Como é projetada a blindagem em cabos de energia de alta tensão?

Cabos de alimentação de alta tensão são componentes essenciais em sistemas elétricos modernos, transmitindo eletricidade de forma eficiente e segura através de longas distâncias. Um dos aspectos mais críticos destes cabos é a sua projeto de blindagem , que desempenha um papel vital na garantia da confiabilidade e segurança operacional.

Compreendendo o papel da blindagem

A blindagem em cabos de energia de alta tensão serve a vários propósitos:

1. Controle de Campo Elétrico: Condutores de alta tensão geram fortes campos elétricos. A blindagem garante que esses campos sejam distribuídos uniformemente, evitando tensões localizadas que poderiam degradar o isolamento ou causar quebras.
2. Segurança: Ao conter o campo eléctrico, a blindagem reduz o risco de contacto acidental, o que é especialmente crítico para os trabalhadores e equipamentos próximos.
3. Minimizando a interferência eletromagnética (EMI): Correntes de alta tensão podem induzir campos eletromagnéticos que interferem nos componentes eletrônicos sensíveis próximos. A blindagem adequada atenua esse problema.
4. Reduzindo o estresse de tensão: A blindagem ajuda a manter o gradiente de tensão uniforme dentro do cabo, prolongando a vida útil do isolamento e aumentando a confiabilidade.

Em essência, a blindagem é um recurso de proteção e de melhoria de desempenho.

Componentes de blindagem em cabos de energia de alta tensão

Os cabos de energia de alta tensão são estruturas complexas e a blindagem é uma das camadas integrantes. Os principais componentes associados à blindagem incluem:

1. Tela do condutor:

   • Esta é uma camada semicondutora aplicada diretamente sobre o condutor.
   • Sua principal função é eliminar arestas vivas na superfície do condutor que possam concentrar o campo elétrico e tensionar o isolamento.
   • Materiais: Compostos poliméricos semicondutores normalmente extrudados.

2. Isolamento:

   • Embora não seja uma blindagem em si, a camada de isolamento funciona em conjunto com o condutor e as telas de isolamento para evitar falhas elétricas.

3. Tela de isolamento:

   • Esta camada semicondutora é aplicada sobre o isolamento.
   • Sua finalidade é garantir uma interface suave entre o isolamento e a blindagem metálica, evitando vazios ou entreferros que possam levar à descarga parcial.

4. Escudo Metálico (ou Tela):

   • Esta camada consiste em fios de cobre, fitas ou bainhas de chumbo que circundam completamente o isolamento.
   • Ele fornece um caminho para correntes de falta, aterramento e blindagem eletromagnética.
   • As blindagens metálicas também protegem o cabo contra danos mecânicos externos em alguns projetos.

5. Bainha Externa:

   • A bainha externa é a camada protetora final, protegendo a tela metálica de fatores ambientais como umidade, produtos químicos e impactos mecânicos.

Tipos de blindagem em cabos de energia de alta tensão

A blindagem pode variar dependendo do nível de tensão, da aplicação do cabo e do ambiente de instalação. Os principais tipos incluem:

1. Neutro concêntrico (ou blindagem de fio)

• Os fios de cobre são enrolados helicoidalmente ao redor do isolamento ou condutor.
• Fornece excelente aterramento e é fácil de terminar com conectores padrão.
• Frequentemente usado em cabos de energia de média e alta tensão em aplicações industriais e de serviços públicos.

2. Blindagem de fita

• Fitas metálicas finas, geralmente de cobre ou alumínio, são enroladas de forma helicoidal ou longitudinal ao redor do isolamento.
• Oferece cobertura uniforme e reduz a impedância para correntes de falta.
• Comum em cabos de alta tensão e extra-alta tensão devido à sua interface suave com o isolamento.

3. Blindagem de bainha de chumbo

• Uma camada de chumbo pode ser aplicada tanto para blindagem elétrica quanto para proteção contra umidade.
• Usado principalmente em cabos subterrâneos ou submarinos de alta tensão onde a proteção ambiental é crítica.
• As blindagens de chumbo são altamente duráveis, mas mais pesadas e menos flexíveis que as blindagens à base de cobre.

4. Polietileno Reticulado (XLPE) com Blindagens Semicondutoras

• Os cabos modernos de alta tensão geralmente usam isolamento XLPE combinado com blindagens semicondutoras.
• Camadas semicondutoras reduzem os riscos de descarga parcial, ao mesmo tempo que fornecem distribuição uniforme de tensão de tensão.
• Leve e adequado para aplicações subterrâneas de alta tensão.

Considerações de projeto para blindagem

Projetar blindagem para cabos de energia de alta tensão requer consideração cuidadosa de fatores elétricos, mecânicos e ambientais.

1. Nível de tensão

• Quanto maior a tensão, mais crítica se torna a blindagem.
• As aplicações de alta tensão requerem controle preciso dos campos elétricos para evitar quebras de isolamento.

2. Capacidade de carga atual

• A blindagem deve acomodar as correntes de falta com segurança.
• Os projetistas calculam a área transversal necessária das blindagens metálicas para lidar com correntes de falta prospectivas máximas sem superaquecimento.

3. Condições Ambientais

• Os cabos subterrâneos podem enfrentar umidade, produtos químicos do solo ou pressão mecânica.
• Os cabos submarinos requerem blindagem à prova d’água e materiais resistentes à corrosão.

4. Compatibilidade Eletromagnética (EMC)

• Cabos de alimentação de alta tensão pode gerar campos eletromagnéticos significativos.
• O projeto de blindagem considera a proximidade de equipamentos sensíveis para reduzir a interferência.

5. Flexibilidade e Instalação

• Os cabos podem precisar ser dobrados nos cantos ou passar por conduítes.
• A blindagem deve manter a integridade elétrica e mecânica mesmo sob tensões de flexão.

6. Considerações Térmicas

• As blindagens conduzem o calor para longe do condutor.
• O projeto térmico adequado garante a longevidade do isolamento e evita o superaquecimento durante condições normais ou de falha.

Teste de desempenho de blindagem

Garantir que a blindagem funcione conforme pretendido é crucial para uma operação segura e confiável. Os testes comuns incluem:

1. Teste de Descarga Parcial

   • Detecta vazios, defeitos ou lacunas entre as camadas de isolamento e blindagem.

2. Teste de resistência de tensão

   • A alta tensão é aplicada para confirmar que o isolamento e a blindagem podem lidar com tensões operacionais com segurança.