permitiendo una continuidad de la senal electrica.
A este respecto, la invencion tiene por objeto un cable electrico que comprende un elemento alargado, rodeado por una primera capa que comprende un ensamblado de al menos dos filamentos metalicos de aluminio o aleacion de aluminio (o hilos metalicos de aluminio o aleacion de aluminio), caracterizado por que al menos una parte del contorno de los indicados al menos dos filamentos metalicos, y de preferencia todo el contorno de los indicados al menos dos filamentos metalicos comprende una capa de aluminio hidratada. En otras palabras, los indicados al menos dos filamentos metalicos estan cada uno rodeados al menos en parte, incluso totalmente, por una capa de alumina hidratada.
La Firma solicitante ha descubierto de forma sorprendente que la primera capa de la invencion, formada con filamentos metalicos cuyo borde o periferia de los indicados filamentos metalicos esta hecha de alumina hidratada, presenta una resistencia a la corrosion extremadamente elevada.
Ademas, la indicada primera capa de la invencion presenta una resistencia a la temperatura mejorada, permitiendo una continuidad de la senal electrica. El cable electrico de la invencion es asf capaz de resistir incendios, y esto principalmente no obstante el bajo punto de fusion del aluminio o de las aleaciones de aluminio susceptibles de formar el cable. En efecto, considerando que los filamentos metalicos constitutivos de la primera capa son de aluminio o de aleacion de aluminio, la capa de alumina hidratada permite revestir el aluminio o la aleacion de aluminio, incluso cuando este se encuentra en fusion. Ademas, la capa de alumina hidratada seguira directamente la
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dilatacion del aluminio o de la aleacion de aluminio en fusion aumentando as^ la maleabilidad y la deformabilidad de los filamentos que forman el cable en golpes termicos. Es por lo que, debido a esta dilatacion, la continuidad de la senal electrica tiene siempre lugar (los filamentos metalicos que constituyen el cable no se rompen bajo el efecto del calor).
En un modo de realizacion particular, cada uno de los filamentos metalicos constitutivos del conjunto de la primera capa comprende una capa de alumina por todo su contorno.
Por este motivo, el conjunto de la superficie exterior de la primera capa se recubre con una capa de alumina. En otras palabras, la superficie exterior de la primera capa comprende la mencionada capa de alumina, extendiendose esta capa particularmente a lo largo del eje longitudinal del cable electrico.
Se entiende por «superficie exterior» la superficie que esta mas alejada del elemento alargado.
De preferencia, los filamentos metalicos constitutivos de la primera capa son aptos para conferir a la indicada primera capa una superficie sustancialmente regular, pudiendo cada uno de los filamentos constitutivos de la primera capa particularmente presentar una seccion transversal de forma complementaria al (a los) filamento(s) que le es/son adyacente(s).
Segun la invencion, por «filamentos metalicos aptos para conferir a la indicada primera capa una superficie sustancialmente regular, cada uno de los filamentos constitutivos de la primera capa que pueden particularmente presentar una seccion transversal de forma complementaria al (a los) filamento(s) que le es/son adyacente(s)», se entiende que: la yuxtaposicion o el encajamiento del conjunto de los filamentos constitutivos de la primera capa, forma una cubierta continua (sin irregularidades), por ejemplo de seccion circular u oval o tambien cuadrada.
Asf, los filamentos de seccion transversal en forma de Z o en forma de trapecio son adecuados para la presente invencion, mientras que los filamentos de seccion circular (cuyo ensamblado no permite obtener una cubierta regular),no entran en la definicion indicada mas arriba. En particular, filamentos de seccion transversal en forma de Z son preferidos.
De forma aun mas preferida, la primera capa presenta una seccion transversal en forma de anillo.
Segun una primera variante de realizacion, la primera capa es una capa externa. Segun la invencion, se entiende por «capa externa» del cable electrico, la ultima capa del cable electrico (es decir la capa mas exterior del cable electrico), en particular, la que esta destinada para estar en contacto con el medio exterior al cable, es decir generalmente con la atmosfera. Por este motivo, el cable electrico de la invencion no comprende otras capas que rodeen la primera capa. Asf, cuando todos los filamentos metalicos constitutivos de la primera capa estan rodeados por la indicada capa de alumina y cuando la primera capa es la capa externa, la superficie exterior del cable electrico de la invencion comprende la indicada capa de alumina a lo largo de su eje longitudinal.
Segun una segunda variante de realizacion, la primera capa esta recubierta con una capa electricamente aislante o por una envoltura aislante.
En la invencion, la capa de alumina hidratada es una capa de hidroxido de oxido de aluminio o en otras palabras una capa de hidroxido de alumina.
Segun una primera variante, la capa de alumina hidratada es una capa monohidratada.
A tftulo de ejemplo, se puede citar, como alumina monohidratada, la boehmita, que es el polimorfo gamma de AIO(OH) o Al2O3.H2O; o la diaspora, que es el polimorfo alfa de AIO(Oh) o A^O3.H2O.
Segun una segunda variante, la capa de alumina hidratada es una capa polihidratada, y de preferencia una capa trihidratada.
A tftulo de ejemplo, se puede citar, como alumina trihidratada, la gibbsita o hidrargilita que es el polimorfo gamma de Al(OH)3; la bayerita que es el polimorfo alfa de Al(OH)3; o la nordstrandita, que es el polimorfo beta de Al(OH)3.
La capa de alumina de la invencion (es decir capa de alumina hidratada) es una capa cuyo espesor esta controlado. En otras palabras, se obtiene por un procedimiento de fabricacion que permite obtener un espesor sustancialmente constante y homogeneo por todo el contorno del o de los filamento(s) metalico(s). A tftulo de ejemplo, se puede obtener esta capa de alumina hidratada por anodizacion (vease oxidacion controlada).
En una primera variante de realizacion, la indicada capa de alumina hidratada no se encuentra presente en una o varias porciones del cable electrico destinada(s) para la conexion electrica y esto, para facilitar su instalacion.
En una segunda variante de realizacion, la capa de alumina hidratada es apta para romperse a nivel de una zona de
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conexion (por ejemplo, union electrica o anclaje electrico), con el fin de evitar, en configuracion operacional del cable, cualquier sobrecalentamiento de este a nivel de dicha conexion.
Clasicamente, las conexiones a nivel de una union electrica (conexion cable con cable) o a nivel de un anclaje electrico (poste-cable) se realizan por mediacion de un manguito de material conductor, tal como en acero o en aluminio. Por ejemplo, a nivel de una union, el extremo de dos cables (con una longitud de aproximadamente 80 cm), se introduce en el interior del manguito que seguidamente se comprime por un medio de apriete. En la zona de conexion, los extremos del cable quedan asf protegidos de la corrosion por el manguito.
Los cables electricos de la tecnica anterior no comprenden capa de alumina hidratada en su superficie externa, la corriente que circula por el cable es evacuada del material de la capa externa hacia el material conductor del manguito.
En el cable electrico segun la invencion, la capa de alumina hidratada, que recubre de forma preferida el contorno exterior de la primera capa del cable electrico, es un aislante electrico (1 pm de alumina permite aislar electricamente una tension de 40V). Se podfa por consigOuiente pensar que la misma produce un sobrecalentamiento a nivel de la primera capa al no permitir la evacuacion de la corriente que circula por el cable electrico hacia el manguito. Esto sena tanto mas perjudicial ya que la norma CEI 61284 especifica a este respecto que la temperatura de un conductor no debe sobrepasar los 105oC bajo el riesgo de producir una fluencia del conductor (mas alla de esta temperatura se observa en efecto un tratamiento de revenido que modifica las caractensticas mecanicas del cable, particularmente cuando este esta constituido a base de aleacion de aluminio) y provoca el flexionado de las lmeas aereas que podnan entonces ponerse en contacto con tejados de viviendas o en contacto con los arboles.
Sin embargo, la Firma solicitante ha descubierto que la presencia de la capa de alumina hidratada, particularmente a nivel de la indicada zona de conexion, no era contrariante y no produce sobrecalentamiento dado que esta se rompe en la instalacion del cable electrico. En efecto, la compresion ejercida (segun las normas en vigor) sobre el manguito por mediacion del medio de apriete es suficiente para romper la capa de alumina y asf hacer pasar la corriente electrica entre la primera capa y el manguito, particularmente cuando la primera capa es una capa externa.
De preferencia, el espesor de esta capa de alumina (veanse filamentos de la primera capa) es como maximo de 20 pm, y de preferencia de al menos 5 pm. De forma particularmente preferida, el espesor de la capa de alumina puede oscilar entre 6 y 15 pm, y de forma aun mas preferida, entre 8 y 12 pm (bornes inclusive).
El elemento alargado del cable electrico de la invencion puede ser de preferencia posicionado en el centro del cable (es decir posicion central). Puede ser un elemento electricamente conductor, y/o un elemento de refuerzo mecanico.
Segun una caractenstica de la invencion, entre el elemento alargado y la capa externa se dispone una segunda capa. Se puede hablar mas particularmente de una segunda capa llamada capa interna.
Segun una primera variante de realizacion, la capa interna comprende un conjunto de filamentos metalicos, presentando cada uno de los filamentos constitutivos de la capa interna una seccion transversal de forma complementaria al (a los) filamento(s) que le es/son adyacente(s). De forma preferida, los filamentos de la capa interna, una vez ensamblados forman asf una envuelta externa que presenta una seccion regular, por ejemplo circular, oval o cuadrada. De forma aun mas preferida, los filamentos de la capa interna, una vez ensamblados presentan una seccion transversal en forma de anillo. A tttulo de ejemplo, los filamentos de la capa interna pueden presentar una seccion transversal en forma de Z o de trapecio, siendo la forma de Z preferida.
En una variante de realizacion, los filamentos de la capa interna pueden presentar una seccion transversal de forma redonda.
Segun un modo de realizacion, al menos una parte del contorno de los filamentos metalicos, y de preferencia todo el contorno de los filamentos metalicos de la capa interna esta formado igualmente por una capa de alumina, y de preferencia por una capa de alumina monohidratada.
El espesor de esta capa de alumina (vease filamentos de la segunda capa) vana igualmente de 5 a 20 pm, de forma preferida de 6 a 15 pm, y de forma aun mas preferida de 8 a 12 pm (bornes incluidos).
En particular, el elemento alargado, la primera capa (o mas particularmente los filamentos metalicos constitutivos de la primera capa) y/o la segunda capa (o mas particularmente los filamentos metalicos constitutivos de la segunda capa) son de preferencia de aluminio o de aleacion de aluminio.
Por «aleacion de aluminio», se entienden las aleaciones de aluminio definidas en la Directive Aluminium Association de Washington DC 2086 o las aleaciones que responden a la norma europea EN573. Estas normas definen varias clases de aleacion de aluminio que presentan las referencias que van de 1000 a 8000.
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De preferencia, el cable electrico de la invencion es un cable de transmision electrica de alta tension (OHL).
Otro objeto de la invencion se refiere a un cable electrico que comprende al menos un filamento metalico (o hilo metalico), particularmente de aluminio o de aleacion de aluminio, caracterizado por que el indicado filamento metalico comprende en toda su periferia una capa de alumina hidratada, siendo el indicado filamento metalico y la capa de alumina hidratada tales como se han definido en la presente descripcion. Este filamento metalico rodeado por su capa de alumina hidratada puede ser particularmente obtenido por la etapa a del procedimiento de fabricacion descrito a continuacion, y mas particularmente por oxidacion controlada.
Asf, el o los filamentos metalicos cuyo borde o periferia esta rodeada totalmente de alumina hidratada, presenta por una parte una resistencia a la corrosion extremadamente elevada, y por otra parte una resistencia a la temperatura mejorada, permitiendo una continuidad de la senal electrica.
Este filamento metalico puede estar clasicamente rodeado por una capa electricamente aislante o una envoltura aislante.
En la presente invencion, sea cual fuere el objeto de la invencion tomado en consideracion, el o los filamentos metalicos no comprenden de preferencia capa de alumina ceramica, y mas generalmente no comprenden capa de ceramica, rodeando la capa de alumina hidratada. Asf, la resistencia al fuego puede ser optimizada por la no presencia de una capa de alumina ceramica, o la no presencia de una capa de ceramica, alrededor de la capa de alumina hidratada.
En efecto, en un incendio, una capa de alumina ceramica que rodea la capa de alumina hidratada podna danar de forma significativa el filamento metalico. La capa de alumina de ceramica limitana asf, en un incendio, la continuidad de la senal electrica del cable electrico en cuestion, es decir cuando el o los filamentos metalicos se encuentran en fusion.
El cable electrico asf definido en este otro objeto de la invencion puede ser utilizado particularmente en el ambito de la aeronautica, en el ambito ferroviario o en el de las construcciones, por ejemplo para alimentar una lampara de un panel de salida de auxilio.
La presente invencion tiene igualmente por objeto un procedimiento de fabricacion de un cable electrico tal como se ha descrito anteriormente, caracterizado por que comprende las etapas siguientes:
a) realizar una oxidacion controlada sobre la superficie de al menos un filamento metalico de aluminio o de aleacion de aluminio,
con el fin de formar una capa de alumina hidratada sobre al menos una parte del contorno de dicho filamento metalico, y de preferencia por todo el contorno de dicho filamento metalico, y
b) ensamblar varios filamentos obtenidos segun la etapa a) con el fin de formar la primera capa, y opcionalmente la segunda capa, alrededor del elemento alargado.
La oxidacion controlada permite obtener una capa de alumina hidratada cuyo espesor es sustancialmente constante y homogeneo sobre el contorno del filamento metalico, contrariamente a lo que se podna obtener con una oxidacion llamada «al aire libre».
A tftulo de ejemplo, la oxidacion controlada puede ser realizada por anodizacion. La anodizacion es mas particularmente una oxidacion controlada y electroqmmica de la superficie de un material, tal como un material de aluminio o de aleacion de aluminio.
De preferencia, el filamento metalico obtenido en la etapa a) puede experimentar un cubrimiento de la capa de alumina hidratada, con el fin de mejorar su compacidad.
Este cubrimiento puede por ejemplo ser efectuado realizando una hidratacion en caliente del filamento metalico obtenido en la etapa a), sumergiendo el indicado filamento en el agua hirviendo. Esta etapa de cubrimiento se realiza previamente a la etapa b).
Ventajosamente, el filamento obtenido en la etapa a) o el filamento obtenido despues del cubrimiento, se aclara con agua de osmosis.
En un modo de realizacion preferido, en la primera capa, y opcionalmente en la segunda capa, cada filamento presenta una seccion transversal de forma complementaria al(a los) filamento(s) que le es/son adyacente(s), y siendo apto para conferir a la capa en cuestion una superficie sustancialmente regular.
La invencion se comprendera mejor, y otros fines, detalles, caractensticas y ventajas de esta apareceran mas
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claramente en el transcurso de la descripcion siguiente de modos de realizacion particulares de la invencion, dados unicamente a fftulo ilustrativo y no limitativo, haciendo referencia a los dibujos adjuntos.
En estos dibujos:
- La figura 1 es una vista esquematica de seccion de un cable electrico segun un modo de realizacion de la presente invencion;
- La figura 2 es una vista ampliada de la capa externa del cable electrico segun la figura 1;
- La figura 3 es una vista esquematica de seccion de un cable electrico segun otro modo de realizacion de la
presente invencion;
- La figura 4 es una vista ampliada de la capa externa del cable electrico segun la figura 3;
- La figura 5 es una fotograffa que muestra la capa de alumina hidratada, formada segun el procedimiento de
la invencion;
- La figura 6 es un esquema de principio de un ensayo de corrosion acelerado realizado por el presente solicitante;
- La figura 7 es una fotograffa que muestra la superficie de un cable electrico segun la tecnica anterior («OHL convencional con grasa interior») despues de que este haya experimentado el ensayo de corrosion de la figura 6;
- La figura 8 es una fotograffa que muestra la superficie de un cable electrico segun la invencion una vez que el indicado cable electrico haya experimentado el ensayo de corrosion de la figura 6;
- La figura 9 es un grafico que muestra la evolucion de la corrosion (profundidad media de brechas formadas por la corrosion en funcion del tiempo) para tres cables electricos: un primer cable electrico segun la tecnica anterior que comprende una capa externa que incluye filamentos de seccion transversal en Z («OHL convencional sin grasa interior»), un segundo cable electrico segun la tecnica anterior que comprende una capa externa que incluye filamentos de seccion transversal en Z con un relleno interior de grasa («OHL convencional»), y otro cable electrico segun la invencion («OHL Solucion»);
- La figura 10 es una foto macroscopica de un hilo de aleacion de aluminio bruto que ha experimentado un ensayo termico (potencia termica de 440 vatios); y
- La figura 11 es una foto macroscopica de un hilo de aleacion de aluminio anodizado segun la invencion que ha experimentado el mismo ensayo termico que el hilo de la figura 10 (potencia termica de 440 vatios).
Por motivos de claridad, solo los elementos esenciales para la comprension de la invencion han sido representados de forma esquematica en estas figuras, y esto sin respetar la escala.
El cable electrico 1, ilustrado en las figuras 1 y 2, corresponde a un cable electrico de transmision electrica de alta tension del tipo OHL.
Este cable electrico 1 comprende: un elemento electricamente conductor central 4 alargado y, sucesiva y coaxialmente alrededor de este elemento conductor central 4, una capa interna 3, y una capa externa 2. Las capas interna 3 y externa 2 son igualmente electricamente conductoras. En particular, el elemento central 4 se encuentra en contacto con la capa interna 3, que esta asf mismo en contacto con la capa externa 2.
El elemento conducto 4 esta formado por filamentos cilmdricos redondos 4a de aluminio o aleacion de aluminio en numero de siete, estando cada filamento 4a recubierto de grasas 5. Esta grasa 5 llena asf a la vez los intersticios presentes entre los filamentos cilmdricos 4a y entre los filamentos 4a y la capa interna 3.
La capa interna 3 y la capa externa 2 estan constituidas por un conjunto de filamentos (3a y 2a) igualmente de aluminio o de aleacion de aluminio cuya seccion transversal se encuentra en forma de Z (o en forma de «S» segun la orientacion de la Z). La geometna de los filamentos en forma de «Z» permite asf obtener una superficie casi provista de algunos intersticios que pueden generar acumulaciones de humedad y por consiguiente polos de corrosion. Tal como se ha representado en la figura 1, la capa interna 3 comprende 13 filamentos 3a y la capa externa 18 filamentos 2a. La capa interna 3 difiere de la capa externa 2 en que la capa externa esta compuesta por filamentos 2a cuyo contorno (de cada filamento) esta formado por una capa de alumina 9, de preferencia monohidratada. Esta capa de alumina 9 esta generalmente formada por anodizacion. La geometna particular de los filamentos 2a (seccion transversal en Z) y su proteccion por la capa de alumina 9 forman asf una barrera contra la corrosion y esto, incluso si el conductor electrico 1 se encuentra en condiciones severas de exposicion marina e industrial (presencia en el aire de elementos: sodio, cloruro, azufre...). Eso sera por otro lado demostrado en el ensayo 1 dado a continuacion.
El cable electrico 1, ilustrado en las figuras 3 y 4, corresponde a un cable electrico de transmision electrica de alta tension del tipo OHL, pero de estructura ligeramente diferente a la del cable electrico descrito en las figuras 1 y 2.
Este cable electrico 1 comprende: un elemento electricamente conductor central 4 alargado y, sucesiva y coaxialmente alrededor de este elemento conductor central 4, una capa interna 3, y una capa externa 2. Las capas interna 3 y externa 2 son igualmente electricamente conductoras. En particular, el elemento central 4 esta en contacto con la capa interna 3, que esta asf mismo en contacto con la capa externa 2.
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El elemento alargado 4 esta formado por filamentos cilmdricos redondos 4a de aluminio o de aleacion de aluminio en numero de 19, pudiendo cada filamento 4a estar recubierto por grasas.
La capa interna 3 y la capa externa 2 estan constituidas por un conjunto de filamentos (3a y 2a) igualmente de aluminio o de aleacion de aluminio cuya seccion transversal es trapezoidal. La geometna de los filamentos en forma de trapecio permite presentar la aventaja de obtener una superficie casi desprovista de intersticio alguno que puedan generar acumulaciones de humedad y por consiguiente polos de corrosion. Tal como se ha representado en la figura 3, la capa interna 3 comprende 18 filamentos 3a y la capa externa 24 filamentos 2a. La capa interna 3 esta compuesta por filamentos 2a cuyo contorno (de cada filamento) esta formado por una capa de alumina hidratada 9, de preferencia una boehmita (ver figuras 4 o 5). Esta capa de alumina 9 esta generalmente formada por anodizacion. La capa de alumina 9 forma asf una cubierta apta para contener el aluminio o la aleacion de aluminio cuando este se encuentra en fusion a causa de altas temperaturas. Este efecto, se demostrara por otro lado en el ensayo 3 dado a continuacion.
En las variantes de modos de realizacion representados en las figuras 1 a 4, es posible modificar el numero de filamentos 3a, 2a de la capa interna y externa, su forma, el numero de capas internas o tambien el numero de hilos redondos, asf como la naturaleza del aluminio.
Un procedimiento de fabricacion del cable electrico segun la invencion se describira a continuacion.
Este procedimiento comprende varias etapas: una etapa de desengrasado-decapado de filamentos, una primera etapa de aclarado, una etapa de neutralizacion, una segunda etapa de aclarado, una etapa de anodizacion bajo corriente en un electrolito a base de acido sulfurico, una tercera etapa de aclarado, una etapa de cubrimiento de los poros mediante agua caliente y una cuarta etapa de aclarado.
El material de partida es por ejemplo un filamento o hilo de seccion transversal en Z en aleacion de aluminio tipo AGS (aluminio, magnesio, sflice, que lleva la referencia 6201 de la norma europea EN573), la altura de la Z es de 2,9 mm o sea un diametro equivalente de 3,2 mm. El hilo esta acondicionado en bobina. Estos hilos son comercializados con una pelfcula de grasa unida en el procedimiento de trefilado. Es por lo que, para el procedimiento de fabricacion, generalmente es necesario proceder a una etapa de desengrasado.
El desengrasado y el decapado de los hilos son realizados la mayona de las veces por via qmmica o ayudados por via electrolftica. Las operaciones de desengrasado tienen por objeto eliminar los diferentes cuerpos y partfculas contenidas en las grasas mientras que la operacion de decapado sirve para eliminar los oxidos presentes en el metal. Existen varios metodos de decapado: qrnmico, electrolftico o mecanico. Estos metodos son conocidos por el experto en la materia. El decapado qrnmico consiste en eliminar los oxidos por disolucion, incluso por estallido de la capa, sin atacar el metal subyacente. Para el desengrasado/decapado, es posible por ejemplo utilizar una solucion industrial a 45ml/L de GARDOCLEAN® (Sociedad CHEMETALL). La solucion esta esencialmente compuesta por sosa (aproximadamente 30 g/L a 45 ml/L) y agentes tensioactivos.
La etapa de neutralizacion de los hilos permite no contaminar el bano que permite la anodizacion. Ademas, esta etapa permite eliminar algunas trazas de oxidos que pueden perjudicar la anodizacion. Esta etapa sea realiza en un bano identico al bano de anodizacion. Una solucion de acido sulfurico H2SO4 a 200g/L a temperatura ambiente permitira eliminar los eventuales residuos de sosa relacionados con el desengrasado. La neutralizacion permite poner la superficie del aluminio al mismo pH que el bano anodico.
Seguidamente, los filamentos se anodizan. La anodizacion esta basada en el principio de la electrolisis del agua. En una cuba llena de tratamiento que permite el proceso, es decir en un medio acido tal como el acido sulfurico, la pieza se coloca en el anodo de un generador de corriente continua. El catodo de sistema es generalmente de plomo (inerte al medio). Puede igualmente ser de aluminio o acero inoxidable, en algunas instalaciones. En la electrolisis la capa de oxido se elabora a partir de la superficie hacia el nucleo del metal, contrariamente a un deposito electrolftico. Para el aluminio, se forma una capa de alumina que tiene un poder de aislante electrico. Asf la corriente solo llega hasta el substrato, y esta entonces protegido.
Las reacciones son las siguientes:
• en el catodo: 2H+ + 2e" ^ H2
• en el anodo: Al ^ 3e + Al3+, luego: 2 Al3+ + 3 H2O ^ AhOa + 6 H+
• Ecuacion balance: 2 Al + 3 H2O ^ AhO3 + 3 H2
Estas reacciones provocan por consiguiente una formacion de una capa de oxido de aluminio 9, la alumina que es un aislante. La corriente no llega por consiguiente ya a la capa. Es por este motivo que es preciso utilizar un electrolito que disuelva la capa tal como el acido sulfurico, el acido fosforico, el acido cromico o tambien el acido oxalico. Se obtienen entonces esferas equipotenciales que progresan produciendo estructuras hexagonales porosas.
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El proceso de anodizacion depende de la velocidad de disolucion. En efecto:
• si Vdisolucion > Voxidacion, se obtiene un decapado
• si Vdisolucion = Voxidacion, se obtiene un pulido electrolttico
• si Vdisolucion < Voxidacion, se obtiene una anodizacion.
La capa de alumina hidratada 9 en anodizacion sulfurica se forma desde el exterior hacia el interior. La coloracion se realiza por impregnacion del colorante por absorcion en los poros.
Los parametros electrolfticos son impuestos por una densidad de corriente y una conductividad del bano. Para el espesor deseado sobre el hilo prototipo es de 8-10 pm, la densidad de la corriente se fijara en 55-65A/dm2 y la tension se fijara en 20-21 V y una intensidad de 280-350A. Se obtiene asf el filamento o hilos 2a.
El cubrimiento es la tecnica que permite la obturacion o el cierre, de las porosidades existentes en cada celula de la capa de oxido. Esta obturacion se obtiene por transformacion de la alumina hidratada que constituye la capa anodica, que produce una dilatacion y por consiguiente un cierre progresivo de los poros. Esta operacion se realiza sumergiendo las piezas anodizadas en agua en ebullicion (agua osmoseada que presenta una temperatura superior a los 80oC) para favorecer la cinetica de reaccion. El cubrimiento favorece asf un buen comportamiento a la corrosion.
Los diferentes aclarados estan definidos por 3 etapas: aclarado basto, aclarado limpio, secado con aire comprimido. El aclarado se realiza mediante agua osmoseada.
Por ultimo, los filamentos 2a de seccion transversal en Z son ensamblados de forma convencional con el fin de obtener un cable electrico con una seccion de 455 mm2. Este ultimo se compone de un elemento conductor central formado por 19 hilos redondos tipo AGS 6201, sobre el cual se dispone una capa interna compuesta por 18 filamentos/hilos de seccion transversal en Z de aleacion de aluminio AGS 6201 y sobre la cual se dispone una capa externa que comprende 24 hilos igualmente de seccion en Z obtenidos segun el procedimiento descrito anteriormente.
El cable electrico segun la invencion permite obtener caractensticas anticorrosion superiores al conductor convencional como se demostrara a continuacion.
Ensayo 1: Ensayo anticorrosion
Un ensayo anticorrosion se realizo con el fin de comparar la resistencia mecanica del cable electrico segun la invencion con los cables convencionales de la tecnica anterior.
Para ello, el cable electrico segun la invencion «OHL solucion» sometido a ensayo es el cable electrico obtenido segun el procedimiento indicado anteriormente y que presenta como recordatorio las caractensticas dadas a continuacion: un elemento electricamente conductor central tipo AGS 6201 compuesto por 19 hilos redondos, sobre el cual se dispone una capa interna formada por 18 filamentos de seccion en Z de AGS 6201 y sobre la cual se dispone una capa externa que comprende 24 filamentos de seccion en Z de AGS 6201 del cual su borde esta formado por una capa de alumina monohidratada de 8 a 10 pm de espesor (indicado a continuacion conductor AEROZ 1).
El cable electrico « OHL convencional sin grasa interior» es un cable electrico que comprende un elemento electricamente conductor central formado por 19 hilos redondos tipo AGS 6201, rodeado por una primera capa formada por 18 filamentos de seccion en Z de AGS 6201 sobre la cual se dispone una segunda capa de 24 filamentos de seccion en Z tipo AGS 6201. El conductor presenta una seccion de 455 mm2. Para este cable, la grasa ha sido suprimida.
El cable electrico «OHL convencional» es el mismo cable electrico que el anteriormente descrito salvo que la grasa interior ha sido dejada.
El ensayo de corrosion acelerado combina dos ensayos normalizados: el ensayo de neblina salina y el ensayo de Kersternich. La neblina salina evidencia una corrosion humeda con la presencia de cloruro de sodio (NaCl) permitiendo un aumento de la conductividad de la humedad como consecuencia de un intercambio de iones mas importante que acelera el fenomeno de corrosion. En ensayo de Kersternich permite evidenciar una corrosion observable en medio industrial o urbano mediante la inyeccion de productos azufrados en una atmosfera humeda.
Terminados los ensayos se juntaron los dos ensayos como se ha ilustrado en la figura 6. Una solucion de NaCl al 5% se dispuso en el fondo de un recinto cerrado y se calento a 50-60oC con el fin de reproducir la neblina salina mientras que el aporte de productos azufrados en forma gaseosa se creo a partir de una disolucion de cobre en
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acido sulfurico y se pulverizo en el recinto. Las muestras 6 se colocaron en el recinto de forma ordenada, permitiendo una circulacion homogenea del medio ambiente contaminado.
Los parametros de seguimiento que permiten obtener un ensayo reproductible son: la temperatura de la solucion de NaCl, la concentracion de la solucion en NaCl, el caudal de aire inyectado en el acido sulfurico para un reenvfo al recinto, la cantidad de cobre disuelta y la concentracion del acido sulfurico que permite la disolucion del cobre.
Se obtuvieron los resultados que figuran en las figuras 7 a 9.
Como lo muestra el grafico de la figura 9, el cable electrico segun la invencion no presenta ninguna marca/brecha de corrosion lo cual no es el caso de los cables electricos segun la tecnica anterior. Al cabo de 120 dfas en una atmosfera salina y azufrada, el cable electrico de la tecnica anterior sin grasa presenta mas de 350 micrones de profundidades de picados de corrosion observados, mas de 150 para el cable electrico con grasa y ninguna o casi ninguna para el cable electrico segun la invencion. Este grafico muestra igualmente el papel importante de la grasa que por su punto de goteo fluira hacia el exterior del cable electrico con el fin de protegerlo de la corrosion.
Las fotograffas de las figuras 7 y 8 muestran las superficies exteriores del cable electrico segun la invencion (figura 8) y del cable electrico segun la tecnica anterior con grasa (figura 7) despues de que estos hayan sido expuestos mas de 200 dfas a la atmosfera hostil del recinto de experimentacion. Se observa que la superficie del cable electrico segun la invencion no esta estropeada contrariamente a la del cable electrico segun la tecnica anterior. Numerosas erosiones, brechas son en efecto visibles en la figura 7. Por consiguiente, el cable electrico segun la invencion resiste de forma eficaz a una atmosfera muy corrosiva.
Ensayo 2: Ensayo de validez segun la norma CEI61284
Ensayos fueron realizados por un laboratorio independiente, Sociedad DERVAUX, con el fin de medir la temperatura del cable electrico segun la invencion.
Para estos ensayos, el conductor AEROZ 1 fue sometido a ensayo, asf como un conductor AEROZ 2 (conductor identico a AEROZ 1 salvo que los filamentos de seccion en Z de la capa interna presentan igualmente un espesor de alumina de 8 a 10 pm).
Con el fin de medir la temperatura, la Sociedad DERVAUX ha seguido el protocolo enunciado en la norma CEI61284.
Esta sociedad independiente ha encontrado que para los dos tipos de conductor segun la invencion, la temperatura no excedfa de los 105oC y eran por consiguiente conformes a la norma CEI61284.
Aunque la invencion haya sido descrita en relacion con un modo de realizacion particular, es evidente que la misma no esta en modo alguno limitada y que comprende todos los equivalentes tecnicos de los medios descritos asf como sus combinaciones si estas entran en el marco de la invencion.
El cable electrico segun la invencion permite igualmente obtener caractensticas anti-incendio superiores al conductor convencional.
Ensayo 3: Ensayo de comportamiento al calor
Para realizar el ensayo de comportamiento al calor, hilos de aluminio bruto fueron comparados con los hilos segun la invencion, en particular hilos de aleacion de aluminio tipo AGS 6201 recubiertos con una capa de boehmita. El espesor de la capa de alumina hidratada variaba de 7 a 10 pm a lo largo del hilo. Los hilos sometidos a ensayo presentan todos un diametro de 8 mm.
El principio del ensayo que ha sido realizado sobre los hilos (muestras) se basa en la induccion. Por medio de una bobina, se creo una campo magnetico alrededor de las muestras. Por un principio ffsico, los electrones de la materia (el aluminio) seran excitados. Esta excitacion generara calor hasta obtener en un punto dado (en el medio de la bobina), la fusion del substrato. La temperatura de fusion del aluminio (658oC) es entonces alcanzada.
Los parametros de calentamiento de las muestras dependeran de la potencia emitida por el inductor.
Para este ensayo, se modifico esta potencia y se determino el tiempo que tardo la amuestra para alcanzar la fusion y eventualmente romperse.
Durante el ensayo, una camara permitio medir el tiempo exacto en que las muestras se rompieron eventualmente. Los diferentes resultados obtenidos son indicados en la tabla I dada a continuacion.
- Hilo de aluminio
- Hilo segun la invencion
- Potencia termica (vatios)
- Tiempo antes de la ruptura del hilo (min) Potencia termica Tiempo antes de la ruptura del hilo
- 467
- 1 min 26 seg 440 8 min 10 seg
- 436
- 1 min 55 seg 436 >10 min
- 440
- 1 min 23 seg 440 >15 min
- 440
- 1 min 32 seg 440 >15 min
- 720
- 30 seg 720 >2 min
- 720
- 35 seg 720 1 min 34 seg
- 720
- 36 seg 720 1 min 45 seg
- Tabla I: Resultados comparativos a identica potencia del comportamiento a la fusion entre un hilo de aleacion de aluminio y un hilo de aleacion de aluminio anodizado
Como lo muestra el ensayo indicado anteriormente, los filamentos segun la invencion resisten a altas temperatures (figura 11) y no se cortan, contrariamente a los filamentos de aluminio puro (figura 10).
Aunque la invencion haya sido descrita en relacion con modos de realizacion particulares, es bastante evidente que 5 la misma no esta en modo alguno limitada y que comprende todos los equivalentes tecnicos de los medios descritos asf como sus combinaciones si estas entran en el marco de la invencion.
Claims (19)
- 51015202530354045REIVINDICACIONES1. Cable electrico (1) que comprende un elemento alargado (4) rodeado por una primera capa (2) que comprende un conjunto de al menos dos filamentos (2a) metalicos de aluminio o de aleacion de aluminio, caracterizado por que todo el contorno de los indicados al menos dos filamentos metalicos comprende una capa de alumina (9) hidratada.
- 2. Cable electrico (1) segun la reivindicacion 1, caracterizado por que la superficie exterior de la primera capa comprende la mencionada capa de alumina (9).
- 3. Cable electrico (1) segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado por que el conjunto de filamentos metalicos es apto para conferir a la indicada primera capa una superficie sustancialmente regular,
- 4. Cable electrico (1) segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que cada uno de los filamentos (2a) metalicos constitutivos de la primera capa presenta una seccion transversal de forma complementaria a los filamento(s) que le es/son adyacente(s).
- 5. Cable electrico (1) segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la primera capa es una capa externa.
- 6. Cable electrico (1) segun una de las reivindicaciones anteriores, en el cual la capa de alumina (9) es una capa de alumina monohidratada.
- 7. Cable electrico (1) segun una de las reivindicaciones anteriores, en el cual la capa de alumina (9) es una capa de boehmita.
- 8. Cable electrico (1) segun una de las reivindicaciones 1 a 5, en el cual la capa de alumina (9) es una capa de alumina polihidratada.
- 9. Cable electrico (1) segun una de las reivindicaciones anteriores, en el cual la seccion transversal de los filamentos (2a) metalicos presenta una forma de Z o de trapecio.
- 10. Cable electrico (1) segun una de las reivindicaciones anteriores, en el cual la capa de alumina es apta para romperse a nivel de una zona de conexion.
- 11. Cable electrico (1) segun una de las reivindicaciones anteriores, en el cual la capa de alumina (9) presenta un espesor de como maximo 20 pm.
- 12. Cable electrico (1) segun una de las reivindicaciones anteriores, en el cual la capa de alumina (9) presenta un espesor de al menos 5 pm.
- 13. Cable electrico (1) segun una de las reivindicaciones anteriores, en el cual entre el elemento alargado (4) y la primera capa (2) esta dispuesta una segunda capa, llamada capa interna (3).
- 14. Cable electrico (1) segun la reivindicacion 13, en el cual la capa interna (3) comprende un conjunto de filamentos (3a) metalicos, presentando cada uno de los filamentos (3a) constitutivos de la capa interna una seccion transversal de forma complementaria al (a los filamento(s) que le es/son adyacente(s).
- 15. Cable electrico (1) segun la reivindicacion 14, en el cual al menos una parte del contorno de los filamentos (3a) metalicos, y de preferencia todo el contorno de los filamentos metalicos (3a) de la capa interna (3), esta formado por una capa de alumina hidratada.
- 16. Cable electrico (1) segun una de las reivindicaciones anteriores, en el cual el elemento alargado (4), la primera capa (2) y/o la segunda capa (3), son de aluminio o de aleacion de aluminio.
- 17. Cable electrico (1) segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que es un cable de transmision electrica de alta tension (OHL).
- 18. Procedimiento de fabricacion de una cable electrico (1) segun una de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizado por que comprende las etapas siguientes:a) realizar una oxidacion controlada sobre la superficie de al menos un filamento metalico (2a) de aluminio o de aleacion de aluminio, con el fin de formar una capa de alumina hidratada (9) por todo el contorno de dicho filamento metalico; yb) ensamblar varios filamentos (2a) obtenidos segun la etapa a) con el fin de formar la primera capa, y opcionalmente la segunda capa, alrededor del elemento alargado (4).
- 19. Procedimiento de fabricacion de un cable electrico (1) segun la reivindicacion 18, caracterizado por que la etapa de oxidacion controlada es una etapa de anodizacion.
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