A distribuição de tensões do campo elétrico em cabos CA é uniforme, e o foco dos materiais de isolamento dos cabos está na constante dielétrica, que não é afetada pela temperatura. Em contraste, a distribuição de tensões em cabos 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 o aumento da 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 com o aumento da temperatura. Para linhas troncais CC em usinas de energia distribuídas, 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 de camadas de isolamento de cabos, impurezas são inevitavelmente introduzidas. Essas impurezas têm resistividade de isolamento relativamente menor e são distribuídas de forma desigual ao longo da direção radial da camada de isolamento. Isso resulta em resistividade volumétrica variável 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 potenciais pontos de falha.
Cabos CA não apresentam esse fenômeno. Em termos simples, a tensão nos materiais dos cabos CA é distribuída uniformemente, enquanto nos cabos CC, a tensão de isolamento está sempre concentrada nos pontos mais fracos. Portanto, os processos e padrões de fabricação para cabos CA e CC devem ser gerenciados de forma diferente.
Polietileno reticulado (XLPE)Cabos isolados são amplamente utilizados em aplicações de CA devido às suas excelentes propriedades dielétricas e físicas, bem como à sua alta relação custo-benefício. No entanto, quando utilizados como cabos de CC, enfrentam um desafio significativo relacionado à carga espacial, que é particularmente crítica em cabos de CC de alta tensão. Quando polímeros são utilizados como isolantes para cabos de 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 do campo não elétrico, ambos altamente prejudiciais ao material isolante.
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 polarons ligados. A polarização da carga espacial ocorre quando íons livres estão presentes em um material dielétrico. Devido ao movimento dos íons, 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 de frequência de energia, portanto, os efeitos de carga espacial não ocorrem. Em um campo elétrico CC, no entanto, 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 de carga espacial particularmente severos.
O isolamento XLPE é quimicamente reticulado, formando uma estrutura reticulada integrada. Como um polímero apolar, o próprio cabo pode ser comparado a um grande capacitor. Quando a transmissão CC é interrompida, isso equivale a carregar um capacitor. Embora o núcleo do condutor esteja aterrado, a descarga efetiva não ocorre, deixando uma quantidade significativa de energia CC armazenada no cabo como cargas espaciais. Ao contrário dos cabos de energia CA, onde as cargas espaciais são dissipadas por 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 em XLPE acumulam cada vez mais cargas espaciais, acelerando o envelhecimento da camada de isolamento e reduzindo a vida útil do cabo.
Horário da publicação: 10/03/2025