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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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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)


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CONDUTOR

RESISTÊNCIA CA (Milliken) < RESISTÊNCIA CA (Red. Compacto)

(PARA MESMA SEÇÃO DE CONDUTOR)

MILLIKEN vs REDONDO COMPACTO


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


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SISTEMA DIELÉTRICO

BLINDAGEM SEMICONDUTORA

INTERNA

BLINDAGEM SEMICONDUTORA

EXTERNA

ISOLAÇÃO


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


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


MATERIAL DESVANTAGENS VANTAGENS FUNÇÃO: ISOLAMENTO ELÉTRICO

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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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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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CAPADE CHUMBO

CAPA DE ALUMÍNIO LISA

FIOS DE COBRE

CAPA DE ALUMÍNIO CORRUGADA

PROTEÇÕESMETÁLICAS

FOLHA DEALUMÍNIO

+

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Tipo de proteção metálica

Diâmetro externo do

cabo

Peso do cabo

Proteção radial

Custo do cabo

VANTAGENS E DESVANTAGENS

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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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PVC(ST2)

PE(ST7)

LSFR /LS0H(ST8)

CAPA EXTERNA

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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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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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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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ESTIRAGEM DO FIOCONDUTOR

CONDUTOR REDONDO COMPACTO

Fio Central

Primeira Coroa6 Fios

Segunda Coroa12 Fios

Fieira Fieira Acumulador

Bobinador


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CONDUTOR

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CONDUTOR MILLIKENPROCESSO DE FABRICAÇÃO

CONDUTOR

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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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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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LINHA VCV (VERTICAL)SISTEMA

DIELÉTRICO


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PROTEÇÃO METÁLICA

CAPA METÁLICA DE ALUMÍNIO LISO


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FIOS DE COBRE + FOLHA DE ALUMÍNIO


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FIOS DE COBRE + FOLHA DE ALUMÍNIO


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CABOS COM CAPA DE CHUMBO

ALIMENTAÇÃO

EXTRUSORADE CHUMBO

RECEPÇÃOSUPORTE RESFRIAMENTO


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PROTEÇÃO METÁLICACAPA DE ALUMÍNIO CORRUGADA

ALIMENTAÇÃO

EXTRUSORADE ALUMÍNIO

RECEPÇÃOSUPORTE RESFRIAMENTO


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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


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CONDUTOR PROTEÇÕESMETÁLICAS

Curto-circuito( IEC 60949 )

DADOS DE ENTRADA


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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)


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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

[email protected]

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