Avaliação Técnica e Vida útil do TR XLPE em Cabos de Média Tensão. Sidnei Ueda Alubar Metais e Cabos

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Ayrton Cabral César
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2 Avaliação Técnica e Vida útil do TR XLPE em Cabos de Média Tensão Sidnei Ueda Alubar Metais e Cabos

3 Avaliação Técnica e Vida útil do TR XLPE em Cabos de Média Tensão Conteúdo da Apresentação 1- Cabos Isolados de Média Tensão 2- Material Isolante - XLPE (90 C), TR-XLPE (105 C) 3- Critérios Técnicos de Dimensionamento 4- Vida Útil do Isolante 5- Avaliação Técnica Global 6- Conclusões

4 Cabo Isolado de MT / AT Construção 1- Condutor: Cu ou Al 2- Blindagem semicondutora do condutor (interna): Composto termofixo semicondutor 3- Isolação: XLPE (90 C) TR-XLPE (105 C) 4- Blindagem semicondutora da isolação (externa) 5- Blindagem metálica da isolação 6- Cobertura

5 Cabo Isolado de MT / AT Aplicação Redes Subterrâneas 1954, Paris Cb OF (Oil Filled) 425 kv

entre subestações, entre a estação geradora e

6 Cabo Isolado de MT / AT Aplicação Redes Subterrâneas Redes públicas ou privadas de eletricidade: conexão entre subestações, entre a estação geradora e subestação / unidades fabris, redes de distribuição das concessionárias.

7 Condutor Elétrico Cobre x Alumínio MATERIAL DENSIDADE (g/cm 3 ) RESISTIVIDADE (Ohms.mm 2 /km) CONDUTIVIDADE COBRE 8,890 17, % IACS ALUMÍNIO 2,703 28, % IACS R AL = 28,264. L/S AL R AL = R CU S AL = S CU. 28,264/17,241 R CU = 17,241. L/S CU 28,264/ S AL = 17,241/ S CU S AL = 1,64.S CU Para a transmissão de mesma quantidade de energia, é necessário utilizar uma seção de alumínio cerca de 70% maior do que a do cobre, implicando em um acréscimo de volume dos materiais para isolação, eventual blindagem e de proteção.

8 Condutor Elétrico Cobre x Alumínio Embora a condutividade do Alumínio não seja tão alta quanto a do Cobre, seu custo e peso específico são menores, o que resultou na substituição do Cobre em linhas aéreas. Apesar de ter 60,7% da seção do alumínio, o cabo de cobre pesa o dobro!

9 Isolante XLPE O Polietileno Reticulado (XLPE) é um isolante globalmente aceito em todas as classes de tensão (BT, MT e AT) Para cabos em BT e MT existe também o isolante EPR; para AT, não Este isolante proporciona atratividade devido ao favorável custo-benefício (na sua aquisição, operação e manutenção) A sua utilização é totalmente segura e confiável para instalações em redes isoladas subterrâneas e áreas Excelente rigidez dielétrica Resistência elevada às solicitações mecânica Baixas perdas dielétricas Instalação já efetivada em muitos países

10 Isolante XLPE Histórico Quando os cabos de MT isolados com XLPE foram instalados nos anos 60, os fabricantes e as concessionárias esperavam uma vida útil de 20 a 30 anos Na prática, esta expectativa não se confirmou Os engenheiros e os especialistas em materiais não tinham conhecimento suficiente de que a umidade e a concentração do campo elétrico superficial devido às impurezas na estrutura do material pudessem acelerar o processo de degradação e acarretar o fenômeno da arborescência (water treeing), reduzindo a vida útil operativa substancialmente para 10 a 15 anos apenas. As consequências foram fortes e drásticas devido à necessidade da substituição dos cabos

Isolante XLPE Water Treeing - Arborescência no XLPE Campo Elétrico Perturbação no Campo Água Tempo Camada semicondutora externa Isolação Camada

11 Isolante XLPE Water Treeing - Arborescência no XLPE Campo Elétrico Perturbação no Campo Água Tempo Camada semicondutora externa Isolação Camada semicondutora interna Condutor Condições para possível desenvolvimento de water treeing "bow-tie trees Arborescência elétrica "vented trees Arborescência por umidade

12 Isolante XLPE Causas da Arborescência Qualidade do material existência de protuberâncias na semicondutora Presença de umidade realidade em muitos projetos de cabos subterrâneos Soluções desenvolvidas Melhora na MP, camada semicondutora completamente lisas Isolante XLPE retardante de arborescência TR XLPE (Tree Retardant XLPE) TR XLPE Possui aditivo que confina o efeito da arborescência prolonga a vida útil do cabo

13 Teste Acelerado de Arborescência Isolante TR XLPE *Fonte: S.R. Szanoiszlo; Paul J. Caronia IEEE members

14 Comparativos - Isolantes Isolante TR XLPE

15 Teste Tensão Disruptiva Isolante TR XLPE *Fonte: S.R. Szanoiszlo; Paul J. Caronia IEEE members

16 Teste Tensão Disruptiva Isolante TR XLPE *Fonte: S.R. Szanoiszlo; Paul J. Caronia IEEE members

17 Critérios técnicos de dimensionamento Classe de tensão Seção mínima Capacidade de condução de corrente Queda de tensão Curto circuito

18 Critérios técnicos de dimensionamento Capacidade de condução de corrente A corrente transportada por qualquer condutor, durante períodos prolongados em funcionamento normal, deve ser tal que a temperatura máxima para serviço contínuo não seja ultrapassada. Temperatura máxima para Tipo de isolação serviço contínuo (condutor) ºC Cloreto de Polivinila (PVC) 70 Polietileno (PE) 70 Borracha etileno-propileno (EPR) 90 PE Reticulado (XLPE/TR XLPE) 90 / 105 Borracha etileno-propileno (EPR 105) 105

20 Perdas Dielétricas (PD): Avaliação Técnica Global Movimento interno dos dipolos Calor Este tipo de perda não depende da corrente, mas da tensão Dependem do quadrado da tensão fase-terra PD= 2π f C V 2 tgδ f= frequência do sistema (Hz) C= Capacitância (Faraday/m) V= Tensão fase-terra (Volts) tgδ= fator de dissipação dielétrica do material isolante (perdas no isolamento)

21 Perdas Dielétricas (PD): Avaliação Técnica Global *Fonte: Márcio T. Alves Dow Chemical

22 Conclusão Para melhorar a qualidade de fornecimento e a necessidade de otimizar os custos dos sistemas de T&D por parte das concessionárias, o uso de cabos isolados com TR-XLPE, em MT e AT tem se tornado importante, com relevante aceitação em todo o mundo Comparando-se os cabos TR-XLPE e EPR, os resultados reais da operação em campo demonstraram que o primeiro teve melhor performance elétrica, com menores perdas ao longo do tempo Porém, o mais significante foi o indicativo de maior vida útil com os cabos em TR- XLPE Este desempenho foi confirmado por inúmeros testes de envelhecimento acelerado em laboratórios

23 Conclusão Este aumento resultante na vida útil do cabo reduz efetivamente os custos totais do ciclo de vida dos cabos, minimizando a frequência na substituição de cabos É o componente de maior valor econômico nos sistemas com cabos subterrâneos O TR XLPE para cabos de média tensão até 35 kv é utilizado por diversos países, entre eles, Austrália, Bélgica, França, Alemanha, China, Japão, Suécia, Coréia do Sul e Estados Unidos

24 OBRIGADO! Nome do (a) palestrante: Sidnei Ueda do (a) palestrante: Site do (a) palestrante:

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