Seção: Teleco español

O polietileno é um polímero sintético obtido pelo processo de polimerização do monômero etileno. Este polímero possui excelentes propriedades elétricas, entre as quais podem ser citadas: alta resistividade volumétrica, baixa permissividade, baixo fator de dissipação e alta rigidez dielétrica em corrente alternada e impulso. Dependendo das condições impostas no processo de polimerização (adição de catalisadores, condições de temperatura e pressão), obtém-se o polietileno de baixa densidade (LDPE) ou o polietileno de alta densidade (HDPE). O LDPE e o HDPE são materiais poliméricos termoplásticos que podem ser moldados por etapas de aquecimento, moldagem e resfriamento. É a partir do LDPE que se obtém o polietileno entrecruzado (XLPE), o qual apresenta mecanismos de envelhecimento e degradação quando submetido a diferentes estresses, levando à ruptura elétrica do material (BRESSAN, 2006).

Efeitos de envelhecimento de cabos isolados com polietileno

Denomina-se envelhecimento o processo de mudança não reversível das características isolantes do material que ocorre com o passar do tempo de uso. Os fatores de envelhecimento podem ser internos ou externos e estabelecem seus mecanismo pela conjunção de vários fatores, devido a solicitações das seguintes naturezas, e que podem se dar em conjunto ou separadamente: elétrica, térmica, mecânica e química (RIBEIRO, 2008).

Descargas parciais

Nos dielétricos sólidos, a ruptura elétrica representa a destruição do dielétrico na porção onde se realizou. As descargas parciais nos isolantes ocorrem devido à existência de microvazios ou à heterogeneidade do material com pontos de elevada condutividade, tal como ocorre nos pontos de defeitos nos semicondutores junto ao isolante. Estes defeitos levam a concentração das linhas de campo elétrico nas suas proximidades. Essa concentração de linhas de campo dá inicio ao processo de descargas parciais que erodem as cavidades no interior do dielétrico até a sua perfuração (RIBEIRO, 2008).

Descarga parcial superficial é a descarga que ocorre na superfície de um material dielétrico, normalmente partindo de um eletrodo para a superfície. Quando o campo elétrico paralelo à superfície excede certo valor crítico, inicia-se o processo de descarga superficial. Assim como as descargas internas, as descargas externas superficiais ocasionam alterações na superfície, iniciando caminhos condutores que se propagam ao longo da direção do campo elétrico. Estes caminhos condutores, conhecidos como trilhamento, também podem levar o isolamento à ruptura total (RIBEIRO, 2008).

Trilhamento Elétrico

Os processos naturais de umidificação, oxidação e contaminação das superfícies de isolantes elétricos empregados para uso externo (ao tempo) produzem uma elevada condução de corrente elétrica, com a diminuição da resistividade do material elétrico. A trilha é definida como um caminho condutor permanente formado na superfície do isolante. A circulação de corrente em superfícies com a condutividade aumentada, como por exemplo, pela umidade, leva a um aquecimento do local que causa a evaporação da água e, consequentemente, diminui a condutividade e cria regiões secas (dry band arcing) com valores elevados de temperatura. Durante a repetição dos processos de umidificação e secagem da superfície, pequenos arcos ocorrem entre pontos mais condutores, produzindo a carbonização do material isolante (trilhamento) ou a perda do material (erosão). Este fenômeno é, portanto, caracterizado pela formação de resíduos carbonosos acompanhados por cintilações luminosas, chamadas correntes de fuga, e leva à deterioração do material isolante com a formação de trilhas (RIBEIRO, 2008).

Efeito Corona

Aparece na superfície dos condutores de uma linha aérea de transmissão quando o valor do gradiente de potencial aí existente exerce o valor do gradiente crítico disruptivo do ar. Mesmo em um campo elétrico uniforme, entre dois eletrodos planos paralelos no ar, uma série de condições controla esta tensão disruptiva, tais como a pressão do ar, a presença do vapor d’água, o tipo de tensão aplicada e a fotoionização incidente. No campo não uniforme em torno de um condutor, a divergência do campo exerce influência adicional, e qualquer partícula contaminadora, como poeira, por exemplo, transforma-se em fonte pontual de descargas (FUCHS, 1977).

Trazendo esta definição para o cenário no qual o cabo ADSS está inserido, encontra-se o efeito corona nas pontas das varetas dos conjuntos de ancoragens ou de suspensões. Estas varetas ao estarem submetidas ao campo elétrico gerado pelos condutores e somadas às condições citadas acima, tais como água e poeira, ocasionam descargas pontuais conhecidas por “centelhamento”.

Arborescência elétrica (Electrical tree)

É o fenômeno de pré-ruptura que está associado, principalmente, à existência de vazios e impurezas no interior da isolação e com a ocorrência de descarga parcial quando o dielétrico está submetido a um campo elétrico. As descargas parciais causam o aquecimento de pontos localizados. Este processo de degradação é reconhecido pela formação de canais, a partir do ponto de origem, que apresentam a forma de um arvoredo. As arborescências elétricas produzem cavidades em forma de canais, com encaminhamento paralelo ao campo elétrico aplicado, e são resultantes da decomposição do material (RIBEIRO, 2008; FRAGOSO, 2011; BRESSAN, 2006).

Arborescência úmida (Water tree)

Relaciona-se com a difusão de umidade ou vapor de água pelo dielétrico, comum aos materiais poliméricos que, apesar da aparência consistente e de baixa permeabilidade, têm essa característica. Diferente da arborescência elétrica, que apresenta um crescimento rápido levando a ruptura do polietileno em pouco tempo, a arborescência em água tem crescimento lento e a ruptura do material ocorre com seu processo de envelhecimento, em torno de dez anos de vida. A arborescência em água consiste de caminhos filamentares entre pequenas cavidades, paralelos ao campo elétrico, pelos quais a umidade penetra sob a ação de um gradiente elétrico. A umidade pode estar no estado líquido ou de vapor e com a temperatura de trabalho do dielétrico. Os pontos com a água serão os mais quentes e, portanto, submetidos à alta pressão e grande concentração de campo elétrico. Essas condições levam o vapor de água a se difundir a partir do ponto inicial para as proximidades (RIBEIRO, 2008; FRAGOSO, 2011; BRESSAN, 2006).

Polietileno entrecruzado (XLPE)

O XLPE, por se tratar de um material termofixo, permite sua instalação em temperatura de regime permanente de 90^oC ou 105^oC (recomendável), possuindo maior resistência a deformação. Porém, o XLPE tem restrição de seu uso para operação em contato prolongado com água (TEIXEIRA, 2001).

No início, o XLPE foi formulado com negro de fumo disperso na base polimérica, para conferir resistência à radiação ultravioleta e ao trilhamento elétrico. Posteriormente, o negro de fumo foi substituído por outros bloqueadores de UV, objetivando conferir uma maior resistência e estabilidade ao fenômeno de trilhamento (TEIXEIRA, 2001).

Borracha etilenopropileno (epr)

A Borracha Etilenopropileno (EPR) é um polímero obtido a partir da copolimerização do etileno e propileno (EPM) ou um terpolímero etileno propileno dieno monômero (EPDM), dando origem a um elastômero com ótimas características físicas (TEIXEIRA, 2001).

É um material resistente e tem a sua aplicação em cabos que tenham contato prolongado com a água. Permite a utilização de cabos em regime permanente de temperatura de até 105^oC a 130^oC (TEIXEIRA, 2001).

Cabos isolados em EPR são mais resistentes ao fenômeno de arborescência em água. Enquanto nos cabos isolados em XLPE este problema pode aparecer após 5 ou 6 anos (não existe uma referência muito precisa), nos cabos isolados em EPR só irá ocorrer após 20 ou 30 anos (PRYSMIAN, 2013).

Revestimento externo dos cabos ADSS

Externamente aos demais elementos do cabo devem ser aplicados, por extrusão, um revestimento de material termoplástico, na cor preta, contendo aditivos adequados. O revestimento externo deve ser resistente à luz solar e às intempéries. A pedido do comprador, o revestimento externo pode ter ou não características de retardância à chama (ABNT NBR 1530).

Sobre o núcleo do cabo e do elemento de tração externo é aplicado, por um processo de extrusão, o revestimento de polietileno. Este revestimento em polietileno de baixa densidade (retardante à chama ou não) deverá ser utilizado em aplicações de redes aéreas onde os campos eletromagnéticos no ponto de ancoragem dos cabos sejam menores que 12kV.

Para cabos instalados em redes de transmissão que poderão estar susceptíveis a dois fenômenos conhecidos como arco voltaico seco (dry band arcing) e o trilhamento, onde o potencial elétrico no ponto de ancoragem exceda 12kV, porém limitados abaixo de 25kV, um revestimento externo resistente ao efeito “tracking” deverá ser utilizado.