Compostos de cabos de alta tensão: requisitos de isolamento para fabricantes de cabos de energia

Quando um cabo de 132 kV falha na triagem rotineira de descarga parcial a 5 pC, a linha de extrusão é examinada primeiro e o composto é examinado por último. A ordem geralmente é invertida. Falhas de descarga parcial, hot-set e quebra em cabos de alta tensão remontam a três propriedades que um certificado composto não mostra: limpeza, umidade e integridade da reticulação. Para um fabricante de cabos de energia industriais, todos os três são decididos na especificação de compra, meses antes da extrusão do primeiro metro.

O que um composto de cabo de alta tensão tem a oferecer

Um composto de isolamento para cabos de alta tensão deve atender a quatro requisitos ao mesmo tempo: baixa perda dielétrica, rigidez dielétrica que sobreviva aos testes padrão de corrente alternada e de impulso, resistência térmica e mecânica na temperatura projetada do condutor e comportamento de processamento que não adicione defeitos durante a extrusão. Uma nota que não atenda a qualquer um deles será reprovada na fase de teste do cabo, e não na fase composta.

• Perda dielétrica: o fator de dissipação deve permanecer baixo e estável em toda a faixa de temperatura de serviço, porque a perda governa a espessura do isolamento e a classificação de corrente na extremidade superior da faixa de tensão.
• Rigidez dielétrica: o isolamento curado deve suportar o teste de tensão CA e os níveis de impulso atmosférico do padrão de cabo, e suportar o limite de descarga parcial de rotina, por exemplo, 10 pC sob CEI 60502-2.
• Resistência térmica e mecânica: temperatura do condutor contínuo de 90ºC e 250ºC durante curto-circuito, com deformação verificada pelo teste de ajuste a quente na CEI 60811-507.
• Processabilidade: o composto deve funcionar na linha qualificada na temperatura e saída de fusão qualificadas e permanecer livre de contaminação durante o transporte, secagem e armazenamento.

A classe de tensão decide o grau do composto

Os padrões de cabos dividem o mercado em três regimes de isolamento: IEC 60502-2 cobre 1 kV a 30 kV, CEI 60840 cobre acima de 30 kV a 150 kV e CEI 62067 cobre acima de 150 kV a 500 kV. O nível de qualificação composto muda em cada limite, assim como as evidências que um fornecedor deve fornecer.

Abaixo de 36 kV, a parede de isolamento é comparativamente fina e o estresse elétrico é moderado, portanto o XLPE reticulado com silano continua sendo uma escolha prática. Acima de 36 kV, a espessura da parede e a tensão na interface da tela aumentam, e apenas os graus de peróxido superlimpo com níveis controlados de subprodutos se ajustam ao projeto.

A linha de base do XLPE e onde a reticulação do silano termina

XLPE reticulado com peróxido é o isolamento padrão acima de 30 kV. O XLPE reticulado com silano atende 35 kV e abaixo, onde uma cura em banho-maria é suficiente e o custo do equipamento pesa mais do que a margem dielétrica.

A diferença é a química, não o marketing. O peróxido de dicumila se decompõe durante a cura em acetofenona, álcool cumílico, metano e alfa-metilestireno. Esses resíduos aumentam o fator de dissipação e devem ser removidos por desgaseificação antes que os limites tan delta no topo da classe de tensão possam ser alcançados. A confiabilidade dessa via depende tanto das condições de cura quanto da formulação, que é abordada nesta nota sobre o que torna os compostos de peróxido XLPE confiáveis para cabos de energia .

Os portfólios de isolamento destinados a projetos industriais e de distribuição normalmente param no teto de 35 kV, portanto a lista de classes que um fabricante compra é mais restrita do que a faixa padrão sugere. Um exemplo representativo é este grau de peróxido XLPE para isolamento de cabos de até 35 kV, onde o comportamento de reticulação e os valores de ajuste a quente são os critérios de compra, e não os valores dielétricos principais.

Composto de isolamento de peróxido XLPE ML-YJ35 para cabos de 35 kV Peróxido XLPE insulation compound for power cables up to 35 kV, listed to JB/T 10437-2004; a representative grade when crosslinking and hot-set values guide specification. Ver Produto →

Contaminação, umidade e desgaseificação: o que a ficha técnica omite

Três fontes de defeitos decidem se um composto compatível se torna um cabo compatível: contaminação retida, umidade absorvida e desgaseificação incompleta. Nenhum deles aparece em uma folha de dados típica, então todos os três devem ser escritos nas especificações de compra.

• Contaminação: partículas acima do tamanho acordado criam concentrações de tensão que iniciam árvores e descargas parciais. Os graus de alta tensão são especificados pelo tamanho máximo de partícula e verificados por inspeção de pellets ou fitas, e não por uma contagem média.
• Umidade: a água absorvida forma vazios durante a extrusão e alimenta a formação de árvores em serviço. Defina um limite de umidade Karl Fischer na especificação e exija embalagem com barreira contra umidade, porque um saco de alumínio aberto em um piso úmido retorna ao equilíbrio rapidamente.
• Desgaseificação: os subprodutos residuais do peróxido devem ser removidos após a cura, e o nível aceitável depende da classe de tensão e da espessura do isolamento. É verificado em cabos acabados, nunca em pellets.

Telas semicondutoras são metade do sistema de isolamento

A tela do condutor e a tela de isolamento controlam o estresse elétrico em ambas as interfaces de isolamento. Acima de 30 kV, a suavidade da tela, a ligação e a capacidade de remoção influenciam o impulso e o desempenho de descarga parcial tanto quanto o próprio composto de isolamento.

Os compostos de tela são formulações reticuláveis ​​carregadas de negro de fumo. O que importa na compra não é o conteúdo de preto, mas a superfície acabada: as saliências na interface do isolamento atuam como pontos de tensão, a resistividade do volume deve permanecer baixa o suficiente para equalizar o campo ao longo do condutor, e a tela de isolamento deve ser removível na junta sem rasgar o isolamento abaixo dela. A extrusão simultânea de camada tripla é uma prática padrão por um motivo, porque uma interface suave não pode ser criada posteriormente.

Tela condutora semicondutora ML-PSD para cabos XLPE de 10 kV Tela condutora reticulável semicondutora para cabos de potência XLPE de até 10 kV, listados conforme JB/T 10738; relevante ao especificar compostos de tela e verificações recebidas. Ver Produto →

Inspeção de entrada antes da extrusão

Quatro verificações recebidas cobrem a maior parte do risco em um composto de alta tensão: ajuste a quente, umidade, contaminação e consistência do pellet. Cada um possui um método definido que pode ser gravado em um pedido de compra e repetido na entrada de mercadorias.

Além dos dados de teste, solicite o pacote de relatórios e o status de calibração dos instrumentos por trás dele. Um fornecedor que publica seu equipamento de testes de laboratório e o ambiente de produção é mais fácil de auditar do que aquele que envia um certificado sem método rastreável.

Desempenho de bainha e chama em rotas industriais

O revestimento externo não possui nenhuma função dielétrica, mas decide se o cabo sobreviverá à entrada de água, abrasão, roedores e exposição ao fogo. Os compostos da bainha são selecionados de acordo com o padrão de instalação e a classe de resistência ao fogo do cabo acabado, e não de acordo com o grau de isolamento.

Nas áreas industriais, predominam três famílias de bainhas. O polietileno retardador de chama é usado em rotas de alta tensão onde a resistência à umidade e a baixa transmissão de vapor de água são mais importantes do que a flexibilidade. Os graus de PVC a 70 C e 90 C permanecem comuns onde o custo e a resistência mecânica determinam a decisão. As bainhas livres de halogênio aparecem onde a densidade da fumaça e a corrosividade são controladas no cabo, e não no composto. Em cada caso, a quantidade de composto a especificar é a indicada no desenho: espessura da bainha, aderência à blindagem e classe de resistência ao fogo do cabo acabado.

Bainha de polietileno retardante de chama ML-ZRPE-H para cabos de alta tensão Composto de revestimento de PE isento de halogênio e com baixa emissão de fumaça e retardador de chamas para cabos de alta tensão, conforme GB/T 11017 ST12 e combustão em pacote A/B; relevante quando o desempenho do revestimento ao fogo é especificado. Ver Produto →

Perguntas práticas de fabricantes de cabos

Qual composto se adapta a um alimentador industrial de 33 kV?

Um alimentador de 33 kV fica dentro da IEC 60502-2, que funciona até 30 kV nominal e Um 36 kV. Tanto o XLPE reticulado com peróxido quanto com silano são usados ​​neste nível: peróxido onde a margem de descarga parcial é pequena, silano onde o equipamento de cura é à base de água. Especifique as propriedades de ajuste a quente, umidade e tela como um único pacote, porque o grau de isolamento por si só não determina o resultado do teste.

Como a desgaseificação é verificada e não presumida?

Nenhum limite numérico único se aplica às classes de tensão. A desgaseificação é verificada no cabo acabado através da medição do fator de dissipação na frequência de energia e em temperatura elevada, além de testes de subproduto residual ou evolução de gás acordados com o cliente. A espessura da parede e a temperatura de cura definem o tempo de desgaseificação necessário, portanto o cronograma pertence à especificação do processo.

As classificações B2ca ou Cca se aplicam ao composto de isolamento?

As classes EN 13501-6, como B2ca e Cca, são atribuídas ao cabo acabado a partir dos resultados dos testes de incêndio e são impulsionadas principalmente pela bainha e pela construção geral. O isolamento contribui através do conteúdo de halogênio, fumaça e acidez, mas a classe é uma propriedade do cabo, não uma propriedade composta.

O que pertence a uma especificação de compra além da rigidez dielétrica?

No mínimo: limite de umidade com método de teste, limite de contaminação e método de inspeção, valores de ajuste a quente de acordo com IEC 60811-507, resistividade de volume de tela semicondutora e suavidade de superfície, condições de embalagem e armazenamento e pacote de relatório de teste por entrega. Estes são os itens que decidem se o composto sobrevive aos testes de descarga parcial de rotina a 10 pC.