Controle de tensão elétrica em cabos, juntas e terminações

Como controlar a tensão elétrica em juntas e terminações de cabos?

Introdução

Os cabos de energia são de grande importância nos sistemas de transmissão e distribuição de energia.

Terminações e juntas são os acessórios básicos dos cabos de energia e eles são obrigados a fazer conexões entre linhas ou a um aparelho elétrico .

Os vários aspectos são considerados ao projetar as terminações e juntas dos cabos porque eles devem possuir a mesma integridade como seus cabos associados ao fazer a conexão em todas as aplicações internas e externas.

O aspecto mais crítico de junção e terminação de cabos de alta tensão é controle do estresse dielétrico originado no ponto de encerramento da tela –controle de estresse elétrico .

Estresse elétrico e controle de estresse

Terminais e juntas de cabos de alta e média tensão devem gerenciar os campos elétricos nas extremidades . Quando o escudo de isolamento é removido de um cabo, gradientes de alto potencial estão concentrados no ponto de corte , conforme mostrado na Figura 1.

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Nesta figura pode-se ver que a blindagem de aterramento de um cabo (0% ) é cortado de f, as linhas equipotenciais (de 20% a 80% ) concentre-se na borda do eletrodo terra , causando alto estresse elétrico .

Aprimoramento do campo elétrico nesses pontos pode produzir descargas locais que pode levar a explosão ao longo da superfície de isolamento ou ruptura dielétrica causando falha no cabo .

Na instalação de cabos, cabos de alimentação blindados requerem controle de estresse elétrico quando rescindido.

Terminações e junção de cabos são projetados para eliminar a concentração de tensão na terminação da tela para evitar a quebra do cabo – campo elétrico tem que ser controlado em uma terminação e junção de cabos .

A distribuição de estresse na junta do condutor varia consideravelmente devido a mudanças no perfil introduzidas pelo uso de uma virola .

Bordas e saliências nítidas na junta , se não for aliviado também resultam em mudança abrupta do gradiente de estresse .

É portanto essencial para o maestro ter um perfil suave para que não haja concentração indevida de tensões .

No entanto, o aspecto mais importante do controle de estresse aplica-se ao local onde a tela de isolamento é terminada .

Deve-se notar que não apenas a tensão dielétrica aumenta na região de terminação , mas também um gradiente potencial é configurado ao longo da interface entre o dielétrico e o meio circundante .

A tensão no dielétrico no encerramento da tela será bem acima o estresse do projeto e pode levar a falhas prematuras .

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Além disso, se o meio circundante for o ar , ou há um vazio entre o dielétrico e o meio de enchimento , então o estresse na área pode fazer com que o ar permita a descarga mesmo na tensão de trabalho .

Papel é um pouco resistente a essas descargas , mas para isolamento polimérico , como XLPE (Polietileno reticulado), tais descargas irão rapidamente erodir o dielétrico e eventualmente resultar em falha.

Sem aplicação de controle de estresse , descargas ocorreriam , afetando negativamente a vida da conjunção e rescisão .

Figura 2 mostram a distribuição do campo elétrico sem e com controle de tensão.

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Causas

Principais pontos fracos na área de terminação e juntas de cabos de alta e média tensão que exijam controle de tensão são:

• Ligações de compressão que permitem que a umidade penetre nos núcleos dos condutores
• Falha ao eliminar bolsões de ar
• Cruzamento de núcleo resultando em descarga parcial
• Má preparação do cabo
• penetração de umidade
• Desobstrução fase-fase e fase-terra inadequada
• Acompanhamento
• Instruções de junção ruins

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Métodos de controle de estresse

Não há terminação ou junção universal. Há uma variedade de diferentes tipos de terminação e juntas, cada uma com vantagens e desvantagens.

A otimização das terminações dos cabos é obtida através da investigação de várias construções.

O método de terminação adequado deve fornecer boa integridade elétrica e mecânica.

Para projetar uma terminação adequada, uma análise de distribuição de campo elétrico deve ser feita nas regiões críticas .

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Método do Cone de Estresse

O método comum empregado para controle de estresse é o uso de um cone de estresse que é mostrado na Figura 3 .

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O cone de estresse é um meio de controlar a capacitância na área de encerramento da tela , assim reduzindo o estresse dielétrico ao longo de um gradiente para limites toleráveis ​​no ponto de rescisão .

O cone de estresse é estendido além da terminação da tela, de modo que o gradiente de potencial na superfície dielétrica seja reduzido a um nível em que não ocorram descargas.

Em juntas de alta e média tensão cabos de papel , o cone de estresse é geralmente construído para um contorno predeterminado pela aplicação manual de fitas de papel isolantes , enquanto nas terminações o cone de estresse é aplicado à mão ou executado . Com o desenvolvimento de cabos poliméricos e elastoméricos , pré-moldado cones de estresse também foram introduzidos.

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Antes do cone de estresse for aplicado, é necessário reduzir o estresse elétrico na junta condutora , decorrente de motivos explicados anteriormente .

O conceito é fornecer um perfil suave para que o estresse seja equilibrado . Isso é obtido por 'passo' de papéis de cabo , que é obtido removendo o isolamento de papel em uma série de etapas , com tirantes e degraus da superfície interna do condutor até a superfície externa do isolamento .

Com as duas extremidades do cabo assim tratadas e unidas, fitas de papel impregnadas aplicadas à mão são aplicados sobre o conjunto para formar o dielétrico da junta.

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Método de tubulação de controle de tensão termorretrátil

Outro método comum é o tubo de controle de tensão termoencolhível que é usado para controlar altas tensões elétricas no ponto final da tela de isolamento em média tensão isolamento de plástico e papel juntas e terminações de cabos até 36 kV .

Eles também controlam as altas tensões sobre os conectores nas juntas .

Tubo de controle de tensão é feito de material polimérico de alta permissividade e alta resistividade reticulado termicamente estabilizado .

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Outros métodos para controlar o estresse

Outros métodos são:

• Fitas ou revestimentos de alta resistência e materiais com camadas de resistência não lineares, sendo o material de resistividade superficial constante, passa uma pequena corrente e, assim, estabelece um gradiente de tensão linear ao longo de seu comprimento. Uma melhor distribuição de tensão é alcançada usando materiais de resistividade não linear, o que também permite que pequenas correntes na camada aumentem, a resistência da queda do material e um gradiente de tensão linear suave seja alcançado ao longo do comprimento aplicado.
• Materiais com significância de permissividade relativa maior do que o dielétrico do cabo. O método baseia-se no princípio de que, quando materiais de permissividade diferente estão sujeitos a um gradiente de potencial ao longo de sua espessura combinada, a tensão mais alta é experimentada pelo material com a permissividade mais baixa. Pode-se ver no diagrama esquemático que as linhas equipotenciais emergem gradualmente do dielétrico, produzindo assim um gradiente suave na superfície dielétrica.

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Sobre o Autor:Manuel Bolotinha

-Licenciatura em Engenharia Electrotécnica – Energia e Sistemas de Potência (1974 – Instituto Superior Técnico/Universidade de Lisboa)
– Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores (2017 – Faculdade de Ciências e Tecnologia/Nova Universidade de Lisboa)
– Consultor Sênior em Subestações e Sistemas de Potência; Instrutor Profissional