A bainha metálica em um cabo HV não é simplesmente uma blindagem enrolada em isolamento XLPE. Forma um limite elétrico ao redor do isolamento, participa de cálculos de tensão induzida e perdas, transporta uma parcela definida da corrente de falta à terra, e conecta o cabo às juntas, rescisões, caixas de links, terras, e limitadores de tensão de bainha. Na liderança- ou construções revestidas de alumínio, também pode fornecer uma barreira radial contra umidade.
Essas funções interagem. O aumento da área metálica pode melhorar a capacidade de corrente de falta e reduzir a resistência, ainda assim, uma resistência mais baixa pode aumentar a perda de corrente circulante sob ligação em ambas as extremidades. Isolar uma bainha pode reduzir essa perda, ainda cria requisitos de tensão permanente e proteção contra transientes. Um projeto tecnicamente completo deve, portanto, verificar a mesma bainha através de carga normal, falta, transitório, e condições de rota de longo prazo.
Cinco camadas de cabos são frequentemente resumidas na palavra “blindagem”.
Um cabo blindado de alta tensão contém várias camadas com diferentes funções. A tela do condutor suaviza a interface elétrica ao redor do condutor trançado. O isolamento XLPE carrega o principal estresse dielétrico. A tela de isolamento cria um limite externo controlado para esse isolamento. A tela ou bainha metálica fica fora da tela de isolamento e fornece um caminho metálico eletricamente contínuo. A cobertura polimérica protege e, onde necessário, isola eletricamente essa camada metálica da terra.
Essas camadas não são intercambiáveis. Uma tela de isolamento semicondutora controla a interface de campo, mas não substitui um caminho metálico de falha à terra. Uma blindagem de fio de cobre pode fornecer continuidade elétrica e uma seção transversal configurável, mas a camada de arame por si só não é uma barreira radial contínua contra a água. Uma bainha de alumínio soldado ou chumbo extrudado pode fornecer uma barreira metálica contra umidade, mas a seleção de materiais ainda precisa de mecânica, térmico, corrosão, fabricação, e verificações de interface de acessórios. Armadura, onde usado, tem uma função mecânica primária e não pode substituir automaticamente o circuito de bainha projetado.
| Camada ou componente | Função principal do sistema | Questão de design que permanece |
|---|---|---|
| Tela do condutor. | Cria uma interface elétrica suave sobre o condutor. | Como o sistema de extrusão controla a geometria, limpeza, e compatibilidade? |
| Tela de isolamento. | Define o limite equipotencial externo do isolamento principal. | Como as juntas e terminações restaurarão esse limite? |
| Tela ou bainha metálica. | Fornece continuidade metálica, conexão de ligação, e dever atual especificado. | Qual material, resistência, área, arranjo de ligação, e dever de culpa se aplica? |
| Barreira metálica contra umidade, quando presente. | Limita a entrada radial de umidade e também pode desempenhar a função de revestimento elétrico. | Como serão as soldas, articulações, proteção contra corrosão, flexão, e a fadiga sejam controladas? |
| Cobertura polimérica. | Protege o metal e pode isolá-lo da terra para uma ligação especial. | Qual integridade elétrica, mecânico, ambiental, e verificações pós-instalação se aplicam? |
Um projeto de bainha deve passar por quatro estados de sistema diferentes.
Uma folha de dados que nomeia apenas “bainha de alumínio” ou “tela de fio de cobre” deixa o importante trabalho inacabado. As dimensões materiais e nominais descrevem a camada física; eles não estabelecem seu desempenho no sistema de cabos conectado.
Estado 1: carga normal cria tensão induzida e calor.
A corrente do condutor CA produz fluxo magnético que liga a bainha metálica. A tensão induzida resultante depende da corrente, freqüência, geometria do cabo, arranjo de fase, comprimento da seção, e condutores próximos. O acordo de vínculo decide o que acontece a seguir.
Quando as bainhas são coladas em ambas as extremidades, o caminho fechado pode transportar corrente circulante. Essa corrente produz perdas adicionais e pode reduzir a capacidade de transporte de corrente do cabo. CEI 60287-1-1 fornece a estrutura de cálculo para perdas de condutores e bainhas em um único circuito. CEI 60287-1-2 aborda perdas por correntes parasitas para formações planas de circuito duplo definidas e distingue explicitamente bainhas com ligação cruzada ou de um ponto da ligação em ambas as extremidades com corrente circulante significativa.
Estado 2: uma falta à terra divide a corrente entre vários caminhos.
A bainha metálica pode transportar apenas parte da corrente total de falta à terra. A corrente pode se dividir entre as bainhas dos cabos, condutores de terra, grades de estação, caminhos metálicos paralelos, e terra de acordo com as impedâncias do sistema e ligação. A máxima corrente de falta prospectiva em uma barra não é, portanto, automaticamente a corrente atribuída a um revestimento de cabo.
CEI 60909-3 aborda correntes parciais de curto-circuito através da terra e inclui procedimentos para distribuição de corrente e fatores de redução de bainhas metálicas ou blindagens aterradas em ambas as extremidades. Depois que a divisão atual for estabelecida, a bainha, ligações de ligação, articulações, conexões de caixa de link, e condutores de aterramento precisam de verificações térmicas e mecânicas para a sequência de compensação aplicável. CEI 60949 fornece um método para corrente de curto-circuito termicamente admissível que leva em conta o aquecimento não adiabático; não elimina a necessidade de definir o material, condições iniciais e finais, duração, e o caminho atual real.
Estado 3: eventos de comutação e relâmpagos testam coordenação de isolamento.
A ligação especial permite deliberadamente que partes do sistema de bainha operem acima do potencial da terra. A tensão permanente na frequência industrial é apenas uma condição. Troca de eventos, impulsos relâmpago, falhas de terra, e as interações com equipamentos conectados podem impor tensão transitória através do isolamento de seccionamento da bainha, a bainha, isolamento de caixa de ligação, e limitadores de tensão de bainha.
Um SVL não é selecionado apenas pela tensão do sistema. Sua tensão contínua, nível de proteção, comportamento de sobretensão temporária, dever de energia, comprimento da conexão, arranjo de aterramento, e a relação com o isolamento protegido deve provir do estudo de coordenação de isolamento. Um nível de proteção mais baixo não é automaticamente mais seguro se a tensão normal ou temporária sobrecarregar o limitador.. Uma classificação mais alta não é automaticamente mais segura se não proteger o isolamento.
Estado 4: as condições da rota desafiam a barreira há décadas.
Uma bainha metálica pode compartilhar funções elétricas e ambientais. Os sistemas de revestimento de chumbo e alumínio podem fornecer proteção radial contra umidade quando sua continuidade e vedações acessórias permanecem intactas. Os fios de cobre podem definir um caminho de corrente de falta e uma conexão de ligação, muitas vezes com uma folha ou laminado separado onde é necessária uma barreira radial.
A rota então introduz exposição à corrosão, movimento cíclico, flexão, vibração, água da baía conjunta, forças de tração, expansão térmica, e danos na instalação. A cobertura externa torna-se importante porque os danos podem expor o metal, comprometer a proteção contra corrosão, ou derrotar um esquema de ligação isolada. CEI 60229 cobre revestimentos extrudados com função de proteção especial e inclui testes elétricos após a instalação. Um resultado de resistência do isolamento principal não demonstra que a cobertura permanece intacta.
A ligação muda a resposta; não é um acessório selecionado posteriormente.
Colagem sólida, ligação de ponto único, e ligação cruzada são arranjos de circuito em vez de graus de qualidade. A ligação sólida fornece um caminho contínuo de corrente de bainha e geralmente limita a tensão permanente, mas a perda circulante pode tornar-se material. A ligação de ponto único interrompe a circulação contínua em uma seção, enquanto está em pé tensão, continuidade da terra, isolamento de bainha, e proteção transitória precisam de controle. A ligação cruzada conecta seções menores sucessivas, de modo que as tensões induzidas podem ser canceladas em grande parte quando os comprimentos, geometria do cabo, relações de fase, e as conexões permanecem adequadamente equilibradas.
Uma transição de rota pode perturbar esse equilíbrio. Mudanças de trevo para formação plana, comprimentos de seção menor desiguais, mudanças na ordem das fases, realocação conjunta, circuitos paralelos, ou diferentes construções de cabos alteram o modelo de tensão induzida. O recente artigo XWA sobre Arranjos de ligação de tela de cabo MT explica as opções básicas do circuito. No nível de transmissão HV, os mesmos nomes exigem uma coordenação de isolamento específica do projeto, perda, falta, tensão de toque, e modelo de manutenção.
CIGRE TB 797 trata sistemas de cabos de transmissão AC em e acima 66 kV como exigindo um sistema de ligação de bainha com design exclusivo. Seu escopo une o cabo e acessórios com cabos de ligação, caixas de links, SVLs, aterramento, testes de instalação, e manutenção. Esse limite do sistema é a razão pela qual a seção transversal do cabo por si só não pode resolver o projeto de ligação.
A escolha do material segue o modo de falha, não é uma hierarquia.
Os fios de cobre permitem que a seção transversal metálica seja ajustada ao redor da tela de isolamento e permanecem compatíveis com a construção de cabos flexíveis. Uma solução separada de bloqueio de água ou laminado metálico pode ser necessária quando a rota exigir uma barreira radial. O alumínio soldado pode combinar continuidade metálica com uma barreira contínua contra umidade e menor massa que o chumbo, enquanto a qualidade da solda, formando, proteção contra corrosão, comportamento de flexão, e a vedação de acessórios permanecem críticas. O chumbo extrudado fornece uma barreira contínua e uma resistência química útil em projetos adequados, mas adiciona massa e requer atenção ao suporte mecânico, deformação cíclica, controles ambientais, e métodos de união compatíveis.
Nenhum nome de material prova capacidade de falha. Resistividade elétrica, área metálica efetiva, tolerâncias de construção, articulações, hardware de conexão, divisão atual, duração da falha, e temperatura permitida são importantes. Nenhum nome de material comprova a durabilidade da rota. O metal selecionado, bainha, sistema de bloqueio de água, selos, método de instalação, e o ambiente do solo ou do túnel devem trabalhar juntos.
Um único número de corrente de falta não é uma especificação de bainha.
Uma declaração como “corrente de falta por um segundo” permanece incompleta, a menos que o documento indique se a corrente é o valor total do sistema., corrente de sequência zero, ou a porção alocada à bainha metálica. Ele também precisa do tipo de falha, arranjo de aterramento, sequência de compensação, contribuição de ambos os lados, caminhos paralelos, estado de ligação, condição de carga inicial, e tratamento de dever repetido.
A sequência de projeto deve começar com os casos de falta da rede e divisão de corrente. Ele deve então identificar as tarefas mais severas da bainha e do componente de ligação e verificar a capacidade térmica e as conexões. Os mesmos casos regem a revisão da tensão de toque, aumento do potencial terrestre, estresse excessivo, e energia SVL. O IEC oficial procedimentos de distribuição de corrente fornecer uma referência neutra para o problema de divisão de corrente sem fornecer entradas específicas do projeto.
O desenho final deve unir a construção do cabo ao circuito da rota.
O 64/110(123) Faixa de cabos kV e 76/132(145) Faixa de cabos kV mostrar o contexto de construção específico da tensão. Um registro de projeto deve ir além unindo cada seção de cabo e acessório ao cálculo de ligação.
O registro controlado deve identificar o material metálico, área nominal, base de resistência longitudinal, barreira radial, e dever oversheath. Também deve corrigir a formação do cabo, espaçamento, comprimentos de seção, ordem de fase, conexões de ligação, localizações de caixas de links, ligações à terra, Dados SVL, e construção de chumbo de ligação. Correntes operacionais, casos de falha, tempos de compensação, limites de tensão permanente, casos transitórios, base de tensão de toque, testes de instalação, e acesso para manutenção completam o registro.
A verificação decisiva é a consistência. O desenho do cabo, comprimentos de fabricação, cronograma conjunto, diagrama de caixa de link, cálculo de perda, divisão de corrente de falha, estudo de coordenação de isolamento, e a rota as-built devem descrever o mesmo sistema elétrico. Se um registro mudar, os cálculos e interfaces afetados exigem revisão antes que a mudança se torne uma instrução de campo.