ES2929479T3 - Cable submarino aislado - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a cables submarinos aislados que incluyen núcleos conductores (3a, 3b) y material aislante (5a, 5b) que rodea los núcleos conductores (3a, 3b). Dicho cable aislado incluye un primer tramo y un segundo tramo. El cable tiene un área de sección transversal del núcleo (3a) aproximadamente constante Al y un espesor Tl de material aislante (5a) aproximadamente constante a lo largo de la primera longitud, y un área de sección transversal A3 del núcleo (3b) aproximadamente constante diferente y/o un material aislante (5a) aproximadamente constante material aislante aproximadamente constante (5b) espesor T2 a lo largo de la segunda longitud. El cable puede incluir uno o más tramos que unen el primer tramo y el segundo tramo entre sí. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Cable submarino aislado

Esta invención se refiere a cables aislados. En particular, se refiere a un cable aislado que incluye un núcleo conductor y material aislante que rodea el núcleo, en donde el cable incluye longitudes que tienen diferentes áreas de sección transversal del núcleo a lo largo de su longitud continua. Las longitudes pueden adicional o alternativamente tener diferentes grosores de material aislante rodeando sus respectivos núcleos a lo largo de su longitud continua.

Antecedentes de la invención

Los cables aislados tienen aplicaciones en numerosos campos. Por ejemplo, los cables aislados se pueden usar en condiciones submarinas (es decir, subacuáticas) o subterráneas, tal como para dar servicio a un parque eólico en alta mar, una plataforma petrolera o de gas en alta mar, una instalación minera u otro lugar hacia o desde el cual se deba transportar potencia eléctrica.

La vida útil durante la cual se pueden utilizar tales cables aislados está limitada por un número de factores. Uno de esos factores es que el material aislante del cable, cuando se somete a un voltaje, experimenta estrés dieléctrico. La exposición a un estrés dieléctrico mayor que la rigidez dieléctrica del material hará que el material se rompa y sus propiedades aislantes fallen. De manera similar, la exposición prolongada al estrés dieléctrico en o por debajo de la rigidez dieléctrica del material eventualmente hará que el material se rompa y sus propiedades aislantes fallen. Esto podría hacer que el cable aislado sea ineficaz y peligroso.

El rendimiento del material aislante en términos de rigidez dieléctrica también depende de la medida en que el dieléctrico (material aislante eléctrico) puede permanecer seco durante su vida útil. Para algunos diseños de cables submarinos y, a menudo, para voltajes más altos, normalmente se espera que el cable tenga la capacidad de evitar que el agua penetre a través de su superficie exterior y alcance las porciones críticas del cable, es decir, el principal material de aislamiento eléctrico o dieléctrico, cuando se sumerge en agua.

Tradicionalmente, para evitar que el agua penetre a través del cable y alcance el material aislante eléctrico, el cable y/o los núcleos de potencia individuales han sido recubiertos o envueltos en un material impermeabilizante tal como plomo o brea (por ejemplo, asfalto o betún), formando un barrera hermética a la humedad. Sin embargo, tales materiales pueden tener inconvenientes significativos porque pueden hacer que el cable sea pesado y/o difícil de maniobrar e instalar. Dichos materiales también pueden fracturarse o desintegrarse donde el cable puede moverse durante el uso, comprometiendo sus propiedades de impermeabilización. Además, algunos materiales tal como el plomo son cada vez menos deseables debido a sus efectos nocivos para el medio ambiente y para los operadores y fabricantes.

Un enfoque alternativo es omitir el plomo u otros materiales impermeabilizantes, aceptando que algo de agua o vapor de agua puede penetrar en un cable y, en cambio, manejar los efectos asociados. Uno de estos efectos es la permeabilidad del material aislante al agua. En algunos materiales, cuando el agua se infiltra en un material en un punto dado, se propaga radialmente alejándose del punto. La forma de la propagación se ha comparado con la de un árbol, por lo que el patrón de propagación a menudo se denomina "árbol de humedad" o, más específicamente, "árbol de agua". Los materiales que son resistentes a la propagación del agua también se denominan "retardantes de árboles de agua".

Dependiendo de la eficacia de la resistencia a la ruptura del material retardante del árbol de agua, este tipo de diseño puede brindar beneficios en términos de diámetro y peso reducidos del cable, así como también mejorar los beneficios de la reactancia en el caso de que no sea necesario emplear una cubierta hermética de plomo para garantizar la estanqueidad.

La rigidez dieléctrica de un cable aislado también se ve afectada por la temperatura de operación del cable, que depende de la capacidad del cable para disipar el calor. Por lo general, un cable aislado con materiales de aislamiento poliméricos estándar tales como XLPe (polietileno reticulado) o EPR (caucho de etileno propileno) no puede operar a temperaturas continuas mayores a 90°C sin riesgo de falla del dieléctrico. En el diseño de tales cables aislados, el tamaño del cable es tal que estos límites de temperatura no se excedan y, por lo tanto, la capacidad del cable para disipar el calor es una característica clave en el diseño.

La capacidad de un cable aislado para disipar el calor depende de un número de factores, incluido el grosor y otras propiedades del núcleo conductor; el grosor y demás propiedades del material aislante que forma parte del cable; el grosor y otras propiedades de los protectores o carcasas que encierran el cable aislado (por ejemplo, para protegerlo o guiarlo); el entorno en el que se utiliza el cable aislado (por ejemplo, en el agua, en el aire o enterrado en tierra/arena a una profundidad mayor o inferior); y la proximidad de otras fuentes de calor (por ejemplo, otros cables, elementos geotérmicos, luz solar, etc). Estándares tales como IEC60287 permiten al diseñador del cable o del sistema definir la clasificación actual del cable teniendo en cuenta la composición del material y el entorno en el que se pretende utilizar.

Otros factores que afectan la rigidez dieléctrica de un cable aislado incluyen los estreses mecánicos aplicados al cable. Un cable que se coloca bajo tensión axial, por ejemplo, es probable que presente una falla dieléctrica más rápidamente que un cable que no se coloca bajo tensión axial. También se ha demostrado que un cable que se somete a estreses de compresión es probable que falle menos rápidamente que un cable que se somete a estreses de tracción.

Uno o más de los factores discutidos anteriormente pueden variar en toda la longitud de un cable aislado dado, especialmente para aplicaciones subacuáticas. Por ejemplo, en el caso de cables de plataforma a subacuáticos en la parte de arriba, algunas secciones de un cable aislado pueden estar en el aire, encerradas dentro de una carcasa y bajo tensión axial; otras secciones pueden estar en el agua, encerradas dentro de una carcasa y bajo tensión axial; y otras secciones pueden estar en el agua, no encerradas dentro de una carcasa y bajo estrés de compresión debido a la presión hidrostática en la profundidad operativa del agua.

Las secciones que se encuentran bajo tensión axial se comportan, relativamente, mucho peor en los ensayos de envejecimiento húmedo que las secciones que se encuentran bajo estrés de compresión. Se ha demostrado que el estrés de compresión da como resultado una tasa diferencial con respecto al comportamiento del cable en condiciones de humedad.

Esto significa que, para aplicaciones subacuáticas, la confiabilidad de un cable subacuático con un grosor de aislamiento específico y áreas de sección transversal del núcleo (en toda su longitud) estará limitada por aquellas porciones que se encuentran en el entorno más hostil y sujetas a las más altas exigencias eléctricas, mecánicas y estreses térmicos. La fiabilidad del cable será mayor en aquellas secciones que se encuentren sometidas a estreses de compresión por la presión ejercida por el agua sobre el cable que en las secciones del cable que descienden/ascienden del lecho marino y por tanto sometidos a tensión axial para soportar su propio peso. De manera similar, las secciones al aire tendrán un enfriamiento menos efectivo que las secciones bajo el agua y, por lo tanto, tenderán a funcionar a una temperatura más alta para una carga eléctrica determinada. Lo mismo se aplicará a las secciones expuestas a fuentes de calor externas tal como la radiación solar.

Para garantizar que un cable opere de manera segura durante un período de tiempo predeterminado, el fabricante del cable determina la rigidez dieléctrica necesaria para que el cable opere de manera segura durante ese período de tiempo predeterminado con la peor combinación de factores que experimentará el cable durante su uso. Por ejemplo, la peor combinación de factores que experimentará un cable dado podría estar en el aire, dentro de una carcasa y bajo tensión axial. El fabricante del cable determina la rigidez dieléctrica requerida para permitir que el cable opere de manera segura en estas condiciones durante la vida útil predeterminada del cable, elige el material del núcleo requerido, el grosor del núcleo, el material aislante y el grosor del material aislante, y fabrica la longitud total del cable para ese estándar.

El documento JP2012/022,820 describe un sistema de juntas de cables para conectar cables que tienen diferentes áreas de conductores para permitir diferentes grosores de conductores en diferentes posiciones a lo largo de un cable compuesto. El documento GB623,971 describe un sistema de cable en el que el grosor del aislamiento se reduce en algunas porciones del cable en comparación con otras, dependiendo de la profundidad del cable bajo el agua. El documento GB2,017,388 describe un cable de varias partes que tiene secciones con diferentes construcciones para corresponder al entorno, por ejemplo, en aguas profundas o poco profundas, terrestres, etc. El documento US3,874,960 describe un sistema donde se unen secciones de cable de diferentes dimensiones. Para simplificar el proceso de conexión, las dimensiones del aislamiento en el cable más grueso se reducen eliminando material para que coincida con las de la sección de cable más delgada antes de la junta. Otros documentos relevantes son SE1500253 y EP0510453

La fabricación de una longitud completa de cable según un estándar se consideraba ventajosa para longitudes múltiples y plazos de entrega reducidos. Sin embargo, la industria de la energía en alta mar busca continuamente reducir costes. Claramente, la optimización del diseño puede ofrecer beneficios de reducción de costes y es una desventaja que las partes del cable estén sobreespecificadas en grandes porciones del cable. Por ejemplo, hacer que el material aislante sea más grueso de lo necesario para una gran porción del cable hace que el cable sea más caro de fabricar, con velocidades de línea reducidas, más caro de transportar y más caro de instalar. Además, solo algunas longitudes del cable (es decir, las longitudes en las que el cable experimenta la peor combinación de factores discutidos anteriormente) estarán al final de su vida útil cuando el cable en su conjunto llegue al final de su vida útil, ya que solo algunas longitudes del cable habrán estado en o cerca del umbral de temperatura del cable (que es uniforme a lo largo de la longitud del cable). Esto significa que es posible que se reemplacen innecesariamente longitudes de cable reparables. Esto es particularmente ineficiente para cables largos que conectan puntos distantes donde sus parámetros pueden estar limitados por los requisitos de las secciones en cada extremo. Por ejemplo, un cable largo puede conectar dos plataformas de cientos de metros o más de longitud. En cualquiera de los extremos de dichos cables puede haber longitudes cortas (por ejemplo, del orden de decenas de metros) donde se requiere un aislamiento grueso debido a que esas longitudes son, por ejemplo, en el aire, expuesta a la luz solar, protegida por una carcasa y bajo tensión axial. Sin embargo, una longitud significativa del cable puede tener requisitos de aislamiento mucho más inferiores, si, por ejemplo, se extiende a lo largo del lecho marino donde hay poca o ninguna exposición a la luz solar, sin carcasa protectora y estrés de compresión en lugar de tensión axial. Para que el cable cumpla con los requisitos de seguridad para las longitudes cortas, todo el cable se fabrica según el estándar requerido para las longitudes cortas, lo que significa que los cientos de metros o más de cable bajo el mar están de manera innecesaria fuertemente aislados.

En algunas configuraciones en alta mar, puede ser necesario conectar secciones de cable junto con una sección de junta mecánica para lograr una mayor longitud de cable en el lecho marino. Este tipo de junta mecánica se caracteriza por la necesidad de terminar el refuerzo del cable en cada extremo en una sección rígida en forma de "lata" de varios metros de longitud y con un diámetro aumentado. Si bien este tipo de sistema de juntas ayuda a la continuación de la potencia eléctrica a través del sistema de cable, la presencia de una junta mecánica tan rígida sirve para presentar desafíos adicionales en términos de manejo en cubierta y sobrebordo durante la instalación, de tal manera que se necesita tiempo y cuidado adicionales cuando se despliega una junta rígida de este tipo.

La presente invención pretende superar o al menos mejorar uno o más de los problemas expuestos anteriormente.

Resumen de la invención

De acuerdo con la presente invención, se proporciona un cable submarino aislado que incluye un núcleo conductor y material aislante que rodea el núcleo, en donde el cable incluye: una primera longitud a lo largo de la cual el núcleo tiene un área A1 de sección transversal y el material aislante tiene un grosor T1; una segunda longitud a lo largo del cual el núcleo tiene un área A3 de sección transversal, menor que el área A1 de sección transversal de la primera longitud, y el material aislante tiene un grosor T2, menor que el grosor T1 de la primera longitud; una tercera longitud, entre la primera longitud y la segunda longitud, que incluye una junta entre secciones respectivas del núcleo a lo largo de las cuales el núcleo cambia en área de A1 a A3 de sección transversal; y una cuarta longitud, entre la tercera longitud y la segunda longitud, a lo largo de la cual el grosor del material aislante se reduce a T2.

Ventajosamente, las diferentes longitudes de cable se fabrican según diferentes estándares de acuerdo con las condiciones en las que se vayan a utilizar esas longitudes de cable. Por ejemplo, la primera longitud puede colgar de una plataforma en alta mar y descender al lecho marino, y la segunda longitud puede estar a lo largo del lecho marino. Por lo tanto, la primera longitud puede fabricarse según el estándar requerido para un cable que está en el aire, bajo tensión axial y expuesto a la luz solar, y la segunda longitud puede, por lo tanto, fabricarse según el estándar requerido para un cable que está sumergido en agua, bajo presión de compresión y expuesto a poca o ninguna luz solar. Esto puede ayudar a garantizar que ninguna longitud del cable esté sobreaislada o subaislada, que cada longitud tenga un área de sección transversal o grosor de núcleo adecuado y/o que la rigidez dieléctrica del cable en diferentes secciones transversales a lo largo de la longitud el cable es apropiado para las condiciones que experimentará la sección transversal.

Ventajosamente, las áreas de la sección transversal y/o los grosores pueden elegirse para lograr la rigidez dieléctrica requerida para las diferentes longitudes de cable.

El cable submarino aislado incluye adicionalmente una tercera longitud, entre la primera longitud y la segunda longitud, a lo largo de la cual el núcleo cambia en el área de A1 a A3 de la sección transversal. En algunas de tales realizaciones, el grosor del material aislante permanece sustancialmente constante a lo largo de la tercera longitud.

El cable submarino aislado incluye además una cuarta longitud, entre la tercera longitud y la segunda longitud, a lo largo del cual el grosor del material aislante cambia de T1 a T2. En algunas de tales realizaciones, el área de la sección transversal del núcleo permanece constante a lo largo de la cuarta longitud.

En algunas realizaciones, el cable submarino aislado incluye una longitud de relleno que comprende material de relleno dispuesto alrededor del material aislante y que se extiende a lo largo de la cuarta longitud y una porción de la segunda longitud, en donde el material de relleno aumenta de grosor a medida que el material aislante que rodea el núcleo disminuye en grosor. Por lo tanto, el área de la sección transversal del cable puede permanecer constante a lo largo de la cuarta longitud. Ventajosamente, esto puede reducir las variaciones en las propiedades mecánicas del cable a lo largo de la cuarta longitud. Eso puede facilitar el manejo y/o la instalación del cable.

Preferiblemente, la porción del núcleo en la tercera longitud incluye una junta cónica soldada por inducción. Ventajosamente, esto puede proporcionar una forma óptima de junta entre los núcleos de las longitudes primera y segunda del cable. El proceso de formación de la junta puede estar muy localizado y, por lo tanto, ventajosamente, tiene un impacto mínimo en las secciones vecinas del cable. El proceso de formación de la junta puede ser más eficiente desde el punto de vista energético que otros procesos para la formación de juntas.

En algunas realizaciones, las longitudes se distribuyen axialmente a lo largo del cable en una distancia de entre 1 metro y 20 metros.

Preferiblemente, la primera longitud es o forma parte de una primera sección de cable, teniendo la primera sección de cable un área A1 de sección transversal del núcleo constante y un grosor T1 de material aislante constante; la segunda longitud es o forma parte de una segunda sección de cable, teniendo la segunda sección de cable un área A3 de sección transversal del núcleo constante y un grosor T2 de material aislante constante; y las longitudes tercera, cuarta y de relleno son o forman partes de una junta que conecta la primera sección de cable y la segunda sección de cable.

El material aislante es preferentemente un material polimérico y más preferentemente un polímero retardador de árboles de agua para inhibir el desarrollo de árboles de agua y por lo tanto la entrada de agua en el material aislante. El material aislante puede ser un polímero a base de etileno retardador de árboles de agua. Por ejemplo, el material aislante puede ser polietileno (PE), polietileno reticulado (XLPE), caucho de etileno propileno (EPR) o un monómero de etileno propileno dieno (EPDM). El uso de dicho material aislante permite que el material aislante opere en un entorno en el que puede haber agua, evitando la necesidad de barreras de agua adicionales para rodear el material aislante. En otras palabras, el material aislante no necesita mantenerse en un entorno que esté sellado herméticamente del entorno exterior, es decir, agua para un cable subacuático. Esto permite proporcionar cables que no necesitan una capa a base de plomo alrededor del material aislante, lo que permite proporcionar un cable sin plomo o con plomo reducido.

De acuerdo con la invención también se proporciona un haz de cable que comprende una pluralidad de cables aislados.

Preferiblemente, los cables en el haz están dispuestos de tal manera que las respectivas terceras longitudes de cada uno de los cables, ubicadas entre la primera longitud y la segunda longitud del cable y a lo largo de las cuales el núcleo cambia en el área de la sección transversal, se colocan de tal manera que no coincidan entre sí en la misma posición axial a lo largo del haz de cables.

Preferiblemente, los cables en el haz están dispuestos de tal manera que las cuartas longitudes respectivas de cada uno de los cables, ubicadas entre la primera y la segunda longitud del cable y a lo largo de las cuales el material aislante del cable cambia de grosor y el material de relleno que rodea el material aislante cambia de grosor, se colocan de manera que no coincidan entre sí en la misma posición axial a lo largo del haz de cables.

Ventajosamente, este escalonamiento de la tercera y/o cuarta longitud puede ayudar a garantizar que una sección más rígida de un cable (tal como una sección de junta del cable, que puede provocar un aumento de rigidez localizado) no dañe parte de un cable vecino en el haz de cables.

Preferiblemente, las respectivas longitudes de relleno de los cables, que se extienden a lo largo de la respectiva cuarta longitud y una porción de la respectiva segunda longitud, se colocan de manera que al menos se superponen parcialmente entre sí a lo largo de una porción del haz de cables.

Opcionalmente, los cables en el haz de cables pueden estar entrelazados helicoidalmente u oscilatoriamente (por ejemplo, cuando los cables intercambian posiciones entre sí a lo largo de la longitud del cable).

Como se indicó anteriormente, al usar un diseño "húmedo", donde la aceptación de que el agua puede llegar al material aislante significa que no se requiere que el haz de cables y cualquier capa que rodee el haz proporcione un entorno herméticamente sellado dentro del cable. Nuevamente, esto significa que las capas exteriores no necesitan ser altamente resistentes al agua y permite evitar materiales tales como el plomo.

Breve descripción de los dibujos

La presente invención se describirá ahora en detalle con referencia a ejemplos, en los que:

La figura 1 muestra esquemáticamente dos longitudes separadas de cable aislado;

la figura 2 muestra esquemáticamente una vista en sección transversal de un cable aislado de acuerdo con una realización de la invención;

la figura 3 muestra esquemáticamente una vista en sección transversal de un haz de cables que incluye una pluralidad de cables de acuerdo con una realización de la invención;

la figura 4 muestra esquemáticamente una vista en sección transversal de un cable aislado de acuerdo con una realización alternativa de la invención;

la figura 5 muestra esquemáticamente una vista en sección transversal de un cable aislado de acuerdo con otra realización alternativa de la invención;

la figura 6a muestra esquemáticamente un sistema que incluye un haz de cables de acuerdo con una forma de realización de la invención;

la figura 6b muestra esquemáticamente una sección ampliada del haz de cables de la figura 6a;

la figura 7 muestra esquemáticamente un haz de cables de acuerdo con una realización alternativa de la invención; y

la figura 8 muestra esquemáticamente un haz de cables de acuerdo con una forma de realización de la invención.

Descripción detallada

La figura 1 muestra esquemáticamente dos secciones separadas de cable aislado. La primera sección de cable aislado (ilustrada en el lado izquierdo de la figura 1) incluye un núcleo 3a conductor (a veces denominado conductor) y material 5a aislante que rodea el núcleo conductor. El núcleo conductor del cable suele estar hecho de un metal conductor, pero puede estar hecho de un conductor no metálico, tal como la tecnología de nanotubos de carbono. El núcleo 3a conductor de la primera sección de cable aislado tiene un área A1 de sección transversal sustancialmente constante. La primera sección de cable aislado tiene un área A2 de sección transversal general y un grosor T1 del aislador sustancialmente constantes.

La segunda sección de cable aislado (ilustrada en el lado derecho de la figura 1) también incluye un núcleo 3b conductor y material 5b aislante que rodea el núcleo conductor. El núcleo 3b de la segunda sección de cable aislado tiene un área A3 de sección transversal sustancialmente constante, y la segunda sección de cable aislado tiene un área A4 de sección transversal global sustancialmente constante y un grosor T2 del aislador. El área de la sección transversal del núcleo A1 es mayor que el área de la sección transversal del núcleo A3, y el grosor T1 del aislador es mayor que el grosor T2 del aislador.

Se apreciará que estas secciones de cables están simplificadas para mostrar los elementos importantes y pueden incluir capas adicionales de materiales que no se muestran.

Como se ilustra en la figura 1, parte del material 5a aislante que rodea al núcleo 3a en la primera sección del cable (lado izquierdo de la figura 1) se ha cortado para dejar una protuberancia sin aislar del núcleo 3a. De manera similar, parte del material 5b aislante que rodea al núcleo 3b en la segunda sección del cable (lado derecho de la figura 1) se ha cortado para dejar una protuberancia del núcleo 3b sin aislar.

Los dos extremos de los respectivos cables de la figura 1 se unen para formar un cable compuesto.

La figura 2 ilustra esquemáticamente, en sección transversal, parte de un solo cable 1 compuesto que incluye un núcleo 3 conductor, material 5 (5a, 5b, 5c) aislante que rodea el núcleo 3 y material 7 de relleno que rodea el material 5 aislante a lo largo de una porción del cable 1. El cable 1 único incluye las dos secciones separadas de cable aislado ilustradas en la figura 1, con una junta que conecta las secciones de cable aislado. El cable 1 único se describe con más detalle a continuación.

El cable 1 incluye una primera longitud (etiquetada como 'I') a lo largo de la cual el núcleo 3 tiene un área A1 de sección transversal aproximadamente constante y el aislante 5a tiene un grosor T1 aproximadamente constante. El cable 1 también incluye una segunda longitud (etiquetada como 'II') a lo largo de la cual el núcleo 3 tiene un área A3 de sección transversal aproximadamente constante y el aislante 5b tiene un grosor T2 aproximadamente constante. Como se ilustra en la figura 2, el área A1 de la sección transversal es mayor que el área A3 de la sección transversal, y el grosor T1 es mayor que el grosor T2.

En el ejemplo de la figura 2, el cable 1 incluye una tercera longitud (etiquetada como 'III'). La tercera longitud se encuentra entre la primera longitud y la segunda longitud a lo largo del eje del cable 1. El núcleo 3 cambia en el área de la sección transversal a lo largo de la tercera longitud, de A1 a A3. En el ejemplo ilustrado, el núcleo 3 conductor se estrecha continuamente a lo largo de la tercera longitud. El diámetro del núcleo 3 conductor (que, en este ejemplo, es de sección circular) se reduce progresivamente a lo largo de la longitud de la tercera sección. El área A2 de la sección transversal del cable 1 permanece sustancialmente constante a lo largo de la tercera longitud.

El cable 1 de la figura 2 también incluye una cuarta longitud (etiquetada como 'IV'). La cuarta longitud se encuentra entre la tercera longitud y la segunda longitud a lo largo del eje del cable 1. El cable 1 cambia en el área de la sección transversal a lo largo de la cuarta longitud, de A2 a A4. En el ejemplo ilustrado, el cable se estrecha a lo largo de la cuarta longitud. El diámetro del cable 1 (que, en este ejemplo, es circular en sección transversal) se reduce a lo largo de la longitud de la cuarta sección. El área de la sección transversal del núcleo 3 permanece sustancialmente constante a lo largo de la cuarta longitud.

El cable 1 de la figura 2 también incluye una quinta longitud (etiquetada como 'V'). La quinta longitud se encuentra entre la tercera longitud y la cuarta longitud a lo largo del eje del cable 1. El material 5 aislante que rodea el núcleo 3 cambia de grosor a lo largo de la quinta longitud. El material 7 de relleno (mostrado como áreas sombreadas en la figura 2) que rodea al material 5 aislante también cambia de grosor a lo largo de la quinta longitud. En el ejemplo ilustrado, moviéndose de izquierda a derecha a lo largo de la quinta longitud, el material 5 aislante disminuye en grosor sustancialmente a la misma tasa que el material 7 de relleno aumenta en grosor. Este cambio simultáneo en el grosor del material 5 aislante y el material 7 de relleno a la misma tasa significa que el área de la sección transversal del cable 1 total permanece sustancialmente constante a lo largo de la quinta longitud a pesar de la reducción del grosor del material 5 aislante. El área de la sección transversal del núcleo 3 también permanece sustancialmente constante a lo largo de la quinta longitud.

La primera longitud del cable 1 es o forma parte de una primera sección de cable. La primera sección de cable tiene un área A1 de la sección transversal del núcleo sustancialmente constante y un grosor T1 del aislador sustancialmente constante a lo largo de toda su longitud. La primera sección de cable se fabrica en una sola pieza y puede unirse a una o más secciones de cable en otro extremo de la primera sección de cable.

La segunda longitud del cable 1 es o forma parte de una segunda sección de cable. La segunda sección de cable tiene un área A3 de la sección transversal del núcleo sustancialmente constante y un grosor T2 del aislador aproximadamente constante a lo largo de toda su longitud. La segunda sección de cable se fabrica en una sola pieza y puede unirse a una o más secciones de cable en otro extremo de la segunda sección de cable.

Las longitudes tercera, cuarta y quinta del cable 1 forman partes de una junta en el cable. La junta conecta una primera sección de cable (que incluye la primera longitud 'I') a una segunda sección de cable (que incluye la segunda longitud 'II'). La primera sección de cable corresponde a la primera sección (separada) de cable aislado ilustrada en el lado izquierdo de la figura 1, y la segunda sección de cable corresponde a la segunda sección (separada) de cable aislado ilustrada en el lado derecho de figura 1.

Las líneas diagonales de la figura 1, que muestran dónde se había moldeado el material aislante (ya sea recortando el material o dándole la forma deseada) para exponer los núcleos 3 conductores de la primera y segunda secciones del cable, se han incluido en la figura 2 como líneas punteadas. Como se explica con más detalle a continuación, el material aislante de la primera sección 5a y la segunda sección 5b se fusionan mediante material 5c aislante adicional en el proceso de unión, para formar una estructura homogénea a lo largo del eje del cable 1. Las líneas punteadas de la figura 2 indican la configuración del material aislante de las secciones primera y segunda antes de unir las secciones y reconstituir y curar el material aislante.

En la parte de la junta formada por la tercera longitud, el núcleo 3 cambia en el área de la sección transversal, de A1 a A3. En este ejemplo, se utiliza una técnica de soldadura fuerte por inducción para unir el núcleo conductor de la primera sección (que tiene un área A1 de sección transversal) al núcleo de la segunda sección (que tiene un área A3 de sección transversal diferente). La junta soldada por inducción proporciona una sección cónica del núcleo para efectuar el cambio en el área de la sección transversal. Esto se puede formar usando una sección cónica intermedia de material conductor tal como cobre colocada entre la primera sección de cable y la segunda sección de cable y soldada en cada extremo para que se forme un núcleo continuo.

Después de unir el núcleo 3 de la primera sección del cable al núcleo 3 de la segunda sección del cable, se aplica material 5c aislante al núcleo 3 expuesto para proporcionar la estructura aislante ilustrada en la figura 2. El material 5c aislante se une y cura al material 5a, 5b aislante de modo que las propiedades aislantes del material 5 aislante sean uniformes a lo largo del eje del cable 1. El material se aplica mediante cintas de refuerzo para reconstituir el grosor o, alternativamente, mediante el moldeado del material.

En la parte de la junta formada por la quinta longitud, el diámetro exterior y el grosor del aislador se reducen a lo largo de la longitud de la quinta longitud. Al final de la quinta longitud, el material 5c aislante tiene un área de sección transversal similar a la del aislante 5b en la sección derecha del cable. El nuevo aislante 5c se extiende luego en un área de sección transversal sustancialmente constante hasta donde se encuentra con el material 5b aislante original mostrado por la línea punteada en ángulo.

La reducción del área de la sección transversal en la quinta longitud asegura que el material 5c aislante se extienda más allá de la tercera longitud antes de que cambien sus dimensiones.

En la parte de la junta formada por la quinta longitud, el cable 1 no cambia en el área de la sección transversal total, y el núcleo 3 no cambia en el área de la sección transversal. De izquierda a derecha a lo largo de la quinta longitud, el material 7 de relleno se usa para compensar el tamaño reducido del cable y para mantener efectivamente el grosor del cable a una tasa constante. El material 7 de relleno cambia de grosor a una tasa para compensar el cambio de grosor del material 5 aislante.

El material de relleno se extiende desde la parte de la junta formada por la quinta longitud hasta la parte de la junta formada por la cuarta longitud.

En la parte de la junta formada por la cuarta longitud, el cable 1 cambia en el área de la sección transversal de A2 a A4. De izquierda a derecha a lo largo de la cuarta longitud, la capa de material 7 de relleno que rodea al material 5 aislante se reduce en grosor, de modo que el área de la sección transversal del cable 1 se reduce a lo largo de la cuarta longitud. El relleno reduce su grosor hasta que termina dejando al descubierto el material 5b aislante.

La disposición que se muestra en la figura 2 significa que el cambio en el área de la sección transversal del núcleo no tiene lugar en la misma longitud de cable que el cambio en el grosor de la capa de aislamiento, y también que no tiene lugar en la misma longitud de cable que el cambio en el área de la sección transversal total del cable. Como consecuencia, cualquier cambio en el perfil externo del cable 1 (por ejemplo, bultos o depresiones en el exterior del cable) y cualquier cambio en las propiedades mecánicas del cable (por ejemplo, cambios en la rigidez o flexibilidad) provocados por el cambio en el área de la sección transversal del núcleo 3, el cambio en el grosor del material 5 aislante y el cambio en el área de la sección transversal del cable 1 no ocurren todos en la misma posición axial a lo largo del cable. Esto ayuda a reducir o evitar cualquier concentración de estrés tanto mecánico como eléctrico en las diversas partes del cable.

La disposición mostrada en la figura 2 muestra un cable de un solo núcleo bastante simple según la invención. Sin embargo, muchos cables son cables compuestos que pueden incluir un número de núcleos similares a los de la figura 2 y, potencialmente, un número de otros elementos, tales como cables de datos, fibras ópticas, mangueras de aire, etc. A continuación se describe un cable compuesto simplificado de acuerdo con la invención con un haz de cables aislados similar a los de la figura 2.

La figura 3 muestra una vista esquemática de un haz de cables que incluye tres cables aislados. Cada uno de los tres cables aislados incluye una primera longitud, una segunda longitud, una tercera longitud, una cuarta longitud y una quinta longitud como se describe en el contexto del cable 1 de la figura 2. Los cables están encerrados en una carcasa (no mostrada) que sujeta los cables en el haz.

Los cables del haz están dispuestos de manera que una tercera (III) longitud de uno de los tres cables aislados no coincida con una tercera (III) longitud de cualquier otro de los tres cables aislados en la misma posición axial a lo largo del haz de cables. En otras palabras, las terceras (III) longitudes de los cables (donde cambian las áreas de sección transversales del núcleo) están en diferentes posiciones axiales a lo largo del haz de cables. La tercera longitud del cable superior en la figura 3 se coloca cerca del lado izquierdo de la figura 3. La tercera longitud del cable del medio se coloca a la derecha de la tercera longitud del cable superior. La tercera longitud del cable inferior se coloca a la derecha de la tercera longitud del cable del medio (y por lo tanto también a la derecha de la tercera longitud (III) del cable superior).

Los cables del haz también están dispuestos de manera que las quintas (V) longitudes de los cables superior, medio e inferior no coincidan entre sí en la misma posición axial a lo largo del haz de cables, y también de modo que las quintas (V) longitudes no coincidan con ninguna de las terceras longitudes de los cables. La quinta longitud del cable superior se coloca a la derecha de la tercera longitud del cable superior y a la izquierda de la tercera longitud del cable del medio. La quinta longitud del cable del medio se coloca a la derecha de la tercera longitud del cable del medio y a la izquierda de la tercera longitud del cable inferior. La quinta longitud del cable inferior se coloca a la derecha de la tercera longitud del cable inferior.

En el ejemplo de la figura 3, cada uno de los cables del haz de cables incluye material 7 de relleno. Como en el ejemplo de la figura 2, el material 7 de relleno en cualquier cable dado en el haz de cables aumenta en grosor a lo largo de una quinta longitud del cable dado, y el material 5 aislante en el cable dado disminuye en grosor a lo largo de la quinta longitud. Debido a que el material de relleno aumenta en grosor a la misma tasa que el material aislante disminuye en grosor, el área de la sección transversal del cable permanece aproximadamente constante a lo largo de la quinta longitud.

La disposición de los cables en el haz de cables de modo que las terceras longitudes no coincidan entre sí o con las quintas longitudes asegura que cualquier cambio en el perfil externo (por ejemplo, bultos o depresiones) o propiedades mecánicas (por ejemplo, rigidez o flexibilidad) de los cables respectivos no ocurrir en la misma posición axial a lo largo de la longitud del haz de cables. En cambio, estos cambios se distribuyen a lo largo del haz de cables. Esto hace que el perfil externo y las propiedades mecánicas del haz de cables sean más uniformes a lo largo de su longitud (particularmente sobre la porción de transición del cable). Esto conduce a una menor concentración de estrés en la carcasa del haz de cables, menos estrés en los cables dentro del haz de cables provocada por los otros cables del haz y una maniobrabilidad mejorada del haz de cables.

Las cuartas longitudes (donde el material de relleno disminuye en grosor) de los tres cables coinciden aproximadamente en la misma posición axial a lo largo del haz de cables. En el ejemplo ilustrado, esto ocurre hacia el lado derecho de la figura 3. La carcasa del haz de cables (que encierra los tres cables) puede reducir el área de la sección transversal en la posición axial a lo largo del haz de cables, o ligeramente hacia la derecha, donde coinciden las cuartas longitudes de los cables.

Las figuras 4 y 5 ilustran esquemáticamente realizaciones alternativas de cables aislados. El cable 41 y el cable 51 incluyen primeras longitudes (I) que son sustancialmente idénticas a las primeras longitudes (I) de los cables ilustrados en las figuras 1 y 2; y segundas longitudes (II) que son sustancialmente idénticas a las segundas longitudes (II) de los cables ilustrados en las figuras 2 y 3. El cable 41 incluye una cuarta longitud (IV) que es sustancialmente idéntica a las cuartas longitudes (IV) de los cables ilustrados en las figuras 2 y 3.

El cable 41 también incluye una tercera longitud (etiquetada como III'). A lo largo de la tercera longitud (III') del cable 41, el núcleo 43 cambia de área de la sección transversal, de A1 a A3; el material 45 aislante que rodea el núcleo 43 cambia de grosor; y el material 47 de relleno que rodea al material 45 aislante también cambia de grosor. Por lo tanto, en el cable 41, el cambio en el área de la sección transversal del núcleo 43 coincide con los cambios en el grosor del material 45 aislante y el material 47 de relleno, sobre la longitud III' en la misma posición axial a lo largo del cable 41.

El cable 51 incluye una tercera longitud (etiquetada como III"). A lo largo de la tercera longitud (III") del cable 51, el núcleo 53 cambia en el área de la sección transversal, de A1 a A3, y el grosor del material aislante cambia de modo que el cable 51 total cambia en el área de la sección transversal, de A2 a A4. El cable 51 no incluye ningún material 7 de relleno que rodee al material 5 aislante. Por lo tanto, en el cable 51, el cambio en el área de la sección transversal del núcleo 53 coincide con los cambios en el grosor del material 45 aislante y el cambio en el área de la sección transversal del cable 51 total, sobre la longitud III" en la misma posición axial a lo largo del cable 51.

Como se describió anteriormente, el cambio en la sección transversal del núcleo proporciona ventajas en términos de reducción del calor generado en el cable. Esto puede proporcionar ventajas cuando una longitud del cable se encuentra en un entorno donde la disipación de calor es inferior o el calor incidente es mayor, o ambos en comparación con otras partes del cable. Al aumentar la sección transversal del núcleo, se puede reducir el calor producido internamente y, por lo tanto, se puede reducir la temperatura máxima alcanzada para un conjunto dado de condiciones (corriente, condiciones ambientales, disposición física, etc). Sin embargo, puede que no sea esencial en todas las disposiciones proporcionar esta mejora y, por lo tanto, el núcleo puede mantener un área de sección transversal constante a lo largo de ambas longitudes del cable.

De manera similar, aumentar el grosor del aislamiento en una longitud de cable proporciona ventajas en términos de envejecimiento del cable y su capacidad para continuar transportando el voltaje requerido mientras se mantiene el estrés dieléctrico máximo dentro de parámetros definidos. Sin embargo, puede que no sea necesario para todas las aplicaciones proporcionar una longitud con mayor grosor del aislador si este problema no es un factor crítico.

En otras palabras, el cable puede tener dos longitudes en las que el aislante cambia de grosor de una longitud al siguiente, pero donde el área de la sección transversal del conductor del núcleo sigue siendo la misma. Del mismo modo, el cable puede tener longitudes en las que el área de la sección transversal del conductor del núcleo cambie de una longitud a la siguiente pero en las que el grosor permanezca igual. En cada caso, cambiar solo el grosor del aislador o solo el área de la sección transversal del conductor del núcleo todavía proporciona las ventajas respectivas de propiedades de envejecimiento mejoradas y generación de calor reducida, respectivamente. Esto proporciona un cable con dos partes que tienen diferentes propiedades que se adaptan mejor a la ubicación y al entorno asociado en el que se utilizan en servicio.

La figura 6a ilustra esquemáticamente un haz 21 de cables instalado en una configuración de plataforma a plataforma con el cable que incluye una sección en un entorno subacuático. El haz 21 de cables, que incluye uno o más cables 1, conecta una primera plataforma 23 y una segunda plataforma 25. El haz 21 de cables desciende desde la primera plataforma 23 a través de una carcasa 27 (o tubo en J) que guía el haz 21 de cables hasta el lecho marino. El haz 21 de cables emerge de la carcasa 27 a través de una abertura en el extremo del lecho marino y continúa a lo largo del lecho marino. La sección discontinua indica que esta sección del lecho marino puede tener varias decenas de kilómetros de largo. El haz 21 de cables llega a la segunda plataforma 25 y asciende desde el lecho marino a través de una segunda carcasa 29 hasta la parte de arriba de la segunda plataforma 25.

Un cable o haz de cables puede ser adecuado para su uso con diferentes tipos de plataforma. Por ejemplo, una plataforma puede ser del tipo de instalación fija, en donde la estructura de la plataforma está fijada al lecho marino y se extiende desde el lecho marino hasta la superficie del agua, o del tipo de instalación flotante, en donde la plataforma flota en la superficie del agua y un cable o haz de cables cuelga de la plataforma flotante. Las combinaciones de flotante con flotante, fijo con flotante, de costa con fijo y de costa con plataforma flotante pueden ser aplicaciones posibles de un cable o haz de cables.

La sección del haz 21 de cables que desciende desde la primera plataforma 23 hasta el lecho marino está soportada en su extremo de arriba de manera que el haz de cables cuelga y está bajo alguna tensión axial para soportar su propio peso. Al estar ubicado en la carcasa 27, el haz 21 de cables también está aislado por la carcasa 27 del entorno circundante. Dependiendo de la conductividad térmica, la emisividad, etc., de la carcasa 27, esto puede representar una barrera significativa para el enfriamiento. Parte de esta sección del haz de cables (dentro de la carcasa 27) por encima del nivel del agua está rodeada de aire entre el cable y la carcasa, lo que puede limitar aún más la capacidad del cable para enfriarse. La carcasa 27 también puede estar expuesta a algo de radiación solar, lo que puede hacer que se caliente, calentando a su vez el aire del interior y limitando aún más la capacidad de enfriamiento del cable. Esto dependerá nuevamente de la emisividad y/o transmitancia de la carcasa 27. La parte inferior de la sección (también dentro de la carcasa 27) está rodeada de agua y expuesta a una radiación solar comparativamente pequeña.

La sección del haz 21 de cables que descansa sobre el lecho marino está sometida a poca o ninguna tensión axial, pero puede estar sometida a un estrés de compresión comparativamente alta debido a la profundidad del agua de mar por encima de ella. La sección del haz 21 de cables que descansa sobre el lecho marino está expuesta a una radiación solar comparativamente pequeña y no está aislada por una carcasa. Además, la temperatura aparente relativamente inferior y constante del agua de mar en comparación con el aire en el que opera la sección descendente del haz 21 de cables significa que el agua de mar actúa como un disipador de calor relativamente bueno para los núcleos 3 conductores dentro del haz 21 de cables.

La sección del haz 21 de cables que asciende desde el lecho marino hasta la segunda plataforma 25 a través de la carcasa 29, al igual que la sección que desciende desde la primera plataforma 23 hasta el lecho marino a través de la carcasa 27, está soportado en su extremo de arriba y cuelga de manera que el haz 21 de cables está bajo tensión axial para soportar su propio peso pero relativamente poco estrés de compresión. De manera similar, una parte está rodeada de agua dentro de la carcasa 29 y, por lo tanto, expuesta a relativamente poca radiación solar a través de la carcasa 29, mientras que parte de ella está rodeada de aire dentro de la carcasa 29 que está expuesta a niveles comparativamente altos de radiación solar. Esto da como resultado diferentes niveles de capacidad de disipación de calor a lo largo de la longitud de la sección ascendente, así como diferentes cantidades de calor externo.

Las secciones ascendentes y descendentes del haz 21 de cables deben fabricarse para operar de manera segura durante un período de tiempo predeterminado bajo la tensión axial comparativamente alta, el estrés de compresión comparativamente bajo, la exposición a la radiación solar comparativamente alta y la capacidad de disipación de calor comparativamente baja de las partes 'en el aire' de las secciones ascendentes/descendentes.

La sección del lecho marino debe fabricarse para operar de manera segura durante el mismo período de tiempo predeterminado, pero bajo una tensión axial baja, un estrés de compresión más alto, una exposición a la radiación solar baja y una capacidad de disipación de calor alta del 'submarino'. Por lo tanto, las diferentes secciones del haz de cables tienen requisitos de rendimiento muy diferentes. Para un cable homogéneo, toda la longitud del cable debe cumplir los requisitos para todos los entornos potenciales.

Para permitir que las diferentes secciones del haz de cables cumplan con los diferentes requisitos, las diferentes secciones se fabrican de acuerdo con diferentes parámetros. La sección desde la primera plataforma 23 hasta el lecho marino se fabrica con un conjunto de parámetros (por ejemplo, sección transversal del núcleo 3 de 500 mm2 y estrés dieléctrico máximo de 4.0 kV/mm), y la sección del lecho marino se fabrica con otro conjunto de parámetros (por ejemplo, sección transversal del núcleo 3 de 400 mm2 y estrés dieléctrico máximo de 5.0 kV/mm). Las secciones están conectadas con una junta de los tipos ilustrados en las figuras 2-3. De manera similar, la sección desde el lecho marino hasta la segunda plataforma 25 se fabrica con su propio conjunto de parámetros (que pueden ser sustancialmente similares o iguales a los de la sección entre la primera plataforma 23 y el lecho marino), y esa sección está conectada a la sección del lecho marino con juntas del tipo ilustrado en las figuras 1-2.

En el ejemplo de la figura 6a, los dos puntos en los que las secciones del haz de cables se unen entre sí están marcados como 'T'. El punto de unión de la izquierda se muestra en una vista ampliada en la figura 6b.

En este punto de unión de la izquierda, el haz 21 de cables cambia en el área de la sección transversal de un área de la sección transversal más alta (para la sección que desciende desde la primera plataforma 23 al lecho marino) a un área de la sección transversal inferior (para la sección que descansa sobre el lecho marino). Dentro del haz de cables, el cable o los cables están dispuestos como se ilustra en cualquiera de las figuras 2 o 3. Se proporciona un punto de unión similar en el lado derecho de la figura, en el que el haz 21 de cables cambia en el área de la sección transversal de un área de la sección transversal inferior (para la sección del lecho marino) a un área de la sección transversal más alta (para la sección que asciende desde el lecho marino hasta la segunda plataforma 25).

Las longitudes primera (I) y segunda (II) de un cable se extienden desde cada lado de las uniones de cable desde unos pocos metros hasta varias decenas de kilómetros. Las longitudes tercera, cuarta y/o quinta de un cable y las secciones intermedias pueden tener, por ejemplo, entre unos pocos centímetros y varios metros de largo. Por ejemplo, el material 7 de relleno se extiende normalmente entre 1m y 15m.

Haciendo referencia a la figura 3, el material 7 de relleno tiene diferentes longitudes. La sección (IV) donde el material de relleno se reduce en área es típicamente de 1 a 4 metros y más preferiblemente alrededor de 2 metros de longitud. La porción de diámetro exterior constante del material de relleno entre el borde de la cuarta longitud (IV) hasta una quinta longitud (V) incluida es típicamente entre 1 metro y 15 metros. En el ejemplo de la figura 3, las longitudes del material 7 de relleno en los tres cables son diferentes.

El cable superior normalmente puede tener una longitud de unos 9 metros de relleno donde la sección transversal exterior es constante seguida de una sección cónica de 2 metros en la cuarta longitud (IV). El cable del medio podría tener una longitud más corta de sección transversal constante de unos 6 metros seguido de una conicidad de 2 metros. El cable inferior puede tener solo una parte de sección transversal constante de 3 metros, seguida de nuevo por una conicidad de 2 metros.

Los cables de la figura 3 se ilustran esquemáticamente como cables paralelos para demostrar las disposiciones relativas de las longitudes. Sin embargo, en una realización típica, los cables en el haz de cables están enrollados de forma helicoidal u oscilatoriamente unos alrededor de otros dentro de la carcasa. La figura 7, por ejemplo, ilustra esquemáticamente un haz de cables que incluye tres cables aislados entrelazados, teniendo cada cable una junta del tipo descrito en el contexto de las figuras 2 y 3, estando las juntas separadas a lo largo de la longitud del haz de cables. En algunos ejemplos, un solo haz de cables puede incluir una primera sección a lo largo de la cual los cables del haz se entrelazan helicoidalmente y giran en una primera dirección (por ejemplo, giran en el sentido de las agujas del reloj mirando a lo largo del haz de cables), un punto de inflexión en el que cambia la dirección de giro, y una segunda sección a lo largo de la cual los cables del haz se entrelazan helicoidalmente y giran en una segunda dirección (por ejemplo, giran en sentido contrario a las agujas del reloj mirando a lo largo del haz de cables). Algunos haces de cables pueden incluir múltiples puntos de inflexión, múltiples secciones a lo largo de las cuales los cables se entrelazan helicoidalmente y se giran en una primera dirección (por ejemplo, en el sentido de las agujas del reloj) y/o múltiples secciones a lo largo de las cuales los cables se entrelazan helicoidalmente y giran en una segunda dirección (por ejemplo, en el sentido contrario a las agujas del reloj).

Como puede verse en la figura 7, las juntas en el núcleo 71, 72, 73 correspondientes a la longitud III respectiva están espaciadas a lo largo del cable. Sin embargo, el aislamiento y el relleno compensan el cambio de diámetro del núcleo de modo que el diámetro exterior de los cables alrededor de las juntas 71-73 es sustancialmente constante. Esto significa que las dimensiones totales del haz de cables enrollado permanecen constantes en la sección del haz de cables con las juntas. Esto ayuda a dar una configuración física consistente del cable a pesar del cambio en la dimensión del núcleo y el efecto de la junta en la rigidez física del cable. Las variaciones en las propiedades físicas del cable pueden afectar negativamente la estructura y la resistencia del haz de cables total y pueden causar estreses innecesarios en partes del cable.

Después de la tercera junta 73, el material de relleno para los tres cables continúa a una distancia segura de las juntas antes de que se reduzcan las dimensiones exteriores de los tres cables (entre las líneas punteadas). Al reducir los tres cables al mismo tiempo, las fuerzas y las deformaciones se equilibran, evitando nuevamente concentraciones de estrés no deseadas. El cambio en las dimensiones exteriores significa que el ángulo de hélice de bobinado de los cables se cambia preferentemente para adaptarse a las dimensiones modificadas. Como tales, los pasos ("longitudes de paso") de las hélices y/u otros parámetros de las hélices pueden cambiar. Por ejemplo, los pasos de las hélices podrían cambiarse cerca de los extremos de las longitudes primera y segunda de los cables (es decir, cerca de las juntas entre las secciones del cable) para permitir cambios en el grosor del haz de cables.

La carcasa de un haz de cables puede contener cables adicionales (de potencia, de comunicación, ópticos, etc.), materiales que llenan las brechas entre los cables entrelazados y/o entre los cables y las paredes de la carcasa, y/o materiales que proporcionan estructura al haz de cables. Es posible que sea necesario entrelazar estos cables y materiales adicionales con los cables conductores y/o entre sí, o cortarlos en diferentes puntos a lo largo de la longitud del haz de cables, tal como cerca de los extremos de la primera y segunda longitud de cables.

Un haz de cables puede incluir cualquier número de cables conductores; no se limita a incluir tres cables conductores. Puede incluir, por ejemplo, sólo dos cables conductores, o puede incluir cuatro o más cables conductores dependiendo de las circunstancias. Los cables conductores del haz de cables pueden disponerse para proporcionar una funcionalidad de potencia trifásica.

Aunque los cables y sus núcleos en la figura 3 tienen cada uno las mismas áreas (A1-A4) de sección transversal y grosores (T1-T1) respectivos a lo largo de sus longitudes, en otras realizaciones las dimensiones de los cables pueden ser diferentes entre los cables.

El núcleo 3 ilustrado en las figuras puede incluir uno o más tipos diferentes de material conductor. El núcleo 3 puede incluir, por ejemplo, cobre, aluminio u otro material conductor, o una aleación o colección de diferentes materiales conductores. El núcleo también puede estar hecho de un conductor no metálico, tal como la tecnología de nanotubos de carbono. El núcleo 3 puede incluir un solo hilo de material conductor o una colección de hilos de material conductor, y puede tener un área de sección transversal en el rango de 35 mm2 hasta 800 mm2 dependiendo de la aplicación.

El núcleo puede bloquearse con agua para evitar la entrada de agua en aplicaciones subacuáticas. Las dimensiones del núcleo se pueden determinar con base en la corriente máxima que debe transportar el núcleo, el voltaje máximo que se puede aplicar al núcleo y/o la capacidad prevista de un cable para disipar el calor generado a través de pérdidas resistivas. El núcleo 3 puede estar dispuesto para aplicaciones con un voltaje típico de entre 6.6 kV y 150 kV aplicado, aunque se pueden usar otros voltajes. Por ejemplo, es concebible que el núcleo conductor se pueda usar para aplicaciones HV con voltajes operativos que van desde 150 kV a 400 kV. En aras de la simplicidad, el núcleo 3 de las figuras se dibuja en las figuras como una única estructura homogénea.

El material 5 aislante ilustrado en las figuras puede incluir uno o más materiales aislantes, tal como un material aislante polimérico. El material 5 aislante puede ser un material aislante de triple extrusión. Por ejemplo, con referencia al haz 21 de cables ilustrado en la figura 8, el material 5 aislante puede incluir uno o más de una pantalla 61 de núcleo conductor, una pantalla 65 de aislamiento, un polietileno reticulado resistente al agua (XLPE), caucho de etileno propileno (EPR) o un monómero de etileno propileno dieno (EPDM) 63. El material 5 aislante podría usarse en combinación con otros tipos o capas de material, tal como una cinta 67 que bloquea el agua semiconductora, una pantalla 69 de cinta de cobre y/o una cubierta 70 de polietileno. Aunque una o más de las capas pueden describirse como "bloqueo de agua", en la práctica se acepta que algo de agua puede penetrar a través de las capas y llegar al material 5 aislante. Ninguna de las capas es una capa basada en plomo. Por lo tanto, el cable puede describirse como un cable sin plomo. Una o más de las capas pueden incluir una sustancia retardante del agua, tal como un material higroscópico dispuesto para absorber el agua que penetra en el cable hasta donde forma parte la capa de la que forma parte la sustancia retardante del agua. El material higroscópico puede incluir, por ejemplo, un desecante contenido en un material polimérico.

El material 5 aislante se puede aplicar como cinta que se puede enrollar alrededor de un núcleo 3 y/o material 5 aislante existente. El material 5 aislante puede ser alternativamente un tubo dividido que tiene una sección transversal aproximadamente anular con una hendidura axial a lo largo de su longitud que permite aplicarlo y encerrar una sección de núcleo y/o material aislante existente. El material 5 aislante puede fusionarse con secciones vecinas de material aislante para garantizar la uniformidad del material aislante a lo largo de la longitud de un cable. El material aislante puede elegirse para aguantar estreses dieléctricos predeterminados. Por ejemplo, en algunas realizaciones, el material aislante puede elegirse para aguantar estreses dieléctricos de no menos de 3 kV/mm y/o hasta 5.5 kV/mm. En algunas realizaciones, el material aislante puede elegirse para aguantar estreses dieléctricos de no menos de 4.2 kV/mm y/o hasta 5.0 kV/mm. Al igual que el núcleo 3, el material 5 aislante está dibujado en las figuras como una única estructura homogénea en aras de la simplicidad. El material aislante se forma preferiblemente utilizando un material retardante de árboles de agua para resistir la formación de árboles de agua que pueden provocar un fallo prematuro o una reducción de la vida útil aceptable del cable.

Algunos cables de potencia (tales como los cables de potencia terrestres) tienen clasificaciones máximas de corriente o voltaje y/o clasificaciones máximas de estrés dieléctrico correspondientes a clasificaciones definidas en estándares internacionales (tal como IEC 60287). Sin embargo, los cables de acuerdo con las realizaciones de esta invención pueden tener diferentes clasificaciones a lo largo de sus longitudes, y esas clasificaciones pueden ser diferentes de las clasificaciones definidas en los estándares debido a las combinaciones de factores (por ejemplo, exposición a la radiación solar, temperatura ambiente del aire/agua, carcasa, tensión axial, estrés de compresión) discutido anteriormente.

Por ejemplo, un cable de acuerdo con una realización de esta invención podría tener una sección de lecho marino provista de un núcleo conductor de un diámetro tal y material aislante de un grosor tal que la sección de cable del lecho marino tenga un estrés dieléctrico (por ejemplo, 6 kV/mm) mayor que la permitida por uno o más estándares internacionales.

El mismo cable también puede tener una o más secciones ascendentes/descendentes provistas de un núcleo conductor de un diámetro y un material aislante de un grosor tal que las secciones ascendentes/descendentes tengan un estrés dieléctrico (por ejemplo, 4.2 kV/mm) igual o inferior que el requerido por el mismo o más estándares internacionales.

Sin embargo, la confiabilidad respectiva de las diferentes secciones del cable será aproximadamente la misma, porque la sección del cable del lecho marino experimenta un estrés de compresión, tiene un disipador de calor efectivo (el agua de mar), está expuesta a una radiación solar relativamente pequeña y no está encerrada por cualquier tipo de carcasa, todo lo cual puede contribuir a efectos de envejecimiento húmedo relativamente lentos, mientras que las secciones ascendentes/descendentes del cable están bajo tensión axial, están expuestas (en algunas partes) a una radiación solar relativamente alta, están encerradas en una carcasa protectora, y están rodeados de aire (en lugar de agua) como disipador de calor, todo lo cual puede contribuir a efectos de envejecimiento húmedo relativamente rápidos.

El material 7 de relleno puede servir para uno o más propósitos. Puede servir para mantener el área de la sección transversal de un cable en un valor aproximadamente constante a pesar de una reducción del grosor del material 5 aislante del cable. El material 7 de relleno podría, alternativa o adicionalmente, proporcionar soporte estructural al cable, contribuir al aislamiento del cable, proporcionar una parte exterior externa estética al cable (adecuada para identificar el cable, por ejemplo), llenar el espacio entre cables vecinos en un haz de cables, proporcionar una capa semiconductora al cable y/o cumplir un número de propósitos.

Aunque el material 7 de relleno se ilustra rodeando el material 5 aislante, puede haber hilos, bloques u otras formas de material de relleno dentro del haz de cables según sea necesario, tales como los tubos de material 7 de relleno ilustrados en la figura 8. Al igual que el material 5 aislante, el material 7 de relleno puede incluir uno o más tipos de material de relleno (tales como XLPE o EPDM, PVC, PE, TPR), pero se dibuja como una única estructura homogénea en aras de la simplicidad. La capa de relleno normalmente no proporciona una función aislante crítica como la capa de material 5 aislante y, por lo tanto, las limitaciones del material son menos estrictas. Esto permite que la construcción y la elección de los materiales de la capa de relleno sean menos rigurosas. Sin embargo, no hay ninguna razón por la que el material de relleno no pueda ser de una calidad similar al material 5 aislante o incluso igual.

Los cables de acuerdo con las realizaciones de la invención también pueden incluir una o más capas de blindaje para ayudar a soportar los núcleos conductores dentro de los cables. Las capas de blindaje normalmente se forman a partir de alambres metálicos formados en una cubierta alrededor de los haces de cables, potencialmente con capas o rellenos adicionales entre la capa de blindaje y el haz de cables. Típicamente, se aplican capas adicionales fuera de la capa de blindaje para proporcionar resistencia al desgaste y evitar la corrosión de la capa de blindaje. En la figura 8 se ilustran ejemplos de tales capas 81 de blindaje y capas 83 adicionales/complementarias. El blindaje se aplica de manera continua a lo largo de toda la longitud del cable, protegiendo la integridad mecánica de la junta (también denominada "empalme") y obviando la necesidad de una junta mecánica rígida para la transición entre las diferentes secciones del cable. Esto proporciona una instalación y un manejo más simples del cable, ya que la junta o el empalme tiene dimensiones similares o similares a las del cable. Esto evita la necesidad de un tratamiento especial del cable en la junta durante la carga o descarga.

Como se ilustra en las figuras, un cable que incluye una o más de una primera longitud, una segunda longitud, una tercera longitud, una cuarta longitud y una quinta longitud puede incluir otras longitudes. Las otras longitudes pueden ser longitudes intermedias, situadas entre la primera, segunda, tercera, cuarta y/o quinta longitud, como se muestra en las figuras (por ejemplo, la figura 1, que muestra una longitud sin nombre situada entre la tercera longitud y la quinta longitud, y una longitud sin nombre situada entre la quinta longitud y la cuarta longitud). Alternativamente, algunas o todas las longitudes primera a quinta pueden ser contiguas entre sí.

En las figuras, se ilustran los cambios en el área de la sección transversal del núcleo (por ejemplo, en la longitud 'III' de la figura 2) como cambios aproximadamente constantes en el diámetro del núcleo, y se ilustran los cambios en el área de la sección transversal del cable (por ejemplo, en la longitud 'IV' de la figura 2) como cambios aproximadamente constantes en el diámetro del cable. Sin embargo, en otros ejemplos, son posibles diferentes cambios del diámetro del núcleo y/o del diámetro del cable. El diámetro de un núcleo o cable puede, por ejemplo, cambiar de forma escalonada o no lineal. Al pasar de un área de sección transversal a otra área de sección transversal (más pequeña), el área de sección transversal puede aumentar y disminuir durante la transición (tal como por abultamiento).

Un cambio en el diámetro puede tener una forma imprecisa, tal como si el proceso utilizado para unir una longitud de núcleo/cable a la siguiente longitud de núcleo/cable produce resultados variables y/o impredecibles (bultos, líneas irregulares o cambios repentinos en el perfil). Además, la sección transversal del cable y la sección transversal del núcleo pueden adoptar formas distintas de la circular. Las secciones transversales pueden tener, por ejemplo, una forma más triangular, cuadrada, pentagonal, hexagonal, etc., o ser de forma imprecisa o variable. Además, el cable puede tener una forma de sección transversal diferente a la del núcleo, y sus formas de sección transversal pueden cambiar a lo largo de las longitudes del cable. Esto se aplica también a un haz de cables, que puede ser igualmente impreciso o variable en sección transversal, y que puede variar en sección transversal de los cables y núcleos internos.

Aunque en la realización de la figura 3 los cables en el haz de cables incluyen solo longitudes tercera, cuarta y quinta que no se superponen, en otras realizaciones, una o más de las longitudes tercera, cuarta y quinta de cualquier cable dado pueden superponerse parcial o completamente entre sí y/o con la tercera, cuarta y/o quinta longitud de otros cables en el haz de cables. Los cables del haz de cables pueden adoptar la forma de los cables 41 y/o 51 (figuras 4 y 5) en lugar del cable 1 (figura 2).

El ejemplo de la figura 6 se describe en términos de un haz de cables que incluye uno o más cables aislados de los tipos ilustrados en las figuras 2 y 3. El haz de cables puede incluir igualmente cables de los tipos ilustrados en las figuras 4 y 5. Aunque se usan las palabras 'haz de cables', la primera plataforma 23 y la segunda plataforma 25 podrían estar conectadas por un cable aislado del tipo ilustrado en cualquiera de las figuras 2, 4 o 5.

Mientras que la figura 6 ilustra tres secciones del haz de cables (y dos juntas entre ellas), otras disposiciones pueden incluir un número mayor o menor de secciones del haz de cables. Por ejemplo, en una situación similar a la ilustrada en la figura 6, puede haber dos o más secciones de haz de cables en las partes ascendentes/descendentes para que los requisitos del cable coincidan más con las diferentes partes (una parte 'en el aire' con exposición a la radiación solar comparativamente alta y baja disipación de calor y una parte 'en el agua' con exposición a la radiación solar comparativamente baja y alta disipación de calor). Puede haber varias secciones en la porción del lecho marino si, por ejemplo, parte del haz de cables en el lecho marino se coloca cerca de una característica geotérmica, otro cable o un terreno de lecho marino diferente que requiere una construcción de cable diferente y más duradera. Además, un cable solo puede incluir dos secciones, por ejemplo, si el cable sale de una plataforma y termina en una ubicación en el lecho marino. Como tal, no se requeriría una segunda transición a la superficie.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un cable (1) submarino aislado que incluye un núcleo (3, 3a, 3b) conductor y material (5, 5a, 5b, 5c) aislante que rodea el núcleo, en donde el cable incluye:

una primera longitud a lo largo del cual el núcleo (3a) tiene un área A1 de sección transversal y el material (5a) aislante tiene un grosor T1;

una segunda longitud a lo largo del cual el núcleo (3b) tiene un área A3 de sección transversal, menor que el área A1 de sección transversal de la primera longitud, y el material (5b) aislante tiene un grosor T2,

una tercera longitud, entre la primera longitud y la segunda longitud, que incluye una junta entre secciones (3a, 3b) respectivas del núcleo (3) a lo largo de las cuales el núcleo (3) cambia en área de la sección transversal desde A1 hasta A3; caracterizada porque el grosor T2 de la segunda longitud es menor que el grosor T1 de la primera longitud, y el cable comprende una cuarta longitud, entre la tercera y la segunda longitud, a lo largo del cual el grosor del material aislante se reduce a T2.

2. Un cable submarino aislado como se reivindica en la reivindicación 1, en donde el área de la sección transversal del cable (1) permanece constante a lo largo de la tercera longitud.

3. Un cable submarino aislado como se reivindica en la reivindicación 1 o 2, en donde el grosor del material aislante permanece sustancialmente constante a lo largo de la tercera longitud.

4. Un cable submarino aislado como se reivindica en la reivindicación 1, 2 o 3, en donde el área de la sección transversal del núcleo (3) permanece constante a lo largo de la cuarta longitud.

5. Un cable submarino aislado como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que incluye una longitud de relleno que comprende material (7) de relleno dispuesto alrededor del material (5b, 5c) aislante y que se extiende a lo largo de la cuarta longitud y una porción de la segunda longitud, en donde el material de relleno aumenta de grosor a medida que el material aislante que rodea el núcleo disminuye de grosor.

6. Un cable submarino aislado como se reivindica en la reivindicación 5, en donde el área de la sección transversal del cable (1) permanece constante a lo largo de la cuarta longitud.

7. Un cable submarino aislado como se reivindica en las reivindicaciones 5 o 6, en donde la primera longitud es o forma parte de una primera sección de cable, teniendo la primera sección de cable un área A1 de sección transversal del núcleo constante y un grosor T1 de material aislante constante; la segunda longitud es o forma parte de una segunda sección de cable, teniendo la segunda sección de cable un área A3 de sección transversal del núcleo constante y un grosor T2 de material aislante constante; y las longitudes tercera, cuarta y de relleno son o forman partes de una junta que conecta la primera sección de cable y la segunda sección de cable.

8. Un cable submarino aislado como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la porción del núcleo en la tercera longitud incluye una junta cónica soldada por inducción.

9. Un cable submarino aislado como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el cable es un cable sin plomo.

10. Un cable submarino aislado como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que incluye una sustancia retardante del árbol de agua.

11. Un haz de cables submarinos que comprende una pluralidad de cables aislados como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

12. Un haz de cables submarinos como se reivindica en la reivindicación 11, en donde los cables del haz están dispuestos de manera que las respectivas terceras longitudes de cada uno de los cables, situados entre la primera longitud y la segunda longitud del cable y a lo largo de los cuales el núcleo cambia en el área de la sección transversal, se colocan de manera que no coincidan entre sí en la misma posición axial a lo largo del haz de cables.

13. Un haz (21) de cables submarinos como se reivindica en las reivindicaciones 11 o 12, en donde los cables en el haz están dispuestos de manera que las respectivas cuartas longitudes de cada uno de los cables, situados entre la primera y segunda longitudes del cable y a lo largo de las cuales el material aislante del cable cambia de grosor y el material de relleno que rodea al material aislante cambia de grosor, se colocan de manera que no coincidan entre sí en la misma posición axial a lo largo del haz de cables.

14. Un haz de cables submarinos como se reivindica en la reivindicación 11, 12 o 13, en donde las respectivas longitudes de relleno de los cables, que se extienden a lo largo de la respectiva cuarta longitud y una porción de la respectiva segunda longitud, se colocan de tal manera que se superponen al menos parcialmente entre sí a lo largo de una porción del haz de cables.

15. Un haz de cables submarinos como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, en donde los cables del haz de cables están entrelazados de forma helicoidal u oscilatoria.