BRPI1001975A2 - cabo de bomba submersÍvel elÉtrico de alta voltagem - Google Patents
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Abstract
<B>CABO DE BOMBA SUEMERSíVEL ELÉTRICO DE ALTA VOLTAGEM.<D> Um cabo para a transmissão de eletricidade de alta voltagem para uso com uma bomba submersível elétrica tem uma pluralidade de condutores sólidos para a condução de eletricidade ao longo do comprimento do cabo. Os condutores sólidos são ligados de modo uniforme e firme ao isolamento circundante com uma camada çle ligação fina aplicada diretamente sobre o condutor. Uma camada de fita de tecido condutiva circunda o isolamento para a formação de uma camada de controle de tensão externa. Os condutores isolados são circundados por urna camada extrudada de fio. Uma segunda camada de fio da fita de tecido circunda o fio. Uma camada externa armada circunda os condutores isolados e o fio. Um espaço entre os condutores isolados e envolvidos e a camada externa armada é preenchido com um material de revestimento.
Description
CABO DE BOMBA SUBMERSÍVEL ELÉTRICO DE ALTA VOLTAGEM
Campo da Invenção
A presente invenção se refere a cabos elétricos dotipo usado em bombas de poço submersíveis elétricas esimilares.
Antecedentes da Invenção
Os cabos elétricos são usados para a interconexão demotores elétricos a bombas submersíveis ou a um outroequipamento em poços de óleo e de gás. Estes caboscostumeiramente consistem em três condutores elétricossólidos ou trançados que são combinados em um único cabo.
Historicamente, os cabos elétricos para bombassubmersíveis têm sido classificados para uma voltagem baixana faixa de 5 kV, e a maioria dos motores de bombasubmersível elétrica (ESP) teve uma voltagem de placa deidentificação abaixo de 5 kV. Com a demanda crescente poruma potência mecânica mais alta, os motores de ESP agoraestão sendo construídos com voltagens de placa deidentificação maiores do que 5 kV, requerendo que osfabricantes projetem cabos com uma classificação mais alta,tal como de 8 kV. Conforme a voltagem dos cabos elétricosaumenta, a presença de quaisquer vazios entre os condutorese o isolamento no cabo elétrico pode resultar em umadescarga parcial. É importante prover um cabo de ESP devoltagem mais alta (maior do que 5 kV) com uma resistênciaelétrica melhorada e características de descarga parcialreduzidas.
Sumário da Invenção
Um cabo de potência para um conjunto de bombasubmersível elétrico é construído com uma resistência.elétrica melhorada e características de descarga parcialreduzida. Uma modalidade da presente invenção utilizacondutores sólidos que são ligados de modo uniforme e firmeao isolamento circundante com uma camada de ligação finaaplicada diretamente sobre o condutor. A camada de ligaçãotem uma espessura entre 0,00002 polegadas (0,508 μιτι) e0,005 polegadas (127 pm) . Em uma modalidade preferida, acamada de ligação é não condutiva. Uma camada de fita detecido condutiva é enrolada firmemente em torno do
isolamento para a formação de uma camada de controle detensão externa. Os condutores isolados podem ser cobertoscom uma camada extrudada de fio, a qual então pode serenvolvida com uma fita de tecido para proteção da camada defio durante as etapas de processamento subseqüentes. Umacamada externa armada então é aplicada em tono doscondutores isolados. 0 espaço entre os condutores isoladose enrolados e a camada externa armada pode ser preenchidocom um material de revestimento.
Breve Descrição dos Desenhos
A Figura 1 é uma vista em elevação de um poço no qualuma bomba submersível elétrica é disposta.
A Figura 2 é uma vista em perspectiva em seçãotransversal de um cabo de bomba submersível elétrico devoltagem alta da presente invenção.
A Figura 3 é uma vista em seção transversal tomada aolongo da linha 3-3 da Figura 1.
A Figura 4 é uma vista em seção transversal de umamodalidade alternativa de um cabo submersível elétrico dealta voltagem da presente invenção.
Descrição Detalhada da InvençãoA Figura 1 é uma vista em corte em elevação de um poço10 que tem uma bomba submersível elétrica 12 disposta ali,montada em uma coluna de tubulação 14. A bomba 12 inclui ummotor elétrico 16 e uma seção de bomba compreendendo umconjunto de bomba centrífuga 18. Um cabo 20 se estende poçoabaixo, terminando em um fio de motor para a provisão depotência para um motor elétrico 16. Um conector de pontalivre ("pothead") 22 é montado no fio de motor de cabo 20,e conecta eletricamente e prende o fio de motor de cabo 20ao alojamento 24 do motor 16.
Com referência às Figuras 2 e 3, o cabo 20 compreendetrês condutores sólidos 26 que transmitem eletricidade aolongo do comprimento do cabo 20. 0 cabo 20 pode conter umnúmero diferente de condutores, dependendo da aplicação. Oscondutores 26 são construídos de materiais condutivos, talcomo de cobre. Uma camada de ligação fina 27 é aplicadadiretamente sobre e circunda cada um dos condutores 26. Acamada de ligação 27 pode ser um primer de metal devulcanização, um adesivo, tal como um adesivo decianoacrilato, um adesivo de epóxi, um adesivo de cura comluz, um adesivo de poliuretano e um adesivo de silício ouuma combinação de primer / adesivo. Uma camada deisolamento 2 9 é extrudada sobre os condutores 26 e a camadade ligação 27. Os condutores 26, a camada de ligação 27 e acamada de isolamento 2 9 são curados, desse modo se ligandode modo uniforme e firme o isolamento 29 aos condutores 26com a camada de ligação fina 27. A camada de ligação 27 temuma espessura máxima de 0,005 polegadas (127 μm) e umaespessura mínima de 0,00002 polegadas (0,508 μm) , e tem umaresistência de ligação de mais de 5 lbf/in (875,63 N/m) . Namodalidade preferida, a camada de ligação 27 é nãocondutiva, embora modalidades alternativas usando umacamada de ligação condutiva possam ser empregadas. Oisolamento 29 tipicamente não é eletricamente condutivo.
Uma camada de controle de tensão externa 31 circundaos condutores 26, a camada de ligação 27 e o isolamento 29.Em uma modalidade preferida, a camada de controle de tensãoexterna 31 é uma fita de tecido condutiva enroladafirmemente em torno do isolamento 29. A fita serve para sefazer um contato elétrico íntimo com o isolamento 29, dessemodo se reduzindo grandemente ou eliminando vazios os quaispodem causar uma descarga parcial. A fita de tecido tambémserve à função de ajudar a conter o isolamento 29 duranteuma descompressão do cabo 20. Como uma alternativa para acamada de controle de tensão externa 31 de fita de tecidocondutiva, em uma modalidade alternativa, trançadoscondutivos podem ser envolvidos firmemente em torno doisolamento 29. Com referência à Figura 4, um outro cabo demodalidade alternativa 32 que reduz a descarga parcialemprega uma tinta condutiva 30 aplicada sob a fita detecido ou os trançados condutivos para a eliminação dequaisquer espaços de ar entre a superfície externa doisolamento 29 e o material condutivo 31. Uma outramodalidade alternativa emprega uma camada de controle detensão de termofixação extrudada sobre o isolamento 29.
Com referência de volta às Figuras 2 e 3, oscondutores 26, a camada de ligação 27, o isolamento 29 e acamada de tensão externa 31 podem ser circundados por umacamada extrudada de fio 33. Esta camada externa de fio 33impede ou reduz grandemente o ingresso de gases e líquidosno cabo 20. A camada externa de fio 33 também afastacorrentes de fuga da superfície do cabo.
Os condutores 26, a camada de ligação 27, o isolamento29, a camada de tensão externa 31 e o fio 33 podem sercircundados por uma fita de tecido 35 para proteção dacamada de fio 33 durante as etapas de processamentosubseqüentes. A fita de tecido 35 é enrolada em torno dacamada de fio 33 do cabo 20. Um revestimento 37 é extrudadoem torno dos três condutores isolados 26. 0 espaço centralentre os três condutores completamente isolados 2 6 também épreenchido com o material de revestimento 37. 0 isolamento29 e o material de revestimento 37 podem ser construídos apartir de vários compostos de polímero, incluindo: borrachade EPDM (monômero de dieno de etileno propileno), borrachade nitrila, borracha de HNBR, borracha de aflas, borrachade FKM, polipropileno, polietileno, PE ou PP com retículoformado, elastômeros termoplásticos, fluoropolímeros,termoplásticos ou elastômeros de termofixação. Tipicamente,o cabo de ESP de voltagem alta de três condutores acabado20 tem uma camada externa armada 39, a qual pode ser de umatira de metal enrolada e formada em torno do revestimento37. A finalidade do material de revestimento 37 é suportaros condutores 2 6 e mantê-los firmemente no lugar pelaarmadura 3 9.
O uso de condutores sólidos com um isolamento ligadoaos condutores por uma camada de ligação oferece váriasvantagens. Diferentemente de condutores trançados, oscondutores sólidos não provêem espaços para gases seacumularem entre os trançados, melhorando-se a resistênciaà descompressão do cabo. Adicionalmente, os condutoressólidos são menores do que os condutores trançados,permitindo mais espaço para isolamento. Pela ligação doisolamento aos condutores sólidos, a ligação ajuda a evitardanos durante operações de junção, melhora a resistência àdescompressão, e elimina vazios que são uma fonte dedescarga parcial sob condições de voltagem AC alta. Aresistência de ligação alta da camada de ligação evitadanos ao isolamento durante a manipulação do cabo, enquantotambém se melhora a resistência à descompressão. A camadade controle de tensão externa serve a uma finalidade duplade mitigação de descarga parcial e contenção dedescompressão.
Embora a invenção tenha sido mostrada apenas em uma desuas formas, deve ser evidente para aqueles versados natécnica que ela não está limitada dessa forma, mas ésuscetível a várias mudanças, sem que se desvie do escopoda invenção. Por exemplo, embora o cabo seja mostrado comuma geometria circular redonda, ele poderia ser de umageometria retangular plana.
Claims (20)
1. Cabo elétrico de alta voltagem, caracterizado pelofato de compreender:pelo menos um condutor para a condução de eletricidadeao longo de um comprimento do cabo;uma camada de isolamento ligada de modo uniforme efirme a pelo menos um condutor por uma camada de ligaçãofina aplicada diretamente sobre pelo menos um condutor;uma camada de controle de tensão externa que circundaa camada de isolamento;uma camada extrudada de fio que circunda a camada decontrole de tensão externa;uma camada de material de revestimento que circunda acamada extrudada de fio; e uma armadura externa que circunda a camada de materialde revestimento.
2. Cabo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de a camada de controle de tensãoexterna compreender trançados condutivos envolvidosfirmemente em torno da camada de isolamento.
3. Cabo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de a camada de controle de tensãoexterna compreender uma fita de tecido condutiva enroladafirmemente em torno da camada de isolamento.
4. Cabo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de a camada de controle de tensãoexterna compreender uma camada de termofixação extrudada.
5. Cabo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de ainda compreender uma tintacondutiva aplicada à superfície externa do isolamento,entre o isolamento e a camada de controle de tensãoexterna.
6. Cabo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de a camada de ligação ter entre 0,00002 polegadas (0,508 pm) e 0,005 polegadas (127 pm) deespessura.
7. Cabo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de a resistência de ligação dacamada de ligação ser maior do que 5 Ibf/in (875,63 N/m).
8. Cabo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de ainda compreender uma camada defita de tecido envolvida firmemente em torno da camadaextrudada de fio.
9. Cabo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de pelo menos um condutor sersólido.
10. Cabo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de a camada de ligação ser nãocondutiva.
11. Cabo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de o material de revestimento serborracha.
12. Cabo elétrico de alta voltagem, caracterizado pelofato de compreender:uma pluralidade de condutores sólidos para a conduçãode eletricidade ao longo de um comprimento do cabo a umavoltagem maior do que 5 kV;uma camada de isolamento ligada de modo uniforme efirme a cada um da pluralidade de condutores sólidos poruma camada de ligação fina aplicada diretamente sobre cadaum da pluralidade de condutores sólidos, onde a camada deligação tem entre 0,00002 polegadas (0,508 μm) e 0,005polegadas (127 μm) de espessura;uma camada de controle de tensão externa que circundaa camada de isolamento;uma camada extrudada de fio que circunda a calmada decontrole de tensão externa;uma camada única de material de revestimentocircundando todas as camadas extrudadas de fio; euma armadura externa que circunda a camada de materialde revestimento.
13. Cabo, de acordo com a reivindicação 12,caracterizado pelo fato de ainda compreender uma camada detinta condutiva aplicada à superfície externa doisolamento, entre o isolamento e a camada de controle detensão externa.
14. Cabo, de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato de a camada de controle de tensãoexterna compreender trançados condutivos enroladosfirmemente em torno da camada de isolamento.
15. Cabo, de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato de a camada de controle de tensãoexterna compreender uma fita de tecido condutiva enroladafirmemente em torno da camada de isolamento.
16. Cabo, de acordo com a reivindicação 12,caracterizado pelo fato de a resistência de ligação dacamada de ligação ser maior do que 5 Ibf/in (875,63 N/m).
17. Cabo, de acordo com a reivindicação 12,caracterizado pelo fato de ainda compreender uma camada defita de tecido circundando a camada extrudada de fio,envolvida firmemente entre a camada extrudada de fio e omaterial de revestimento.
18. Cabo elétrico de alta voltagem, caracterizado pelofato de compreender:uma pluralidade de condutores sólidos para a conduçãode eletricidade ao longo de um cabo a uma voltagem maior doque 5 kV;uma camada de isolamento ligada de modo uniforme efirme a cada um da pluralidade de condutores sólidos comuma camada de ligação fina aplicada diretamente sobre cadaum da pluralidade de condutores sólidos, onde a camada deligação tem uma espessura entre 0,00002 polegadas (0,508μm) e 0,005 polegadas (127 pm) e a resistência de ligaçãoda camada de ligação é maior do que 5 lbf/in (875,63 N/m);uma camada de controle de tensão externa de fita detecido condutiva enrolada firmemente circundando cada umadas camadas de isolamento;uma camada extrudada de fio circundando cada uma dascamadas de controle de tensão externa;uma segunda camada de fita de tecido enroladafirmemente circundando cada uma das camadas extrudadas defio;uma camada única de material de revestimentocircundando todas as camadas de fita de tecido; euma armadura externa que circunda a camada de materialde revestimento.
19. Cabo, de acordo com a reivindicação 18,caracterizado pelo fato de a camada de ligação fina ser nãocondutiva.
20. Cabo, de acordo com a reivindicação 18,caracterizado pelo fato de ainda compreender uma camada detinta condutiva aplicada à superfície externa doisolamento, entre o isolamento e a camada de controle detensão externa.
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