Why use semiconductor screen on high voltage cables up to 33 kv?

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Camadas semi-condutoras.

Nos cabos de média tensão e alguns especiais de baixa tensão, para além da camada isolante propriamente dita, são incluídas duas camadas semicondutoras, uma aplicada internamente e outra externamente, relativamente àquela.

Estas camadas semicondutoras, consistem em camadas extrudidas de resistência eléctrica reduzida de materiais compatíveis com os isolamentos com a função de criar zonas de transição perfeita entre o isolamento e a alma condutora e entre aquele e o ecrã metálico. Para tal é habitualmente utilizado o polietileno com aditivos (por exemplo, o carbono). Esta "dopagem" daquele material vai conferir-lhe alguma condutividade, permitindo assim obter um condensador perfeito.

A camada interna, denominada semicondutor interno, é aplicada por extrusão directamente sobre o condutor e tem por finalidade conter o campo eléctrico, dentro de uma superfície cilíndrica e o mais equipotencial possível, em torno deste. Deve possuir uma espessura adequada à eliminação das irregularidades dos fios que formam o condutor para evitar a concentração do campo eléctrico em pontos específicos correspondentes às referidas irregularidades da periferia do condutor. Sem esta blindagem, o isolamento ficaria sujeito a gradientes de potencial variáveis.

A camada externa, denominada semicondutor externo, é aplicada sobre o isolamento, podendo ser aderente ou facilmente destacável (pelável) desta, e tem como funções principais facilitar a aplicação do ecrã metálico e criar as condições necessárias à regularização e orientação do campo eléctrico, não danificando o isolamento, seja do ponto de vista eléctrico ou mecânico.

Em geral, o fabrico dos cabos de Média e Alta Tensão, no que se refere à aplicação das camadas semi-condutoras e de isolamento, é feito pelo processo de "Tripla Extrusão Simultânea", que consiste em fazer confluir os três materiais fundidos por canais distintos numa única cabeça, em simultâneo e sem presença de atmosfera contaminante, como poderia suceder nos processos convencionais de extrusão.

As blindagens semi-condutoras também têm aplicação em cabos de Baixa Tensão para a indústria mineira e para a utilização de equipamentos móveis. Esta camada permite captar qualquer corrente de defeito radial entre o condutor e o isolamento e transferi-la para um condutor auxiliar de drenagem ligado a um detector de defeitos, que permite desligar de imediato o circuito em causa.

Assim, ao mesmo tempo que se evita a possibilidade de um curto-circuito importante que destrua o cabo, elimina-se a possibilidade de a energia libertada na falha ser causa de incêndio ou deflagração.

A seguir, para melhor compreensão, apresenta-se a descrição de um cabo para Média Tensão:

Os elementos de um cabo são:

1 Alma condutora: a alma condutora é geralmente em cobre ou alumínio. Caracteriza-se principalmente pela natureza do metal, pela secção nominal e pela sua composição, que condicionam a flexibilidade e a resistência óhmica do condutor.

2 Semicondutor interior: criado para cabos a partir dos 10KV, pretende evitar a concentração do campo eléctrico nas irregularidades da superfície da mesma, o que seria prejudicial a um bom funcionamento do isolante. Este ecrã pode ser realizado por enfitamento ou extrusão.

3 Isolamento: A camada isolante é constituída por compostos dieléctricos sólidos, geralmente HEPR ou XLPE na maioria dos casos aplicados por extrusão.Estes materiais estabelecem os valores das correntes máximas em regime permanente. A espessura da camada isolante cresce com a tensão de serviço, mas depende também dos meios utilizados para uniformizar o campo magnético.

4 Semicondutor exterior: Capa de composto semicondutor extrudido sobre o isolamento e aderido ao mesmo.

Processo de extrusão: A extrusão é feita através de um processo de tripla extrusão, onde se aplicam as três capas extrudidas ao mesmo tempo. A reticulação do HEPR ou XLPE é feita numa atmosfera seca de N2, para evitar o contacto com a água durante o fabrico.

5 Fita hidroespansiva: Têm como função impedir a penetração radial de água. Esta camada tem um significado especial uma vez que a intrusão de água na camada isolante acelera o processo de envelhecimento dos materiais dieléctricos conduzindo assim a uma falha do cabo mais cedo que o previsto.

5 Ecrã metálico: Permite assegurar o escoamento das correntes capacitivas, bem como das correntes de curto-circuito - concretamente da componente homopolar da corrente de curto-circuito, protege contra as perturbações electromagnéticas no caso de cabos de telecomunicações, garante a protecção de pessoas, em caso de perfuração do cabo, já que este é colocado ao potencial da terra, por fim permite criar uma superfície equipotencial e orientar as linhas de força do campo eléctrico.

5 Fita de alumínio: É uma camada opcional na construção do cabo. Têm como função garantir a estanquidade longitudinal do cabo à penetração da água.

6 Bainha exterior: Cobertura exterior de PE opcionalmente grafitada, assegura a protecção química e mecânica do cabo fazendo a fronteira com o ambiente exterior ao cabo.