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CABOS ISOLADOS DE ALTA TENSÃO(PARA INSTALAÇÕES TERRESTRES EM AC)
Fábio Gabriel de Oliveira
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PRYSMIAN GROUP – VÍDEO INSTITUCIONAL 2015
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• Sistemas de distribuição e transmissão de energia
• Telecomunicação
• Aplicações Industriais (Mineração, Petróleo e Gás,
Renováveis, Automotiva)
• Elevadores
• SURF (Umbilicais e tubos flexíveis)
• Submarino
PRYSMIAN GROUP
PORTFÓLIO DE PRODUTOS
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PRYSMIAN GROUP NO MUNDO
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APLICAÇÕESINSTALAÇÕES SUBMARINAS INSTALAÇÕES TERRESTRES
DC até 320kV
AC até 400kVDC até 600kV
AC até 500kV
CABOS ISOLADOS DE ALTA TENSÃO
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• Aspectos construtivos
• Processo de fabricação
• Testes aplicáveis
• Critérios de dimensionamento
• Monitoramento
AGENDA
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CABOS ISOLADOS DE ALTA TENSÃO
COMPONENTES PRINCIPAIS
CONDUTOR
SISTEMADIELÉTRICO
CAPA EXTERNA
PROTEÇÕES METÁLICAS
SISTEMA DE BLOQUEIO
LONGITUDINALÀ ÁGUA
ACOLCHOAMENTO
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CONDUTOR FUNÇÃO: CONDUÇÃO DA CORRENTENORMA CONSTRUTIVA: IEC 60228
REDONDOCOMPACTO
SEGMENTADO(MILLIKEN)
Mín. 1200mm²Máx. 2500mm²
(Al ou Cu)
TIPO MATERIAL SEÇÕES
AL
AL
CU
CU
Mín. 120mm²Máx. 1600mm²
(Al ou Cu)
CABOS ISOLADOS DE ALTA TENSÃO
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CONDUTOR
RESISTÊNCIA CA (Milliken) < RESISTÊNCIA CA (Red. Compacto)
(PARA MESMA SEÇÃO DE CONDUTOR)
MILLIKEN vs REDONDO COMPACTO
CABOS ISOLADOS DE ALTA TENSÃO
REDUÇÃO DO EFEITO PELICULAR
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SISTEMA DE BLOQUEIO LONGITUDINAL CONTRA PENETRAÇÃO DE ÁGUA
OBRIGATÓRIO PARA INSTALAÇÕES COM PRESENÇA DE ÁGUA
CONDUTOR
SOBRE A SUPERFÍCIE• Fita semicondutora “water blocking”
ENTRE OS FIOS•Fitas •Composto extrudado•Composto de silicone
Ex. • CABOS ENTERRADOS SOB LENÇOL FREÁTICO• GALERIAS COM POSSIBILIDADE DE INUNDAÇÃO
CABOS ISOLADOS DE ALTA TENSÃO
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SISTEMA DIELÉTRICO
BLINDAGEM SEMICONDUTORA
INTERNA
BLINDAGEM SEMICONDUTORA
EXTERNA
ISOLAÇÃO
CABOS ISOLADOS DE ALTA TENSÃO
NORMAS CONSTRUTIVAS:IEC 60840ICEA S-108-720
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• Material: composto semicondutor a base do material da isolação
• Função: Distribuição uniforme do campo elétrico
CABOS ISOLADOS DE ALTA TENSÃO
BLINDAGEM SEMICONDUTOR
AINTERNA
BLINDAGEM SEMICONDUTOR
A EXTERNA
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ISOLAÇÃO
XLPE
EPR
Limitado a sistemas até 145kV AC (devido às perdas dielétricas)
Resistentes em contato com água (proteção metálica opcional)
Material de maior custo e maior dificuldade de aquisição
Perdas dielétricas menores (aplicável em sistemas até 500kV AC)
Não são resistentes à umidade (proteção metálica obrigatória)
Material padrão e normalmente utilizado em cabos de alta tensão
CABOS ISOLADOS DE ALTA TENSÃO
MATERIAL DESVANTAGENS VANTAGENS FUNÇÃO: ISOLAMENTO ELÉTRICO
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CABOS ISOLADOS DE ALTA TENSÃO
ACOLCHOAMENTO
FUNÇÃO: EVITAR DEFORMAÇÃO DO SISTEMA DIELÉTRICO DEVIDO A DILATAÇÃO TÉRMICA
MATERIAIS: FITAS SEMICONDUTORAS (TIPO WATER BLOCKING PARA O CASO DE INSTALAÇÃO EM LOCAIS COM PRESENÇA DE ÁGUA)
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CABOS ISOLADOS DE ALTA TENSÃO
PROTEÇÕES METÁLICAS
FUNÇÕES • Caminho para a corrente de curto-circuito fase-terra; • Aterramento; • Condução de corrente capacitiva;• Barreira radial contra a penetração de água;
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CABOS ISOLADOS DE ALTA TENSÃO
CAPADE CHUMBO
CAPA DE ALUMÍNIO LISA
FIOS DE COBRE
CAPA DE ALUMÍNIO CORRUGADA
PROTEÇÕESMETÁLICAS
FOLHA DEALUMÍNIO
+
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CABOS ISOLADOS DE ALTA TENSÃO
Tipo de proteção metálica
Diâmetro externo do
cabo
Peso do cabo
Proteção radial
Custo do cabo
VANTAGENS E DESVANTAGENS
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CABOS ISOLADOS DE ALTA TENSÃO
CAPA EXTERNA
FUNÇÃO: Proteção do núcleo do cabo contra agentes externos
A escolha do material depende das condições de instalação dos cabos;
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CABOS ISOLADOS DE ALTA TENSÃO
PVC(ST2)
PE(ST7)
LSFR /LS0H(ST8)
CAPA EXTERNA
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CABOS ISOLADOS DE ALTA TENSÃO
Tipo de capa
externa
Prop. mecânicas
Retardante à chama
Baixa emissão
de fumaça
Livre de halógenos
Custo do cabo
HDPE (ST7)
PVC(ST2)
Afumex(ST8)
VANTAGENS E DESVANTAGENS
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CABOS ISOLADOS DE ALTA TENSÃO
PROTEÇÃO CONTRA TERMITAS (CUPINS)• Aplicação de camada de nylon sob a capa ;• Aplicação de aditivo repelente durante a extrusão da capa;
PROTEÇÃO CONTRA ATAQUE DE ROEDORES•Não há registro de dano na cobertura por ataque de roedores em cabos para alta tensão;
CAPA EXTERNA
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CABOS ISOLADOS DE ALTA TENSÃO
CAPA EXTERNA(Ataque de cupins)
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AGENDA
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PROCESSO DE FABRICAÇÃO
CAPA EXTERNAPROTEÇÃO METÁLICA
SISTEMA DIELÉTRICOCONDUTOR
DesbobinadorEstiragem
Fieiras
Anéis
Cozimento
Controle deTensão do fio
Bobinador
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PROCESSO DE FABRICAÇÃO
ESTIRAGEM DO FIOCONDUTOR
CONDUTOR REDONDO COMPACTO
Fio Central
Primeira Coroa6 Fios
Segunda Coroa12 Fios
Fieira Fieira Acumulador
Bobinador
PROCESSO DE FABRICAÇÃO
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CONDUTOR
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CONDUTOR MILLIKENPROCESSO DE FABRICAÇÃO
CONDUTOR
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PROCESSO DE FABRICAÇÃO
TECNOLOGIAS DETECNOLOGIAS DEEXTRUSÃOEXTRUSÃO
LINHA CCV (Catenária)
LINHA VCV (Vertical)
LINHA MDCV (Horizontal)
CCV (CATENARY CONTINUOUS VULCANIZATION)VCV (VERTICAL CONTINUOUS VULCANIZATION)MDCV (MITSUBISHI DAINICHI CONTINUOUS VULCANIZATION)
SISTEMA DIELÉTRICO
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PROCESSO DE FABRICAÇÃO
TRÍPLICE EXTRUSÃO
SISTEMA DIELÉTRICO
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PROCESSO DE FABRICAÇÃOLINHA CCV (Catenária)
ALIMENTAÇÃO
ACUMULADOR
VOLANTE PUXADA
FILTROSCABEÇA TRIPLA
ZONA DEAQUECIMENTO
ZONA DE RESFRIAMENTO
RECEPÇÃO CARTEPILLARS
SISTEMA DIELÉTRICO
PROCESSO DE FABRICAÇÃOLINHA VCV (VERTICAL)
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ALIMENTAÇÃORECEPÇÃO
VOLANTE PUXADA ÁREA DE EXTRUSÃO
CONDUTOR
RESERVATÓRIOPRESSURIZADO
ZONA DE AQUECIMENTO
CATERPILLAR
ZONA DE RESFRIAMENTO
CORDA EXTRUDADA
ÁREA DE MANUSEIO DOS MATERIAIS
SISTEMA DIELÉTRICO
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PROCESSO DE FABRICAÇÃO
LINHA VCV (VERTICAL)SISTEMA
DIELÉTRICO
PROCESSO DE FABRICAÇÃO
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PROTEÇÃO METÁLICA
CAPA METÁLICA DE ALUMÍNIO LISO
PROCESSO DE FABRICAÇÃO
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PROTEÇÃO METÁLICA
FIOS DE COBRE + FOLHA DE ALUMÍNIO
PROCESSO DE FABRICAÇÃO
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PROTEÇÃO METÁLICA
FIOS DE COBRE + FOLHA DE ALUMÍNIO
PROCESSO DE FABRICAÇÃO
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PROTEÇÃO METÁLICA
CABOS COM CAPA DE CHUMBO
ALIMENTAÇÃO
EXTRUSORADE CHUMBO
RECEPÇÃOSUPORTE RESFRIAMENTO
PROCESSO DE FABRICAÇÃO
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PROTEÇÃO METÁLICACAPA DE ALUMÍNIO CORRUGADA
ALIMENTAÇÃO
EXTRUSORADE ALUMÍNIO
RECEPÇÃOSUPORTE RESFRIAMENTO
PROCESSO DE FABRICAÇÃO
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CAPA EXTERNA
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AGENDA
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TESTES APLICÁVEIS
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TESTES APLICÁVEIS
NORMAS
IEC 60840Power cables with extruded insulation and their
accessories for rated voltage above 30kV (Um=36kV) up to 150kV (Um=170kV) - Test methods and requirements.
IEC 62067Power cables with extruded insulation and their
accessories for rated voltages above 150kV (Um=170kV) up to 500kV (Um=550kV) - Test methods and requirements.
TESTES APLICÁVEIS
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TESTES DE TIPO
TESTES APLICÁVEIS
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• Testes que servem para qualificar cabos, acessórios ou sistemas (cabos e acessórios juntos);
• Composto por testes elétricos e não elétricos;
• Tempo de execução aproximado de 2 meses;
• Após qualificação, produtos similares aos já testados não necessitam passar por novos testes, desde que respeitadas as condições de aprovação da norma;
TESTES DE TIPO NÃO PRECISAM SER REPETIDOS QUANDO:
TESTES APLICÁVEIS
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a) A tensão máxima dos novos cabos ou acessórios não supera a tensão máxima dos materiais já testados;b) A seção do condutor do novo cabo não supera a seção do condutor do cabo já testado; c) Os novos cabos e acessórios apresentam mesmo tipo e processo de fabricação da isolação e das blindagens semicondutoras dos materiais játestados; d) O campo elétrico nominal e a tensão de impulso, calculados na blindagem semicondutora interna do novo cabo, não excedem os respectivos valores do sistema de cabos já testado por mais que 10%; e) O campo elétrico nominal e a tensão de impulso, calculados na blindagem semicondutora externa do novo cabo, não excedem os respectivos valores do sistema de cabos já testado;f) O campo elétrico nominal e a tensão de impulso, calculados dentro das partes principais da isolação do acessório e da interface entre cabo e acessório, não excedem os respectivos valores do sistema de cabos já testado;
TESTES DE TIPO
TESTES APLICÁVEIS
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1) Teste de dobramento do cabo seguido de DP2) Medição das perdas dielétricas (tan δ)3) Teste de tensão após ciclos térmicos4) Teste de DP à temperatura ambiente5) Teste de DP à 100ºC6) Teste de impulso de manobra (p/ cabos Um>300kV)7) Teste de impulso atmosférico8) Teste de tensão à frequência industrial (p/ cabos Um<170kV)9) Exame do sistema de cabos10) Medição de resistividade das blindagens semicondutoras
Testes de tipo não elétricos
Testes de tipo elétricos
TESTES DE PRÉ-QUALIFICAÇÃO TESTES APLICÁVEIS
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• Testes que servem para qualificar um sistema de cabos à longo prazo (duração de 1 ano);• Simulam situações reais de instalação; • O teste de pré-qualificação deverá ser repetido quando:
• for utilizado um novo cabo e / ou acessório que não foi pré-qualificado anteriormente;• for utilizado um cabo e / ou acessório já pré-qualificado num outro sistema, cujo o gradiente elétrico calculado na blindagem semicondutora externa é inferior;
• O teste de pré-qualificação não necessita ser repetido para sistemas de cabos da mesma família de um fabricante, cuja tensão e o gradiente elétrico na isolação sejam menores que dos materiais jápré-qualificados;
TESTES DE PRÉ-QUALIFICAÇÃO
TESTES APLICÁVEIS
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1) Ciclos térmicos (8760 horas) e teste de tensão
2) Teste de impulso atmosférico em amostras
3) Exame do cabo e acessórios após os testes
TESTES PARA EXTENSÃO DA PRÉ-QUALIFICAÇÃO
TESTES APLICÁVEIS
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• Testes para o caso de utilização de um cabo e / ou acessório já pré-qualificado num outro sistema, cujo o gradiente elétrico calculado na blindagem semicondutora externa é igual ou maior que do atual sistema pré-qualificado;
• Os testes para extensão da pré-qualificação são os mesmos dos testes de tipo elétricos, acrescido de um ciclo térmico de aproximadamente 1560 horas, sem aplicação posterior de tensão.
IEC 60332-1-2 (PVC ST2) IEC 60332-3 cat C (Afumex ST8)
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TESTES AO FOGO(não são obrigatórios, de acordo com IEC 60840 e IEC 62067)
TESTES APLICÁVEIS
TESTES DE ROTINA
TESTES APLICÁVEIS
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• Testes que servem para demonstrar a integridade de cabos e acessórios de um fornecimento.
• São realizados em todas as unidades fabricadas;
1 Teste de descargas parciais
2 Teste de tensão
3 Teste elétrico na cobertura do cabo
TESTES APÓS A INSTALAÇÃO
TESTES APLICÁVEIS
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Testes que servem para demonstrar a integridade de cabos e acessórios instalados em campo.
1)Ensaio de tensão contínua aplicada na cobertura
2)Ensaio de tensão alternada aplicada na isolação
TESTES APÓS A INSTALAÇÃO
TESTES APLICÁVEIS
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LABORATÓRIO MÓVEL DE ALTA TENSÃO
• Equipado com unidade de controle, transformador excitador e reator ressonante, montados sobre um caminhão semi-reboque especial;
• Capaz de aplicar até 260kV;
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AGENDA
Objetivos:
Dimensionar cabos e acessórios visando atendimentosimultâneo de todos os requisitos técnicos, normativos,de segurança, etc, com otimização de custos;
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CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
FLUXOGRAMA SIMPLIFICADO DE DIMENSIONAMENTO
Carga cíclica? Sobrecarga ?
INÍCIO
Dados de entrada
Capacidade de corrente(IEC 60287)
Transitório térmico( IEC 60853-2 )
Esforços de puxamento( AEICTask G28 )
FIM
N
S
CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
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CONDUTOR PROTEÇÕESMETÁLICAS
Curto-circuito( IEC 60949 )
DADOS DE ENTRADA
CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
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SISTEMA ELÉTRICO
AMBIENTE INSTALAÇÃO
Frequência Temperatura do ar Extensão da linhaTensão nominal Temperatura solo Aterramento
Nível Básico Imp. Res. Térmica solo Formação cabosPotência Agentes externos: Tipo da instalação:
Fator de carga • Água • Dutos
Nº circuitos • Térmitas • Ar livre
Icc1φ e tempo • Produtos químicos • Diretamente enterrado
Icc3φ e tempo
Comentários
Influência do meio externo é alta (em geral a resistência térmica doambiente é maior que a soma da isolação + capa externa)
O meio externo é variável no espaço (ao longo da rota) e no tempo
O cálculo deve contemplar as situações mais críticas (cabo maisquente, maior temperatura ambiente, etc )
Não existe a capacidade de condução de corrente de um cabo(depende da condição de instalação)
CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
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CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
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Comparação da capacidade de condução de corrente de cabos 800mm²Alumínio/XLPE/ (Cu+Al)/HDPE 138kV aterrado em único ponto (single-point)
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AGENDA
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MONITORAMENTO TÉRMICO DE SISTEMA DE CABOS
MONITORAMENTO
DISTRIBUTED TEMPERATURE SENSING (DTS)
•Monitoramento da temperatura do cabo
REAL TIME THERMAL RATINGS (RTTR)
•Capacidade de corrente em tempo real
•Alarmes das condições térmicas
•Histórico térmico (vida útil)
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MONITORAMENTO TÉRMICO DE SISTEMA DE CABOS
MONITORAMENTO
SENSOR DE TEMPERATURA (FIBRA ÓPTICA)
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MONITORAMENTO DE DESCARGAS PARCIAIS
MONITORAMENTO
PRY-CAM
On-line (Sem necessidade de desligar o equipamento)
Medições individuais ou monitoramento contínuo
Apropriado para diversas aplicações (cabos, acessórios,
GIS, transformadores, .....)
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FIM!OBRIGADO !
Fábio Gabriel de OliveiraEngenheiro de Sistemas de Alta Tensão
+55 11 4998 4925+ 55 11 94386 2380