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APOSTILLA DE CABOS ELÉTRICOS
- Condutores
Os materiais atualmente utilizados como condutores elétricos são o cobre e o alumínio. No caso de cabos isolados o cobre tem sido preferido, visto que para transmissão da mesma quantidade de energia deve-se utilizar uma seção de alumínio cerca de 70% maior do que a de cobre, fazendo com que os volumes da isolação e cobertura sejam também acrescidos.
De acordo com as características mecânicas, o cobre pode ser classificado em três categorias de têmpera, ou seja: mole (ou recozido), meio duro e duro, com propriedades distintas, sendo o cobre mole o de menor resistividade e o duro, o de maior resistência mecânica à tração. O cobre mole é recomendável para aplicação geral em condutores isolados ou não, onde se deseja alta condutibilidade e flexibilidade, sendo a resistência à tração fator secundário.
Os Condutores dos cabos de energia podem ser formados por um único fio ou pela reunião de vários fios formando cordas. As cordas são concebidas para chegar-se a diferentes graus de flexibilidade, a qual depende da relação entre a seção total do condutor e a do fio elementar, do passo da corda e do grau de recozimento do material.
De um modo geral , quanto maior for o número de fios componentes, mais flexível será o cabo.
Na sua concepção os condutores podem ter as seguintes construções:
- Fios e cabos com encordamento simples. Neste caso o condutor é formado por um único fio ou por duas ou mais camadas concêntricas de fios de mesmo diâmetro em torno de um fio central. As formações padronizadas para cabos com encordamento normal são:
7 fios (1+6) 19 fios (1+6+12) 37 fios (1+6+12+18) 61 fios (1+ 6+12+18+24) etc
Ou seja cada coroa possui um número de fios igual a última acrescida de mais seis.
- Cabos redondos com encordamento compactado
Após a formação da corda, esta é compactada por uma matriz tornando o diâmetro do cabo resultante significativamente menor, uma vez que os espaços vazios são substancialmente reduzido.
As vantagens decorrentes da construção compacta são inúmeras destacando-se que os cabos isolados terão um menor diâmetro final, permitindo um melhor aproveitamento dos dutos e menores raios de curvatura e, principalmente, devido a diminuição do volume de materiais isolantes e protetores.
- Condutores Setoriais Compactados.
São normalmente utilizados em cabos multicondutores (três ou quatro condutores) para que se obtenha cabos com menor diâmetro interno.
- Condutores Redondos com Encordamento Composto.
São formados pela reunião de vários condutores previamente encordoados, chamados cochas. Esta modalidade de encordoamento é utilizada em cordões que exigem grande flexibilidade devido a sua movimentação contínua durante seu ciclo de operação em condições de uso.
Nos casos de condutores redondo convencional são as seguintes as classes de encordoamento padronizadas pela ABNT.
CLASSE DE ENCORDOAMENTO
APLICAÇÃO
1 Fio circular de seções nominais de 0,5mm 2 a 150mm 2 (acima de 16mm 2 considerados especiais) 2 Cabos de energia em geral circulares compactados ou não até 2000mm 2 e condutores não-circulares compactados 3 Cabos de energia não-compactados circulares de 10 a 185 mm 2 4 Cabos flexíveis de 0,5 a 500mm 2 5 Cabos flexíveis de 0,5 a 630mm 2 6 Cabos flexíveis de 0,5 a 300mm 2
No caso de condutores setoriais, anulares e segmentados, a experiência de cada fabricante permite a solução ótima do problema.
- Blindagem do Condutor
A blindagem do condutor, constituída por materiais condutores não metálicos (normalmente chamados semicondutores) tem como principais finalidades dar uma forma de perfeitamente cilíndrica ao condutor e eliminar espaços vazios entre o condutor e a isolação. No caso de um condutor encordoado de um cabo de média ou alta tensão não possuir um recobrimento com material condutor, o campo elétrico assume um forma distorcida, acompanhando a superfície do condutor. Nestas condições, o dielétrico é solicitado de um modo não uniforme, sendo que, em alguns pontos, estas solicitações poderão ultrapassar os limites permissíveis a isolação, resultando em uma depreciação na vida do cabo. Além disto, no caso de dielétricos sólidos, quando da extrusão da isolação diretamente sobre o condutor, poderão surgir bolhas de ar nos locais onde o material isolante não penetrou totalmente entre os fios , e o ar será então ionizado pela ação do campo elétrico e ocorrerão descargas parciais que irão danificar
tem sua temperatura de regime normal e transitório limitada para que seja evitada a movimentação relativa do condutor no universo isolante, acarretando uma redução de sua espessura e ocasionando defeito no sistema. Os compostos de PVC tem-se mostrado adequados para a utilização em redes de distribuição em baixa tensão residenciais e industriais devido a sua ótima resistência mecânica e sua estabilidade perante o ataque de agentes químicos. Já os compostos de polietileno linear (PE) a partir de tensões nominais de 1,8/3kV tem- se mostrado mais vantajosos do que o PVC devido as suas superiores propriedades dielétricas.
1...2... Dielétricos Termofixos
Os dielétricos termofixos, obtidos a partir da extrusão e vulcanização do material, caracterizam-se 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.
Na prática a temperatura de regime permanente recomendável é de 90°C, sendo que em regime de emergência se permite atingir 130°C e durante transitórios provenientes de curtos-circuitos os termofixos podem suportar, sem se deteriorar, temperaturas de até 250°C. A excelente estabilidade térmica destes materiais permite que mais potência seja transportada utilizando-se 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 poderá ser obtida com aplicação de isolamento termofixos. Os principais dielétricos termofixos (vulcanizados) utilizados em cabos de energia são:
- Polietileno reticulado (XLPE)
- Borracha etileno propileno (EPR)
O XLPE, além das excelentes propriedades dielétricas, apresenta um baixo fator de potência o que faz com que suas perdas dielétricas sejam mínimas quando comparadas com os demais materiais isolantes. A borracha etileno propileno(EPR) apresenta como propriedades mais importantes a sua alta resistência a descargas parciais e sua boa flexibilidade a frio.
Em particular, o EPR devido a sua boa flexibilidade encontra aplicação como isolação de cabos de controle dos cabos de baixa tensão para a indústria naval e de plataforma de prospecção de petróleo
Os cabos isolados com polietileno reticulado (XLPE) e borracha etileno propileno (EPR), tem sido preferido como uma alternativa técnico-econômica para a substituição dos cabos de papel impregnado em sistemas de distribuição em baixa, média e alta tensão.
- Blindagem da Isolação
A função principal da blindagem da isolação é a de propiciar uma distribuição radial e simétrica de campo elétrico fazendo com que o dielétrico seja uniformemente solicitado. Da mesma forma que a blindagem do condutor, a blindagem da isolação para
ser efetiva deverá manter um perfeito contato com a superfície externa da isolação, eliminado assim a possibilidade de bolhas de ar que dariam lugar as descargas parciais. A blindagem da isolação proporciona também uma capacitância uniforme entre o condutor e a terra o que representa uma impedância característica (Zo) uniforme ao longo do cabo evitando pontos com grande concentração de linhas de campo, o que acarreta uma melhor performance perante às solicitações de impulso.
A blindagem da isolação é constituída por meio de uma camada de material condutor não metálico que além de uniformizar o campo elétrico possui condutância suficiente para o transporte das correntes de fuga e capacitavas. A blindagem metálica sobre esta semicondutora é por meio de fitas ou fio de cobre que tem a função de transporte de correntes induzidas ou de curto-circuito.
Em geral os cabos com tensão nominal a partir de 1,8/3kV possuem blindagem da isolação. No caso de cabos com dielétricos sólidos a blindagem da isolação pode ter uma das seguintes construções:
- Material condutor não-metálico, de fácil remoção a frio, obtido, a partir da extrusão.
- Aplicação contínua de verniz semicondutor sob fita semicondutora.
A blindagem metálica pode ser formada pela aplicação helicoidal de fitas de cobre sobrepostos ou pela aplicação de fios de cobre. Para sistema com alto nível de curto-circuito fase-terra é recomendável a especificação de cabos com blindagem de fios de cobre que além de uma maior capacidade de corrente possui impedância praticamente constante ao longo da vida do cabo.
- Proteção
1...3... Coberturas
Para o núcleo do cabo que é constituido pelas camadas internas, abaixo da cobertura foi determinante na escolha destes materiais as características elétricas, mecânicas e químicas. Nota-se que até o núcleo, as características de resistência a agentes químicos ou mecânicos externos, executando-se casos particulares, não são consideradas em primeiro plano. É necessário então que em função das condições de instalação, sejam projetadas coberturas como 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 usada são fundamentais algumas características, tais como:
a) Impermeabilidade b) Resistência a abrasão, rasgamento e impacto c) Inflamabilidade d) Baixa emissão de gases durante eventual queima e) Estabilidade térmica f) Resistência ao ataque de agentes químicos e atmosféricos g) Flexibilidade
tipo de armação é também recomendado quando da instalação de cabos na vertical onde o peso do cabo deve ser suportado pela armação.
1...6... Armação com Fitas Corrugadas Intertravadas (“Interlocked”)
Este tipo de armação cumpre o mesmo objetivo que a composta por fitas planas, ou seja, proteger o núcleo do cabo contra esforços mecânicos radiais.
No caso de cabos singelos, para se evitar perdas adicionais, são empregados materiais não magnéticos, ou seja, fitas ou fios de bronze caso se deseje proteger contra golpes ou esforços de tração respectivamente.
