ES2929629T3 - Método para producir un cable de transmisión de potencia eléctrica - Google Patents

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Abstract

Un cable de transmisión de energía eléctrica, que comprende: al menos una primera porción provista de una pluralidad de primeros alambres de armadura que tienen una primera resistencia a la tracción, dicha pluralidad de primeros alambres de armadura están hechos de un primer material metálico revestido con un primer revestimiento metálico de protección con un espesor más de 100 g/m2, teniendo dicho primer material metálico una primera permeabilidad magnética μ1, al menos una segunda parte provista de una pluralidad de segundos alambres de armadura que tienen una segunda resistencia a la tracción, estando dicha pluralidad de segundos alambres de armadura hechos de un segundo material metálico revestido con un segundo revestimiento metálico de protección con un espesor superior a 100 g/m2, teniendo dicho segundo material metálico una segunda permeabilidad magnética μ2, y μ2≠ μ1, estando cada uno de dicha pluralidad de primeros alambres de blindaje unidos longitudinalmente a uno de dicha pluralidad de segundos alambres de blindaje en una porción de unión, teniendo dicha porción de unión una tercera resistencia a la tracción, en donde la tercera resistencia a la tracción está en l este más del 80% de la resistencia a la tracción inferior de la primera resistencia a la tracción y la segunda resistencia a la tracción. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Método para producir un cable de transmisión de potencia eléctrica
Campo técnico
La invención se refiere, en general, al campo de los cables eléctricos, es decir, cables de transmisión de potencia eléctrica, en particular, transmisión de potencia de corriente alterna (CA), de manera más particular, a cables submarinos de transmisión de potencia eléctrica destinados sustancialmente a desplegarse bajo el agua.
Antecedentes de la técnica
La electricidad es una parte esencial de la vida moderna. La transmisión de potencia eléctrica es la transferencia masiva de energía eléctrica, desde plantas de generación de potencia hasta subestaciones eléctricas situadas cerca de los centros de demanda. Las líneas de transmisión utilizan principalmente corriente alterna (CA) trifásica de alta tensión. La electricidad se transmite a altas tensiones (110 kV o más) para reducir la pérdida de energía en la transmisión a larga distancia. La potencia generalmente se transmite a través de líneas eléctricas aéreas. La transmisión de potencia subterránea tiene un coste significativamente más alto y mayores limitaciones operativas, pero a veces se utiliza en áreas urbanas o ubicaciones sensibles. Más recientemente, los cables de potencia submarinos brindan la posibilidad de suministrar potencia a pequeñas islas o plataformas de producción fuera costa que no cuentan con su propia producción de electricidad. Por otro lado, los cables de potencia submarinos también brindan la posibilidad de llevar a tierra electricidad producida fuera costa (eólica, undimotriz, por corrientes marinas...) a tierra firme.
Estos cables de potencia son normalmente cables blindados con alambres de acero. En la figura 1 se muestra una construcción típica de cable blindado 10 con alambres de acero. Un conductor 12 normalmente está hecho de cobre liso trenzado. Un aislamiento 14, tal como uno hecho de polietileno reticulado (XLPE), tiene buena resistencia al agua y excelentes propiedades aislantes. El aislamiento 14 en los cables garantiza que los conductores y otras sustancias metálicas no entren en contacto entre sí. Una base 16, tal como una hecha de cloruro de polivinilo (PVC), se utiliza para proporcionar un límite protector entre las capas interior y exterior del cable. Un blindaje 18, tal como uno hecho de alambres de acero, proporciona protección mecánica, especialmente proporciona protección contra impactos externos. Asimismo, los alambres de blindaje 18 pueden aliviar la tensión durante la instalación y así evitar que los conductores de cobre se alarguen. Una posible funda 19, tal como una hecha de PVC negro, mantiene todos los componentes del cable juntos y proporciona protección adicional contra tensiones externas.
Durante su uso, los cables submarinos generalmente se instalan bajo el agua, normalmente, enterrados bajo el suelo del fondo o lecho marino, pero se pueden tender porciones del mismo en diferentes entornos; este es, por ejemplo, el caso de extremos en tierra de enlaces submarinos, cruce de islas intermedias, porciones de tierra contiguas, borde de canales, transición desde aguas profundas a un puerto y situaciones similares. Asociado a estos entornos, suele haber peores características térmicas y/o mayor temperatura con respecto a la situación en la ruta principal fuera costa o en tierra.
La calificación actual, es decir, la cantidad de corriente que el cable puede transportar con seguridad de manera continuada o de conformidad con una carga dada es un parámetro importante para un cable de potencia eléctrica. Si se excede la corriente nominal durante mucho tiempo, el aumento de temperatura provocado por el calor generado podría dañar el aislamiento del conductor y provocar un deterioro permanente de las propiedades eléctricas o mecánicas del cable. Por lo tanto, la configuración de un cable de potencia, p. ej., la dimensión del núcleo, viene determinada por la corriente nominal. La corriente nominal de un cable depende del tamaño del núcleo del cable, de los parámetros del sistema operativo del circuito de distribución de potencia eléctrica, del tipo de aislamiento y de los materiales utilizados para todos los componentes del cable y de las condiciones de instalación y las características térmicas del entorno circundante.
En un cable de potencia de CA, el campo magnético generado por la corriente que fluye por los conductores induce pérdidas magnéticas en materiales ferromagnéticos o en un material que tiene una alta permeabilidad magnética, tal como en los aceros al carbono utilizados como alambres de blindaje. La pérdida magnética provoca (o se transfiere como) calor en los materiales. Tal calor inducido, sumado al calor producido por los conductores debido al transporte de corriente, puede limitar la capacidad total para transportar corriente del cable de potencia, especialmente cuando el cable de potencia se despliega en un entorno con una capacidad de disipación térmica baja o insuficiente.
Se han investigado soluciones para evitar una reducción en la capacidad de transporte de potencia eléctrica de un cable eléctrico debido al calor generado por pérdidas en el blindaje del cable.
Una propuesta consiste en aumentar el tamaño del cable, en particular de aquellas secciones de cable que se encuentran en condiciones de disipación de calor insuficiente. Sin embargo, tal solución no resulta deseable, ya que implica cables más pesados y caros. Una desventaja de tener un cable hecho de distintas secciones de diferentes tamaños es que la continuidad del cable se ve afectada, lo que es perjudicial para la resistencia mecánica del cable y requiere empalmes de transición especiales entre las secciones de cable y requiere una cuidadosa manipulación durante la operación de tendido. Asimismo, estos empalmes de transición de cable de transmisión eléctrica también pueden generar pérdidas eléctricas adicionales.
Se utilizan alambres de acero inoxidable no magnéticos como alambre de blindaje para cables de potencia a efectos de minimizar la pérdida magnética de los cables de potencia. En particular, en la publicación de solicitud de patente WO2013117270 se describen alambres de acero inoxidable no magnéticos con revestimiento adherente resistente a la corrosión en una estructura de blindaje de cables de potencia.
Otra solución para minimizar la pérdida magnética del cable de potencia se describe en la publicación de solicitud de patente WO2014202356, donde un alambre de acero, a modo de alambre de blindaje para un cable de transmisión de potencia eléctrica, tiene un núcleo de acero y un revestimiento no magnético que tiene un espesor en el intervalo de 0,2 mm a 3,0 mm.
La publicación de solicitud de patente de EE. UU. n. °20120024565 divulga otra solución para resolver este problema. Divulga un cable de transmisión de potencia eléctrica que comprende una primera sección provista de un blindaje de cable hecho de un primer material metálico y una segunda sección provista de elementos de blindaje de cable hechos de un segundo material metálico. El segundo material metálico está sustancialmente libre de ferromagnetismo. Las secciones primera y segunda son longitudinalmente contiguas entre sí y se proporciona una protección anticorrosión que coincide con un punto de contacto entre los elementos de blindaje de la primera sección y los elementos de blindaje de la segunda sección. La protección anticorrosión comprende varillas o tiras de zinc intercaladas entre los elementos de blindaje de la primera sección y los elementos de blindaje de la segunda sección. De acuerdo con esta solución propuesta, en el manguito o correa adicional que une la primera sección a la segunda sección deberían añadirse varillas o tiras de zinc y, por tanto, la producción del cable de potencia se vuelve compleja y costosa.
Divulgación de la invención
Un objetivo principal de la presente invención consiste en superar los problemas de la técnica anterior.
Otro objetivo de la presente invención consiste en proporcionar un cable de potencia eléctrica que tenga diferentes capacidades de generación de calor en diferentes secciones y que se pueda producir a bajo coste.
Otro objetivo adicional de la presente invención consiste en producir un alambre compuesto hecho de diferentes alambres como estructura de blindaje para cables de potencia. Un alambre compuesto de este tipo tiene suficiente resistencia a la tracción para satisfacer el requisito de blindaje de cables de potencia.
Otro objetivo más de la presente invención consiste en producir un cable blindado de transmisión de potencia eléctrica que tenga un comportamiento más fiable frente a la corrosión que los cables conocidos que comprenden secciones que tienen una generación de calor diferente.
De acuerdo con un aspecto de la presente invención, se proporciona un método para producir cables de transmisión de potencia eléctrica, que comprende las etapas de:
(a) proporcionar un primer alambre de blindaje que tiene dos extremos y una primera resistencia a la tracción, estando dichos primeros alambres de blindaje hechos de un primer material metálico revestido con un primer revestimiento metálico de protección que tiene un espesor de más de 100 g/m2, teniendo dicho primer material metálico una primera permeabilidad magnética |j1,
(b) proporcionar un segundo alambre de blindaje que tenga dos extremos y una segunda resistencia a la tracción, estando dichos segundos alambres de blindaje hechos de un segundo material metálico revestido con un segundo revestimiento metálico de protección que tiene un espesor de más de 100 g/m2, teniendo dicho segundo material metálico una segunda permeabilidad magnética j 2 y j 2^ j 1,
(c) retirar dicho primer revestimiento metálico de protección de un extremo de dichos primeros alambres de blindaje para formar un primer extremo con dicho primer material metálico,
(d) retirar dicho segundo revestimiento metálico de protección de un extremo de dichos segundos alambres de blindaje para formar un segundo extremo con dicho segundo material metálico,
(e) empalmar dicho primer extremo y dicho segundo extremo para formar un alambre de blindaje compuesto de modo que dicho primer alambre de blindaje y dicho segundo alambre de blindaje se empalmen longitudinalmente entre sí en una porción de empalme, teniendo dichas porciones de empalme una tercera resistencia a la tracción, en donde la tercera resistencia a la tracción es al menos más del 80 % de la primera resistencia a la tracción y la segunda resistencia a la tracción,
(f) pintar dicha porción de empalme, dicho primer extremo y dicho segundo extremo con un compuesto que comprende los mismos elementos que para dichos primer o segundo revestimientos de protección metálica, (g) cablear una pluralidad de dichos alambres de blindaje compuestos para proporcionar al menos una primera porción para un cable de transmisión de potencia eléctrica con una pluralidad de dichos primeros alambres de blindaje y al menos una segunda porción para dicho cable de transmisión de potencia eléctrica con una pluralidad de dichos segundos alambres de blindaje.
El revestimiento de protección metálica se retira antes de empalmar el primer y el segundo alambre de blindaje. Esta etapa contribuye a la alta resistencia a la tracción de la porción de empalme. Si el revestimiento de protección, p. ej., zinc, no se retira, durante la operación de empalme, p. ej., por soldadura, la segregación de zinc en los límites de grano del primer o segundo material causará una pérdida de resistencia a la tracción y de ductilidad. La retirada previa del revestimiento de protección metálica garantiza buenas propiedades mecánicas.
De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, se proporciona un cable de transmisión de potencia eléctrica producido de acuerdo con el método anterior. Se proporciona un cable de transmisión de potencia eléctrica, que comprende: al menos una primera porción provista de una pluralidad de primeros alambres de blindaje que tienen una primera resistencia a la tracción, estando dicha pluralidad de primeros alambres de blindaje hecha de un primer material metálico revestido con un primer revestimiento metálico de protección con un espesor de más de 100 g/m2, teniendo dicho primer material metálico una primera permeabilidad magnética |j 1,
al menos una segunda porción provista de una pluralidad de segundos alambres de blindaje que tiene una segunda resistencia a la tracción, estando dicha pluralidad de segundos alambres de blindaje hecha de un segundo material metálico revestido con un segundo revestimiento metálico de protección que tiene un espesor de más de 100 g/m2, teniendo dicho segundo material metálico una segunda permeabilidad magnética j 2 y j 2^ j 1,
estando cada uno de dichos primeros alambres de blindaje empalmados individual y longitudinalmente a uno de dicha pluralidad de segundos alambres de blindaje en una porción de empalme,
caracterizado por que dicho primer y segundo revestimiento metálico de protección no están presentes en dicha porción de empalme, y dicha porción de empalme está pintada con un compuesto que comprende los mismos elementos que para dichos primer o segundo revestimientos metálicos de protección y teniendo dicha porción de empalme una tercera resistencia a la tracción,
en donde la tercera resistencia a la tracción es al menos más del 80 % de la resistencia a la tracción más baja de la primera resistencia a la tracción y la segunda resistencia a la tracción.
El cable de transmisión de potencia eléctrica de acuerdo con la presente invención puede ser un cable submarino trifásico de transmisión de potencia eléctrica. En el presente documento, los cables de potencia incluyen cables de alta tensión, media tensión, así como de baja tensión. Los niveles de tensión comunes que se utilizan hoy en día para media a alta tensión, p. ej., para el cableado sobre el terreno de parques eólicos fuera costa, son de 33 kV para cableado sobre el terreno y de 150 kV para cables de exportación. Esto puede evolucionar hacia 66 y 220 kV, respectivamente. Los cables de potencia de alta tensión también pueden ampliarse a 280, 320 o 380 kV si las tecnologías de aislamiento permiten la construcción. Por otro lado, los cables de potencia de acuerdo con la invención pueden transmitir potencia eléctrica que tenga diferentes frecuencias. Por ejemplo, pueden transmitir la frecuencia de transmisión de potencia de CA estándar, que es de 50 Hz en Europa y 60 Hz en América del Norte y del Sur. Por otra parte, el cable de potencia también se puede aplicar en sistemas de transmisión que utilizan 17 Hz, p. ej., el ferroviario alemán u otras frecuencias adicionales.
La permeabilidad magnética j 1 del primer material metálico del primer alambre de blindaje es diferente de la permeabilidad magnética j 2 del segundo material metálico. Por ejemplo, si j 1< j 2, indica que la pérdida magnética del primer alambre de blindaje es menor que la pérdida magnética del segundo alambre de blindaje cuando estos blindan el mismo cable de potencia de CA. Por lo tanto, el primer alambre de blindaje genera menos pérdida magnética o calor y su utilización resulta más deseable en las áreas con insuficiente disipación de calor. Uno de los primeros alambres de blindaje está empalmado longitudinalmente a uno de los segundos alambres de blindaje. Una pluralidad de primeros y segundos alambres de blindaje se empalman individual y longitudinalmente para formar una pluralidad de alambres compuestos. Un cable de potencia blindado con tales alambres compuestos tiene una generación de calor diferente en porciones diferentes. Dicho con otras palabras, un cable de potencia de este tipo puede mantener una temperatura casi constante en entornos de diferente disipación térmica: blindando la sección con los primeros alambres de blindaje en un entorno desfavorable de disipación térmica y blindando la sección con los segundos alambres de blindaje en un entorno favorable de disipación térmica. Por tanto, no es necesario cambiar otras configuraciones para tener la misma corriente nominal o una similar a lo largo del cable de potencia en la transmisión.
Los primeros y segundos alambres de blindaje se empalman individualmente. Por lo tanto, el alambre de blindaje empalmado o el alambre compuesto se puede considerar como un alambre continuo en producción. Un alambre continuo normalmente significa un alambre uniforme hecho del mismo material y sin interrupciones como medios de conexión. A diferencia del proceso divulgado en la publicación de solicitud de patente de EE. UU. n.° 20120024565, el procedimiento de producción del cable de potencia de acuerdo con la presente invención, en particular, el procedimiento de cableado y agrupamiento, no se interrumpirá debido a los empalmes. Esto evita la complejidad asociada con la introducción de un manguito o correa de empalme separada y elementos anticorrosión adicionales como varillas de zinc. Por otro lado, gracias al grueso revestimiento de protección, los alambres de blindaje de acuerdo con la presente invención están bien protegidos contra la corrosión.
De manera significativa, los alambres compuestos o porciones de empalme realizados de acuerdo con la presente invención tienen una resistencia a la tracción suficientemente alta como para satisfacer el requisito de blindaje de cables de potencia.
A modo de ejemplo, el primer material metálico puede ser acero al carbono y el segundo material metálico puede seleccionarse de acero austenítico, cobre, bronce, latón, compuestos y aleaciones. Preferentemente, el acero austenítico es acero inoxidable austenítico que no es magnético.
De acuerdo con la presente invención, al menos uno de dicha pluralidad de primeros alambres de blindaje está empalmado longitudinalmente a uno de dicha pluralidad de segundos alambres de blindaje mediante empalmes por soldadura a tope que comprenden empalmes por soldadura a tope resistiva, empalmes por soldadura a tope por chispa y empalmes por soldadura de gas inerte de tungsteno (TIG). Preferentemente, el diámetro de dicha pluralidad de primeros alambres de blindaje es el mismo que el diámetro de dicha pluralidad de segundos alambres de blindaje. El alambre compuesto así formado parece o puede considerarse un alambre continuo que tiene el mismo diámetro y son fáciles de cablear juntos como una capa de blindaje.
A modo de ejemplo, el primer y segundo revestimientos metálicos de protección se seleccionan de entre zinc, aluminio, aleación de zinc o aleación de aluminio. Un revestimiento de zinc y aluminio tiene una mejor resistencia total a la corrosión que el zinc. A diferencia del zinc, el revestimiento de zinc-aluminio es más resistente a la temperatura. Todavía a diferencia con el zinc, no hay descamación con la aleación de zinc y aluminio cuando se expone a altas temperaturas. Un revestimiento de zinc y aluminio puede tener un contenido de aluminio que varía de un 2 % en peso a un 23 % en peso, p. ej., varía del 2 % en peso al 12 % en peso, o, p. ej., varía del 5 % en peso al 10 % en peso. Una composición preferente se encuentra alrededor de la posición eutectoide: aluminio de aproximadamente un 5 % en peso. El revestimiento de aleación de zinc además puede tener un agente humectante tal como lantano o cerio en una cantidad de menos del 0,1 % en peso de la aleación de zinc. El resto del revestimiento es zinc e impurezas inevitables. Otra composición preferente contiene aproximadamente un 10 % en peso de aluminio. Esta mayor cantidad de aluminio proporciona una mejor protección contra la corrosión que la composición eutectoide con aproximadamente un 5 % en peso de aluminio. Pueden añadirse otros elementos como silicio y magnesio al revestimiento de zinc y aluminio. Más preferentemente, con vistas a optimizar la resistencia a la corrosión, una buena aleación particular comprende de un 2 % en peso a un 10 % en peso de aluminio y de un 0,2 % en peso a un 3,0 % en peso de magnesio, siendo el resto zinc.
Preferentemente, el espesor del primer y segundo revestimientos metálicos de protección está en el intervalo de 200 g/m2 a 600 g/m2. Más preferentemente, dichos primer y segundo revestimientos metálicos de protección son revestimientos de zinc y/o aleación de zinc sumergidos en caliente. Una capa intermedia de níquel, zinc o aleación de zinc galvanizado puede estar presente entre el primer material metálico y el revestimiento de zinc y/o aleación de zinc sumergido en caliente, y entre el segundo material metálico y el revestimiento de zinc y/o aleación de zinc sumergido en caliente. Como alternativa, los alambres después de la activación de la superficie se pueden transferir bajo la protección del tubo lleno de un gas de reducción calentado o una mezcla gaseosa de argón, nitrógeno y/o hidrógeno al baño de galvanización. Todos estos posibles tratamientos previos tienen como objetivo separar la superficie activada de la contaminación por aire u oxígeno y así evitar la aparición de óxidos en la superficie activada. Por lo tanto, estos tratamientos previos ayudan a la superficie del material metálico a formar una buena adhesión con el revestimiento de protección o resistente a la corrosión formado posteriormente.
Para aislar completamente la porción de empalme del entorno corrosivo, la porción de empalme está pintada con un compuesto que comprende los mismos elementos que para el primer o segundo revestimiento metálico de protección. La pintura puede extenderse desde las porciones de empalme a lo largo de los primeros y segundos alambres de blindaje por una longitud de menos de 20 cm, p. ej., de 10 cm o 5 cm.
De acuerdo con otro aspecto más de la presente invención, se proporciona un conjunto de alambres o un alambre compuesto, que comprende al menos una primera porción provista de un primer alambre que tiene una primera resistencia a la tracción, estando dicho primer alambre hecho de un primer material metálico revestido con un primer revestimiento metálico de protección con un espesor de más de 100 g/m2, teniendo dicho primer material metálico una primera permeabilidad magnética |j 1,
al menos una segunda porción provista de un segundo alambre que tiene una segunda resistencia a la tracción, estando dicho segundo alambre hecho de un segundo material metálico revestido con un segundo revestimiento metálico de protección con un espesor de más de 100 g/m2, teniendo dicho segundo material metálico una segunda permeabilidad magnética j 2 y j 2^ j 1,
estando dicho primer alambre y dicho segundo alambre empalmados longitudinalmente entre sí en una porción de empalme, teniendo dicha porción de empalme una tercera resistencia a la tracción,
en donde la tercera resistencia a la tracción es al menos más del 80 % de la resistencia a la tracción más baja de la primera resistencia a la tracción y la segunda resistencia a la tracción.
Se puede enrollar una pluralidad de alambres compuestos alrededor de al menos parte del cable de potencia. Preferentemente, el cable de potencia tiene al menos una capa de blindaje anular hecha de dichos alambres compuestos.
La aplicación del conjunto de alambres de la invención como alambres de blindaje para cables submarinos prolonga sustancialmente la vida útil de los cables de potencia porque la generación de calor debido a la pérdida magnética del cable de potencia puede ajustarse blindando diferentes tipos de alambres. Simultáneamente, la producción del cable de potencia, en particular para el blindaje, de acuerdo con la invención todavía puede seguir el mismo procedimiento que para el blindaje de alambres continuos. Asimismo, la dimensión del cable de potencia no cambiaría debido a los alambres compuestos. Por lo tanto, las propiedades mecánicas del cable de potencia no se verían afectadas negativamente. Por otra parte, el coste total de producción del cable, de acuerdo con la presente invención, es menor que el coste de producción de otros cables de transmisión de potencia eléctrica comúnmente conocidos que comprenden secciones que tienen diferente generación de calor.
Breve descripción de las figuras de los dibujos
La invención se entenderá mejor con referencia a la descripción detallada cuando se considera junto con los ejemplos no limitantes y los dibujos adjuntos, en los que:
La Figura 1 muestra un cable de potencia de alta tensión de acuerdo con el estado de la técnica.
La Figura 2 ilustra una sección transversal de un cable trifásico de potencia que tiene alambres de blindaje.
La Figura 3 ilustra una sección transversal realizada a lo largo de la dirección longitudinal del alambre de blindaje soldado de acuerdo con la presente invención.
Modo(s) de realización de la invención
La Figura 2 representa una sección transversal de un cable submarino trifásico de potencia blindado con los alambres de acero inoxidable de la presente invención. Incluye un conductor de cobre desnudo 21, compacto, trenzado, seguido de un blindaje de conductor 22. Se aplica un blindaje de aislamiento 23 para garantizar que los conductores no entren en contacto entre sí. Los conductores aislados están cableados junto con unos rellenos 24 mediante una cinta adhesiva, seguida de una funda de aleación de plomo 25. La funda de aleación de plomo 25 a menudo se necesita debido a las severas demandas ambientales impuestas a los cables submarinos. La funda 25 está normalmente recubierta por una capa exterior 26 que comprende una camisa de polietileno (PE) o cloruro de polivinilo (PVC). Esta construcción está blindada por una capa de blindaje de alambre de acero 28. De acuerdo con la invención, los alambres de acero 28 utilizados pueden ser alambres de acero soldados con una capa galvanizada adherente para una fuerte protección contra la corrosión. Una funda exterior 29, tal como una hecha de PVC o polietileno reticulado (XLPE) o una combinación de capas de PVC y XLPE, se aplica, preferentemente, fuera de la capa de blindaje 28.
La figura 3 es una sección transversal realizada a lo largo de la dirección longitudinal del alambre de blindaje soldado 30. En el ejemplo, el alambre de blindaje soldado 30 comprende dos tipos de alambres, alambre bajo en carbono 31, p. ej., acero bajo en carbono de grado 65 de acuerdo con la norma EN10257-2 y alambre de acero inoxidable 33, p. ej., acero inoxidable de grado AISI 302. Ambos alambres están revestidos con un revestimiento de protección contra la corrosión, p. ej., zinc 32, 34.
Un alambre de acero, es decir, bajo en carbono de grado 65 o inoxidable de grado AISI 302, p. ej., que tiene un diámetro de 6 mm se reviste primero de acuerdo con el siguiente procedimiento.
Este alambre de acero se desengrasa primero en un baño desengrasante (que contiene ácido fosfórico) de 30 °C a 80 °C durante unos segundos. El baño está provisto de un generador ultrasónico para ayudar al desengrasado. Como alternativa, el alambre de acero se puede desengrasar primero en un baño desengrasante alcalino (que contiene NaOH) de 30 °C a 80 °C durante unos segundos.
A esto le sigue una etapa de decapado, en donde el alambre de acero se sumerge en un baño de decapado (que contiene 100-500 g/l de ácido sulfúrico) de 20 °C a 30 °C. A esto le sigue otro decapado sucesivo que se lleva a cabo sumergiendo el alambre de acero en un baño de decapado (que contiene 100-500 g/l de ácido sulfúrico) de 20 °C a 30 °C durante un breve período de tiempo para eliminar aún más el óxido de la superficie del alambre de acero. Una corriente eléctrica puede ayudar en todas las etapas de decapado para lograr una activación suficiente.
Después de esta segunda etapa de decapado, el alambre de acero se sumerge inmediatamente en un baño de electrólisis (que contiene 10-100 g/l de sulfato de zinc) de 20 °C a 40 °C de unas decenas a cientos de segundos. El alambre de acero además se trata en un baño de fundente. La temperatura del baño de fundente se mantiene entre 50 °C y 90 °C, preferentemente a 70 °C. Después, se elimina el exceso de fundente. Posteriormente, el alambre de acero se sumerge en un baño de galvanización mantenido a una temperatura de 400 °C a 500 °C.
Como alternativa, después del segundo procedimiento de decapado, el alambre de acero se enjuaga en un baño de enjuague de agua corriente. En este ejemplo, después de retirar el exceso de agua, los alambres además se transfieren bajo la protección del tubo lleno con un gas de reducción calentado o una mezcla gaseosa de argón, nitrógeno y/o hidrógeno al baño de galvanización. Preferentemente, los alambres se calientan de 400 °C a 900 °C en el tubo antes del baño de galvanización.
Se forma una capa de zinc en la superficie del alambre de acero inoxidable mediante un procedimiento de galvanización. Después de la galvanización por inmersión en caliente o la limpieza a presión, se puede utilizar carbón o una limpieza magnética para controlar el espesor del revestimiento. Por ejemplo, el espesor del revestimiento galvanizado varía de 100 g/m2 a 600 g/m2, p. ej., 200, 300 o 400 g/m2 A continuación, el alambre se enfría al aire o preferentemente con ayuda de agua. Se forma un revestimiento continuo, uniforme, sin huecos.
Para formar el alambre soldado de la presente invención, el revestimiento de ambos alambres de acero con bajo contenido de carbono revestidos y los alambres de acero inoxidable revestidos se pelan por una porción de extremo de los alambres, p. ej., de 5 mm a 5 cm desde el extremo. Se suelda el alambre de acero bajo en carbono expuesto y el alambre de acero inoxidable que tienen el mismo diámetro, p. ej., mediante soldadura a tope por chispa o mediante soldadura a tope resistiva. La zona soldada 36 entre los dos alambres, como se muestra en la Figura 3, está destinada a mantenerse delgada, p. ej., de 0,5 mm a 1 cm y preferentemente de 0,5 mm a 2 mm. La zona soldada en la superficie exterior del alambre soldado se pule y posteriormente se pinta con esmaltes a base de zinc 38 como se muestra en la Figura 3.
Se producen, prueban y comparan cuatro tipos de alambres: alambre estándar de acero bajo en carbono de grado 65 de tipo (I), alambre estándar de acero inoxidable de grado AISI 302 de tipo (II), alambre soldado de tipo (III) y alambre soldado de tipo (IV), realizándose ambos soldando el alambre de tipo (I) revestido de zinc y el alambre de tipo (II) revestido de zinc. El alambre soldado de tipo (III) se realiza mediante soldadura a tope por chispa, mientras que el alambre soldado de tipo (IV) se realiza mediante soldadura a tope resistiva.
Antes de soldar, el revestimiento de zinc en la zona de soldadura prevista del alambre de tipo (I) y el alambre de tipo (II) se retira por pelado mecánico. Esta zona de soldadura prevista se trata adicionalmente mediante un decapado con ácido clorhídrico antes de soldar para evitar la corrosión intergranular que podría producirse debido a la segregación de impurezas, p. ej., zinc durante y después de la soldadura.
Se mide la resistencia a la tracción o resistencia última de los cuatro tipos de alambres respectivamente. La resistencia a la tracción es la tensión máxima que un material puede soportar mientras se estira o se tira del mismo antes de fallar o romperse. La resistencia a la tracción se encuentra ejecutando una prueba de tracción. Los dos extremos de un alambre probado se enganchan respectivamente en dos crucetas de la máquina de prueba de tracción. Las crucetas se ajustan a la longitud de la muestra y se accionan para aplicar tracción en la muestra de prueba. El diámetro de los cuatro tipos de alambres probados es el mismo, es decir, aproximadamente 6 mm. Para cada prueba, la longitud del alambre entre dos crucetas es de aproximadamente 25 cm. Los alambres de tipo (I) y tipo (II) son alambres continuos, es decir, sin soldaduras ni ningún medio de conexión intermedio. Mientras que para los alambres de tipo (III) y tipo (IV), se dispone la zona soldada de dos partes continuas aproximadamente en el medio de dos crucetas donde se fija el alambre. Durante la prueba, se registra la tensión de ingeniería con respecto a la deformación. El punto más alto de la curva tensióndeformación es la resistencia a la tracción. La fuerza máxima aplicada, la resistencia a la tracción, el límite elástico y el alargamiento a la fractura de los cuatro tipos de alambre se resumen en la tabla 1.
Como se muestra en la tabla 1, la resistencia a la tracción promedio del alambre de tipo (I) es de aproximadamente 814 MPa y la resistencia a la tracción promedio del alambre de tipo (II) es de aproximadamente 672 MPa, que es menor que la del tipo (I). La resistencia a la tracción promedio del alambre de tipo (III) es de 577 MPa y la resistencia a la tracción promedio del alambre de tipo (IV) es de 646 MPa, siendo ambas más del 80 % de la del alambre de tipo (II), que es 672x80 %=537,6. También se observa en la prueba de tracción que para alambre de tipo (III), el punto de rotura está en la zona soldada. Mientras que para el alambre de tipo (IV), el punto de rotura está situado fuera de la zona soldada y en la sección del alambre de tipo (II) del alambre soldado. Estas pruebas muestran que los alambres soldados tienen suficiente resistencia a la tracción para satisfacer el requisito de alambres blindados para cables de potencia, en particular, el alambre soldado de tipo (IV) que se comporta incluso mejor que un alambre continuo sin soldadura.
Asimismo, el límite elástico (RP0.2) de los dos tipos de alambres soldados es ligeramente superior al del alambre de tipo (II). El alargamiento promedio A (%) a la fractura de los alambres de tipo (III) y tipo (IV) es respectivamente del 10 % y el 24 %, lo que supera con creces el 6 % del requisito apara alambres de blindaje.
Tabla 1: Se enumera el diámetro de los alambres en mm, la fuerza máxima aplicada F(N), la resistencia a la tracción Rm(MPa), el límite elástico RP0.2(MPa) y el alargamiento A (%) a la fractura de los cuatro tipos de alambre.
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Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Un método para producir un cable de transmisión de potencia eléctrica, que comprende las etapas de:
(a) proporcionar un primer alambre de blindaje (31) que tiene dos extremos y una primera resistencia a la tracción, estando dicho primer alambre de blindaje hecho de un primer material metálico revestido con un primer revestimiento metálico de protección (32) que tiene un espesor de más de 100 g/m2, teniendo dicho primer material metálico una primera permeabilidad magnética |j 1,
(b) proporcionar un segundo alambre de blindaje (33) que tiene dos extremos y una segunda resistencia a la tracción, estando dicho segundo alambre de blindaje hecho de un segundo material metálico revestido con un segundo revestimiento metálico de protección (34) que tiene un espesor de más de 100 g/m2, teniendo dicho segundo material metálico una segunda permeabilidad magnética j 2 y j 2^ j 1,
(c) retirar dicho primer revestimiento metálico de protección de un extremo de dicho primer alambre de blindaje para formar un primer extremo con dicho primer material metálico,
(d) retirar dicho segundo revestimiento metálico de protección de un extremo de dicho segundo alambre de blindaje para formar un segundo extremo con dicho segundo material metálico,
(e) empalmar dicho primer extremo y dicho segundo extremo para formar un alambre de blindaje compuesto (30) de modo que dicho primer alambre de blindaje (31) y dicho segundo alambre de blindaje (33) estén empalmados longitudinal e individualmente entre sí mediante un empalme por soldadura a tope en una porción de empalme (36), teniendo dicha porción de empalme (36) una tercera resistencia a la tracción, en donde la tercera resistencia a la tracción es al menos más del 80 % de la primera resistencia a la tracción y la segunda resistencia a la tracción,
(f) pintar dicha porción de empalme (36), dicho primer extremo y dicho segundo extremo con un compuesto (38) que comprende los mismos elementos que para dichos primer o segundo revestimientos metálicos de protección (32, 34), (g) cablear una pluralidad de dichos alambres de blindaje compuestos (30) para proporcionar al menos una primera porción para un cable de transmisión de potencia eléctrica con una pluralidad de dichos primeros alambres de blindaje y al menos una segunda porción para dicho cable de transmisión de potencia eléctrica con una pluralidad de dichos segundos alambres de blindaje.
2. Un método para producir un cable de transmisión de potencia eléctrica (20) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el cable de transmisión de potencia eléctrica (20) es un cable submarino trifásico de transmisión de potencia eléctrica.
3. Un método para producir un cable de transmisión de potencia eléctrica (20) de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde el primer material metálico es acero al carbono.
4. Un método para producir un cable de transmisión de potencia eléctrica (20) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el segundo material metálico se selecciona de acero austenítico, cobre, bronce, latón, compuestos y aleaciones.
5. Un método para producir un cable de transmisión de potencia eléctrica (20) de acuerdo con la reivindicación 4, en donde el acero austenítico es acero inoxidable austenítico.
6. Un método para producir un cable de transmisión de potencia eléctrica (20) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde al menos uno de dicha pluralidad de primeros alambres de blindaje (31) está empalmado longitudinal e individualmente a uno de dicha pluralidad de segundos alambres de blindaje (33) mediante un empalme por soldadura a tope (36) que comprende un empalme por soldadura a tope resistiva, un empalme por soldadura a tope por chispa y un empalme por soldadura TIG.
7. Un método para producir un cable de transmisión de potencia eléctrica (20) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el diámetro de dicha pluralidad de primeros alambres de blindaje (31) es el mismo que el diámetro de dicha pluralidad de segundos alambres de blindaje (33).
8. Un método para producir un cable de transmisión de potencia eléctrica (20) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el primer y segundo revestimientos metálicos de protección (32, 34) se seleccionan de zinc, aluminio, aleación de zinc o aleación de aluminio.
9. Un método para producir un cable de transmisión de potencia eléctrica (20) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el espesor del primer y segundo revestimientos metálicos de protección (32, 34) está en el intervalo de 200 g/m2 a 600 g/m2.
10. Un método para producir un cable de transmisión de potencia eléctrica (20) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dichos primer y segundo revestimientos metálicos de protección (32, 34) son revestimientos de zinc y/o aleación de zinc sumergidos en caliente.
11. Un método para producir un cable de transmisión de potencia eléctrica (20) de acuerdo con la reivindicación 10, en donde dicha superficie del primer material metálico y/o del segundo material metálico se puede obtener mediante un tratamiento previo de galvanoplastia con níquel, revestimiento de zinc y/o aleación de zinc o al transferirse bajo la protección del tubo lleno de un gas de reducción calentado o de una mezcla gaseosa de argón, nitrógeno y/o hidrógeno al baño de galvanización.
12. Un método para producir un cable de transmisión de potencia eléctrica (20) de acuerdo con la reivindicación 11, en donde la pintura se extiende desde la porción de empalme a lo largo de los primeros y los segundos alambres de blindaje por una longitud de menos de 20 cm.
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