NO20110321A1 - Skjoting av kabler - Google Patents

Abstract

En skjøtarmering i en kabelskjøt er vist. Kabelen (1) innbefatter minst en tykk metallisk leder (2) innleiret i minst en isolerende matrise (4), hvilken matrise (4) er i stand til å overføre skjærkrefter som opptrer i kabelen (1). En flettet karbonfiberhylse (8) av forutbestemt lengde blir limt på den utvendige overflate av kabelen (1) og forløper i begge retninger fra senteret av en kabelskjøtspleis, hvilken flettet karbonfiberhylse (8) blir holdt i strekk under limingsprosessen inntil dens herding. Også en fremgangsmåte til å preparere og tilvirke en limt skjøtarmering i en kabelskjøt er beskrevet.

Description

Hylseformet karbonfiberarmering for en kabelskjøt

Foreliggende oppfinnelse vedrører et arrangement ved en skjøtarmering i en elektrisk kabel, hvilken elektrisk kabel innbefatter minst en grov eller tykk metallisk leder innleiret i minst en isolerende matrise, hvilken matrise er i stand til å overføre skjærkrefter som opptrer i kabelen mellom lederen og kabel overflaten.

I samsvar med den foreliggende oppfinnelse er det også tilveiebrakt en fremgangsmåte ved forberedelser og fremstilling av et armerende arrangement i en elektrisk kabelskjøt av den ovenfor nevnte type.

Skjøter i elektriske kabler er kjent for å være mekaniske svekkelsespunkter i den ferdige kabel, særlig med hensyn til aksiale krefter, ettersom sveisingen av den metalliske leder skaper glødete områder med redusert styrke og fasthet eller flyteevne. De vanlige metoder for å bedre den aksiale styrke og/eller fasthet i skjøter samler seg om forbedringer i sveiseteknikken. Under utvikling av skjøten for et bestemt prosjekt ble grensene for sveiseteknikken nådd uten tilstrekkelige resultater for behovene til prosjektets anvendelse. Anvendelsen eller bruken krevde også at enhver økning av den utvendige diameter av kabelen etter skjøting ble gjort minst mulig.

I samsvar med den foreliggende oppfinnelse er et armerende arrangement i en elektrisk kabelskjøt av den innledningsvis nevnte type tilveiebrakt, hvilket armerende arrangement i skjøten er kjennetegnet ved at en flettet karbonfiberhylse av forutbestemt lengde blir limt på den utvendige overflate av kabelen og forløper i begge retninger fra senteret av en kabelskjøtspleis, hvilken flettet karbonfiberhylse blir holdt i strekk under limingsprosessen inntil dens herding.

Det skal dermed forstås at løsningen og gjenstanden for denne patentsøknad, var å forsterke eller armere den standard kabelskjøt utvendig med en flettet karbonfiberhylse (et i og for seg standard produkt solgt kommersielt), heftet til kabelen og herdet i en matrise med epoksyresin (også i og for seg et standard produkt solgt kommersielt, og alminnelig brukt sammen med karbonfiber for oppbygning av ulike gjenstander med et utall av former og størrelser). Den opprinnelige kabel ble designet til å ha høy skjærkratfkapasitet gjennom dens ulike byggelag, og dette muliggjorde funksjoneringen til karbonfiber hylsearmeringen. Epoksyen binder eller hefter hylsen til kabelen, og på grunn av den høyere stivhet i karbonfiber/epoksysystemet, blir aksialkrefter introdusert på hver ende av kabelen bort fra skjøten, tatt delvis opp av hylsen, som reduserer belastningen eller spenningen og dermed kraften i den sveiste metalliske leder. Med kun en svært liten økning (vanligvis 3-5 %) i den utvendige diameter, blir den armerte skjøt sterkere enn den opprinnelige kabel, som eliminerer det tradisjonelle svekkelsespunkt i kabelen.

Med fordel er den flettede karbonfiberhylse en vevnad satt sammen av kryssende tråder av karbonfibre, som under stramming av disse tenderer til å minske diameteren til hylsen og rette ut vinkelen til vevnaden i kabelens lengderetning.

Kabelen er vanligvis sammensatt av en eller flere av de følgende elementer; en metallisk leder bestående av et antall enkelttråder eller en massiv stav, et indre halvledende lag, en isoleringsmatrise, et ytre halvledende lag, en metallisk skjerm og en ytre kappe, eller utgjør et element inne i en kontrollkabel eller kraftkabel (umbilikal).

Limet kan være i form av en blanding av en epoksyresin og en herder og limet kan bli påført i flere lag.

Også den flettede karbonfiberhylse kan bli påført i flere lag og innleiret i limet eller epoksyresin.

I samsvar med den foreliggende oppfinnelse er en fremgangsmåte av den innledningsvis nevnte type også tilveiebrakt, hvilken fremgangsmåte er kjennetegnet ved at først blir minst en flettet karbonfiberhylse sklidd inn på kabelen og temporært parkert på et sted en forutbestemt avstand bort fra skjøten, om nødvendig blir overflaten til kabelen preparert for å sikre grep, en blanding av epoksy og herder blir påført kabelens overflate, den flettede karbonfiberhylse blir strukket over skjøten for å skreve over omtrentlig den samme avstand i begge ender av kabelen, og videre tilsettes blandingen etter behov til minst delvis å innleire den flettede karbonfiberhylse i blandingen av epoksy og herder.

Med fordel blir overflaten til kabelen preparert for å sikre grep ved å rugjøre dens overflate, rengjøre overflaten og eventuelt flammebehandle overflaten av den seksjon som skal limes.

Slike hylser kan bli tilføyd i flere lag. Da blir trinnene med den andre seksjon ovenfor repetert etter behov for å påføre en eller flere ytterligere flettede karbonfiberhylser på kabelen, hvilke påfølgende hylser er noe kortere enn den først påførte hylse.

Andre og ytterligere formål, trekk og fordeler vil fremgå av den følgende beskrivelse av foretrukne utførelser av oppfinnelsen, som er gitt for beskrivelsesformål, og gitt i forbindelse med de vedlagte tegninger hvor:

Fig. 1 viser i skjematisk riss en typisk flettet karbonfiberhylse, og

Fig. 2 viser i skjematisk riss en typisk kabelskjøt før oppbygning av isolasjon etc.

Henvisning gis til fig. 1 som viser et spleiseområde på en kabel som skal forsterkes eller armeres for å styrke det svekkede område som skyldes spleisen eller skjøten. I begge ender, til høyre og venstre i tegningen, kan den opprinnelige kabel 1 ses. En slik kabel 1 kan være flere kilometer lang og behøver å bli spleiset eller skjøtt ved intervaller for å øke kabelens 1 totallengde, eller for å foreta reparasjoner i tilfelle skade. Spleiseoperasjonen vil bli beskrevet nedenfor sammen med figur 2.

Etter en slik spleiseoperasjon er kabel overflaten temmelig lik med den opprinnelige kabel. For å sikre i det minste opprinnelig styrke i spleiseområdet, blir en første flettet karbonfiberhylse på omtrentlig 3 meters lengde heftet til den utvendige overflaten av kabelen og herdet i en matrise av epoksyresin og herder og belagt på, eller påført kabeloverflaten. Så blir en andre flettet karbonfiberhylse på omtrentlig 2 meters lengde heftet til den utvendige overflaten av den første hylsen og herdet i nok et lag av epoksyresin og herder påført den utvendige overflaten av den første hylsen. Enda mer epoksyresin blandet med herder kan påføres overflaten til den andre hylsen for mer eller mindre å innleire hylsen i epoksyresin. Ytterligere lag kan tilføres på samme måten. En enda mer detaljert prosedyre for preparering og fremgangsmåte trinn for trinn vil følge nedenfor.

Henvisning gis nå til fig. 2 som viser en typisk kabelspleis hvor den sentrale metalliske leder 2, vanligvis kopper eller aluminium, blir spleiset ved sveising. Kabelen 1 er klar til å bli oppbygd i respektive lag med isolasjon og skjerming startende med det innerste lag 3 av indre halvledende materiale. Det neste lag 4 er et isolasjonsmateriale oppbygd på lag 3. Så blir et lag 5 av ytre halvledende materiale påført laget 4. En metallisk skjerm 6 blir påført rundt laget 5 og spleiset ved sveising på skjermen i begge ender. Til sist blir en ytre kappe 7 påført rundt skjermen 6 og dermed ferdigstiller kabelen 1, skjønt et svekkelsespunkt er til stede i spleisen.

Neste prosedyre vil være å fortsette som beskrevet i forbindelse med fig. 1 og omtalt i detalj nedenfor.

Nedenfor følger en detaljert beskrivelse av materialer, oppbevaring og prosedyren om hvordan påføre en første og en andre hylse på stedet. Dette er kun et eksempel på en utførelse av oppfinnelsen og skal ikke bli ansett som en begrensning av oppfinnelsen til denne bestemte utførelse.

1. Introduksjon

1.1. Denne prosedyre beskriver metoden der elektriske kabler med middels spenning for kraftumbilikaler skal bli armert i den spleisede seksjon ved bruk av to lag med karbonfiberhylse og epoksyresin. Denne prosedyre er beregnet på verifiserende testing på korte prøveeksemplarer.

2. Sikkerhet

2.1. Alt relevant personell skal studere sikkerhetsdata-arket for materialene som inngår, så vel som de følgende dokumenter: http :// www. westsvstem. com/ ss/ other- epoxy- rel ated- hazards/ http : // www . westsvstem . com / ss / environmental - concerns /

I http : // www . westsvstem . com / ss / how - to - prevent - overexposure - to - epoxv /

http :// www. westsvstem. com/ ss/ epoxy- chemi stry/

I http :// www. westsvstem. com/ ss/ dispensing- mixing/

2.2. Arbeidsområdet skal være adekvat ventilert og alt nødvendig beskyttelsesutstyr for personell som beskrevet i dokumentene ovenfor skal bæres av alt relevant personell.

3. Materialer og Oppbevaring

I Flettet karbonfiberhylse

o (Siltex delenummer 050.12040243-C)

o 50mm nominell utvendig diameter ved 45 graders leggevinkel o Vekt: 3K (3000 filaments per yarn)

o Må lagres i et rent område for å unngå forurensing

|| West System Epoxy 105

o Lagringskrav er listet i MSDS.

| West System Hardener 205

o Lagringskrav er listet i MSDS.

I West System kalibrerte målepumper (#300, Mini Pumpesett (for gruppestørrelse A, B or O)

Rengjøringsmiddel/løsemiddel passende for PE (etanol)

80-grit sandpapir

Propanbrenner

Tape

Arbeidsbenker med klemme- og strammemuligheter

Skrueklemmer

Personell beskyttelsesutstyr: engangshansker, øyebeskyttelse, beskyttelsesklær

IBlandebeholdere

som dekker armer

4. Preparere kabelprøven

4.1. Merk: arbeidet skal bli utført i et rent, tildekket sted ved normal romtemperatur,

borte fra støv og smuss.

4.2. Gripe en ende av kabelen med arbeidsbenken omtrentlig 3 meter bort fra midten

av kabelspleisen.

4.3. Preparere karbonfiberfletningen

4.3.1. Sjekke flettingen for skader/defekter:

Inkonsistente fletningsmønstre

Nærvær av støv eller smuss

IBrukkete fibre

Kaste lengde dersom skade er funnet

4.3.2. Måle og kappe karbonfiberhylsene.

4.3.2.1. Hver armert kabelseksjon skal ha et 3000mm bunnlag og 2000mm topplag, sentrert på ledersveisen i den spleiste kabel (eller svekkelsespunk for preliminær testing).

4.3.2.2. Kapp en 2500mm lengde og en 1700mm lengde. Oppretthold en 45

graders leggevinkel hos karbonfiberfletningen under måling. Disse lengder vil strekke seg til 3000mm og 2000mm når påført kabelen ved om lag 30 graders leggevinkel.

4.3.3. Skli de to karbonhylser over på kabelen, startende med den kortere lengden. Arbeidende med en lengde av gangen, bunte opp hylsene slik at de begge er lagret bort fra 3meters området som skal armeres.

4.3.4. Feste den andre enden av kabelen 2 meter bort fra senteret av spleisen og

feste den til et annet fikseringspunkt eller arbeidsbenk.

4.3.5. Bruke arbeidsbenkens strammeanordning, stramme kabelen inntil den er

så rett som mulig (løfte kabelen i midten under tilstramming)

4.3.6. Merke gulvet under kabelen med stedet for senteret av spleisen, og med

merker for 1500mm og lOOOmm bort fra senteret på hver side.

4.3.7. Bruke 80-grit sandpapir, slipe grundig (med minimalt tap av materiale)

overflaten til kabelen i 3 meters seksjonen sentrert på sveisen som vil bli forsterket.

4.3.8. Rengjøre overflaten til kabelseksjonen som skal armeres med en etanol

rensemiddel/løsemiddel.

4.3.9. Flammebehandle den 3 meters seksjon ved å føre en propanbrenner (eller lignende) over overflaten til kabelen. Sikre at ingen smelting av den ytre kappe skjer.

5. Påføre den første hylse

I All aktivitet i dette avsnitt må fullendes innenfor 10 minutter med blanding av

epoksyen

5.1. Preparere epoksyen

5.1.1. Preparere pumpene. Mini pumpe settet #300 er konstruert for å utlevere epoksy og herder i et 5:1 forhold med en enkel inntrykning for hver pumpe. Velge den korrekte rørlengde fra settet for pumpene og skru pumpene på epoksy- og herderbeholderne. Fylle opp pumpene ved å trykke på hver flere ganger i en beholder for å fjerne eventuell luft. Kaste ethvert utlevert materiale.

5.1.2. Blande epoksy og herder. I en passende blandebeholder, tilsette et likt antall pumpinger med epoksy og herder og røre dem sammen. Merk at når elementene blir ført sammen, er brukstiden omtrentlig 10 minutter for 100g

ved romtemperaturen. Arbeid med små mengder.

Påfør epoksyen til den 3 meters seksjon med kabel som skal armeres. Dette kan gjøres for hånd.

Bearbeid den 2500mm fletning over kabelen inntil en ende er innrettet med kanten av den limte seksjon.

5.2. Omhyll tapen rundt den innrettede ende av hylsen og påfør en skrueklemme over den. Varsomhet må utvises for ikke å skade den ytre kappe av kabelen (tape er kun for beskyttelse).

5.3. Arbeid den frie enden av hylsen over det limte området og trekk den så stram som mulig for hånd, og sikre at alle fibrene er i nærkontakt med kabelen. Klem

den frie enden som beskrevet ovenfor.

6. Påføre den andre hylse

|l All aktivitet i denne seksjon må ferdigstilles på 10 minutter etter fullførelse av

den endelige aktivitet i den forutgående seksjon.

6.1. Preparere en ny sats med epoksy som beskrevet ovenfor.

6.2. Påføre epoksyen for hånd over den første hylse. Sikre at karbonfletningen er

grundig mettet.

6.3. Arbeide den 1700mm fletning over den første hylsen inntil en ende er 1 meter

fra senteret til det armerte området.

6.4. Tape og klemme enden av fletningen som beskrevet ovenfor.

6.5. Arbeide resten av hylsen over kabelen inntil fullstendig strukket med nær kontakt med den første hylsen.

7. Ferdigstille hylsen

All aktivitet i denne seksjon må ferdigstilles på 10 minutter etter fullførelse av

den endelige aktivitet i den forutgående seksjon.

7.1. Preparere en ny sats med epoksy som beskrevet ovenfor.

7.2. Påføre epoksyen for hånd over den første hylse. Sikre at karbonfletningen er

grundig mettet og at ingen drypp tillates å herde.

7.3. Tillate epoksyen å herde i 6-8 timer før håndtering.

En liknende eksisterende påføring av flettet karbonfiberhylser med epoksyresin er lettvektige rør tilvirket av materialet, formet rundt røret som blir fjernet etter herding av epoksyen.

Typiske varianter ville være lengden av hylsen som brukes, antallet lag som brukes, vekten av karbonfibre, etc. som resulterer i mer eller mindre armering mot aksiale krefter, og mer eller mindre økning av utvendig diameter. Utviklingen ble gjort på kraftkabler med middels spenning, men denne kunne bli anvendt på lavspente eller høyspente kabler også, eller enhver kabel med tilstrekkelig skjærkraftkapasitet gjennom sine lag.

Andre materialer kan potensielt brukes for denne applikasjon, innbefattende forhåndsimpregnerte ensrettede karbonfiberbånd eller annet karbonfibermateriale som kan bli påført utvendig etter skjøting (i motsetning til på forhånd slik som hylsen må være). Ethvert annet materiale av egnet stivhet og styrke, slik som glassfiber, aramidfiber, etc. kunne også potensielt bli brukt, som også trådduk kunne dersom den på vellykket måte kunne heftes til den angjeldende overflate.

Andre vanlige teknikker for påføring av epoksyresin til karbonfibermateriale, slik som vakuumposestøping og varmepåføring for å minske herdetiden, kunne være alternative påføringsmetoder eller kunne bli innarbeidet i utførelsen beskrevet ovenfor.

Typiske testresultater:

Claims (12)

1. Arrangement ved en skjøtarmering i en elektrisk kabel, hvilken elektrisk kabel (1) innbefatter minst en tykk metallisk leder (2), hvilken metalliske leder er spleiset ved sveising og innleiret i minst én isolerende matrise (4), hvilken matrise (4) er i stand til å overføre skjærkrefter som opptrer i kabelen (1) mellom lederen og kabeloverflaten,karakterisert vedat en flettet karbonfiberhylse (8) av forutbestemt lengde blir limt på den utvendige overflate av kabelen (1) og forløper i begge retninger fra senteret av en kabelskjøtspleis, hvilken flettet karbonfiberhylse (8) blir holdt i strekk under limingsprosessen inntil dens herding.

2. Skjøtarmering som angitt i krav 1,karakterisert vedat den flettede karbonfiberhylse (8) er en vevnad satt sammen av kryssende karbonfibertråder, som under stramming av disse tenderer til å minske diameteren til hylsen og rette ut vinkelen til vevnaden i kabelens lengderetning.

3. Skjøtarmering som angitt i krav 1 eller krav 2,karakterisert vedat den metalliske leder (2) er tilvirket av kopper, aluminium eller annet egnet elektrisk ledende metall og er satt sammen av et antall av enkelttråder eller en massiv stav eller kjerne.

4. Skjøtarmering som angitt i ett av kravene 1-3,karakterisert vedat kabelen (1) er en kraftkabel.

5. Skjøtarmering som angitt i ett av kravene 1-4,karakterisert vedat kabelen (1) innbefatter en metallisk skjerm (6) som omslutter den isolerende matrise.

6. Skjøtarmering som angitt i ett av kravene 1-5,karakterisert vedat kabelen er en kraftkabel innbefattende et indre halvledende lag (3), en isoleringsmatrise (4), et ytre halvledende lag (5), en metallisk skjerm (6) og en ytre kappe (7), og utgjør et element inne i en kontrollkabel eller kraftkabel (umbilikal).

7. Skjøtarmering som angitt i ett av kravene 1-6,karakterisert vedat limet er en blanding av epoksyresin og en herder.

8. Skjøtarmering som angitt i ett av kravene 1-7,karakterisert vedat limet blir påført i flere lag.

9. Skjøtarmering som angitt i ett av kravene 1-8,karakterisert vedat den flettede karbonfiberhylse blir påført i ett eller flere lag og er innleiret i lim eller epoksyresin.

10. Fremgangsmåte ved preparering og fremstilling av en limt skjøtarmering i en elektrisk kabel, hvilken elektrisk kabel innbefatter minst en tykk metallisk leder innleiret i en isolerende matrise, hvilken matrise er i stand til å overføre skjærkrefter som opptrer i kabelen mellom lederen og kabeloverflaten,karakterisert vedat først blir minst en flettet karbonfiberhylse sklidd inn på kabelen og temporært parkert på et sted en forutbestemt avstand bort fra skjøten, om nødvendig blir overflaten til kabelen preparert for å sikre grep, en blanding av epoksy og herder blir påført kabelens overflate, den flettede karbonfiberhylse blir strukket over skjøten for å skreve over omtrentlig den samme avstand i begge ender av kabelen, og videre tilsettes blandingen etter behov til minst delvis å innleire den flettede karbonfiberhylse i blandingen av epoksy og herder.

11. Fremgangsmåte som angitt i krav 10,karakterisert vedat overflaten til kabelen blir preparert for å sikre grep ved å rugjøre dens overflate, rengjøre overflaten og eventuelt flammebehandle overflaten av den seksjon som skal limes.

12. Fremgangsmåte som angitt i krav 10 eller 11,karakterisert vedat trinnene i krav 10 blir repetert for å påføre en eller flere ytterligere flettede karbonfiberhylser på kabelen, hvilke påfølgende hylser er noe kortere enn den først påførte hylse.