WO2014023856A1 - Procedimiento para la union mecanica y electrica de conductores electricos - Google Patents

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Enric GUIX DIAZ
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Definitions

  • the invention relates to a process for the union by welding of two electrical conductors and subsequent treatment thereof and of said conductors, with the placement of a union terminal, so that the diameter of the union once the even in the junction zone it does not exceed the diameter of the conductors, thus ensuring both the purely mechanical connection with the electrical connection.
  • the purpose of the invention is to construct a two-conductor splice with the same tensile force as the original cable, without modifying the mechanical or electrical properties thereof.
  • the mechanical properties that are to be preserved have to do with the requirement that the junction point of said conductors has the same resistance of the conductor without splices, and the electrical properties refer to the fact that the junction point must not damage the electrical conductivity throughout the duct, generating heating.
  • the process object of the invention begins with the pre-forming of the surface of a flat plate to obtain by means of its deformation, a reinforcing bushing with the help of mechanical means, such as bending between semi-circular tracks in a screw or press facing each other, and with decreasing distances between them, all this to cause a deformation from a flat configuration, that of the initial plate, until it is substantially cylindrical, but without closing the edges of the reinforcement sleeve, leaving a certain alpha angle between them, to allow the subsequent introduction of the welded conductors inside said bushing through the space delimited by said edges.
  • the preform of the surface of the plate can be carried out by means of jaws, provided with a cooling circuit, which comes into action when longitudinally welding the edges of the preformed bushing.
  • the material of the reinforcement bushing will be a flat sheet of conductive metallic material, including ferrous, non-ferrous and its alloys, with the same properties as the conductor, as far as conductivity is concerned, as well as mechanical resistance.
  • the junction area is surrounded by the previously deformed reinforcement bushing, introducing the set of conductors and terminal and / or connector inside, into second jaws. or sequence of jaws, each pair of them with a diameter smaller than the previous one, until leaving the free edges of the reinforcement bushing ready for welding, by providing material of the same nature of said bushing.
  • the last jaw has been designed so that it has the same diameter as the previous one, but provides the surface of the reinforcement sleeve with a groove finish, said jaws, as explained above, integrate a cooling circuit, which It acts when the bushing edges are welded.
  • a series of grooves are produced on the surface of the reinforcement sleeve, which facilitate the subsequent coating of the joint area.
  • the recommended procedure achieves a diameter in the junction zone of the conductors, which having the thickness of the wall of said reinforcement bushing, is of the same magnitude as that of the drivers before joining.
  • Figure 1 is a front elevational view of a reinforcing bushing (10) before its formal modification, from a flat surface to a substantially open cylindrical surface, as shown in Figure 2.
  • Figure 2 is a front elevational view of the reinforcement sleeve (10) of Figure 1 curved but with its edges open according to an alpha angle.
  • Figure 3 is a side elevational view of a heating and forming station (11), for joining the conductors (16).
  • Figure 4 is a front elevational view of the heating and forming station (11), and between the jaws (14) the conductors (16).
  • Figure 5a is a top plan view of a heating and forming station in zone "A" before having carried out the progressive deformation operation of the reinforcement bushing (10) on the welded conductors (19a, 19b) in its interior on the welding zone by the action of jaws (14, 21).
  • the recommended process is initiated with a preform of the reinforcing bushing (10), which, as can be seen in Figure 1, can be a flat sheet (10) of copper, aluminum, steel or other similar metal, a good conductor of electricity or a ferric and non-ferrous material with its alloys, until it adopts the substantially open cylindrical configuration shown in said figure 2, which is achieved by the action of Semicircular fingerprints on a mechanical screw or a press or other equivalent system, not shown in the figure, so that after the pre-forming is an alpha angle between the edges (18) thereof, so that later it can be introduced previously welded conductors (16) inside said bushing of reinforcement (10), through the welding zone of said conductors (16).
  • a preform of the reinforcing bushing (10) which, as can be seen in Figure 1, can be a flat sheet (10) of copper, aluminum, steel or other similar metal, a good conductor of electricity or a ferric and non-ferrous material with its alloys, until it adopts the substantially open cylindrical configuration shown in said figure 2, which is achieved
  • a separate operation is carried out to weld the conductors (16) by one of its ends (19), for which they are arranged at the ends (19) of the themselves in a heating and forming station (11), which consists of two facing jaws (14), whose front face of both jaws, has an open cavity (17) that is substantially circular for the placement of the conductors (16) see figure No. 2, so that when they are imprisoned (16) between said jaws (14), with a thermal lance or similar, and material input said ends (19) are welded, to then place the reinforcement bushing (19) surrounding the welding zone, and starting a circular deformation phase of (10), as can be seen in figure 5.
  • the final deformation of the reinforcement bushing (10) is carried out by means of a second station (20), as can be seen in figure 5, provided with two pairs of facing jaws (21), provided with the appropriate circuit of cooling each of them (21) with a smaller distance, between each pair of jaws, so that the deformation of the reinforcement bushing (10) is longitudinally progressive, and the final diameter of the bushing (10) with the conductors (16) in zone "A" it is the same as the original driver, to finally proceed to the soldier of the bushing (10).

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Abstract

La unión de conductores eléctricos de gran longitud debe ser más robusta de lo que asegura un simple casquillo, que los une cuando dichos conductores deben situarse en el fondo marino, totalmente irregular y con un esfuerzo sobre el casquillo o medio de unión elevado, consecuencia, además, de la irregularidad antes citada, del elevado peso de los conductores, motivo por el cual el procedimiento objeto de la invención consiste en la soldadura de los conductores, perforado del casquillo de refuerzo, su colocación en la zona de soldadura de los conductores y soldado del casquillo con posterior deformación del casquillo hasta que el diámetro del casquillo sea igual a los conductores.

Description

"PROCEDIMIENTO PARA LA UNIÓN MECÁNICA Y ELÉCTRICA DE CONDUCTORES ELECTRICOS"
- Memoria Descriptiva
Objeto de la Invención.
Más concretamente la invención se refiere a un procedimiento para la unión mediante soldadura de dos conductores eléctricos y posterior tratamiento de la misma y de dichos conductores, con la colocación de un terminal de unión, de manera que el diámetro de la unión una vez colocado el mismo en la zona de unión no supere el diámetro de los conductores, quedando de esta forma asegurado tanto la unión puramente mecánica con la unión eléctrica .
Estado de la Técnica.
La unión de dos conductores eléctricos con el fin de disponer de la longitud de conductor adecuado a las necesidades, ha sido abordado por la tecnología, mediante la utilización en algunos casos de conectores dotados de tornillos de presión, de manera que los extremos de los conductores a unir entran por los extremos de dichos conectores, y se inmovilizan en su interior mediante dichos tornillos.
Otros sistemas de unión de conductores eléctricos, es mediante la soldadura de las partes extremas de los conductores, lo que provoca en la unión de los mismos un aumento no deseado del diámetro del conductor, lo que supone un problema para su cubrición posterior, y una dificultad añadida de transito, cuando dicho conductor debe deslizarse por una funda protectora o tubo. Otro de los sistemas de unión es mediante un terminal o conector, formado por una superficie que se dobla por la acción de una prensa, en este caso se presentan asi mismo problemas de conductividad y de falta de uniformidad en la zona de unión con los problemas anteriormente citados de alteración del diámetro en la zona de unión de dichos conductores, al tratarse de una deformación del casquillo de refuerzo mediante un solo golpe, ejercida por una máquina prensa.
Finalidad de la Invención .
La finalidad de la invención es construir un empalme de dos conductores con la misma fuerza tensora que el cable original, sin modificar las propiedades mecánicas ni eléctricas de los mismos.
Las propiedades mecánicas que se quieren preservar tienen que ver con la exigencia de que el punto de unión de dichos conductores, tenga la misma resistencia del conductor sin empalmes, y las propiedades eléctricas se refieren a que el punto de unión no debe perjudicar la conductividad eléctrica a todo lo largo del conducto, generando calentamientos .
Descripción de la Invención .
La instalación de conductores para el traslado de energía eléctrica, principalmente cuando dichos conductores discurren por el suelo marino, precisa de grandes longitudes de conductor que normalmente no pueden ser fabricados de un solo tramo, siendo obligado el unir diversos tramos por cualquier medio conocido. Sin embargo una unión convencional no es posible, cuando debido al gran diámetro de dichos conductores, los mismos deben soportar tanto tensiones longitudinales, como tensiones torsionales, debido al tendido de dichos conductores sobre superficies irregulares, soportando además su propio peso, por lo que una rotura aparte de probable puede ser un gran problema, debido al medio en el que los conductores trabajan y a la dificultad de acceso a dicho medio, y a su coste.
El tendido de dichos conductores se realiza después de introducir los conductores en mangueras, el llamado cable umbilical, en los cuales existen otros conductores y tubos o no, con lo cual cualquier rotura al producirse por debajo del nivel del agua a grandes profundidades, implica la reparación de dichas roturas, y precisa de medios especializados y de difícil ubicación en las inmediaciones de dicha roturas.
El procedimiento objeto de la invención, se inicia con el pre-conformado de la superficie de una pletina plana para obtener mediante su deformación, un casquillo de refuerzo con el auxilio de unos medios mecánicos, como puede ser el doblado entre huellas semi-circulares en un tornillo o prensa situadas enfrentadas, y con distancias decrecientes entre ellas, todo ello para provocar una deformación desde una configuración plana, la de la pletina inicial, hasta que la misma sea sensiblemente cilindrica, pero sin cerrar los bordes del casquillo de refuerzo, dejando un cierto ángulo alfa entre los mismos, para permitir la posterior introducción de los conductores soldados en el interior de dicho casquillo por el espacio delimitado por dichos bordes. El preconformado de la superficie de la pletina puede realizarse mediante mordazas, provistas de un circuito de refrigeración, el cual entra en acción a la hora de soldar longitudinalmente los bordes del casquillo preconformado .
El material del casquillo de refuerzo, será una hoja plana de material metálico conductor, incluyendo los férricos, no férricos y sus aleaciones, con las mismas propiedades que el conductor, en cuanto a conductividad se refiere, asi como de resistencia mecánica .
A continuación y una vez que los conductores se han soldado por uno de sus extremos se rodea la zona de unión, mediante el casquillo de refuerzo previamente deformado, introduciendo el conjunto de conductores y terminal y/o conector en su interior, en unas segundas mordazas o secuencia de mordazas, cada par de ellas con un diámetro inferior al anterior, hasta dejar los bordes libres del casquillo de refuerzo listo para la soldadura, mediante la aportación de material de la misma naturaleza de dicho casquillo. La última mordaza se ha diseñado de manera que tiene el mismo diámetro que la anterior, pero proporciona a la superficie del casquillo de refuerzo un acabado con surcos, dichas mordazas, tal y como se ha explicado anteriormente, integran un circuito de refrigeración, el cual actúa cuando se sueldan los bordes del casquillo.
En la superficie del casquillo de refuerzo se producen una serie de ranuras que facilitan el recubrimiento posterior de la zona de unión. En todos los casos el procedimiento preconizado consigue un diámetro en la zona de unión de los conductores, que contando con el grosor de la pared de dicho casquillo de refuerzo, es de la misma magnitud que la de los conductores antes de su unión.
Otros detalles y características se irán poniendo de manifiesto en el transcurso de la descripción que a continuación se da, en los que se hace referencia a los dibujos que a esta memoria se acompañan, en los que se representa a título ilustrativo pero no limitativo una representación gráfica de la invención.
Breve descripción de las figuras .
Sigue a continuación una relación de las distintas partes de la invención que se identifican en las figuras que siguen, con la ayuda de los números correspondientes; (10) casquillo de refuerzo, (11) estación de calentamiento y conformado, (12) patas, (13) plataforma, (14) mordazas, (15) varilla, (16a, 16b) conductores a empalmar, (17) cavidad, (18) bordes, (19a, 19b) extremos de los conductores, (20) estación, (21) mordazas, (22) línea de soldadura.
La figura n° 1 es una vista frontal en alzado de un casquillo de refuerzo (10) antes de su modificación formal, desde una superficie plana a una superficie sensiblemente cilindrica abierta, tal y como se muestra en la figura n° 2.
La figura n° 2 es una vista frontal en alzado del casquillo de refuerzo (10) de la figura n° 1 curvado pero con sus bordes abiertos según un ángulo alfa.
La figura n° 3 es una vista lateral en alzado de una estación de calentamiento y conformado (11), para la unión de los conductores (16) .
La figura n° 4 es una vista frontal en alzado de la estación de calentamiento y conformado (11), y entre las mordazas (14) los conductores (16). La figura n° 5a es una vista superior en planta de una estación de calentamiento y conformado de la zona "A" antes de haber efectuado la operación de deformación progresiva del casquillo de refuerzo (10) sobre los conductores soldados (19a, 19b) en su interior sobre la zona de soldadura por la acción de unas mordazas (14, 21).
La figura n° 5b es la misma vista superior que la figura n° 5a pero cuando el casquillo de refuerzo (10) ha adquirido un diámetro o sección sustancialmente igual que el diámetro o sección de los conductores soldados (16a, 16b), es decir cuando la operación de deformación progresiva ha finalizado y se ha alcanzado que df (diámetro final) = de (diámetro del conductor).
Descripción de una realización de la Invención.
En una de las realizaciones preferidas de la invención, el procedimiento preconizado se inicia con un preformado del casquillo de refuerzo (10), que tal y como puede verse en la figura n° 1, puede ser una lámina (10) plana de cobre, aluminio, acero u otro metal similar buen conductor de la electricidad o bien un material férrico y no férrico con sus aleaciones, hasta que adopte la configuración sensiblemente cilindrica abierta que se muestra en dicha figura n° 2, lo cual se consigue mediante la acción de unas huellas semicirculares en un tornillo mecánico o bien una prensa u otro sistema equivalente, no representada en la figura, de manera que después del pre-conformado quede un ángulo alfa entre los bordes (18) de la misma, para que posteriormente se pueda introducir los conductores (16) previamente soldados, en el interior de dicho casquillo de refuerzo (10), por la zona de soldadura de dichos conductores (16).
Paralelamente al preformado de la lámina (10) para convertirla en casquillo se procede en una operación aparte a la soldadura de los conductores (16) por uno de sus extremos (19), para lo cual se disponen en los extremos (19) de los mismos en una estación de calentamiento y conformado (11), que consta de sendas mordazas (14) enfrentadas, cuya cara anterior la de ambas mordazas, presenta una cavidad abierta (17) sensiblemente circular para la colocación de los conductores (16) véase figura n° 2, de forma que al quedar aprisionados (16) entre dichas mordazas (14), con una lanza térmica o similar, y aportación de material se soldán dichos extremos (19), para a continuación colocar el casquillo de refuerzo (19) rodeando la zona de soldadura, e iniciar una fase deformación circular de (10), tal y como puede verse en la figura n° 5.
La deformación final del casquillo de refuerzo (10) se lleva a cabo mediante una segunda estación (20), tal y como puede verse en la figura n° 5, dotada de sendos pares de mordazas (21) enfrentadas, provistas del oportuno circuito de refrigeración cada una de ellas (21) con una menor distancia, entre cada par de mordazas, de manera que la deformación del casquillo de refuerzo (10) es progresiva longitudinalmente, y el diámetro final del casquillo (10) con los conductores (16) en la zona "A" es el mismo que el conductor original, para finalmente proceder al soldado del casquillo (10) .
El diámetro final "df" en la zona de unión de los dos conductores (16), tal y como puede verse en la figura n° 5, es igual al diámetro de los conductores "de", de tal y como se ha representado en la figura n° 5, a pesar del propio espesor del casquillo de refuerzo (10). Sólo cuando los diámetros df=dc, puede colocarse fuera del procedimiento descrito una funda rodeando y protegiendo los conductores (16) y la zona de unión donde se encuentra el casquillo de refuerzo (10).
El procedimiento anteriormente descrito se puede aplicar indistintamente a núcleos de cobre y/o aluminio, terminales y/o conectores de cobre aluminio y acero, asi como de materiales metálicos, férricos y no férricos y sus aleaciones, conductores de cables individuales o múltiples, Cables LV, MV, HV, EHV.
Descrita suficientemente la presente invención en correspondencia con las figuras anexas, fácil es comprender que podrán introducirse en la misma, cualesquiera modificaciones de detalle que se estimen convenientes, siempre y cuando no se altere la esencia de la invención que queda resumida en las siguientes reivindicaciones.

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S:
Ia - "PROCEDIMIENTO PARA LA UNIÓN MECANICA Y ELECTRICA DE CONDUCTORES ELECTRICOS" de los fabricados en cobre aluminio, acero o cualquier otro material buen conductor de la electricidad, caracterizado en que el procedimiento consta de las siguientes fases:
Soldadura de los extremos de los conductores a unir .
- Pre-conformado del casquillo de refuerzo, hasta que el mismo adopta una configuración sensiblemente cilindrica dejando un ángulo por entre sus bordes. Colocación del casquillo de refuerzo en la zona de soldadura de los conductores previamente soldados. - Soldadura de los bordes libres del casquillo de refuerzo con los conductores soldados en su interior .
Deformación progresiva del terminal y/o conector con los conductores soldados en su interior sobre la zona de soldadura de los conductores hasta que el diámetro df=dc.
2 a _ «PROCEDIMIENTO PARA LA UNIÓN MECANICA Y ELECTRICA DE CONDUCTORES ELECTRICOS" según la Ia reivindicación, caracterizado en que el pre-conformado del casquillo de refuerzo a partir de una lámina se realiza mediante huellas semi-circulares en un tornillo o prensa.
3 a _ «PROCEDIMIENTO PARA LA UNIÓN MECANICA Y ELECTRICA DE CONDUCTORES ELECTRICOS" según la Ia reivindicación, caracterizado en que la soldadura de los extremos de los conductores a unir, se realiza con el auxilio de sendas mordazas cuya cara interior presenta una cavidad circular, y están sometidas a calentamiento soldándose dichos extremos mediante aportación de material y lanza térmica o similar en dichos extremos.
4 a _ «PROCEDIMIENTO PARA LA UNIÓN MECANICA Y ELECTRICA DE CONDUCTORES ELECTRICOS" según la Ia reivindicación, caracterizado en que la soldadura de los bordes del casquillo de refuerzo se realiza en sentido longitudinal en toda la zona A.
5 a - "PROCEDIMIENTO PARA LA UNIÓN MECANICA Y ELECTRICA DE CONDUCTORES ELECTRICOS" según la Ia reivindicación, caracterizado en que la deformación progresiva del terminal y/o conector antes de colocar los conductores soldados, se utilizarían unas huellas semi-circulares en un tornillo mecánico o bien una prensa.
6 a - "PROCEDIMIENTO PARA LA UNIÓN MECANICA Y ELECTRICA DE CONDUCTORES ELECTRICOS" según la Ia reivindicación, caracterizado en que para la soldadura de los conductores por uno de sus extremos, se utilizará una estación de calentamiento y conformado, que consta de sendas mordazas enfrentadas, cuya cara anterior la de ambas mordazas, presenta una cavidad abierta sensiblemente circular para la colocación de los conductores, de forma que al quedar aprisionados entre dichas mordazas, con una lanza térmica o similar, y aportación de material se soldán dichos extremos, para a continuación colocar el casquillo de refuerzo rodeando la zona de soldadura. 7 a _ PROCEDIMIENTO PARA LA UNIÓN MECANICA Y ELECTRICA DE CONDUCTORES ELECTRICOS" según la Ia reivindicación, caracterizado en que un vez colocados los conductores soldados en el terminal y/o conector, se utilizará para su doblado final hasta dejar sus bordes a tope, segunda estación, dotada de sendos pares de mordazas enfrentadas, cada una de ellas con una menor distancia, entre cada par de mordazas, de manera que la deformación del casquillo de refuerzo es progresiva longitudinalmente, y el diámetro final del casquillo con los conductores en la zona "A" es el mismo que el conductor original, para finalmente proceder al soldado.
8 a _ «PROCEDIMIENTO PARA LA UNIÓN MECANICA Y ELECTRICA DE CONDUCTORES ELECTRICOS" según la anterior reivindicación, caracterizado en que las mordazas incorporan un circuito de refrigeración que actúa en el momento de soldar los bordes del casquillo de refuerzo.
PCT/ES2012/070620 2012-08-09 2012-08-09 Procedimiento para la union mecanica y electrica de conductores electricos WO2014023856A1 (es)

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