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O desempenho dos cabos de potência com isolação extrudada de polietileno reticulado

Por que é requerido o ensaio de tensão elétrica na isolação (R e T)? Quais são os valores eficazes de tensão elétrica de screening? Por que é requerido o ensaio de descargas parciais (R e T)? Quais os valores de tensão para os ensaios de fator de perdas no dielétrico (tangente δ) em função do gradiente máximo? Qual é a tensão elétrica suportável de impulso atmosférico do cabo? Essas dúvidas estão sendo dirimidas no texto sobre o desempenho dos cabos de potência com isolação extrudada de polietileno reticulado.

20/02/2019 - Equipe Target

NBR 7287 de 01/2019: os requisitos para os cabos de potência isolados com polietileno reticulado (XLPE)

A NBR 7287 de 01/2019 - Cabos de potência com isolação extrudada de polietileno reticulado (XLPE) para tensões de 1 kV a 35 kV — Requisitos de desempenho especifica os requisitos para os cabos de potência, unipolares, multipolares ou multiplexados, para instalações fixas, isolados com polietileno reticulado (XLPE), com cobertura, para instalações fixas. Estes cabos são utilizados em circuitos com redes de distribuição e instalações industriais em tensões até 35 kV, conforme recomendações da NBR 5410 ou NBR 14039. Em alternativa à construção normal, são previstos cabos com condutor bloqueado ou cabos com construção bloqueada (condutor e/ou blindagem), conforme a NBR 6251, recomendados para os circuitos de distribuição sujeitos a contatos prolongados com água.

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Por que é requerido o ensaio de tensão elétrica na isolação (R e T)?

Quais são os valores eficazes de tensão elétrica de screening?

Por que é requerido o ensaio de descargas parciais (R e T)?

Quais os valores de tensão para os ensaios de fator de perdas no dielétrico (tangente δ) em função do gradiente máximo?

Qual é a tensão elétrica suportável de impulso atmosférico do cabo?

Para os efeitos desta norma, os cabos de potência se caracterizam pela tensão de isolamento, Uo/U, conforme a NBR 6251. Os cabos devem ser designados pelas partes componentes previstas nesta norma (tipo de condutor, isolação, blindagens, armação e cobertura). A temperatura no condutor em regime permanente não pode ultrapassar 90 °C.

A temperatura no condutor em regime de sobrecarga não pode ultrapassar 130 °C. A operação neste regime não pode superar 100 h durante 12 meses consecutivos, nem 500 h durante a vida do cabo. Entende-se que o cabo, quando submetido a regime de sobrecarga, tem sua vida reduzida em certo grau, em relação à vida prevista para as condições em regime permanente.

Além disto, os limites mais baixos de temperatura podem ser requeridos em função de materiais usados nas emendas e terminais, ou em função de condições de instalação. A temperatura no condutor em regime de curto-circuito não pode ultrapassar 250 °C. A duração neste regime não pode ultrapassar 5 s.

O condutor deve ser de cobre ou alumínio e estar de acordo com as NBR 6251 e NBR NM 280. A superfície do condutor de seção maciça ou dos fios componentes do condutor encordoado não pode apresentar fissuras, escamas, rebarbas, aspereza, estrias ou inclusões. O condutor pronto não pode apresentar falhas de encordoamento.

O condutor de seção maciça ou os fios componentes do condutor encordoado, antes de serem submetidos a fases posteriores de fabricação, devem atender aos requisitos da NBR NM 280. A resistência mínima à tração dos fios de alumínio, antes do encordoamento, deve ser de 105 MPa.

Quando for previsto condutor bloqueado longitudinalmente, os interstícios internos entre os fios componentes do condutor devem ser preenchidos com material compatível, química e termicamente, com os componentes do cabo. O fabricante deve assegurar essa compatibilidade pelos ensaios especificados nessa norma. Quando for previsto condutor bloqueado longitudinalmente, o condutor encordoado deve atender aos requisitos do ensaio de 7.18, realizado em amostra de cabo completo ou veia.

Quando previsto, o separador deve estar conforme a NBR 6251. A blindagem do condutor, quando necessária, deve estar de acordo com a NBR 6251. A blindagem constituída por camada extrudada deve estar justaposta ao condutor, facilmente removível e não aderente a este. As espessuras da blindagem, conforme estabelecidas na NBR 6251, devem ser medidas conforme a NBR NM IEC 60811-1-1. Se a medição direta for inviável, pode-se empregar um processo óptico (projeção de perfil ou equivalente).

A isolação deve ser constituída por composto extrudado termofixo de polietileno reticulado (XLPE ou TR XLPE), conforme a NBR 6251 e conforme a tensão de isolamento do cabo. A isolação deve ser contínua e uniforme, ao longo de todo o seu comprimento. A isolação dos cabos sem blindagem do condutor ou separador deve estar justaposta ao condutor, facilmente removível e não aderente a este.

A isolação dos cabos com blindagem do condutor deve ser aderente a blindagem, de modo a não permitir a existência de vazios entre a blindagem do condutor e a isolação ao longo de todo o seu comprimento. As espessuras da isolação, conforme estabelecidas na NBR 6251, devem ser medidas conforme a NBR NM IEC 60811-1-1. A blindagem da isolação, compreendendo as partes semicondutora e metálica, deve estar de acordo com a NBR 6251.

A parte semicondutora deve ser termofixa e, para tensões de isolamento iguais ou superiores a 6/10 kV, ser extrudada simultaneamente à isolação e à blindagem do condutor em cabeça única, ou seja, em processo de coextrusão em três camadas. Recomenda-se, para cabos com tensões de isolamento iguais ou superiores a 6/10 kV, que o processo de vulcanização do composto de XLPE ou TR XLPE da isolação e das blindagens semicondutoras ocorra em atmosfera inerte de nitrogênio (dry-curing).

O ensaio de aderência da parte semicondutora extrudada da blindagem da isolação deve ser realizado conforme 7.16. As espessuras da blindagem semicondutora da isolação, conforme estabelecidas na NBR 6251, devem ser medidas conforme a NBR NM IEC 60811-1-1. Nos cabos unipolares ou multiplexados, com construção da blindagem metálica bloqueada longitudinalmente, deve ser aplicado nos interstícios, entre a blindagem semicondutora da isolação e a cobertura, um material ou a combinação de materiais adequados e compatíveis, química e termicamente, com os componentes do cabo.

Qualquer construção alternativa para bloqueio transversal é permitida, como a utilização de capa metálica ou fita metálica laminada, por exemplo. Caso haja um ou mais condutores neutro ou condutores de proteção isolados, seja qual for a tensão de isolamento dos condutores fase, a espessura da isolação do condutor neutro deve ser a mesma que a da tensão de isolamento 0,6/1 kV.

A isolação deve ser constituída por composto extrudado termofixo de polietileno reticulado (XLPE), conforme a NBR 6251. Nos cabos multipolares, as veias devem ser reunidas conforme estabelecido na NBR 6251. O passo de reunião para cabos multipolares deve ser adotado de maneira a permitir que o cabo completo atenda aos requisitos do ensaio de dobramento, previsto em 7.8.

O passo de reunião para cabos multiplexados deve ser no máximo 60 vezes o diâmetro nominal do maior cabo unipolar constituinte destes. A verificação do passo deve ser conforme a NBR 15443. Não podem ser considerados os comprimentos iniciais da bobina ou do rolo que possam apresentar alterações no passo de reunião.

As veias devem ser identificadas convenientemente, conforme estabelecido na NBR 6251. A capa interna, enchimento, capa metálica e armação, quando estes itens forem previstos, devem estar conforme a NBR 6251. Quando prevista, a capa de separação deve ser constituída por um dos materiais especificados em 4.15 e estar conforme a NBR 6251.

Não é recomendado o emprego de compostos do tipo ST2, SE1/A ou SE1/B para cabos com construção bloqueada longitudinalmente, a menos que estes possuam construção bloqueada transversalmente. As espessuras da capa de separação, conforme estabelecidas na NBR 6251, devem ser medidas conforme a NBR NM IEC 60811-1-1. A cobertura dos cabos deve ser constituída de material termoplástico (ST2 ou ST7) ou termofixo (SE1/A ou SE1/B), conforme a NBR 6251.

Não é recomendado o emprego de compostos do tipo ST2, SE1/A ou SE1/B para cabos com construção bloqueada longitudinalmente, a menos que estes possuam construção bloqueada transversalmente. As espessuras da cobertura, conforme especificadas na NBR 6251, devem ser medidas conforme a NBR NM IEC 60811-1-1. A marcação da cobertura deve estar conforme a NBR 6251.

No caso de cobertura termoplástica, a marcação em baixo ou alto-relevo, ou a tinta, é a padronizada. No caso de cobertura termofixa, a marcação a tinta é a padronizada. Qualquer outro tipo de marcação deve ser objeto de acordo entre o fabricante e o comprador.

Para a inspeção e amostragem, pré-qualificação conforme a NBR 10299, para cabos com tensões de isolamento iguais ou superiores a 8,7/15 kV e somente quando explicitamente solicitado, deve-se proceder à estimação das estatísticas da distribuição dos gradientes de perfuração em corrente alternada, conforme a NBR 10299. Em comum acordo entre o fabricante e o comprador, é estabelecida uma taxa de falhas média máxima admissível (Zm). Um valor de Zm usualmente aceito é de 0,02 falha por ano e por 30 km de veia.

A partir das estatísticas obtidas nos ensaios, é verificada a compatibilidade com a taxa de falhas média máxima (Zm) estabelecida. Em caso positivo, o fabricante é pré-qualificado para o fornecimento dos cabos. O Anexo D apresenta informações complementares.

Os ensaios previstos por esta norma são classificados em: ensaios de recebimento (R e E); ensaios de tipo (T); ensaios de controle; ensaios durante e após a instalação. Antes de qualquer ensaio, deve ser realizada uma inspeção visual sobre todas as unidades de expedição, para verificação dos requisitos especificados em 4.18 e na Seção 8.

Os ensaios de recebimento constituem-se em: ensaios de rotina (R); ensaios especiais (E). Os ensaios de rotina (R) solicitados por esta norma, para cabos com tensões de isolamento iguais ou inferiores a 3,6/6 kV, são: resistência elétrica do condutor, conforme 7.2; tensão elétrica na isolação, conforme 7.3; resistência de isolamento à temperatura ambiente, conforme 7.5.

Os ensaios de rotina (R) solicitados por esta norma, para cabos com tensões de isolamento superiores a 3,6/6 kV, são: resistência elétrica do condutor, conforme 7.2; tensão elétrica de screening na isolação, conforme 7.4; descargas parciais, conforme 7.7. No caso de cabos multipolares ou multiplexados, todas as veias devem ser submetidas aos ensaios de rotina.

As verificações e os ensaios especiais (E) solicitados por esta norma são: verificação da construção do cabo, conforme 4.5 a 4.16; tração e alongamento na isolação, antes e após o envelhecimento, conforme 7.17; alongamento a quente na isolação, conforme 7.17; tração e alongamento na capa de separação (se existir) e cobertura, antes e após envelhecimento, conforme 7.17; determinação do fator de perdas no dielétrico (tangente), em função do gradiente elétrico máximo no condutor, para cabos com tensões de isolamento superiores a 3,6/6 kV, conforme 7.9; tensão elétrica de longa duração para cabos com tensões de isolamento iguais ou inferiores a 3,6 kV/6 kV, conforme 7.13; aderência da blindagem semicondutora da isolação, para cabos a campo radial, conforme 7.16; conformidade da rigidez dielétrica em corrente alternada por amostragem sequencial, para cabos com tensões de isolamento iguais ou superiores a 8,7/15 kV, conforme 7.19, desde que previamente solicitado pelo comprador.

Os ensaios especiais (E) são feitos em amostras de cabo completo, ou em componentes retirados destas, conforme critério de amostragem estabelecido em 5.7.3 a 5.7.10, com a finalidade de verificar se o cabo atende às especificações do projeto. Os ensaios especiais, com exceção do previsto em 5.3.5 h), devem ser feitos para ordens de compra que excedam 2 km de cabos multipolares ou multiplexados, ou 4 km de cabos unipolares, de mesma seção e construção.

Para ordem de compra com vários itens de mesma construção e os mesmos materiais componentes apenas com seções diferentes, os ensaios especiais podem ser realizados em um único item, preferencialmente o de maior comprimento. O Anexo D apresenta informações complementares. A quantidade de amostras requerida deve estar conforme a tabela abaixo.

A amostra deve ser constituída por um comprimento suficiente de cabo, retirado de uma das extremidades de unidades quaisquer de expedição, após ter sido eliminada, se necessário, qualquer porção do cabo que tenha sofrido danos. Para o ensaio de 5.3.5 f), o corpo de prova deve ser constituído por um único comprimento útil, de no mínimo 5 m de cabo.

Para o ensaio de 5.3.5 g), o corpo de prova deve ser constituído por um único comprimento útil de 0,40 m de cabo. O ensaio de 5.3.5 e) deve ser realizado sobre a (s) unidade (s) completa (s) de expedição. No caso de cabos multipolares ou multiplexados, todos os ensaios e verificações devem ser feitos em todas as veias.

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Podem ser rejeitadas, de forma individual, a critério do comprador, as unidades de expedição que não cumpram as condições estabelecidas em 4.18 e na Seção 8. O Anexo D apresenta informações complementares. Nos ensaios especiais, podem ser rejeitadas, de forma individual, as unidades de expedição que não cumpram os requisitos especificados.

Sobre as amostras obtidas conforme 5.7, devem ser aplicados os ensaios especiais estabelecidos nesta mesma seção. Devem ser aceitos os lotes que satisfizerem os requisitos especificados. Se nos ensaios especiais, com exceção do previsto em 5.3.5 a), resultarem valores que não satisfaçam os requisitos especificados, o lote do qual foi retirada a amostra pode ser rejeitado.

Nos ensaios de verificação da construção do cabo, previstos em 5.3.5 a), se resultarem valores que não satisfaçam os requisitos especificados, dois novos comprimentos suficientes de cabo devem ser retirados das mesmas unidades de expedição e novamente efetuados os ensaios para os quais a amostra precedente foi insatisfatória. Os requisitos devem resultar satisfatórios, em ambos os comprimentos de cabo; em caso contrário, o lote do qual foi retirada a amostra pode ser rejeitado, a critério do comprador. O Anexo D apresenta informações complementares.

Os ensaios de pré-qualificação conforme a NBR 10299 (T) são requeridos para cabos com tensões de isolamento iguais ou superiores a 8,7/15 kV e devem ser realizados somente quando previamente solicitados. Os ensaios devem ser realizados em corpos de prova de cabo modelo D, reproduzindo a tecnologia de fabricação empregada no fornecimento e em amostras de cabo real, conforme indicado na NBR 10299.

Os corpos de prova devem ser submetidos aos ensaios de rigidez em corrente alternada, de curta e longa duração, conforme procedimentos estabelecidos na NBR 10299. A partir destes resultados, são calculados os parâmetros a serem utilizados no estabelecimento dos requisitos, conforme a NBR 10299. Os ensaios para determinação da distribuição das tensões de perfuração sob tensão de impulso atmosférico, conforme a NBR 10299, devem ser realizados, e os resultados devem ser registrados para informação de engenharia.

FONTE: Equipe Target

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