Cabos de alta tensão com isolamento de papel revestido de chumbo e prensa-cabos

Os cabos de energia destinam-se à transmissão e distribuição de eletricidade na área e à alimentação com coletores de corrente.

Embora os cabos sejam mais caros de instalar do que as linhas aéreas, eles estão sendo cada vez mais usados ​​como a solução preferida. Hoje, os cabos de alta tensão são operados principalmente em níveis de tensão de 380 kV, 110 kV, 35 kV, 20 kV, 10 kV e 400 V.

Enquanto hoje quase apenas cabos com isolamento plástico são produzidos e Bainha XLPE, o clássico cabo de alta tensão é o chamado cabo de papel.

Os cabos XLPE começaram a ser largamente colocados antes da década de 1980, embora em alguns países esse processo tenha começado mais tarde. Uma característica particularmente notável deste nível de tensão é a enorme variedade de tipos alternativos de cabos de polímero.

Cabos de alimentação isolados com papel (esquerda) vs. cabo XLPE

Cabos de alimentação com isolamento de papel impregnado

Cabos condutores isolados em papel têm quase a mesma estrutura básica para níveis de tensão de 400 V a 35 kV.Eles têm sido usados ​​para transmissão de energia desde a introdução dos primeiros sistemas de energia no final do século XIX.

Cabo de alimentação blindado com bainha de chumbo do século XX

Para tensões de operação até e inclusive 35 kV, tais cabos são feitos com isolamento de papel de cabo impregnado com breu de óleo em uma bainha e armadura de chumbo, dependendo das condições de instalação.

Cabos e fios colocados em navios usados ​​nas indústrias de mineração e manufatura e na agricultura são feitos principalmente com isolamento de borracha ou plástico em uma mangueira flexível feita de borracha ou PVC.

Os cabos de alimentação são diferenciados pelo número de núcleos: um, dois, três e quatro núcleos. Os condutores podem ser de fio único ou multifio, e em formato — redondo, setorial, segmentado e oval.

Como mencionado acima, um cabo de três fios com tensão de até 6 kV apareceu no final do século XIX. A princípio, era um cabo com fios redondos de cobre, uma espessa camada de isolamento impregnado de papel nos fios e a mesma espessura com uma camada comum (cinto) de isolamento nos fios isolados torcidos juntos, ou seja, sob um cabo bainha.

Um exemplo de cabo de chumbo em um anúncio da Kabelwerke Brugg de 1927.

Colocação de um cabo de 30 kV na Alemanha em 1928.

O desenvolvimento do cabo de alimentação vai no sentido de aumentar a tensão de trabalho do cabo e a confiabilidade de sua operação, mas não aumentando ainda mais a espessura da camada de isolamento, mas melhorando a qualidade e melhorando o uso do cabo de isolamento material no cabo.

A melhoria dos indicadores econômicos do cabo, ou seja,acima de tudo, a redução de seu preço é determinada pela economia de materiais básicos devido ao seu melhor aproveitamento e melhoria do processo tecnológico (redução do ciclo produtivo, redução de desperdícios e refugos na produção).

Na década de 1920, os condutores redondos em cabos de energia multicore foram substituídos por condutores de segmento e setor, já que o nível de produção de cabos havia aumentado tanto nessa época que se tornou possível produzir cabos de energia confiáveis ​​​​com condutores não redondos de até 10 kV inclusive .

O principal tipo de cabo de alimentação de papel impregnado é o cabo setorial.

Este cabo possui uma camada isolante em cada núcleo (isolamento de fase) e uma camada isolante comum sobre os três núcleos isolados torcidos entre si (isolamento de correia). isto, um cabo com campo não radial e pelo tipo de impregnação - cabo com impregnação viscosa.

Para designar um cabo deste tipo, são utilizados símbolos (marcas) consoante o tipo de blindagem e cobertura exterior, por exemplo:

• SG — cabo sem blindagem e capas sobre o chumbo,
• CA — uma camada de asfalto é aplicada à bainha de chumbo,
• SB - acima do chumbo está uma armadura de duas tiras de aço e uma cobertura de fio de cabo impregnado de betume (juta),
• SBG — igual ao projeto anterior, mas sem cobertura de juta sobre o para-choque,
• OP e SK — cabo com armadura de fios chatos ou redondos.

A primeira letra da marca indica a presença de uma casca e a última indica o tipo de capa protetora.

A fim de economizar chumbo reduzindo o diâmetro em cabos de energia de vários núcleos (dois, três e quatro núcleos), os condutores do cabo não são redondos, mas na forma de um setor ou segmento.

Um cabo de três núcleos com condutores de setor é aproximadamente 15% menor em diâmetro do que um cabo com condutores redondos da mesma seção transversal. A economia de chumbo decorrente da introdução de condutores setoriais em cabos tricondutores pode ser estimada em 20% em média.

Os condutores de um cabo trifásico podem ter a forma de uma oval que se aproxima de uma elipse. A vantagem dessa forma de veia é que a veia oval não tem cantos tão afiados quanto a veia setorial.

O uso de condutor oval em cabos de alta tensão de 35 kV pode fornecer alguma compensação para mudanças térmicas na composição de impregnação na camada de isolamento do cabo e, assim, melhorar a qualidade do cabo.

Os principais materiais isolantes dos quais a camada isolante do cabo de alimentação é feita na fábrica de cabos são papel para cabos e composto de leitura.

A impregnação da camada de papel do cabo é realizada para substituir o ar no papel e entre as camadas de fitas de papel com óleo mineral ou algum outro composto impregnante que seja mais forte na conexão elétrica.

A função do papel não é apenas segurar o composto de impregnação. A presença de papel na camada de isolamento do cabo permite obter uma camada de isolamento cuja resistência à ruptura é aproximadamente 3 vezes superior à resistência à ruptura da mistura impregnante.

O papel do cabo utilizado para a produção da camada de isolamento dos cabos de energia deve ter certas propriedades mecânicas que garantam uma sobreposição apertada das tiras de papel no núcleo do cabo, propriedades físicas necessárias para a execução adequada do processo de impregnação, e não deve conter impurezas, que reduzem as propriedades elétricas do papel após a impregnação.

A construção do cabo de 20 e 35 kV com isolação de correia não pode fornecer confiabilidade suficiente na operação, principalmente devido à presença de componentes de gradiente tangencial na isolação do cabo causada pela não radialidade do campo elétrico.

A esta tensão é aplicada uma estrutura com três veios de chumbo torcidos em uma armadura comum de tiras, convencionalmente designada pela marca OSB. Este projeto foi proposto pela primeira vez em 1923 por A. Yakovlev e S. M. Bragin.

Cabos de alta tensão para tensões acima de 20 kV sempre foram produzidos como um cabo de núcleo único, ou seja, com um campo elétrico radial, pois neste caso a confiabilidade do cabo em alta tensão é de particular importância.

Para 110 e 220 kV são usados ​​principalmente cabos cheios de óleo cuja principal característica é que o isolamento de papel deste cabo é impregnado com óleo mineral de baixa viscosidade, que pode se mover facilmente ao longo do cabo ao longo do núcleo oco central sob a influência do excesso de pressão criado no cabo.

Quando a temperatura do cabo muda, o óleo em movimento livre permite compensar com a ajuda de equipamentos de energia as mudanças de temperatura no volume da camada isolante, que no cabo com impregnação viscosa levam à formação de vazios e destruição.

A presença de um núcleo oco permite secar e alimentar o cabo na produção de forma que praticamente não permaneçam bolhas e inclusões de gás.

Na produção, o cabo é enrolado em um tambor e conectado a um tanque de óleo especial sob uma certa pressão positiva. Graças a este dispositivo, não se formam inclusões de gás no cabo, mesmo com mudanças significativas de temperatura.

Cabo moderno OSB-35 3×120 para tensão 35 kV

Vedações de cabos

São fornecidos terminais de cabos e conectores para permitir que os cabos sejam conectados a outros equipamentos ou entre si.

Como os cabos são feitos com um comprimento limitado, são necessários acessórios de conexão - os chamados prensa-cabos. O trabalho da caixa de cabo é conectar as duas extremidades do cabo uma à outra.

Uma demonstração de um link de cabo de 30 kV do Museu de Leipzig que, quando aberto, mostra como esse link de cabo funciona:

A ligação direta do fio de alumínio é soldada e usinada com lima de alumínio. No caso dos fios de cobre, são colocadas as chamadas mangas de solda, os núcleos dos cabos e soldados.

Os condutores de metal nu são embrulhados à mão com papel oleado de 10 a 30 mm de largura até que a espessura do isolamento seja 2,5 vezes a espessura do isolamento do cabo.

Antes de enrolar, a mistura de cabo e papel deve ser aquecida a 130 graus para que a umidade possa evaporar. Fogões a carvão abertos foram usados ​​​​para isso. Claro, isso só era possível ao ar livre.

Para evitar a entrada de umidade nas buchas, uma bucha interna de chumbo ou aço galvanizado fabricada na fábrica é usada para conectar as bainhas de chumbo e soldá-las firmemente.

Pouco antes do final do processo de soldagem, o composto do cabo é derramado no orifício para evitar bolsões de ar.

Ao realizar o processo de impregnação do cabo de alimentação, todas as medidas devem ser tomadas para evaporar a umidade remanescente na camada de isolamento antes da impregnação. e impregnar o mais completamente possível toda a camada de isolamento do cabo, minimizando as inclusões de ar que podem se formar na camada de isolamento durante os sussurros NS.

O composto de impregnação deve passar por limpeza periódica das impurezas mecânicas, tratamento a vácuo para retirar a umidade acumulada durante a impregnação do cabo, e desgaseificação para retirar o gás (ar) nele dissolvido.

Antes que a chamada "manga interna de chumbo" seja encerrada em uma carcaça de aço fundido e preenchida com isolamento de resina, devem ser feitas conexões metálicas entre o reforço da tira de aço e a bainha de chumbo.

Depois de esfriar por pelo menos 3 horas, o soquete instalado pode ser usado por muito tempo (30 anos ou mais).

Para obter mais informações sobre o dispositivo e a tecnologia para instalação de vedações de cabos para cabos de energia, consulte aqui:Conectores do cabo de alimentação