Aula 05 Condutores Alta Tensao

Prévia do material em texto

Aula 05 – Condutores Alta Tensao
INTRODUÇÃO
• Os cabos condutores formam o guia para o campo eletromagnético
de linhas de transmissão. Sua escolha não está ligada somente a
aspectos técnicos, mas também a econômicos. Existem diversos tipos
de condutores, que devem ser escolhidos dependendo da sua
aplicação. Os cabos de transmissão e distribuição subterrâneo, por
exemplo, são os mais complexos. Este tipo de cabo, além de possuir
vários fios condutores entrelaçados, normalmente de alumínio,
apresenta outras camadas semicondutores e isolantes (LEÃO, 2009).
• Os cabos de alta tensão têm características bem diferentes dos cabos
de baixa tensão. Além de condutor de cobre ou alumínio no centro do
cabo , ele ainda possui outras camadas ao seu redor.
• Logo ao redor do condutor central, existe uma camada de fita
semicondutora. Depois, a isolação propriamente dita que pode ser de
diversos materiais, como por exemplo, PVC (cloreto de polivinila),
XLPE (polietileno) ou EPR (etileno propileno).
• Ao redor da isolação existe outra camada de fita semicondutora.
Depois está instalada a blindagem ou malha de aterramento e a
ultima camada é de uma proteção mecânica de borracha.
CARACTERÍSTICAS GERAIS
MATERIAIS CONDUTORES
ISOLAÇÃO
• As isolações dos cabos de potência podem ser constituídas por materiais sólidos e do
tipo estratificadas;
a) Sólidos
• Termoplásticos:
 Cloreto de Polivinila (PVC);
Polietileno;
• Termofixos:
Borracha Etileno Propileno (EPR);
 Polietileno Reticulado (XLPE).
Aplicações por material:
PVC: teletransmissão a média distância;
EPR: tensões ≤ 69kV
 XLPE: tensões ≤15kV em cabos de média tensão
• b) Estratificadas:
Usam papel impregnado, uma isolação estratificada
constituída por fitas delgadas de papel distribuídas
helicoidalmente em diversas camadas e impregnadas
com material isolante;
O papel impregnado é utilizado nos cabos a óleo sob
pressão, aplicado na área de transmissão subterrânea
(faixa de 69 a 345kV no Brasil e 1100kV no exterior);
OBS:
Isolação: tem um sentido qualitativo – isolação de um
cabo de PVC;
Isolamento: tem um sentido quantitativo – isolamento
de 15kV.
Materiais de Isolação
Materiais Isolantes
Temperaturas Características das Isolações 
Usuais
Características Mecânicas da Isolação
RESISTÊNCIA A AGENTES QUÍMICOS
Blindagens
• Objetiva confinar o campo elétrico e não criar gradientes de tensão
em pontos específicos do condutor o que pode reduzir a vida útil;
• Elimina a possibilidade de choque elétrico;
• Promove um caminho de baixa impedância para as correntes de falta
para a terra;
• Consiste na aplicação de camadas condutoras ou semicondutoras;
• Trata-se duas fitas de papel semicondutoras aplicadas
helicoidalmente
• O uso de metais não magnéticos em volta de condutores não blinda
contra campos magnéticos;
• Para isso é preciso de envolver um conjunto de condutores com um
escudo metálico, o que reduz os efeitos da interferência eletromagnética
ou o ruído elétrico;
• BLINDAGEM ELETROMAGNÉTICA – elimina o ruído magnético. Qualquer
campo magnético que passar através do condutor tenderá a ser eliminado
pelos circuitos adjacentes;
• BLINDAGEM ELETROSTÁTICA – Elimina o ruído estático, causado por
campos elétricos irradiados por fontes de tensão e são acoplados
capacitivamente aos fios dentro de um circuito de instrumentos. Pode-se
usar blindagens metálicas.
• Blindagens de Fita de poliéster + alumínio e
cabo dreno – atenua ruídos de frequência alta;
• Blindagens com Tranças – (gaiola de FARADAY)
consiste em um conjuntos de fios de cobre nu ou
estanhado entrelaçados. Minimizam a
interferência de baixa frequência;
• Blindagens combinadas de Fita de poliéster +
alumínio e cabo dreno / trança de cobre –
aumentam a eficiência na imunidade dos ruídos
de frequência baixa ou alta e também deixa o
cabo protegido de interferências
eletromagnéticas;
• Fita de cobre nu – são utilizadas em cabos onde
os condutores são reunidos em coroa concêntrica
e necessitam de blindagem eletrostática
Capas
• Função de proteger a isolação de um cabo contra agentes do meio;
• Tipos:
• a) Metálicas
• b) Não metálicas
• a) Capas Metálicas (chumbo) - oferecem proteção contra:
• Umidade
• Deterioração
b) Capas Não Metálicas – materiais constituintes podem ser:
• PVC
• Polietileno
• Neoprene
• Polietileno reticulado e poliuretano
Oferecem proteção contra:
• Umidade
• Agentes químicos
• Agentes atmosféricos
• Mecânicos
• Isolamento elétrico
Em alguns casos, no entanto, se faz
necessária proteção adicional contra agentes
externos (esforços longitudinais, esforços
transversais, roedores, etc);
Tipos: fitas, fios, ou tranças de aço, alumínio,
cobre ou bronze
Propriedades dos Condutores
• Resistência ao fogo
• Preço, custo e perdas
• Resistência à tração
• Nível de isolação
• Resistividade
• Dissipação de calor
• Permeabilidade
Temperatura característica dos condutores em 
função do isolante
• ϴz - temperatura de serviço contínuo (normal)
• ϴsc – temperatura de sobrecarga
– < 100 h em 11 meses consecutivos
– < 500 h na vida útil do condutor
• ϴcc – temperatura de curto-circuito (t<5
segundos)
Aplicação
• Na dúvida, use um coeficiente de segurança maior; 
• Procure ficar atualizado sobre os materiais técnicas de instalação.
Tipos de construções usuais de condutores 
elétricos
• Existem várias alternativas para a construção de condutores de cobre
ou alumínio;
• São escolhidas em função de suas características ou da tecnologia
disponível, podendo interferir no desempenho final;
• - Examinaremos a seguir as mais usuais em relação ao cobre;
• - Estas classificações podem ser encontradas na NBR 6880
Redondo sólido
• Classificado pela norma como classe 1, este condutor é constituído
por um único fio;
• Muito utilizado no passado, sua aplicação está cada vez mais reduzida
devido a sua baixa flexibilidade, dificultando a instalação e
aumentando a probabilidade de ocorrência de defeitos superficiais;
• Nos últimos anos, tem sido substituído pelos cabos flexíveis.
Redondo Normal
• Este condutor é classificado como classe 2, também
conhecido como condutor semirrígido;
• Constitui-se de um fio longitudinal, em torno do qual
são colocadas, em forma de espiral, uma ou mais
coroas de fios de mesmo diâmetro do fio central;
• Este condutor tem número fixo de fios (7, 19, 37, 61,
etc.), que possibilitam uma distribuição bem definida;
• Muito usado no passado em condutores de todas as
classes de tensão, atualmente está sendo substituído
nos cabos de baixa tensão por condutores flexíveis.
Redondo Compacto
• Classificado como classe 3;
• Apresenta menor diâmetro externo do que o condutor redondo
normal devido à “compactação” que o condutor sofre após ser
encordoado;
• Esse processo reduz a quantidade de vazios entre os fios, sendo este
tipo de condutor o mais recomendado para cabos de média e alta
tensão.
Flexível e Extra-Flexível
• Classificados como classe 4, 5 e 6;
• São condutores formados por vários fios encordoados de forma helicoidal;
• Classe 4: deverá ser eliminada da NBR;
• Classe 5: são mais adequados para instalações de baixa tensão. Em uma
instalação, o condutor flexível apresenta grande vantagem principalmente
no manuseio, na puxada pelos eletrodutos e nas montagens em
eletrocalhas, reduzindo a possibilidade de ocorrência de defeitos
superficiais;
• Classe 6: são condutores extremamente flexíveis para uso principalmente
nas aplicações especiais em equipamentos de uso móvel.
• Exemplo de uma seção nas diferentes categorias
• Condutor 10 mm²:
• Classe 1 - Um único fio circular
• Classe 2 - Sete fios não compactados ou seis fios compactados
• Classe4 - Quarenta e cinco fios
• Classe 5 - Setenta e dois fios
• Classe 6 - Duzentos e setenta e dois fios
Cabos de Potência
• Os cabos podem ser classificados de diversas maneiras. Os mais
utilizados em projetos linhas de transmissão são:
• AAC (“All Aluminum Condutor”): Este tipo é composto por vários
fios de alumínio encordoados;
• AAAC (“all aluminum alloy condutor”): Mesmo princípio dos cabos
AAC, porém neste caso são utilizadas ligas de alumínio de alta
resistência. É o cabo com menor relação peso/carga de rupturas e
flechas, mas é o de maior resistência elétrica entre os aqui citados;
• ACSR (“aluminum condutor steel-reiforced”): É também
denominado de cabos CAA. Composto por camadas concêntricas
de fios de alumínio encordoados sobre uma alma de aço, que pode
ser um único fio ou vários fios encordoados.
• ACAR (“aluminum condutor, aluminum alloy-reinforced”): É
composto de maneira idêntica aos cabos do tipo ACSR, porém ao
invés de se utilizar alma com cabos de aço, utiliza-se alma com fios
de alumínio de alta resistência mecânica. Assim, a sua relação
peso/carga de ruptura fica ligeiramente maior do que a do cabo
ACSR.
• No Brasil, praticamente todas as linhas de alta e extra-alta tensão
(acima de 230 kV) utilizam cabos condutores do tipo ACSR. A
relação entre o número de fios de alumínio e de fios de aço dá a
formação do cabo. Dependendo da situação, esta formação resulta
no melhor peso/carga de ruptura para o projeto (LEÃO, 2009).
Causas de Avarias em Cabos
• a) Causas Internas
• Sobretensão: 
• provoca a perfuração do isolante:
• operações incorretas na rede;
• descargas atmosféricas;
• Sobre-intensidade devido aquecimento:
• provoca envelhecimento acelerado do 
material isolante;
• ruptura dos condutos;
• Envelhecimento natural do isolante:
• perda de rigidez dielétrica.
• b) Causas Externas
• Origens Mecânicas:
• choque no transporte;
• choque na instalação;
• escavação e movimentação do solo;
• Origem Elétrica:
• eletrólise das camadas (correntes de retorno – rede elétrica), 
sistemas de tração em ferrovias;
• Instalações Inadequadas:
• temperatura ambiente excessivamente baixa (torna o isolante frágil);
• emendas mal feitas
Tipos de Defeitos
• Defeito de isolamento entre condutor e massa (terra);
• Defeito de isolamento entre condutores;
• Ruptura de condutor ou condutores sem defeito de 
isolamento;
• Ruptura de condutor ou condutores com defeito de 
isolamento;
• Defeito de Isolamento: é localizado através da medição de 
resistência com Megaohmímetro (MEGGER);
• Defeito de Ruptura: é localizada através da medição da 
capacitância com Capacímetro.
ARBORESCÊNCIA EM CONDUTORES
• Um dos principais causadores de
defeitos em materiais poliméricos
utilizados como isolantes;
• O termo é aplicado ao problema
causado em um dielétrico submetido a
uma solicitação elétrica;
• O aspecto resultante assemelha-se a
forma de uma árvore;
• Este defeito reduz consideravelmente a
rigidez ou suportabilidade do material
conduzindo à ruptura dielétrica.
Exercícios
1 - O termo condutor elétrico é usado para designar um produto destinado a transportar corrente (energia) elétrica,
sendo que os fios e os cabos létricos são os tipos mais comuns de condutores. A esse respeito, analise as
afirmativas abaixo.
I - Os cabos propagadores de chama são aqueles que entram em combustão sob ação direta da chama,
mantendo-a mesmo após a sua etirada. Pertencem a essa categoria o EPR e o XLPE.
II Dependendo do número de fios componentes de um cabo e do diâmetro de cada um deles, um condutor
apresenta diferentes graus de flexibilidade de acordo com a classe desse condutor, sendo que, quanto mais alta a
classe, menor a flexibilidade do cabo durante o manuseio.
III - Os condutores isolados com isolação de PVC são não propagantes de chama.
De acordo com a Norma, Está correto o que se afirma em qual(is) afirmativas? Justifique.
2- Considere as afirmativas abaixo a respeito dos condutores utilizados :
I. O elemento condutor de alumínio possui maior densidade que o de cobre.
II. A isolação de EPR suporta uma maior temperatura de operação em regime contínuo que a isolação 
PVC.
III. O condutor unipolar é composto pelo elemento condutor e pela isolação.
Está correto o que se afirma em qual(is) afirmativas? Justifique.
3 - A respeito da isolação dos fios e cabos, analise as afirmativas a seguir.
I. O condutor com isolação de XLPE possui menor capacidade de condução que o de isolação de 
PVC.
II. A temperatura de trabalho dos condutores determina a capacidade de condução de corrente 
elétrica. 
III. O condutor com isolação de EPR possui uma maior capacidade de sobrecarga que o de isolação 
de PVC.
Está correto o que se afirma em qual(is) afirmativas? Justifique.
4 – Nos fios e cabos para instalações elétricas, podemos afirmar:
a) Somente a parte metálica responde ao quesito capacidade de condução de corrente dos cabos e 
fios
b) Somente nos cabos a isolação PVC determina a tensão de isolação
c) Em fios e cabos, a capacidade de condução de corrente se relaciona com a seção do material 
condutor e ao
material de isolação
d) Somente nos cabos a capacidade de condução de corrente corresponde à maneira de instalar
5 - Em instalações elétricas de baixa tensão são utilizados, normalmente, condutores elétricos com 
isolações de PVC, EPR e de XLPE. Sabe-se que o EPR e o XLPE são capazes de suportar uma 
temperatura maior que o PVC.
A. os condutores com isolações diferentes são utilizados apenas para atender à questão da 
suportabilidade térmica do cabo, não havendo qualquer relação com a sua capacidade de condução.
B. os condutores com isolação de EPR ou XLPE possuem uma capacidade de condução elétrica menor 
do que os com isolação de PVC, mesmo tendo as mesmas bitolas.
C. os condutores possuem a mesma capacidade de condução, independente do material isolante, 
tendo em vista que somente a bitola do fio determina essa capacidade.
D. os condutores com isolação de EPR ou XLPE possuem uma capacidade de condução elétrica maior 
do que os com isolação de PVC, mesmo tendo as mesmas bitolas.
E. os condutores de EPR ou XLPE somente suportam uma sobrecarga maior que os de PVC.