A distribuição da tensão do campo elétrico em cabos de corrente alternada (CA) é uniforme, e o foco dos materiais isolantes do cabo está na constante dielétrica, que não é afetada pela temperatura. Em contraste, a distribuição da tensão em cabos de corrente contínua (CC) é maior na camada interna do isolamento e é influenciada pela resistividade do material isolante. Os materiais isolantes apresentam um coeficiente de temperatura negativo, o que significa que, à medida que a temperatura aumenta, a resistividade diminui.
Quando um cabo está em operação, as perdas no núcleo causam um aumento de temperatura, levando a alterações na resistividade do material isolante. Isso, por sua vez, faz com que a tensão do campo elétrico dentro da camada isolante varie. Em outras palavras, para a mesma espessura de isolamento, a tensão de ruptura diminui à medida que a temperatura aumenta. Para linhas de transmissão CC em usinas de geração distribuída, a taxa de envelhecimento do material isolante é significativamente mais rápida devido às flutuações na temperatura ambiente em comparação com cabos enterrados, o que é um ponto crítico a ser observado.
Durante a produção das camadas de isolamento de cabos, impurezas são inevitavelmente introduzidas. Essas impurezas possuem resistividade de isolamento relativamente baixa e são distribuídas de forma irregular ao longo da direção radial da camada de isolamento. Isso resulta em variações na resistividade volumétrica em diferentes locais. Sob tensão CC, o campo elétrico dentro da camada de isolamento também varia, fazendo com que as áreas com menor resistividade volumétrica envelheçam mais rapidamente e se tornem pontos potenciais de falha.
Cabos de corrente alternada (CA) não apresentam esse fenômeno. Em termos simples, a tensão nos materiais dos cabos de CA é distribuída uniformemente, enquanto nos cabos de corrente contínua (CC), a tensão no isolamento está sempre concentrada nos pontos mais frágeis. Portanto, os processos de fabricação e as normas para cabos de CA e CC devem ser gerenciados de forma diferente.
Polietileno reticulado (XLPE)Cabos isolados são amplamente utilizados em aplicações de corrente alternada (CA) devido às suas excelentes propriedades dielétricas e físicas, bem como à sua alta relação custo-benefício. No entanto, quando utilizados como cabos de corrente contínua (CC), enfrentam um desafio significativo relacionado à carga espacial, que é particularmente crítica em cabos de alta tensão CC. Quando polímeros são utilizados como isolamento em cabos CC, um grande número de armadilhas localizadas dentro da camada isolante causa o acúmulo de cargas espaciais. O impacto das cargas espaciais nos materiais isolantes se reflete principalmente em dois aspectos: distorção do campo elétrico e efeitos de distorção não relacionados ao campo elétrico, ambos altamente prejudiciais ao material isolante.
A carga espacial refere-se ao excesso de carga além da neutralidade elétrica dentro de uma unidade estrutural de um material macroscópico. Em sólidos, cargas espaciais positivas ou negativas estão ligadas a níveis de energia localizados, proporcionando efeitos de polarização na forma de pólárons ligados. A polarização por carga espacial ocorre quando íons livres estão presentes em um material dielétrico. Devido ao movimento iônico, íons negativos se acumulam na interface próxima ao eletrodo positivo e íons positivos se acumulam na interface próxima ao eletrodo negativo. Em um campo elétrico CA, a migração de cargas positivas e negativas não consegue acompanhar as rápidas mudanças no campo elétrico da frequência da rede elétrica, portanto, os efeitos da carga espacial não ocorrem. Em um campo elétrico CC, entretanto, o campo elétrico se distribui de acordo com a resistividade, levando à formação de cargas espaciais e afetando a distribuição do campo elétrico. O isolamento XLPE contém um grande número de estados localizados, tornando os efeitos da carga espacial particularmente severos.
O isolamento XLPE é reticulado quimicamente, formando uma estrutura reticulada integrada. Como um polímero apolar, o próprio cabo pode ser comparado a um capacitor de grande porte. Quando a transmissão de corrente contínua (CC) é interrompida, é equivalente a carregar um capacitor. Embora o núcleo do condutor esteja aterrado, não ocorre uma descarga efetiva, deixando uma quantidade significativa de energia CC armazenada no cabo como cargas espaciais. Ao contrário dos cabos de corrente alternada (CA), onde as cargas espaciais são dissipadas por meio de perdas dielétricas, essas cargas se acumulam em defeitos no cabo.
Com o tempo, devido a frequentes interrupções de energia ou flutuações na intensidade da corrente, os cabos isolados com XLPE acumulam cada vez mais cargas espaciais, acelerando o envelhecimento da camada isolante e reduzindo a vida útil do cabo.
Data da publicação: 10 de março de 2025