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https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3372| Tipo: | Tese |
| Título: | Avaliação dos fatores de envelhecimento dos cabos cobertos de classe 15 kv e seus impactos sobre a coordenação de isolamento |
| Autor(es): | FARIA, Gabriel Henrique de |
| Primeiro Orientador: | WANDERLEY NETO, Estácio Tavares |
| metadata.dc.contributor.advisor-co1: | LOPES, Gustavo Paiva |
| Resumo: | As Redes de Distribuição Compactas (RDCs) proporcionam maior confiabilidade ao sistema elétrico de média tensão devido à proteção de polietileno presente nos cabos, a qual evita desligamentos indevidos por meio de contatos momentâneos entre os cabos e objetos aterrados. Além disto, o ganho de confiabilidade também está relacionado ao aumento da suportabilidade dielétrica do sistema, resultante da maior rigidez dielétrica do polietileno em comparação com o ar. No entanto, o polietileno apresenta envelhecimento acelerado se comparado com a isolação de porcelana e vidro, comumente utilizados nas redes convencionais (sem proteção nos cabos). A degradação do polietileno é ainda maior em áreas de elevada temperatura, umidade e poluição. Desta maneira, o envelhecimento do polietileno pode acarretar ao sistema elétrico diversos transtornos, como o aumento na quantidade de serviços de manutenção na rede, troca de equipamentos, curtos-circuitos, entre outros. Por outro lado, há na literatura uma escassez de métodos laboratoriais capazes de promover o envelhecimento acelerado dos cabos cobertos utilizados na RDC. A maioria dos métodos leva em consideração a avaliação de outros componentes poliméricos e muita das vezes, os métodos mais eficazes, são de difícil implementação laboratorial e apresentam custos elevados. Desta maneira, este trabalho propõe dois métodos próprios para a realização do envelhecimento dos cabos cobertos em conjunto com os isoladores poliméricos. O primeiro método de envelhecimento consistiu na utilização de dois fatores: aplicação de tensão nos cabos igual ao dobro da tensão fase-terra da rede e poluição causada por névoa salina. O segundo método adicionou o efeito térmico, devido a indução de corrente no cabo coberto a fim de obter 60°C em sua superfície. Para caracterizar o envelhecimento e avaliar a qualidade das amostras, foram utilizados nesse trabalho ensaios de acompanhamento, divididos em ensaios físico-químicos e elétricos. O objetivo dos ensaios físico-químicos é de determinar a influência do envelhecimento na estrutura do XLPE, analisando o índice de oxidação (IO), a energia de ativação do processo de degradação (E), o calor de fusão (CF) e a hidrofobicidade superficial do XLPE. Por outro lado, com base em ensaios elétricos, este trabalho avalia o impacto do envelhecimento do polietileno reticulado (XLPE) presente na cobertura dos cabos, na coordenação de isolamento da RDC de classe 15 kV. Os ensaios elétricos realizados foram: medição de descargas parciais (DP), medição de corrente de fuga (CF) e suportabilidade ao impulso atmosférico. Por meio dos resultados, conclui-se que o segundo método de envelhecimento causou a degradação no material, aumentando os índices de oxidação das amostras e reduzindo a suportabilidade dielétrica da rede frente a surtos causados por descargas atmosféricas de polaridade positiva. Considerando o primeiro método, embora as amostras ensaiadas apresentaram falhas pontuais ao longo do ensaio, não foram observadas mudanças estruturais capazes de provocarem reduções na suportabilidade dielétrica da rede. Com bases nos resultados, foi possível equacionar a tendência dos parâmetros IO, CF e Tensão de Disrupção ao impulso atmosférico com relação ao tempo de exposição ao envelhecimento, através de regressão linear. Além disso, verificou-se que, mesmo envelhecido, a suportabilidade do conjunto ensaiado frente a impulso atmosférico é maior do que o Nível Básico de Impulso (NBI) da rede. O problema mais crítico para a rede é a ocorrência de falhas devido às descargas superficiais no material, em forma de erosões e trilhamentos. Portanto, este trabalho sugere uma metodologia de ensaio capaz de envelhecer os cabos cobertos da RDC e avaliar a qualidade do produto. |
| Abstract: | Compact Distribution Network (CDN) provides a great reliability for the medium voltage electric system due to the polyethylene protection present in the cables, avoiding system interruptions caused by non-permanent contact between the cables and ground objects. Besides this, the reliability increase is also associated with the dielectric supportability increase of the system, considering the greater dielectric strength of the polyethylene in comparison with dielectric strength of the air. However, the polyethylene presents accelerated ageing in comparison with the glass and porcelain insulators, which are widely used in the conventional distribution network (without protection on the cables). The polyethylene degradation is even more accentuated in high temperature, humidity and pollution areas. Therefore, the polyethylene ageing may cause problems in the electric system, such as the increase of the maintenance, equipment replacement and short-circuits. On the other hand, there is a scarcity in the literature of laboratory methods capable of promoting the accelerated aging of the covered cables used in CDN. Most methods take into account the evaluation of other polymeric components and, often, the most effective methods are difficult to implement in the laboratory and have high costs. In this way, this work proposes two own methods to evaluate the aging of the covered cables, installed on polymeric insulators during the tests. The first ageing method consisted in the utilization of two factors: voltage application equal to the double of the system phase-ground voltage and pollution caused by salt fog. The second method added the thermic effect, due to the current induction in the cable, with the purpose to obtain 60ºC on its surface. To characterize the aging and evaluate the quality of the samples, were used in this work monitoring tests, divided into physicochemical tests and electrical test. The goal of the physicochemical tests is to determinate the ageing influence in the XLPE structure, analyzing the oxidation factor (IO), the activation energy (E) of the degradation process, the fusion heat (C) and the XLPE surface hydrophobicity. On the other hand, considering the electrical tests, this work evaluates the impact of the polyethylene (XLPE) ageing, present in the covered cables, in the CDN insulation coordination of 15 kV voltage class. The electric tests used were: partial discharge measurement, leakage current (CF) measurement and lightning withstand. Considering the results, the second ageing method caused material degradation, increasing the oxidation factors and reducing the system lightning withstand considering positive voltage impulses. On the other hand, regarding the first method, although the samples tested presented punctual damages during the test, it was not observed structural changes capable of causing reductions in the lightning withstand of the system. Analyzing the results, it was possible to equate the trend of the parameters IO, CF and Disruptive Voltage, in relation to the aging exposure time, using linear regression. Besides this, it was verified that, even aged, the lightning withstand of the system is higher than the Basic Impulse Level (BIL) of the system. The critic problem for the CDN is the failures events caused by superficial discharge on the material, in the form of erosion and tracking. Therefore, this work presents an accelerated ageing test method and evaluates the quality of covered cables. |
| Palavras-chave: | Rede de distribuição compacta Cabos cobertos Isoladores poliméricos Envelhecimento acelerado Ensaios físico-químicos Ensaios elétricos Coordenação de isolamento |
| CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELÉTRICA::SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Editor: | Universidade Federal de Itajubá |
| Sigla da Instituição: | UNIFEI |
| metadata.dc.publisher.department: | IESTI - Instituto de Engenharia de Sistemas e Tecnologia da Informação |
| metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação: Doutorado - Engenharia Elétrica |
| Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
| URI: | https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3372 |
| Data do documento: | 29-Jun-2022 |
| Aparece nas coleções: | Teses |
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