[发明专利]用于高电压集肤效应追踪加热的屏蔽的导线

说明书

一种用于长管路的集肤效应加热系统，包括加热电缆，该加热电缆被布置在铁磁或其它导电热管中，该加热电缆和热管协作以产生热，该热被施加到输送管道。加热电缆包括导体，该导体由绝缘层包围，并且然后由半导电外层或“护套”包围。半导电护套接触热管的内表面，在该内表面，由热管输送的返回电流的电荷密度处于其最高值。半导电护套材料的电阻率充分低以通过允许热管上的积聚电荷耗散而减少或消除诸如电晕放电的电弧放电事件。该电阻率也足够高以防止返回电流流入或流过半导电外层，使得该系统的产热能力最大化。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年5月10日以相同的标题提交的并且通过引用完全并入这里的美国临时专利申请No.62/334346的优先权权益。

背景技术

本发明的领域是高电压加热电缆。更具体地，本发明涉及用于集肤效应热追踪系统部件的导线设计。

在石油和天然气工业中，管路必须在许多英里的距离上被加热。集肤效应电热追踪系统理想地适合于达到12英里(20千米)每电路的长传递管路。该系统被设计用于该特别应用。这个系统的应用包括材料传递管路、融雪和除冰、储罐基部加热、海底传递管路和预制的预绝缘管路。在集肤效应加热系统中，在热连接到要被热追踪的管道的铁磁热管的内表面上产生热。电绝缘的耐热的导体被安装在热管内并且在远端部连接到该管。交流电流(AC)穿过绝缘导体并且通过热管返回。

由于电荷差形成在该管的表面和绝缘导体的表面之间并且超过空气的击穿电场(3×10⁶V/m)，集肤效应加热系统的铁磁热管倾向于电晕效应。对于需要较高电压电位来驱动电流(这也导致较多电荷积累在该两个表面之间)的较长管路，这个效应变成重要问题。积聚的静电可能损坏或过早地老化绝缘装置和其它部件，并且在超过大约5kV的电压下可以在电弧放电事件中放电。

在传统的集肤效应加热系统中，加热电缆的芯导体位于绝缘层内。除了绝缘护套接触热管的内表面的点外，加热电缆被空气包围。局部放电由绝缘装置的表面和接地的热管的内表面之间的电荷差引起，该热管沿相反方向输送返回AC；由于集肤效应，热管的内表面相对于热管的其余具有最高电荷密度。长时间的局部放电会腐蚀固体绝缘装置并且最终在接触点导致绝缘装置的击穿。长时间的局部放电也倾向于在热管中的缺陷(空穴、瑕疵、污染物)处始。它也可以引起电晕效应(当电压应力超过临界值时由绝缘系统上的瞬态气体电离引起的局部放电)；在室温下在空气中的开始发生在3×10⁶V/m或大约3×10⁶V/m。

希望的是，加热大约36英里的管路，并且运用大于5kV并且达到10kV或者甚至20kV的电压以便达到希望的长度。因此，将希望使用一种装置来消除局部放电的危险。

发明内容

本发明通过提供一种加热电缆克服前述缺点，该加热电缆能够经受至少5kV的连续施加的电压。加热电缆包括芯导体和包围芯导体的电绝缘层。加热电缆还包括包围电绝缘层的外部暴露的半导电层。半导电层与铁磁热管的内径物理且电接触。

在一个方面中，本公开提供一种集肤效应加热系统，该集肤效应加热系统包括：铁磁热管，该铁磁热管将热施加到输送管道；和加热电缆，该加热电缆被布置在热管的内部中，并且与热管协作以产生热，并且通过集肤效应与电源一起完成电路。加热电缆包括：导体；包围导体的内部半导电层；包围内部半导电层的电绝缘层；和外部半导电层，该外部半导电层包围电绝缘层并且具有接触热管的内表面的外表面。