ES2875321T3 - Cable eléctrico - Google Patents

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Abstract

Un hilo eléctrico (1, 1') comprendiendo un hilo de aluminio central (11, 11'), estando rodeado el hilo de aluminio central al menos por un cable de cobre (12, 12') y el hilo de aluminio (11, 11') y el hilo de cobre (12, 12') no están cubiertos para permitir que el hilo de cobre (12, 12') esté en contacto directo con el hilo de aluminio central, caracterizado por que el hilo central es un solo hilo sólido de aluminio, y en que el 3 - 23% en volumen del cable eléctrico (1, 1') es de aluminio y el resto es de cobre.

Description

DESCRIPCIÓN
Cable eléctrico
Campo técnico
La invención presente se refiere en general a un hilo eléctrico. La invención se refiere también a un cable eléctrico.
Antecedentes
Los hilos eléctricos se presentan en muchas formas diferentes. Por lo general, es el uso previsto del hilo lo que determina el diseño de un hilo eléctrico. Algunos hilos eléctricos están diseñados para la distribución de energía, otros están diseñados para la transmisión de señales de telecomunicaciones y otras señales o para otros fines.
Los hilos eléctricos se fabrican con distintos materiales, tales como cobre, aluminio, acero y níquel. Los hilos eléctricos suelen estar cubiertos con materiales aislantes, tales como plástico, polímeros similares al caucho o barniz. Otros hilos pueden formar cables. Normalmente, se pueden unir dos o más hilos para formar un cable. Además, dos o más hilos pueden ser enrollados concéntricamente, separados por aislamiento, para formar un cable coaxial.
Independientemente del tipo de hilo o de cable, normalmente se desea que el campo electromagnético generado por el hilo o el cable sea bajo cuando la corriente pasa por el hilo/cable. Con este propósito, el hilo o el cable puede estar protegido del entorno mediante una o muchas capas de componentes de blindaje electromagnético. Además, el cable puede estar cubierto, por ejemplo, en toda su longitud con una lámina o una malla de hilo. Todos los hilos que se extienden dentro de esta capa de blindaje están en gran medida desacoplados de los campos eléctricos exteriores, particularmente si el blindaje está conectado a un punto de voltaje constante, tal como la tierra.
Por ejemplo, el documento de patente US 3,683,103 describe un hilo eléctrico diseñado para que tenga un peso reducido. El hilo eléctrico comprende filamentos cubiertos de aluminio y cobre. La cubierta de las filamentos, que es idéntico para todas las filamentos, puede ser, por ejemplo, de plata o de níquel para evitar la corrosión.
Por ejemplo, el documento de patente CN 201408598 describe un cable de alimentación de cobre-aluminio, que comprende un conductor, una capa aislante y una capa de cubierta, en donde dicho conductor comprende un núcleo hecho de hilos de aluminio puro y una capa de recubrimiento hecha de hilos de cobre puro, en donde los hilos de aluminio puro comprenden al menos dos hilos de aluminio puro trenzados entre sí y los hilos de cobre puro comprenden al menos dos hilos de cobre puro trenzados entre sí.
Existe un deseo constante de mejorar el rendimiento de la transmisión de energía eléctrica y el de las señales eléctricas. En particular, se desea reducir el campo electromagnético de un hilo o de un cable. Por tanto, existe la necesidad de un hilo eléctrico y un cable eléctrico mejorados.
Compendio de la invención
Es un objetivo de la invención presente proporcionar un hilo eléctrico mejorado y un cable eléctrico mejorado que comprende dicho hilo eléctrico.
Este objetivo y/u otros son satisfechos por los dispositivos según se establece en las reivindicaciones adjuntas. Según ha descubierto el inventor, resulta conveniente que los hilos/cables emitan campos electromagnéticos reducidos. Esto hace que disminuya la necesidad de un blindaje electromagnético o elimina por completo la necesidad del blindaje y reduce además la interferencia electromagnética entre diferentes hilos/cables eléctricos. Existen además otros beneficios potenciales, tales como una resistencia menor.
Al combinar las propiedades físicas del cobre y las del aluminio, se puede proporcionar un hilo que genera un campo electromagnético significativamente reducido. Esto se obtiene rodeando un hilo de aluminio con un hilo o hilos de cobre en contacto directo con el hilo de aluminio.
Según una realización, se proporciona un hilo eléctrico. El hilo eléctrico está formado por un hilo central hecho de aluminio. El hilo central está rodeado al menos por un hilo de cobre en contacto directo con el hilo central.
Según la invención, el hilo central está hecho de un hilo macizo de aluminio.
Según algunas realizaciones, uno o más hilos de cobre están trenzados alrededor del hilo central. el hilo o hilos de cobre pueden estar trenzados en dos o más capas alrededor del cable central. El hilo de aluminio central y los hilos de cobre circundantes pueden, según una realización, formar un hilo de cobre trenzado con un hilo central de aluminio. La descripción se extiende también a un cable eléctrico que comprende uno o más de los hilos eléctricos descritos anteriormente. Se describe también un método para fabricar dicho hilo/cable.
El uso de hilos/cables según se describe en esta memoria proporciona hilos/cables eléctricos que emiten campos electromagnéticos significativamente más bajos que los hilos/cables que se usan convencionalmente en la actualidad.
Descripción breve de los dibujos
La invención se describe a continuación, con ejemplos no limitadores, y haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
La Figura 1 es una vista de un cable eléctrico según una primera realización.
La Figura 2 es una vista de un ejemplo de cable eléctrico que no forma parte de la invención.
La Figura 3 es una vista de un cable eléctrico, y
La Figura 4 es un diagrama de flujo que ilustra los pasos realizados al fabricar un hilo/cable eléctrico.
Descripción de realizaciones
A continuación, se ofrece una descripción detallada de la invención. En las Figuras de los dibujos, los mismos números de referencia designan elementos idénticos o correspondientes en las diversas Figuras. Resultará evidente que estas Figuras son solo para ilustración y no restringen de ninguna manera el alcance de la invención.
En la Figura 1 se muestra una vista en sección transversal de un hilo eléctrico 1 según una primera realización. El hilo eléctrico 1 está formado por un núcleo central de hilo de aluminio (Al) 11. Alrededor del núcleo de hilo central de aluminio hay dispuestos uno o más hilos de cobre (Cu) 12. Normalmente, el hilo o hilos de cobre pueden estar trenzados alrededor del hilo de aluminio central. El hilo de Al 11 y el hilo o hilos de Cu 12 están en contacto directo entre sí. El contacto directo entre el aluminio del hilo de aluminio y del cobre del hilo de cobre proporciona las propiedades deseadas según se describe con más detalle a continuación. Por tanto, el hilo de Al 11 y el o los hilos de Cu están desnudos/sin recubrimiento para permitir que el cobre y el aluminio estén en contacto directo entre sí.
En la realización mostrada en la Figura 1, el hilo de Al 11 tiene una sección transversal con un área de aproximadamente 0,35 mm2 y los hilos de Cu 12 tienen una sección transversal con un área de aproximadamente 0,20 mm2. Según algunas realizaciones, el hilo del núcleo de aluminio 11 es un hilo macizo que tiene una sección transversal con un área mayor que la de los hilos individuales circundantes de cobre 12. El hilo eléctrico 1 puede ser visto como un hilo de cobre trenzado que tiene un hilo central hecho de aluminio en el medio. El hilo eléctrico 1 puede ser fabricado con diferentes dimensiones. Por ejemplo, el área de la sección transversal del hilo eléctrico 1 puede ser de 1,5 mm2 o 2,5 mm2, 6 mm2 o cualquier otra dimensión adecuada a la aplicación en la que se va a utilizar el hilo eléctrico 1.
Según algunas realizaciones, la relación entre el hilo de aluminio y el de cobre es del 3 al 23% o del 4 al 22% de aluminio por volumen y el resto es de cobre. Según otra realización, la relación entre el hilo de aluminio y el de cobre es de 6 a 21% de aluminio por volumen y el resto es de cobre. Según otra realización, la relación entre el hilo de aluminio y el de cobre es de 7 a 14% de aluminio por volumen y el resto es de cobre. Según otra realización más, la relación entre el hilo de aluminio y el de cobre es de 13 a 14% de aluminio en volumen y el resto es de cobre.
Se prefiere que el hilo de aluminio y el hilo o hilos de cobre sean de alta pureza para que hagan un buen contacto directo entre el aluminio del hilo de aluminio y el cobre del hilo o hilos de cobre. Esto puede mejorar las propiedades electromagnéticas de todo el hilo de manera que el campo electromagnético se reduzca aún más. Por ejemplo, se puede usar cobre según la UNS C 10100 o la C11000. También se puede usar aluminio según la EN573-3. Se prefiere usar un hilo de cobre que tenga una pureza de al menos el 95%, en particular de al menos el 99%. De manera similar, se prefiere usar un hilo de aluminio que tenga una pureza de al menos el 95%, en particular de al menos el 99%.
El número de hilos de Cu 12 puede ser cualquier número adecuado y los hilos de Cu 12 pueden estar dispuestos en una o más capas alrededor del hilo de núcleo de aluminio 11. En el ejemplo mostrado en la Figura 1,21 hilos de cobre individuales 12 están entrelazados alrededor de un núcleo de aluminio 11. Los hilos de cobre están dispuestos en dos capas diferentes con 8 hilos en una capa interior y 13 hilos en una capa exterior. El número de hilos de cobre utilizados y en cuántas capas están dispuestos los hilos de cobre es una cuestión de diseño y se puede determinar según la aplicación para la que se usa el hilo.
Para mejorar aún más las propiedades electromagnéticas del hilo eléctrico 1, los hilos de cobre 12 pueden tener secciones transversales de diferentes áreas, es decir, no todos los hilos de cobre tienen la sección transversal con la misma área. Al proporcionar hilos de cobre con secciones transversales de diferentes áreas, se puede aumentar la zona de contacto entre el aluminio del hilo de aluminio y el cobre de los hilos de cobre. Es probable que una gran zona de contacto entre el cobre y el aluminio mejore aún más las propiedades electromagnéticas del hilo eléctrico, por lo que el campo electromagnético generado por el hilo eléctrico se reduce aún más. Otro efecto de disponer hilos de cobre con secciones transversales de diferentes áreas es que los hilos de cobre están empaquetados más densamente, lo que por sí solo puede dar como resultado una mejora del hilo eléctrico. Por ejemplo, el hilo eléctrico puede ser potencialmente hecho más delgado.
En la Figura 2 se muestra una vista en sección transversal de un hilo eléctrico 1' ejemplar que no es como el de la invención. El ejemplo de la Figura 2 difiere de la realización mostrada en la Figura 1 en que el hilo del núcleo 11' está formado por más de un hilo de aluminio 11'. Alrededor del hilo central de 11' de aluminio, están trenzados uno o más hilos de cobre (Cu) 12'. Los hilos de Al 11' y los hilos de Cu 12' están en contacto directo entre sí. Según la invención, tanto los hilos de aluminio 11' como el hilo o los hilos de cobre 12' son hilos desnudos sin ningún aislamiento. En el ejemplo que se muestra en la Figura 2, los hilos de Al 11' tienen un área de la sección transversal de aproximadamente 0,20 mm2 cada uno y los hilos de Cu 12' tienen cada uno un área de la sección transversal de aproximadamente 0,20 mm2. En el ejemplo, los hilos de núcleo 11' de aluminio son un hilo trenzado con hilos individuales que tienen aproximadamente una sección transversal con la misma área que los hilos circundantes de cobre 12'. El hilo eléctrico 1' puede ser visto como un cable de cobre trenzado que tiene un hilo central formado como un hilo de aluminio trenzado en el medio.
El número de hilos de Cu 12' puede ser cualquier número adecuado y los hilos de Cu 12' pueden estar dispuestos en una o más capas alrededor del hilo de núcleo 11' de aluminio. En el ejemplo que se muestra en la Figura 2, 21 hilos de cobre individuales 12' están entrelazados alrededor de un núcleo de aluminio 11'. Los hilos de cobre 11' están dispuestos en dos capas diferentes con 8 hilos en una capa interior y 13 hilos en una capa exterior. El número de hilos de cobre usados y en cuántas capas están dispuestos los hilos de cobre es una cuestión de diseño y se puede determinar según la aplicación para la que se usa el cable. Al igual que con el hilo eléctrico 1 en la Figura 1, los hilos de cobre y aquí también los hilos de aluminio pueden tener secciones transversales de diferentes áreas para aumentar la zona de contacto entre el cobre y el aluminio.
La configuración del hilo eléctrico con un hilo central de aluminio en contacto directo con el hilo o los hilos de cobre reduce el campo electromagnético generado cuando la corriente pasa por el cable eléctrico. Según la invención, el hilo eléctrico solo comprende un hilo central hecho de un hilo o hilos de aluminio y cobre trenzados alrededor del hilo central y donde no están dispuestos otros hilos conductores. En particular, un hilo/hilos de aluminio solo está dispuesto como cable central y en ningún otro lugar del hilo eléctrico 1.
En la Figura 3 se muestra una vista en sección transversal de un cable eléctrico 20 que comprende hilos eléctricos 1 según lo anteriormente expuesto. En general, los hilos eléctricos 1 de la Figura 3 son hilos con un núcleo de aluminio rodeado de hilo/hilos de cobre en contacto directo entre sí. En la realización ejemplar de la Figura 3 se usan hilos eléctricos 1 según la primera realización descrita junto con la Figura 1 que tiene un hilo central macizo de aluminio. En algunas realizaciones, se puede usar una combinación de diferentes hilos eléctricos del tipo descrito en la memoria presente en el cable eléctrico cuando hay dispuestos dos o más hilos eléctricos en el mismo cable 20.
En la Figura 3 se muestra un cable 20 que tiene dos hilos eléctricos 1. También se pueden formar cables que tengan otro número de hilos eléctricos 1. En la realización ejemplar de la Figura 3, los dos hilos eléctricos 1 pueden ser un hilo de fase y un hilo neutro del cable 20. El cable 20 comprende por tanto dos hilos eléctricos 1. Cada uno de los hilos 1 está formado por un hilo central de aluminio rodeado de hilos de cobre trenzados en contacto directo con el hilo de aluminio central. Los hilos de aluminio centrales 1 forman un hilo sólido según se muestra en la Figura 3. Los hilos de cobre circundantes en contacto directo con el hilo de aluminio central pueden estar enrollados alrededor del hilo de aluminio central. En algunas realizaciones, uno o más de los hilos eléctricos 1 es un hilo de cobre trenzado que tiene un cable central hecho de aluminio. El hilo de aluminio central es entonces un hilo de aluminio sólido.
En la realización ejemplar representada en la Figura 3, cada uno de los hilos eléctricos 1 tiene dispuesta una cubierta 0 funda de aislamiento 2. La cubierta 2 puede ser de cualquier material adecuado, tal como un material basado en un polímero, por ejemplo, el TPS 130. La cubierta 3 puede ser de cualquier tipo usado en cables existentes. El aislamiento de la cubierta 2 puede ser aplicado, por ejemplo, en un proceso de calentamiento para crear una capa de aislamiento esencialmente hermética (un sello hermético) alrededor del hilo eléctrico. De esta manera se puede reducir o prevenir la oxidación del cobre y del aluminio. Además, se puede proporcionar un material de relleno 3 en el cable 20. El material de relleno puede ser de cualquier tipo adecuado. En algunas realizaciones, el material de relleno es también un material hecho con polímero. El material de relleno 3 puede ser de cualquier tipo usado en cables existentes. Alrededor de los hilos aislantes y del material de relleno se puede disponer un aglutinante 4. Fuera del aglutinante 4 puede estar dispuesta una cubierta exterior 5. El cable 20 descrito en la Figura 3 tiene dos hilos eléctricos. Sin embargo, por supuesto, es posible diseñar un cable con menos o más hilos dependiendo de la aplicación del cable. Además, las dimensiones de los hilos pueden ser distintas en diferentes cables dependiendo del campo de uso previsto para el cable. El cable puede estar diseñado, por ejemplo, con 1,2, 3, 4 o 5 hilos eléctricos. Además, los hilos eléctricos 1 de un cable 20 con 2 o más hilos eléctricos 1 pueden estar trenzados uno alrededor de otro. Además, es posible diseñar el cable según cualquier diseño existente donde los hilos están formados según se establece en esta memoria con hilo/hilos de cobre rodeando un hilo de aluminio en contacto directo con el hilo de aluminio.
En la Figura 4, un diagrama de flujo ilustra algunos pasos del proceso realizados cuando se fabrica un hilo eléctrico según algunas realizaciones ejemplares del hilo eléctrico descrito en esta memoria. Primero, en el paso 401, se dispone un hilo central de aluminio. A continuación, en el paso 403, son trenzados varios hilos de cobre alrededor del hilo de aluminio central. Los hilos de cobre pueden ser enrollados alrededor del hilo de aluminio central usando un método adecuado. Por ejemplo, se puede usar un método de trenzado semiconcéntrico o se puede usar un método que genera hilos agrupados. Según se ha expuesto anteriormente, los hilos de cobre pueden ser dispuestos también en múltiples capas, por ejemplo, pueden ser dispuestas dos, tres o incluso más capas en algunas realizaciones. El método de hilado para diferentes capas de hilos de cobre puede diferir. Por ejemplo, una capa puede ser aplicada con hilos semiconcéntricos y otra capa puede ser aplicada con hilos agrupados. Los hilos de cobre pueden tener diferentes secciones transversales con áreas distintas. Las áreas de las secciones transversales de los hilos de cobre pueden variar tanto dentro de una capa como entre diferentes capas de hilos de cobre. En alguna realización, el sentido del hilado de las capas puede ser el mismo para todas las capas de hilos de cobre. En una realización, diferentes capas de hilos de cobre tienen diferentes sentidos de hilado. La longitud de capa de las capas puede ser, por ejemplo, de 10 a 35 mm o de 20 a 25 mm. Si va a ser aislado el cable eléctrico, se aplica entonces una capa de aislamiento en el paso 405. La capa de aislamiento puede ser aplicada usando un proceso de calentamiento para proporcionar una capa de aislamiento esencialmente hermética al aire.
Debido a que el hilo/cable según se ha descrito en esta memoria emite un campo electromagnético muy pequeño cuando pasa una corriente por el hilo/cable eléctrico, se puede formar un cable sin una cubierta de blindaje. Por tanto, en algunas realizaciones no se proporciona una capa de blindaje alrededor del cable según se describe en esta memoria. El campo electromagnético bajo puede ser obtenido por el contacto directo del hilo de aluminio con el cobre del hilo o hilos de cobre.
Los hilos/cables que se describen en esta memoria pueden ser usados en muchos campos. Por ejemplo, como cables de alarma, cables de señales y cables para comunicación de datos. Los cables pueden ser usados también como cables de suministro de energía en sistemas de distribución de energía convencionales hasta 1000 V. Otro campo de aplicación es un cable de distribución de energía en el intervalo de voltaje medio de aproximadamente de 1 kV a 3 kV.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Un hilo eléctrico (1, 1’) comprendiendo un hilo de aluminio central (11, 11'), estando rodeado el hilo de aluminio central al menos por un cable de cobre (12, 12’) y el hilo de aluminio (11, 11') y el hilo de cobre (12, 12’) no están cubiertos para permitir que el hilo de cobre (12, 12') esté en contacto directo con el hilo de aluminio central, caracterizado por que el hilo central es un solo hilo sólido de aluminio, y en que el 3 - 23% en volumen del cable eléctrico (1, 1’) es de aluminio y el resto es de cobre.
2. El hilo eléctrico según la reivindicación 1, en donde múltiples hilos de cobre están trenzados alrededor del hilo central.
3. El hilo eléctrico según la reivindicación 2, en donde los múltiples hilos de cobre están trenzados en dos o más capas alrededor del hilo central.
4. El hilo eléctrico según una cualquiera de las reivindicaciones 2 o 3, en donde el hilo de aluminio central y los hilos de cobre circundantes forman un hilo de cobre trenzado con un hilo central de aluminio.
5. El hilo eléctrico según una cualquiera de las reivindicaciones 2 - 4, en donde los hilos de cobre tienen una sección transversal de diferente área, es decir, no todos los hilos de cobre tienen la sección transversal con la misma área.
6. El hilo eléctrico según una cualquiera de las reivindicaciones 1 - 5, en donde al menos uno del hilo central y el al menos un hilo circundante tienen una pureza de al menos 95% para proporcionar un alto grado de contacto entre el aluminio y el cobre.
7. El hilo eléctrico según la reivindicación 1, en donde el 7 - 14% en volumen del cable eléctrico es de aluminio y el resto es de cobre.
8. Un cable eléctrico (20) comprendiendo al menos un hilo eléctrico según una cualquiera de las reivindicaciones 1 -5.
9. El cable eléctrico según la reivindicación 8, en donde el al menos un hilo eléctrico está rodeado por una cubierta de aislamiento (2).
10. El cable eléctrico según la reivindicación 9, en donde la cubierta de aislamiento está hecha de un material de polímero.
11. El cable eléctrico según la reivindicación 9 o 10, en donde la cubierta de aislamiento es esencialmente estanca al aire.
12. El cable eléctrico según una cualquiera de las reivindicaciones 9 - 11, en donde el cable comprende además uno o más de: un material de relleno (3), un aglutinante (4) y una cubierta exterior (5).
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