INTRODUÇÃO
Neste artigo serão apresentadas, em caráter introdutório, as características construtivas dos cabos elétricos de média tensão de uso corrente no mercado brasileiro para que se tenha um melhor entendimento de seus componentes e funções tanto para sua especificação e aplicação quanto, principalmente, durante a instalação de seus acessórios (terminais e emendas).
CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS
Os cabos de energia de média tensão são caracterizados por quatro elementos básicos, ou sejam:
Condutor; Sistema dielétrico; Blindagem metálica e Proteção externa
O condutor, elemento de transporte da energia elétrica, pode ser único no caso de cabos singelos (unipolares) ou múltiplos no caso de cabos multipolares.
O sistema dielétrico é constituído pela blindagem do condutor – isolação – blindagem da isolação.
A blindagem metálica tem como função ser um condutor para o transporte das correntes induzidas e de curto-circuito do sistema.
A proteção externa pode ser simples, constituída apenas por uma camada extrudada (cobertura), ou por uma combinação de reforços mecânicos, seja por fios, fitas metálicas ou mesmo por capas metálicas.
A estrutura construtiva do cabo vai depender fundamentalmente da sua tensão de isolamento, aplicação e utilização.
OBSERVAÇÕES SOBRE A BLINDAGEM DO CONDUTOR
A blindagem do condutor, constituída por materiais poliméricos condutores não metálicos, normalmente chamados de semicondutores, tem como principal finalidade dar uma forma perfeitamente cilíndrica ao condutor e eliminar espaços vazios entre o condutor e a isolação.
Caso um condutor encordoado de um cabo de média tensão não possua um recobrimento com material semicondutor, o campo elétrico assume uma forma distorcida acompanhando a superfície do condutor. Nesta condição a isolação é solicitada de modo não uniforme sendo que, em alguns pontos, devido a concentração do campo elétrico, estas solicitações poderão ultrapassar aos limites admissíveis para o dielétrico, resultando em uma depreciação na vida do cabo.
No caso de isolações poliméricas, quando da extrusão do material da isolação diretamente sobre o condutor, poderão surgir bolhas de ar onde o material isolante não penetrou totalmente entre os fios. O ar será ionizado pela ação do campo elétrico e vão ocorrer descargas parciais que irão danificar a isolação até a sua perfuração, devido tanto ao bombardeio de elétrons, gerando calor e erosão, quanto ao ataque do ozônio.
Em geral cabos com tensão nominal a partir de 3,6/6kV possuem condutores blindados.
OBSERVAÇÕES SOBRE A BLINDAGEM DA ISOLAÇÃO
A função principal da blindagem da isolação é a de proporcionar distribuição radial e simétrica para o campo elétrico, fazendo com que o dielétrico seja solicitado uniformemente.
A blindagem do condutor e da isolação devem estar em íntimo contato com a superfície interna e externa da isolação, respectivamente, e aderente a esta, objetivando a eliminação de vazios e descontinuidades na interface, evitando a ocorrência de descargas parciais, otimizando assim a sua função.
A blindagem da isolação é normalmente constituída por meio de uma parte semicondutora não metálica, para equalização do campo elétrico, associada a uma parte metálica para o transporte das correntes induzidas e de curto-circuito.
Em geral, cabos com tensão de isolamento a partir de 3,6/6kV possuem blindagem da isolação.
No caso de cabos de potência a parte não metálica da blindagem da isolação deve ser constituída por uma camada de polímero semicondutor extrudado simultaneamente com a isolação.
Para tensões de até 20/35kV normalmente são utilizados materiais poliméricos adequados que permitem a remoção da camada semicondutora à temperatura ambiente (“free strippable”), quando da preparação dos acessórios.
Para cabos com tensão de isolamento de 3,6/6kV a 20/35kV, a espessura média da camada extrudada da blindagem da isolação deve ser igual ou superior a 0,4mm, e a espessura mínima em um ponto igual ou superior a 0,32mm, conforme a NBR 6251. Na prática a espessura média da camada se situa em torno de 0,5mm.
Para ser efetiva a blindagem semicondutora da isolação deve ter resistividade máxima de 50kΩ.cm à temperatura de operação do cabo em regime permanente do cabo.
A parte metálica da blindagem da isolação pode ser formada pela aplicação helicoidal de fitas de cobre sobrepostas, pela aplicação de fios helicoidais ou longitudinais corrugados, por trança de fios, por capa metálica contínua, por fita metálica laminada incorporada à cobertura ou por uma combinação destes elementos.
No caso de cabos de média tensão até 35kV as blindagens dos cabos são geralmente constituídas por fios de cobre nu, com resistividade máxima de 0,018312 Ω.mm2/m a 20°C, aplicados de forma helicoidal com seção mínima de 6,0mm², conforme NBR 6251.
Em qualquer caso, a blindagem metálica deve ser dimensionada para transportar as correntes de curto-circuito fase-terra do sistema elétrico.
Os circuitos de média tensão compostos por cabos blindados devem ter sua blindagem metálica aterrada para que se tenha uma referência de terra no sistema. O circuito da blindagem pode ser aterrado em pelo menos um ponto ou ser multiaterrado, ao menos nos terminais de cada extremidade. Quando a blindagem é aterrada em um único ponto, surge uma tensão induzida na blindagem (Vb) causada pelo campo magnético gerado pela corrente que circula no condutor.
Normalmente a tensão na extremidade livre deve ser limitada em regime de operação normal e durante curto circuitos. Com este valor pode ser definido o comprimento máximo do circuito aterrado em um único ponto.
Cabos aterrados em um único ponto geralmente são restritos a circuitos de pequeno comprimento existentes em usinas e subestações. Por não circular corrente na blindagem, as perdas de calor são menores e o cabo pode transmitir maior potência. Em geral é recomendado o aterramento do circuito da blindagem, em dois ou mais pontos, em redes de distribuição e circuitos expressos sendo que nesses casos o dimensionamento da seção dos condutores deve considerar as perdas Joule na blindagem.
Quando o cabo for blindado com fios de cobre, na maioria das vezes, os próprios fios devem ser conectados diretamente ao cabo de aterramento utilizando o conector fornecido no kit do terminal.
Caso se utilize cabos com seção de blindagem superior a 6,0mm², para atender a um requisito de curto-circuito específico, deve-se utilizar conector compatível com a seção específica da blindagem do cabo.
TIPOS DE ISOLAÇÃO PARA CABOS DE MT
De acordo com a NBR 6251, no Brasil a pratica é de sejam utilizadas apenas isolações termofixas, ou sejam: EPR, HEPR (EPR de alto modulo) e XLPE.
Os dielétricos termofixos, obtidos a partir da extrusão e reticulação do material (a vulcanização é o processo mais eficaz), são caracterizados por manter seu estado físico mesmo em regimes onde altas temperaturas estão envolvidas, uma vez que quando se eleva sua temperatura além do limite admissível, o material se carboniza sem se tornar líquido, sendo que o XLPE amolece perante altas temperaturas, um pouco mais ou um pouco menos dependendo do seu grau de reticulação.
Na prática, a temperatura de regime permanente recomendável para o condutor do cabo é de 90°C ou 105°C (HEPR), sendo que em regime de sobrecarga se permite atingir 130°C ou 140°C (HEPR) e durante transitórios provenientes de curto-circuito os termofixos podem operar em até 250°C.
Os limites térmicos vão depender do material e da aplicação a que o cabo será submetido.
A excelente estabilidade térmica destes materiais permite que mais potência possa ser transportada para a mesma seção de condutor do que o similar termoplástico e, principalmente, em sistemas onde se tem alto nível de curto-circuito uma economia global pode ser obtida com a utilização de isolações termofixas.
A espessura da isolação depende diretamente do tipo de isolação (HEPR ou EPR e XLPE) e da tensão de isolamento do cabo e conforme a NBR 7286 (EPR/HEPR) e NBR 7287 (XLPE).
TIPOS DE COBERTURAS PARA CABOS DE MT
Na escolha da construção do cabo, até o núcleo, são determinantes: características elétricas, mecânicas e químicas, quanto à compatibilidade dos elementos em contato.
Pode ser observado que até o núcleo, as características de resistência a agentes químicos ou mecânicos externos, excetuando-se casos particulares, não são considerados em primeiro plano.
Se torna necessário que, em função das condições de instalação, sejam projetadas coberturas como uma proteção ao núcleo do cabo, em função do meio e dos elementos que mais possam afetar a vida e a integridade do núcleo, mantendo, contudo, uma coerência de flexibilidade quando necessário.
Na escolha do material para cobertura a ser utilizado, são fundamentais algumas características, tais como:
- Resistência à abrasão, rasgo, corte e impacto
- Impermeabilidade
- Resistência a propagação de chama
- Baixa emissão de fumaça, gases tóxicos e
ácidos durante eventual queima
- Estabilidade térmica
- Resistência ao ataque de agentes químicos e atmosféricos
- Flexibilidade
Dentre os materiais utilizados para cobertura em cabos de média tensão de uso corrente em sistemas de distribuição de energia elétrica em geral, os seguintes se destacam, devido às suas diferentes performances perante a uma particular aplicação:
- Policloreto de Vinila (PVC)
- Polietileno (LDPE), (MDPE) e (LLDPE)
- Coberturas não halogenadas (SHF1)
De uma forma quase geral os cabos de média tensão oferecidos no mercado brasileiro possuem cobertura de PVC por terem custo efetivo e serem adequadas as mais variadas aplicações, outros tipos de coberturas termoplásticas ou mesmo termofixas ficam restritas para aplicações mais específicas.
MDR/Abr.2020
