Análise de falhas em cabos

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Como cabos elétricos que conectam diversos equipamentos elétricos, transmitindo e distribuindo energia elétrica, eles são cada vez mais utilizados devido às suas vantagens, como segurança, baixo custo de manutenção, alta estabilidade e contribuição para a melhoria da qualidade da energia elétrica. Atualmente, as falhas causadas pelos cabos de energia representam uma parcela considerável de todas as falhas no fornecimento de eletricidade. Como determinar rapidamente e com precisão a localização do ponto de falha e identificar o tipo de defeito tornou-se uma das técnicas mais importantes no uso e operação de cabos elétricos. 1. Causas de falhas nos cabos A causa mais direta de falhas nos cabos é a redução da isolação, que leva à sua ruptura. Existem muitos fatores que causam a redução da isolamento. Com base na experiência prática de operação, eles podem ser resumidos nos seguintes casos: 1.1 Danos mecânicos: danos causados durante a instalação, como acidentes ao manipular o cabo, força excessiva de tração que danifica o cabo, ou curvaturas excessivas que também causam danos ao cabo ； Danos causados por forças externas diretas: Durante a instalação, obras de construção são realizadas ao longo do percurso do cabo ou nas proximidades dele, o que causa danos diretos ao cabo devido a essas forças externas. Danos causados por forças externas indiretas: As vibrações ou cargas impactantes dos veículos em movimento podem causar rachaduras na camada de chumbo (alumínio) que reveste os cabos subterrâneos ； Danos causados por fenômenos naturais: como a expansão da resina isolante nos conectores intermediários ou nas extremidades, o que pode causar rachaduras na carcaça ou no revestimento do cabo ； Devido ao movimento natural do cabo, a cobertura externa do cabo, localizada na abertura do tubo ou nos suportes, acaba se arranhando ； Devido à subsidência do solo, são geradas forças excessivas que rompem as conexões intermediárias ou os condutores. 1.2 Isolação umedecida: A umidificação da isolação causa falhas. As principais causas de um cabo ficar úmido são: a entrada de água devido à estrutura não selada das caixas de conexão ou das caixas terminais, ou à instalação inadequada delas ； O cabo foi fabricado de maneira inadequada; a capa metálica possui pequenos orifícios ou fissuras ； A capa metálica é perfurada devido a cortes ou corrosão causados por objetos externos ； 1.3 Envelhecimento e degradação da isolação: As lacunas de ar presentes no meio isolante do cabo, sob a ação do campo elétrico, causam a liberação de cargas, o que leva à diminuição da capacidade de isolamento. Quando o meio isolante é ionizado, são produzidos na cavidade gasosa compostos químicos como ozônio e nitrato, que causam corrosão no isolante ； A umidade no isolante provoca a hidrólise das fibras isolantes, resultando em uma redução na eficiência do isolamento. O superaquecimento pode causar o envelhecimento e a deterioração do isolamento. O espaço de ar dentro do cabo gera ionização elétrica, causando superaquecimento local e carbonização do isolante. A sobrecarga do cabo é um fator muito importante para o superaquecimento do mesmo. Cabos instalados em áreas com grande concentração de cabos, em canais para cabos e em túneis de cabos, onde a ventilação é insuficiente, bem como cabos que estão inseridos em tubos secos, e as partes dos cabos que ficam próximas a tubulações térmicas, podem sofrer danos acelerados ao seu isolamento devido ao superaquecimento. 1.4 Sobretensão A sobretensão refere-se principalmente à sobretensão atmosférica (raios) e à sobretensão interna nos cabos. A análise das falhas reais mostrou que muitas das falhas nos terminais externos são causadas por sobretensões atmosféricas. A sobretensão faz com que a camada de isolamento do cabo seja rompida, causando um defeito. Geralmente, o ponto de ruptura está relacionado a defeitos no material. 1.5 Processos de projeto e fabricação inadequados: as conexões intermediárias e terminais não são à prova d’água, o design da distribuição do campo elétrico é insuficiente, os materiais utilizados não são adequados, e os processos de fabricação são precários ou não seguem as normas estabelecidas. Tudo isso pode causar falhas nas conexões dos cabos. 1.6 Defeitos nos materiais Os defeitos nos materiais se manifestam principalmente em três aspectos. Um deles é o problema na fabricação dos cabos: os defeitos causados pela camada protetora de chumbo (alumínio) ； Durante o processo de isolamento com papel, surgem defeitos no isolante de papel, como dobras, rachaduras, fendas e espaços de sobreposição ； O segundo é a existência de defeitos na fabricação dos acessórios para cabos, como buracos em peças feitas de ferro fundido, resistência mecânica insuficiente das peças de porcelana, além de outras peças que não atendem às especificações ou que não são seladas corretamente durante a montagem ； Terceiro, a má gestão da manutenção dos materiais isolantes faz com que o isolamento dos cabos fique umedecido, sujo e envelhecido. 1.7 Corrosão da camada de proteção: Devido à corrosão causada por ácidos e bases no subsolo, bem como à influência de correntes parasitas, a camada externa de chumbo que reveste o cabo sofre corrosão, resultando em manchas, rachaduras ou perfurações, o que causa falhas no cabo. Nos cabos com isolamento a base de óleo, a perda do isolante pode ocorrer quando o cabo é instalado em áreas irregulares, como valas ou em postes externos. Devido às diferenças de altura, o óleo isolante flui das áreas mais altas para as mais baixas, o que reduz a eficácia do isolamento do cabo nessas áreas, podendo causar falhas. 2. Classificação de falhas 2.1 Classificação de acordo com a resistência da falha e com as condições do fio central • Falha de circuito aberto Uma falha de circuito aberto, também conhecida como falha de interrupção do fio, ocorre quando a resistência de isolamento entre os fios do cabo ou em relação à terra atinge os valores exigidos pelas normas, mas a tensão de operação não consegue ser transmitida até o terminal ； Ou, embora haja tensão no terminal, a capacidade de carga é baixa. Quando a resistência de isolamento = ∞, trata-se de uma falha de fio rompido. • Falha de baixa resistência (curto-circuito): A falha de baixa resistência, também conhecida como falha de curto-circuito, ocorre quando o isolamento entre as fases do cabo ou em relação à terra é danificado. Nesse caso, a resistência de isolamento é tão baixa que pode ser medida por meio de métodos que utilizam pulsos de baixa tensão. Quando a resistência de isolamento é de 100 kΩ, trata-se de um tipo de falha que não pode ser medida pelo método de pulsos de baixa tensão. Trata-se de uma falha em relação às falhas de baixa resistência. Inclui dois tipos de falhas de alta resistência: falhas por vazamento e falhas por faíscas. A classificação das falhas acima também tem como objetivo facilitar a escolha dos métodos de teste. De acordo com as técnicas atuais de detecção de falhas, as falhas de circuito aberto e baixa resistência podem ser detectadas por meio do método de reflexão de pulsos de baixa tensão; as falhas de alta resistência devem ser detectadas pelo método de descarga por impulso, enquanto as falhas de tipo descarga podem ser testadas pelo método de descarga em corrente contínua. 2.2 Classificação de acordo com os fenômenos de superfície • Falhas abertas • Falhas fechadas 2.3 Classificação de acordo com os fenômenos de aterramento • Falhas de aterramento monofásico • Falhas entre fases • Falhas mistas de aterramento multifásico 2.4 Classificação de acordo com a localização da falha • Falhas nas conexões • Falhas no próprio cabo