Onde as camadas ficam
Um cabo de baixa tensão pode ir diretamente do condutor ao isolamento e à bainha. Um cabo de média tensão conforme a IEC 60502-2 não pode, porque o esforço elétrico no seu isolamento é muito mais alto. A construção de referência da nossa página de cabos de energia MT, um cabo 8,7/15 kV Cu/XLPE/CTS/PVC 3x95 mm2 do catálogo de uma fábrica parceira, mostra a ordem normalizada de cada condutor:
- Condutor de cobre compactado.
- Camada semicondutora do condutor: uma camada semicondutora extrudida diretamente sobre o condutor.
- Isolamento XLPE, 4,5 mm no modelo de referência.
- Camada semicondutora do isolamento: uma camada semicondutora extrudida sobre o isolamento.
- Blindagem de fita de cobre, a camada metálica que é ligada à terra.
Os três condutores são depois reunidos com enchimentos e uma fita de reunião sob uma bainha de PVC, cerca de 61 mm no total no modelo de referência. As duas camadas semicondutoras são o tema deste artigo. São feitas de compostos carregados de negro de fumo, pelo que conduzem, mas muito pior do que o metal; daí “semicondutoras”. Acrescentam pouco ao diâmetro ou ao peso, mas é onde se passa a maior parte da engenharia elétrica de um cabo MT.
O que faz a camada semicondutora do condutor
Um condutor encordoado não é um cilindro liso. Mesmo um condutor compactado tem pequenas saliências onde os fios se tocam. Se o XLPE fosse extrudido diretamente sobre ele, o campo elétrico concentrar-se-ia em cada saliência e em cada pequeno espaço entre o encordoamento e o isolamento. Em média tensão, essas concentrações bastam para ionizar o ar em vazios microscópicos, o que são descargas parciais, e as descargas parciais corroem lentamente o isolamento.
A camada semicondutora do condutor preenche as saliências e apresenta ao isolamento uma superfície condutora lisa e redonda. Como está ao potencial do condutor e ligada ao XLPE sem espaços, o campo começa numa superfície lisa e espalha-se uniformemente pelo isolamento. Os condutores compactados, tratados no artigo sobre condutores compactados, ajudam ainda mais ao reduzir os espaços que a camada tem de preencher.
O que faz a camada semicondutora do isolamento
No exterior do isolamento, o mesmo problema surge ao contrário. A blindagem metálica é uma fita ou fios, que não podem assentar perfeitamente na superfície do XLPE. A camada semicondutora do isolamento dá ao exterior do isolamento uma superfície condutora lisa e contínua, mantida ao potencial de terra pela blindagem metálica por cima. O campo fica então confinado entre duas superfícies condutoras lisas e concêntricas, a geometria ideal para um cabo.
A camada semicondutora do isolamento conta também nas emendas e terminações. Os montadores recortam-na num ponto preciso e acrescentam aí controlo de esforço, porque a extremidade da blindagem é onde o campo sai da geometria controlada do cabo. As camadas semicondutoras do isolamento são feitas aderentes ao isolamento ou destacáveis, o que facilita a preparação em obra; o tipo deve corresponder aos acessórios que o projeto usa e estar indicado na ficha técnica.
Como aparecem os problemas de qualidade
| Defeito | Efeito | Como é detetado |
|---|---|---|
| Protrusão do composto semicondutor no XLPE | Concentração local do campo | Ensaio de descargas parciais; inspeção de amostras em cortes |
| Vazio ou espaço na interface blindagem-isolamento | Descarga parcial no espaço | Ensaio de descargas parciais segundo a IEC 60885-3 |
| Contaminação no isolamento | Ponto fraco sob esforço | Ensaios de descargas parciais e de tensão; controlo do composto e do processo |
| Espessura de isolamento desigual (excentricidade) | Maior esforço no lado fino | Medição da espessura do isolamento em amostras |
| Tipo de blindagem errado para os acessórios | Emendas difíceis; falhas em obra | Verificação na ficha técnica antes da encomenda |
As linhas MT modernas extrudem habitualmente a camada semicondutora do condutor, o isolamento e a camada semicondutora do isolamento em conjunto numa só passagem, para que as interfaces se formem sem contaminação nem ar. Uma fábrica que aplique as camadas em passagens separadas, ou que manuseie mal os compostos, tem mais probabilidades de deixar defeitos de interface. O desk observa a linha de extrusão e cura, o armazenamento dos compostos e a prática de sala limpa durante a auditoria de fábrica.
Alguns defeitos só contam anos depois. Uma pequena protrusão ou contaminante que passa nos ensaios de fábrica pode tornar-se o ponto de partida de uma degradação lenta em serviço, sobretudo onde a humidade atinge o isolamento. Em solo húmido, o XLPE sob esforço elétrico pode desenvolver as chamadas árvores de água, caminhos ramificados finos que crescem a partir de defeitos e fragilizam o isolamento com o tempo. Interfaces semicondutoras limpas reduzem o número de pontos de partida, e onde um projeto prevê instalação húmida, as especificações acrescentam muitas vezes uma barreira longitudinal ou radial de água sob a bainha. Essa é uma escolha de construção para o projetista, tratada no artigo sobre bloqueio de água; as camadas semicondutoras por si não conseguem manter a água fora.
Ensaios de rotina que comprovam as camadas
Sob a IEC 60502-2, cada bobina MT acabada passa por ensaios de rotina. Dois estão diretamente ligados às camadas semicondutoras:
- Ensaio de descargas parciais: medido segundo a IEC 60885-3, com uma sensibilidade habitualmente especificada de 10 pC ou melhor a 1,73 U0. Um registo limpo mostra que as blindagens e o isolamento estão livres de vazios e protrusões significativas.
- Ensaio de tensão: 3,5 U0 durante 5 minutos conforme os ensaios de rotina da IEC 60502-2. Confirma que o isolamento suporta o sobreesforço sem rutura.
Os ensaios de amostra verificam depois a espessura do isolamento, a excentricidade e, para XLPE, o ensaio de hot set da reticulação, enquanto o relatório de ensaio de tipo cobre ensaios elétricos e de envelhecimento mais longos para a construção. O artigo sobre ensaios de descargas parciais explica como a medição é feita e lida, e a página de ensaios e inspeção lista o que o desk recolhe por bobina.
Abastecer cabo MT com isto em mente
As classes de tensão da IEC 60502-2 vão de 3,6/6 kV a 18/30 kV. O catálogo da fábrica parceira por trás da nossa página MT cobre classes até 8,7/15 kV; as classes superiores são associadas a fábricas com as linhas de extrusão, as bancadas de ensaio blindadas e os relatórios de ensaio de tipo para elas. Para qualquer encomenda MT, o desk confirma:
- Classe de tensão e construção: condutor, camada semicondutora do condutor, espessura do XLPE, tipo de camada semicondutora do isolamento (aderente ou destacável), blindagem metálica e bainha.
- Cobertura de ensaio de tipo: um relatório cobrindo a mesma classe de tensão e uma gama de secções comparável.
- Registos de rotina por bobina: descargas parciais, ensaio de tensão e resistência do condutor.
- Acessórios: que as emendas e terminações especificadas para o projeto servem o tipo de blindagem e as dimensões do cabo.
O prazo MT depende da reserva de cobre, das janelas de extrusão e dos ensaios de rotina, e é confirmado por escrito em cada encomenda; veja a página de MOQ e prazo de entrega. Envie o mapa MT pelo formulário de cotação com os desenhos ou a especificação de cabos do cliente em anexo.