Cable para líneas aéreas y procedimiento de fabricación.

Cable de líneas aéreas que comprende un núcleo elástico o trabajando en su zona elástica,

y una pluralidad de hilos conductores, estando todo el cable pretensado hasta una tensión que produzca la deformación plástica de los hilos y soltado hasta aproximadamente el punto de relajación de dichos hilos, y pudiendo disponer, al menos la capa interior de hilos, de un recubrimiento en base a un polímero fluorado. La invención también se refiere a un procedimiento con las etapas de:

Recubrir, si se desea, una pluralidad de hilos con un recubrimiento en base de polímero fluorado (que podrá comprender un catalizador) y curar el mismo;

Enrollar helicoidalmente al menos una capa de hilos con recubrimiento sobre un núcleo;

Pretensar el conjunto hasta la deformación plástica de los hilos;

Soltar el cable hasta aproximadamente el punto de relajación de dichos hilos.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201431601.

Solicitante: LA FARGA LACAMBRA, S.A.U.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: GARCIA ZAMORA,MIQUEL, RIERA FONTANA,Lluís, CASTELLANA MONTERO,Gustau.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B21F9/00 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B21 TRABAJO MECANICO DE LOS METALES SIN ARRANQUE SUSTANCIAL DE MATERIAL; CORTE DEL METAL POR PUNZONADO.B21F TRABAJO MECANICO O TRATAMIENTO DE ALAMBRE METALICO (laminado de metales B21B; por estirado, operaciones auxiliares en relación con el trabajo del metal sin desprendimiento sustancial de materia B21C; atado de objetos en paquetes B65B 13/00). › Tensado de alambre (tensado de alambre para hormigón pretensado E04G 21/12; conexiones o fijaciones adaptadas al tensado F16G 11/00).
  • H01B5/08 SECCION H — ELECTRICIDAD.H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS.H01B CABLES; CONDUCTORES; AISLADORES; ,o EMPLEO DE MATERIALES ESPECIFICOS POR SUS PROPIEDADES CONDUCTORAS, AISLANTES O DIELECTRICAS (empleo por las propiedades magnéticas H01F 1/00; guías de ondas H01P). › H01B 5/00 Conductores o cuerpos conductores no aislados caracterizados por su forma. › Varios hilos o análogos retorcidos en forma de cuerda.
  • H01B7/30 H01B […] › H01B 7/00 Conductores o cables aislados caracterizados por su forma. › con disposiciones para reducir pérdidas en los conductores cuando llevan corriente alterna, p. ej. debidas al efecto pelicular.
  • H01B9/00 H01B […] › Cables de transporte de energía.

Fragmento de la descripción:

Cable para líneas aéreas y procedimiento de fabricación Sector de la técnica.

La presente invención se refiere a un cable para líneas aéreas eléctricas, formado por un núcleo elástico o trabajando en zona elástica y elementos conductores alrededor.

La invención también se refiere al procedimiento de fabricación del cable.

Es de aplicación en la industria de la generación, transporte y distribución de electricidad, así como en la fabricación de cables.

Estado de la técnica conocido.

En el estado de la técnica se conocen cables de núcleo elástico con conductores, especialmente de aluminio, como US20100163275 de CTC Cable Corporation, W020131354S9A de Nexans y W020121 42129 de Southwire, entre otras. Estos cables presentan algunas desventajas.

En primer lugar, los hilos interiores tienen un elevado coeficiente de fricción con el núcleo elástico (alrededor de 0, 4) , por lo que en caso de altas temperaturas se producen cargas mecánicas de cizalla y fatiga del núcleo. Esto reduce la vida del conductor y aumenta el 25 riesgo de rotura A su vez, estos cables son vulnerables a las condiciones meteorológicas extremas, que producen corrosión en los hilos y/o rotura por la carga de nieve/hielo o viento.

Estos cables tampoco se encuentran protegidos contra el efecto corona y producen ruido.

Otros cables más próximos a la invención se divulgan en CN202384083U y EP2669900.

Respecto a la patente: CN202384083 (U) , en esta invención pretensan únicamente el núcleo, que está hecho de acero. Respecto a la patente: EP2669900, el recubrimiento que se preconiza en ese documento requiere temperaturas muy elevadas de curado con la consiguiente complejidad de operación e impidiendo el uso de varios tipos de conductores, como el aluminio puro o el cobre no aleado (CuFRHC o CuETP) , y no incorpora pretensado.

Breve explicación de la invención.

La invención consiste en un cable para líneas aéreas y su procedimiento de fabricación, según se definen en las reivindicaciones.

El cable comprende un núcleo elástico o trabajando en zona elástica y unos hilos conductores dispuestos alrededor del mismo, en forma de capas. Al menos la capa más interior del cable comprende un recubrimiento de polímero fluorado, normalmente PTFE (politetrafluoroetileno) . La fórmula del recubrimiento permite que éste sea curado a temperaturas inferiores a 2002C, normalmente entre 1009C y 1502C, y es por lo tanto aplicable también al aluminio puro o al cobre no aleado (CuFRHC o CuETP) .

El recubrimiento de la presente invención contiene preferentemente un contenido teórico de sólidos entre un 45 y un 60% en peso y tiene una gravedad específica entre 1, 1 Y1, 4 g/cm3.

El cable se dispondrá pretensado. En el proceso de pretensado del cable bimaterial con núcleo elástico o trabajando en zona elástica de la invención, se aplica una fuerza de tracción sobre todo el cable hasta conseguir llevar a los hilos conductores del cable a su zona plástica, y su posterior relajación hasta una fuerza de tracción pequeña o prácticamente nula.

Cuando se pretensa el cable, la curva tensión -deformación de todo el cable queda modificada y no es la misma que la inicial. Como el cable ha entrado en su zona plástica, cuando se relaja la tensión sobre el cable, este volverá a su situación inicial por una curva de tensión -deformación desplazada (mayor deformación acumulada. Histéresis) . Este proceso se explicará mejor posteriormente haciendo mención a la figura 3.

El pretensado de la invención somete al cable a una pretensión en fábrica tal que se instale en el knee-point del retorno de la histéresis, o aproximadamente (±1 % de la tensión del knee-point) . El knee-point es el punto exacto de la curva final tensión vs deformación donde los elementos conductores del cable dejan de estar sometidos a carga mecánica o el punto de la curva deformación tensión donde el módulo de Young (o modulo elástico) del comportamiento del cable (conjunto núcleo + hilos conductores (aluminio o cobre) ) pasa de un valor grande a un valor pequeño. Por lo tanto, la pretensión se realiza de tal modo que hace entrar en deformación plástica los hilos conductores, y retorna hasta el knee-point deseado, en la que los hilos conductores dejan de ofrecer resistencia mecánica.

Cuando se suspende un cable en un tendido siempre está sometido a cierta tensión. El cable deberá calcularse para que la tensión de operación corresponda aproximadamente, y dentro de las condiciones de diseño, con el knee-point.

El hecho de colocar los hilos conductores justo en el knee-point provoca que el conjunto presente la menor flecha posible, en condiciones de paso de corriente (aumento de la T'/dilatación térmica) siendo el núcleo quien asume toda la carga mecánica, y en condiciones de carga de viento y/o nieve/hielo donde el conjunto núcleo + conductor participan de la tensión mecánica.

Por tanto, al instalar el cable pretensado con una tensión cercana a su knee-point, desde el primer momento de operación se consigue que la dilatación térmica del conductor a altas temperaturas sea mínima. En cambio en los conductores no pretensados del estado de la técnica, el knee-point queda lejos del punto de trabajo inicial del cable, dependiendo de los fenómenos meteorológicos extremos su ajuste y tensionado durante la operación.

Es igualmente posible proceder al pretensionado del cable durante su instalación aérea. Sin embargo, es una operación compleja por la necesidad de realizarse con el cable suspendido de las torres, por lo que la precisión de ajuste tiene un margen de error elevado y además, existe un riesgo de abatimiento de las torres, que se debe compensar sobredimensionando éstas. Por ello se considera menos preferido.

El pretensado consiste en aplicar sobre el cable que se desea tratar una fuerza que dependerá del material de los hilos conductores. Para el cobre, entre el 50 y el 80% de su carga de rotura (entre 30kN y 750 KN para los cables normalizados) y para el aluminio entre el 35 y el 60% de su carga de rotura (entre 10kN y 400 KN para los cables normalizados) , durante un tiempo entre 1 y 30 minutos, para posteriormente relajar la tensión hasta una similar a la de operación. El objeto es deformar el material conductor en una cantidad que variará en función de la tensión a la que se pretenda instalar el cable en la línea eléctrica aérea.

Para calcular la deformación de trabajo, se utiliza la curva de deformación del material conductor (estimada mediante funciones hiperbólicas o polinómicas) . Se añade la curva lineal del núcleo para obtener la total del cable. Estudiando la gráfica (del tipo de la figura 3) se puede calcular la tensión de pretense para que el segundo knee -point esté en la tensión de trabajo.

La deformación variará por tanto en función de la tensión y del tiempo de aplicación de la misma.

Para aplicar esta tensión sobre el cable se emplea un sistema de cabrestantes que garanticen el tiempo adecuado de aplicación de la carga de pretense. Este sistema de cabrestantes es conocido en la técnica de tensado de cables.

El sistema de cabrestantes permite una aplicación en continuo de la carga deseada sobre un número ilimitado de metros de cable. Modificando la velocidad de los cabrestantes se consigue aplicar la tensión de pretensado un tiempo mayor o menor según necesidades del material. En el caso del aluminio, se requerirá de un tiempo mayor para compensar el "creep" (creep o fluencia: elongación permanente debida a los cambios de temperatura del cable) del material.

La realización del cable que utiliza el cobre para los hilos conductores presenta mayor estabilidad del cable frente grandes cargas mecánicas producidas por hielo I viento o grandes vanos, gracias a diámetro más pequeño y mayor límite elástico del cable, dado que la zona de trabajo elástica del núcleo + hilos conductores de cobre (que más adelante se llamará zona 11) de la gráfica tensión -deformación del cable es más amplia.

La invención se refiere a un cable de líneas aéreas, que comprende un núcleo elástico y una pluralidad de hilos conductores, estando todo el cable pretensado hasta una tensión que produzca la deformación plástica de los hilos y soltado hasta aproximadamente el punto de 30 relajación de dichos hilos (lo que más adelante se llamará segundo knee-point) , y disponiendo al menos la capa interior de hilos conductores de un recubrimiento en base a un polímero fluorado. Este recubrimiento aumenta la vida útil de núcleo, al impedir que las dilataciones y esfuerzos se conviertan en presión o cizalla sobre el núcleo. Para ello preferentemente,...

 


Reivindicaciones:

1. Cable de líneas aéreas, caracterizado por que comprende un núcleo (1) elástico o trabajando en zona elástica y una pluralidad de hilos (2) conductores dispuestos en al

menos una capa, estando todo el cable pretensado hasta una tensión que produzca la deformación plástica de los hilos (2) y soltado hasta aproximadamente el punto de relajación de dichos hilos (2) .

2. Cable, según la reivindicación 1, que dispone en al menos la capa interior de hilos (2) 10 conductores de un recubrimiento (3) en base a un polímero fluorado.

3. Cable, según la reivindicación 2, cuya capa más exterior de hilos (2) conductores posee el mismo recubrimiento (3) .

4--Cable, según la reivindicación 2, que dispone del mismo recubrimiento (3) en capas alternas de hilos (2) .

5. -Cable, según la reivindicación 2, que dispone de varias capas de hilos conductores (2) en que cada uno de los hilos conductores no recubiertos está solamente en contacto con 20 otros hilos conductores recubiertos con el mismo recubrimiento (3) .

6. -Cable, según la reivindicación 2, que dispone del mismo recubrimiento (3) en todos los hilos (2) .

7-Cable, según la reivindicación 1, donde los hilos conductores son de cobre puro o de cobre aleado con un contenido en cobre mayor al 92, 5%

8. Cable, según la reivindicación 1, donde los hilos conductores son de aluminio puro o de aluminio aleado con un contenido en aluminio mayor al 90%

9. Cable según la reivindicación 8, donde los hilos conductores tienen un contenido en aluminio mayor al 99%

10. Cable, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, cuyo núcleo (1) es de fibra 35 de carbono o cuerda de aramida o composites cerámicos.

11. Cable, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, cuyo núcleo (1) es de un material metálico 12-Cable, según la reivindicación 11 , cuyo núcleo (1) es de acero.

13. Cable, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, cuyo núcleo (1) posee una sección equivalente al 5-30% de la sección total del cable.

14. Cable, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, cuyas capas de hilos (2) 10 conductores se disponen helicoidalmente sobre el núcleo (1) estando cada capa enrollada en un sentido opuesto al de la capa anterior.

15. Cable, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el recubrimiento (3) tiene un coeficiente de fricción estático con el núcleo (1) de entre 0, 05 y 0, 2

16. Procedimiento de fabricación del cable de líneas aéreas de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado por que comprende las etapas de: a) Enrollar helicoidalmente al menos una capa de hilos (2) conductores sobre un núcleo (1) elástico o metálico; 20 b) Pretensar el conjunto de hilos (2) y núcleo (1) hasta producir la deformación plástica de los hilos (2) ; c) Soltar el cable hasta aproximadamente el punto de relajación de dichos hilos (2) , d) Enrollar sin tensión o con una tensión máxima de 5kN el cable en una bobina sin perder la pretensión 17. Procedimiento, según la reivindicación 16, en que antes del paso a) se recubren los hilos (2) conductores con un recubrimiento (3) en base de polímero fluorado y se curan dichos hilos (2) con el recubrimiento (3) ;

18-Procedimiento según la reivindicación 16, en que la fuerza de pretensado estará comprendida entre 30kN y 750 KN para los cables con conductores de cobre 19-Procedimiento según la reivindicación 16, en que la fuerza de pretensado estará comprendida entre 10kN Y 400 KN para los cables con conductores de aluminio 20-Procedimiento según la reivindicación 16, en que la fuerza de pretensado se aplicará un tiempo comprendido entre 1 y 30 minutos 21 -Procedimiento, según la reivindicación 17, en el que se enrollan varias capas de hilos (2) 5 conductores todos con recubrimiento (3) .

22. Procedimiento, según la reivindicación 17, en el que se enrollan alternativamente capas de hilos (2) conductores con y sin recubrimiento (3) .

23-Procedimiento, según la reivindicación 17, en el que se enrollan varias capas de hilos (2) conductores de tal manera que cada uno de los hilos conductores no recubiertos está solamente en contacto con otros hilos conductores recubiertos con el recubrimiento (3) .

24. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 16 a 23, donde el núcleo (1) 15 posee una sección equivalente al 5-30% de la sección total de los hilos (2) conductores.

25. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 16 a 24, donde el recubrimiento (3) tiene un coeficiente de fricción estático con el núcleo (1) de entre 0, 05 y 0, 2.


 

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