ADAPTADOR DE CABLE DE ENERGIA ELECTRICA Y METODO DE USO
Campo de la invención La presente invención se refiere generalmente a control de tensión eléctrica en cables de energía eléctrica, y más particularmente a un artículo y método para controlar tensión eléctrica en una región alta resistencia de campo eléctrico asociada con cables energía eléctrica y sus accesorios asociados. Antecedentes del la invención Como se utiliza en presente, "alto voltaj generalmente se refiere a voltajes suficientemente altos para causar falla en aislamiento de cable en discontinuidades de escudo de cable. Sin limitar el alcance de la presente invención, en algunas implementaciones , "alto voltaje" generalmente se refiere a voltajes de 50 kV o superiores, aunque la presente invención también' se utiliza benéficamente con voltajes inferiores. Un cable de alto voltaje típico incluye un conductor eléctrico central, una capa semiconductora (también denominada en la presente como un escucdo conductor) que rodea conductor eléctrico, una capa eléctricamente aislante cubre el escudo conductor, y una capa semiconductora (también denominada aquí como un escudo aislamiento) sobre la capa aislante. Al cortar tal cable, común remover o cortar de Ref . : 200275
nuevo cada capa sucesiva del cable para exponer la capa inferior. Disminuir los escudos de cable semiconductor causa una discontinuidad en el campo eléctrico de cable, que resulta en alta tensión eléctrica en los extremos cortados de los escudos. La alta tensión eléctrica puede causar que ocurran descargas eléctricas, que a su vez tienden a causar falla de la capa aislante del cable El grosor de la capa aislante de cable depende de la clase de voltaje de cable, con cables de voltaje superior que tienen una capa aislante más gruesa. Frecuentemente, el grosor de la capa aislante puede reducirse si el material de aislamiento está hecho de calidad superior (es decir, pureza superior) . Por ejemplo, en los Estados Unidos el grosor aislamiento de un cable de clase de 69 kV es aproximadamente 1.65 cm (650 milésimas de pulgada) . Un cable similar en Europa, el cable de clase de 72 kV, tiene un grosor de aislamiento que varia de 1.01] cm (400 milésimas de pulgada) a 1.19 cm (470 milésimas de pulgada) . El grosor de aislamiento reducido proporciona beneficios tal como tamaño, peso y costo de cable reducidos que resulta de una disminución en la cantidad de material aislante utilizado. Aunque los beneficios se proporcionan por un grosor de capa aislante reducido, el grosor de aislamiento reducido también fuerza a los accesorios de cable, tal como terminaciones de cable, a soportar tensión eléctrica superior
en discontinuidades de escudo de cable. A menos que explique apropiadamente, la tensión eléctrica adicional puede llevar a una falla del cable y/o accesorios de cable. En algunos casos, la tensión eléctjrica adicional se acomoda al sustituir un accesorio de cablel pretendido para un cable de clase de voltaje superior (por ejemplo, al utilizar un accesorio de cable clasificado para 138 kV con un cable de 110 kV que tiene grosor de aislamiento reducido) . Aunque tales sustituciones de accesorio funcionan, frecuentemente es importante el diferencial de costo del accesorio clasificado superior. Por consiguiente, es deseable una distribución que permite el uso de cables que tienen grosor de aislamiento reducido con accesorios de cable existentes en la misma clase de voltaje. Sumario de la invención En un aspecto, la invención en la presente descrita proporciona un adaptador para controlar tensión eléctrica en un cable de energía eléctrica del tipo que incluye un conductor interior, un escudo conductor que rodea el conductor eléctrico, un aislamiento eléctrico de grosor reducido que cubre el escudo conductor, y un escudo semiconductor que rodea el aislamiento. En una modalidad, el adaptador comprende un miembro aislante longitudinal que tiene un primer extremo y un segundo extremo; un miembro semiconductor en acoplamiento de contacto con el primer extremo del miembro aislante, en donde
el miembro aislante se configura para estar sobre una porción expuesta del aislamiento eléctrico de grosor reducido que rodea el conductor de cablel, y en donde el miembro semiconductor se configura para estar sobre una porción expuesta del escudo semiconductor de cable En otro aspecto, la invención en la presente descrita proporciona un sistema de terminación para un cable energía eléctrica del tipo que incluye un conductor interior, un escudo conducto rodea el conductor eléctrico, un aislamiento eléctrico de grosor reducido que cubre el escudo conductor, y un escudo semiconductor sobre el aislamiento. En una modalidad, lia terminación comprende: una terminación configurada para instalación en un cable que tiene al menos un primer grosor de aislamiento; y un adaptador configurado para aislamiento en un cable que tiene un segundo grosor de aislamiento, el segundo grosor de aislamiento menor que el primer grosor de aislamiento, el adaptador que incluye un miembro aislante configurado para estar sobre una porción expuesta del aislamiento de cable, y un miembro semiconductor en acoplamiento de contacto con el miembro aislante y el escudo semiconductor de cable. En otro aspecto, la invención en la presente descrita proporciona un método para reducir tensión eléctrica en un accesorio de cable de energía eléctrica. En una modalidad, el método comprende: preparar un cable de energía
eléctrica del tipo que incluye un conductor interior, un escudo conductor que rodea el conductor eléctrico, una capa de aislamiento eléctrico de grosor reducido que cubre el escudo conductor, y un escudo semiconductor sobre la capa de aislamiento al remover una longitud predeterminada del escudo semiconductor para exponer una porción de la capa de aislamiento de cable y remover longitud predeterminada menor de la porción expuesta de la capa de aislamiento de cable y escudo conductor para exponer el conductor de cable; instalar un adaptador sobre el cable preparado para aumentar un grosor de aislamiento efectivo total del cable preparado; e instalar un accesorio de cable sobre el adaptador, Breve descripción de las figuras Las modalidades de la invención se entienden mejor con referencia a las siguientes figuras. Los elementos de las figuras no necesariamente son a | escala con relación entre si. Números de referencias similarjes designan partes similares correspondientes . La Figura 1 es una ilustración de un cable de energía eléctrica preparado para instalación de un adaptador de control de tensión de conformidad con la invención La Figura 2A es una ilustración de corte transversal de una modalidad de un adaptador de control de tensión de conformidad con la invención La Figura 2B es una ilustración de corte transversal
del adaptador de control de tensión de la Figura 2A colocada en un núcleo de soporte de conformidad con la invención. La Figura 2C es una ilustración de corte transversal del adaptador de control de tensión de la Figura 2A como aplicado a un cable de energía el éctrica de conformidad con la invención . La Figura 3A es una ilustración de corte transversal de otra modalidad de un adaptador de control de tensión de conformidad con la invención. La Figura 3B es una ilustración de corte transversal del adaptador de control de tensión de la Figura 3A colocado en un núcleo de soporte de conformidad con la invención. La Figura 3C es una ilustración de corte transversal del adaptador de control de tensión de la Figura 3A como aplicado a un cable de energía e.l~éctrica de conformidad con la invención . Descripción detallada de la invención En la siguiente descripción detallada de las modalidades preferidas, se hace referencia a las figuras anexas, que forman una parte de la misma, y en donde se muestra a manera de ilustración modalidades específicas en donde puede practicarse invención. Las modalidades ilustradas no se limitan ser exhaustivas de todas las modalidades de conformidad con la invención. Se debe entender que otras modalidades pueden utilizarse y pueden hacerse
cambios estructurales o lógicos sin apartarse del alcance de la presente invención. Por ejemplo, mientras la presente invención se describe principalmente en conexión con una terminación de un cable, es adecuado para el empleo con uniones de cable de alto voltaje y otro equipo de alto voltaje que incluyen bujes y condensadores eléctricos. La siguiente descripción detallada, por lo tanto, no se va a tomar en un sentido limitante, y el alcance de la presente invención se definió por las reivindicaciones anexas . Al hacer referencia a la Figura 1, se ilustra un cable de energía ilustrativo 10. El cable de energía ilustrativo 10 incluye un conductor eléctrico central 12, una capa semiconductora 14 (también denominada aquí como escudo conductor 14) que rodea el conductor eléctrico 12, una capa de aislante eléctrico 16 que cubre escudo conductor 14, y una capa semiconductora 18 (también denominada aquí como escudo de aislamiento 18) sobre el aislamiento 16. El aislamiento 16 puede comprender un material tal como polietileno entrelazado (XLPE, por sus siglas en inglés), polietileno (PE, por sus siglas en inglés) , o caucho de etilen propileno (EPR, por sus siglas en inglés) , u otros materiales como se conoce en la técnica. Capas protectoras adicionales (no mostrada) pueden proporcionarse adicionalmente en el escudo de aislamiento 18. Como se describió aquí, el aislamiento eléctrico 16 del cable 10 se entiende para tener un grosor reducido,
medidas de control de tensión eléctrica suplementarias ausentes, que requiere el uso de| un accesorio de cable en una clase de voltaje superior que a clase de voltaje de cable
(por ejemplo, que utiliza un aócesorio de cable clasificado para 138 kV con un cable de 110 kV que tiene un grosor de aislamiento reducido) . Tal cable que tiene grosor de aislamiento reducido puede denominarse en la presente como un cable con paredes delgadas. En contraste, un cable que tiene un aislamiento eléctrico suficientemente grueso para permitir el uso de un accesorio de cable en la misma clase de voltaje que la clase de voltaje de cah.~ e, sin el uso de medidas de control de tensión eléctrica suplementarias, se denomina en la presente como un cable estándar. Al hacer referencia de nuevo a la Figura 1, el cable 10 se preparó para terminación al remover una longitud predeterminada de escudo conductor 14, la misma longitud predeterminada de aislamiento 16 cubre el escudo conducto
14, y una longitud predeterminada mayor de escudo de aislamiento 18 que cubre el aislamiento 16. Se debe notar que la escala de las figuras se distorsiona para facilidad de descripción. Cortar el escudo de aislamiento 18 causa una discontinuidad en el campo eléctrico que rodea el conductor 12 lo que resulta en altas tensiones eléctricas en el extremo cortado del escudo en aislamiento 18. Como se describió anteriormente, la alta tensión eléctrica puede causar que
ocurra descarga eléctrica, que a| su vez puede causar falla de aislamiento 16 y falla eventual de la unión. En una implementación, el control de tensión eléctrica del cable 10 que tiene aislamiento eléctrico de grosor reducido 16 se complementa al instalar un adaptador aislante en el aislamiento 16 | para aumentar el grosor de aislamiento efectivo total que rodea el conductor 12, entonces instalar un accesorio de cable en el adaptador, una implementación, el grosor de aislamiento efectivo total al menos tan grueso como el grosor de aislamiento de un cable estándar . Al hacer referencia ahora a las Figuras 2A-2C, se ilustra un adaptador 20 de conformidad con una modalidad de la invención. El adaptador 20 incluye una porción eléctricamente aislante longitudinal 22 y una porción semiconductora 24. La porción aislante 22 define un grosor relajado tr y tiene un primer extremo 26 y un segundo extremo 28. La porción semiconductora 24 es contigua a y está en contacto con el acoplamiento en contacto con el primer extremo 26 de la porción aislante 22. Los extremos de la porción aislante 22 y la porción semiconductora 24 se forman para evitar esquinas afiladas en áreas de alto campo eléctrico. En la modalidad de la Figura 2A, la porción aislante 22 y la porción semiconductora 24 se sobre moldean para formar un adaptador unitario o de una pieza 20.
En una implementación, como se ilustró en la Figura 2B, el adaptador elásticamente recuperable 20 se soporta en una condición radialmente expandida o pre-estirada en un núcleo de soporte rígido removible 30. En esta implementación, el adaptador 20 generalmente puede denominarse como un tubo pre-estirado que se puede encoger frío. En su condición radialmente expandida, la porción aislante 22 define un grosor estirado ts, que es menor que el grosor relajado tr de la Figura 2A. Los términos "elásticamente recuperable", " que elásticamente se puede encoger" y "que se puede encoger frío" se utilizan de forma intercambiable para significar que un artículo se puede encoger a temperaturas de aproximadamente -20°C hasta aproximadamente 50°C sin la adición de calor. En la Figura 2C, el adaptador 20 de las Figuras 2A y 2B se muestra instalado en el cable 10 y además tiene accesorio de cable 40 instalado sobre el adaptador 20. Aunque se ilustró genéricamente como una terminación, el accesorio de cable 40 puede ser cualquier tipo de accesorio de cable conocido pretendido para instalación en el cable 10, y no se limita a terminaciones. El conductor expuesto 12 se conecta a una oreja 42 que se sujeta en el conductor 12. La porción aislante 22 se configura para éstar sobre y acoplarse a la porción expuesta del aislante eléctrico de grosor reducido 16 que rodea el conductor de cable 12 y con ello aumenta el grosor de- aislamiento de cable | efectivo total del cable con
paredes delgadas 10 a un grosor que es igual a o mayor que el grosor de aislamiento de un cable estándar, o alternativamente a un grosor que reduce la tensión eléctrica a un nivel que el cable y la combinación de accesorio de cable pueden soportar. En su condición instalada, la porción aislante 22 define un grosor instalado ti, que genera].mente es menor que el grosor relajado tr de la Figura 2A y mayor que el grosor estirado ts de la Figura 2B. La porción semiconductora 24 se coloca para extenderse a través del extremo cortado del cable de aislamiento 18, y se configura para colocarse sobre y acoplarse a la porción expuesta del escudo de aislamiento 18 para restablecer el escudo de aislamiento sobre el aislamiento de cable 16 y la porción aislante de adaptador 22. El adaptador 20 utiliza liberación de tensión geométrica para restablecer el escudo de aislamiento sobre el compuesto de aislamiento de cable 16 y herramienta de adaptador 22 Al hacer referencia añora a las Figuras 3A-3C, se ilustra un adaptador 120 de conformidad con otra modalidad de la invención. El adaptador 120 incluye una porción eléctricamente aislante longitudinal 122 y una porción semiconductora 124. La porción aislante 122 define un grosor relajado tr y tiene un primer extremo 126 y un segundo extremo 128. La porción semiconductora 124 está en acoplamiento de contacto con el primer extremo 126 de la porción aislante 122.
Extremos de la porción aislante 22 y porción semiconductora 24
se formaron para evitar esquinas afiladas en áreas de alto campo eléctrico. En la modalidad de las Figuras 3A-3C, la porción aislante 122 y la porción semiconductora 124 se pueden separar y formar un adaptador de dos piezas 120. En la Figura 3B, el adaptador elásticamente recuperable 120 se muestra soportado en una condición radialmente expandida o pre-estirada en un núcleo de soporte rígido removible 30. En su condición radialmente expandida, la porción aislante 122 define un grosor estirado ts/ que es menor que el grosor relajado tr de la Figura 3A. En la Figura 3C, el adaptador 120 se mostró instalado en el cable 10 y ademá:s tiene accesorio de cable 40 instalado sobre el adaptador 120. Aunque se ilustró genéricamente como una terminación, el accesorio de cable 40 puede ser cualquier tipo de accesorio de cable conocido pretendido para instalación en el cable 10, y no se limita a las terminaciones. El conductor expuesto 12 se conecta a la oreja 42. La porción aislante 122 se configura para estar sobre la porción expuesta de aislamiento eléctrico de grosor reducido 16 que rodea el conductor de cable 12 y con ello aumenta el grosor de aislamiento cable efectivo total de cable con paredes delgadas 10 al grosor que es igual a mayor que el grosor de aislamiento de un cable estándar, o alternativamente a un grosor que el cable y la combinación de accesorio de cable pueden soportar. En su condición instalada,
la porción aislante 122 define un grosor instalado ti, que es generalmente menor que el grosor relajado tr de la Figura 3A y mayor que el grosor estirado ts de la Figura 3B. La porción semiconductora 124 se coloca para extenderse a través del extremo cortado del escudo aislante 18, y se configura para estar sobre y acoplarse tanto a la porción expuesta del escudo de aislamiento 18 como al primer extremo 126 de la porción aislante 122 para restablecer el escudo de aislamiento en el cable de aislamiento 16 y la porción aislante del adaptador 122. El adaptador 120 utiliza li eración de tensión geométrica para restablecer el escudo de aislamiento sobre el compuesto del aislamiento de cable 16 y el aislamiento de adaptador 122. Aunque puede utilizarse cualquier tipo convencional de núcleo de soporte 30 en las modalidades de las Figuras 2B y 3B, los núcleos cilindricos rígidos en la forma de un listón helicoidalmente enrollado, por ejemplo, aquellos descritos en la Patente de E.U.A. Nos. 3,515,798, 4,503,105, 4,871,599 y 4,934,227 se conocen por ser adecuados. Como se observó en las Figuras 2B y 3B, los espirales adyacentes de un listón 32 que forman el núcleo de soporte 30 se interconectan en áreas circunferenciales para que el núcleo 30 pueda soportar las fuerzas radiales inherentes del adaptador estirado 20. Una porción de listón 32, es decir, la banda de remoción 34, se lleva de regreso a través del centro de núcleo 30 y puede sujetarse manualmente en un extremo de núcleo 20. Al jalar la
banda de remoción 34, las convulsiones del núcleo 30 se separarán individualmente. Al retirar el núcleo de soporte 30 del adaptador 20, 120 una convulsión helicoidal en un tiempo, el adaptador 20, 120 se permite que se encoja progresivamente de forma radial en el cable 10. Jalar manualmente la banda de remoción 34 proporciona fuerza completamente adecuada para desenrollar y remover núcleo 30, lo que deja al adaptador 20, 120 fijo estrechamente al cable i.O El núcleo 30 puede estar hecho de una variedad de materiales, por ejemplo, cloruro de polivinilo, tereftalato de polietileno, butirato de acetato de celulosa, y similares. El material del núcleo 30 simplemente necesita ser un material que es suficientemente rígido para soportar el adaptador 20 en su condición radialmente expandida, y permitir remoción más manual del núcleo completo 30 que es lo suficientemente flexible para permitir el desenvolvimiento requerido. Los materiales de adaptador 20, 120 tienen suficiente elasticidad para expandirse y relajarse radialmente para colocarse en el cable En una modalidad, los materiales de adaptador 20, 120 elastómeros de silicón o cauchos de silicón. Los términos "elastómero de silicón" y "caucho de silicón" como se utilizan aquí significa cualquier poliorganosiloxano . Los elastómeros o cauchos de silicón útiles en el adaptador 20, 120 incluyen aquellos silicones conductores que tienen resistencias a desgarres mínimas de al
menos aproximadamente 20 N/mm, preferiblemente al menos aproximadamente 30 N/mm, y alargamientos de al menos aproximadamente 400%, preferiblemente al menos aproximadamente 500%. El silicón puede ser un silicón liquido o un silicón de goma, y pueden seleccionarse don base en la facilidad de composición y procesamiento. Sin embargo, puede utilizarse amplia variedad de materiales mientras posean la capacidad requerida para estirarse y recuperar sustancialmente sus dimensiones originales cuando se remueve el núcleo de soporte 30. Para uso en porciones aislantes 22, 122 de adaptadores 20, 120, respectivamente, elastómeros de silicón adecuados incluyen, pero no se limitan a, silicones líquidos disponibles como serie de LSR (por sus siglas en inglés) de Baysilone® numeradas 2030-2040, disponibles de Bayer Corp., LR 3013/40 a 3003/50 de Elastosil®, disponible de Wacker Silicones Corp., series de Silastic® 9280-30 a 9280-40 de Down Corning, "KE 1950-30 a 1950-40" disponible de Shincor Silicones Inc., y "LIM 6030-D1, y 6040-D1", disponibles de General Electric Corp.; así como silicones de goma disponibles como M2809 Silastic® de Down Corning, Elastosil® 4000/40 a 4000/70 de Wacker Silicones Corporation, Tufel® I SE846 y Tufel® II 94405, disponible de General Electric, "SVX-14007B", disponibles de Shincor Silicones Inc, "HVVP AC3537" disponible de Bayer Corp.
Para uso en porciones semiconductoras 24, 124 de adaptadores 20, 120, respectivamente, silicones adecuados incluyen, pero no se limitan a Elastosil® R573/50, disponible de Wacker Silicones y "KE-3611U" disponible de Shincor Silicones. En una modalidad, la porción semiconductora de formación de material 24, 124 tiene una resistividad de volumen de aproximadamente 30 hasta aproximadamente 270 ohmios-cm, preferiblemente aproximadamente 150 ohmios-cm. Los polímeros de silicón útiles en el adaptador 20, 120 además pueden comprender aditivos tal como pigmentos o tintes para coloración del adaptador o una porción individual de los mismos; tales pigmentos incluyen negro de carbón, pigmento Rojo 101, etc.; reforzar rellenos de sílice tal como geles y aerosoles, dispersantes, retardantes de flama, y similares, mientras la cantidad y tipo de aditivo no ejerza un efecto adverso en las propiedades físicas o eléctricas de la composición . Para formar porciones aislantes 22, 122 y porciones semiconductoras 24, 124 de adaptadores 20, 120, respectivamente, la composición de silicón para utilizarse para cada porción 22, 24, 122| 124 se mezcla y cura, o vulcaniza, a altas temperaturas Las porciones aislantes 22, 122 y porciones semiconductoras 24, 124 pueden formarse por cualquier técnica adecuada, tal omo extrusión o moldeado. En una modalidad, las porciones aislantes 22, 122 y porciones
semiconductoras 24, 124 se forman por moldeo por inyección. Cuando se instalan en el cable 10 que tiene aislamiento de grosor reducido los adaptadores 20, 120 reducen la tensión eléctrica que fuerza en el accesorio de cable que está sobre el adaptador. Los adaptadores 20, 120 con ello permiten el uso de accesorios de cable en un cable que está diseñado para operar con una tensión eléctrica ampliamente aumentada. En una implementación ilustrativa, el adaptador 20 se utiliza en combinación con un cable con paredes delgadas de
69 kV que tienen grosor de aislamiento en la escala de 1.01- 1.19 cm (400-470 milésimas de pulgadas) y un accesorio cable de 69 kV pretendido para uso con un cable estándar que tiene grosor de aislamiento de aproximadamente 1.65 cm (650 milésimas de pulgadas). Cuando se instala en el cable 10, la porción aislante 22 tiene un grosor suficiente para proporcionar, en combinación con el aislamiento de grosor reducido 16 del cable 10, un grosor de aislamiento efectivo total de al menos aproximadamente 1.65 cm (650 milésimas de pulgadas) . De esa forma, en la implementación ilustrativa, cuando se instala en el cable 10, la porción aislante 22 tiene un grosor de al menos aproximadamente 0.63 cm (250 milésimas de pulgadas) . El grosor de la porción aislante 22 cuando se forma (es decir, en un estado completamente relajado) puede ser mayor que el grosor de la porción aislante 22 cuando se
soporta en el grupo 30 o se instala en el cable 10, debido al adelgazamiento causado por estiramiento. De esa forma, en la implementación ilustrativa, el grosor de la porción aislante 22 cuando se forma puede ser de aproximadamente 1.14 cm (450 milésimas de pulgadas) para acómodar adelgazamiento causado por estiramiento. El grosor aumentado de la porción aislante 22 y la porción semiconductora 24 también puede desearse para aumentar la fuerza compresiva contra el cable 10, con lo cual mejora la interfase de contacto entre el adaptador 20 y cable 10. Se apreciará que esta implementación ilustrativa sólo es una de muchas diferentes implementaciones que tienen diferentes voltajes, grosores, etc., y no debe construirse como limitante para el alcance invención de ninguna forma . Aunque se ilustraron y| describieron en la presente modalidades especificas para propósitos de descripción de la modalidad preferida, se apreciará por aquéllos expertos en técnica que puede sustituirse una amplia variedad implementaciones alternas o equivalentes para las modalidades especificas mostradas y descritas sin apartarse del alcance de presente invención. Aquellos expertos en la técnica apreciarán fácilmente que presente invención puede implementarse en una variedad amplia de modalidades. Esta solicitud pretende cubrir cualquiera de las adaptaciones o variación a las modalidades aquí discutidas. Por lo tanto, se
pretende manifiestamente que esta invención se limita sólo por las reivindicaciones y los equivalentes de la misma. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.