Reparo das couraças metálicas de cabos de alta tensão

I. Funções das Camadas Metálicas e Necessidade de Reparo

A camada metálica dos cabos de alta tensão é uma estrutura de blindagem metálica colocada fora da camada de isolamento, incluindo tipos como invólucros de chumbo, invólucros de alumínio e armadura de fios de aço. Suas funções principais incluem proteção mecânica (resistência a impactos externos e compressão), proteção contra corrosão eletroquímica (isolamento de umidade e poluentes do solo), blindagem eletromagnética (redução da interferência eletromagnética no ambiente) e fornecimento de um caminho de aterramento (garantindo o despejo seguro de correntes de falha). Uma vez danificada, a camada metálica pode levar à entrada de umidade na camada de isolamento, distorção local do campo elétrico ou até mesmo acidentes graves, como queima e curto-circuito do cabo. Portanto, o reparo preciso visando diferentes tipos de danos é crucial para garantir a operação segura a longo prazo do sistema de cabos.

II. Diagnóstico de Falhas e Avaliação Antes do Reparo

(A) Identificação dos Tipos de Dano

• Dano Mecânico: Caracterizado por amassados, rachaduras ou perfurações no invólucro, comumente causados por rolagem mecânica ou perfurações por objetos pontiagudos durante a instalação, ou ruptura por tração devido ao assentamento do fundamento a longo prazo.

• Corrosão Eletroquímica: Correntes vagabundas no solo ou ambientes ácidos/alkalinos podem causar corrosão eletroquímica do invólucro, evidenciada por inchaço local, ferrugem, perfuração e produtos de corrosão brancos/verdes (invólucro de alumínio) ou sulfetos negros (invólucro de chumbo).

• Dano por Envelhecimento Térmico: A operação sobrecarregada a longo prazo causa embritilhamento do material do invólucro, resultando em rachaduras e delaminação, comumente encontrado em juntas ou áreas com má dissipação de calor.

(B) Aplicação de Tecnologias de Detecção

• Inspeção Visual: Use endoscópios ou câmeras térmicas infravermelhas para observar a superfície do invólucro, focando na identificação de pontos de dano óbvios e pontos quentes.

• Teste de Resistência Elétrica do Invólucro: Aplique tensão de resistência DC (10 kV por 1 minuto) para testar a integridade do isolamento do invólucro. Um aumento anormal na corrente de fuga (>10 μA) indica dano.

• Detecção de Descarga Parcial: Use sensores de corrente de alta frequência (HFCT) para capturar sinais de descarga parcial nos pontos de dano, com precisão de localização dentro de ±0,5 m.

• Avaliação da Corrosividade do Solo: Colete amostras de solo do ambiente de instalação do cabo para testar pH, concentração de íons cloro e densidade de corrente vagabunda, fornecendo base para a seleção de materiais de reparo.

III. Seleção de Materiais e Ferramentas de Reparo

(A) Materiais de Reparo Principais

• Materiais de Substituição do Invólucro Metálico:

• Manga de Compressão de Liga de Alumínio: Adequada para reparo de invólucro de alumínio, com boa ductilidade e resistência à corrosão. Deve corresponder ao diâmetro externo do cabo (tolerância ≤ ±0,5 mm).

• Fita de Liga de Chumbo-Estanho: Usada para reparo de invólucro de chumbo, ponto de fusão baixo (~183°C), fácil para soldagem térmica, atendendo aos requisitos de pureza GB/T 12706.2 (conteúdo de chumbo ≥ 99,9%).

• Tubo Ondulado de Aço Inoxidável: Para danos na armadura de aço, feito de aço inoxidável 304, espessura da parede ≥ 0,8 mm, com resistência a impactos e estresse do solo.

• Materiais de Isolamento e Selagem:

• Tubulação Retrátil de Polietileno Crosslinkado (XLPE): Encolhe a 120–140°C, razão de encolhimento ≥ 2:1, resistência à ruptura ≥ 25 kV/mm, requer adesivo termofusível para selagem.

• Tubulação Retrátil de Borracha de Silicone: Rely on elastic recovery for sealing, no heating required, suitable for confined spaces, Shore hardness 60 ± 5 Shore A, tanδ ≤ 0.003 (20°C, 50 Hz).

• Fita de Vedação de Borracha Butílica: Usada como camada de vedação auxiliar, resistência à tração ≥ 3 MPa, alongamento na ruptura ≥ 400%, resistência ao envelhecimento mantém ≥ 80% do desempenho após 100°C × 168 h de envelhecimento térmico.

• Materiais de Proteção Contra Corrosão:

• Ânodo Sacrificial de Liga de Zinco-Alumínio: Para ambientes de solo com alta corrosividade, pureza do ânodo ≥ 99,5%, densidade de corrente ≥ 15 mA/m², vida útil projetada ≥ 20 anos.

• Fita Anti-Corrosiva de Cloridrato de Polivinila (PVC): Espessura ≥ 0,4 mm, resistência à tração ≥ 18 MPa, resistência à fissuração por estresse ambiental (ESCR) ≥ 1000 h.

(B) Ferramentas Especializadas

• Ferramentas de Preparação: Lixadeira angular (com disco abrasivo de alumina 80 granos), escova de arame, limpador de etanol anidro, raspador de aço inoxidável (para remover produtos de corrosão).

• Ferramentas de Formação: Ferramenta de prensagem hidráulica (intervalo de prensagem 60–200 mm²), pistola de calor (intervalo de temperatura 50–600°C), tocha dedicada para selagem de chumbo (temperatura da chama ≤ 300°C).

• Ferramentas de Teste: Megômetro (2500 V, intervalo 0–10000 MΩ), ponte de braços duplos (medida de resistência de contato, precisão ±0,1 μΩ), paquímetro ultrassônico (resolução 0,01 mm).

IV. Procedimentos de Reparo Detalhados por Tipo de Dano

(A) Reparo de Dano Mecânico (Exemplo de Invólucro de Alumínio)

• Preparação da Área Danificada

• Use uma lixadeira angular para cortar o invólucro danificado axialmente, com comprimento do corte 5 vezes o diâmetro do dano (mínimo ≥ 100 mm), expondo o escudo de isolamento limpo.

• Remova as rebarbas das bordas do invólucro com um raspador de aço inoxidável, lixe até obter brilho metálico, limpe o óleo com etanol e seque por ≥ 15 min.

• Restauração do Invólucro Metálico

• Selecione uma manga de compressão de liga de alumínio com diâmetro interno 1 mm maior que o diâmetro externo do cabo, uniformemente revestida de graxa condutiva (preenchimento à base de níquel, resistividade volumétrica ≤ 5×10⁻⁴ Ω·cm).

• Deslize a manga sobre a área danificada, use o método de prensagem alternada, prensando do centro para as extremidades. Após a prensagem, o desvio oposto hexagonal ≤ ±0,1 mm, resistência de contato ≤ 20 μΩ.

• Selagem e Tratamento Anti-Corrosão

• Enrole a fita de vedação de borracha butílica com 50% de sobreposição, formando uma camada de vedação ≥ 3 mm de espessura, estendendo-se ≥ 50 mm além do invólucro não danificado nas duas extremidades.

• Instale a tubulação retrátil, aqueça gradualmente do centro para as extremidades (120°C → 140°C) para evitar bolhas. Após o resfriamento, verifique a contração uniforme (espessura da parede pós-contração ≥ 2 mm).

• Enrole externamente a fita anti-corrosiva de PVC em espiral com meia sobreposição, fixe as extremidades com tiras de aço inoxidável (torque 15–20 N·m).

(B) Reparo de Corrosão Eletroquímica (Invólucro Composto de Armadura de Aço + Invólucro de Chumbo)

• Remoção de Produtos de Corrosão

• Use jateamento (areia de quartzo 80–120 mesh, pressão 0,4–0,6 MPa) para remover a ferrugem da armadura de aço, expondo a base metálica cinza-clara, rugosidade superficial Sa2.5 grade.

• Aplainar a área de corrosão do invólucro de chumbo com um plano de chumbo, formando uma transição suave com inclinação ≥ 1:5 para evitar concentração de tensões.

• Proteção por Ânodo Sacrificial

• Instale simetricamente 2 ânodos de liga de zinco-alumínio (100 mm × 50 mm × 10 mm) em ambos os lados da seção de reparo, conectados à armadura de aço via trança de cobre (seção transversal ≥ 16 mm²), soldados (comprimento de sobreposição ≥ 30 mm, corrente de soldagem 120–150 A).

• Preencha a lacuna entre o ânodo e o invólucro do cabo com vaselina, encapsule externamente com uma caixa de polietileno de alta densidade (HDPE) para garantir contato total com o solo.

• Estrutura de Selagem Dupla

• Camada interna: tubulação retrátil de silicone, revestida internamente com gel semicondutor bloqueador de água (resistividade volumétrica 10–100 Ω·cm). Mantenha à temperatura ambiente por 24 h após a recuperação para cura.

• Camada externa: despeje resina epóxi (tipo E-51, agente de cura T-31, proporção 100:25), moldada selada sob pressão de 0,2 MPa, cure ≥ 48 h a 25°C. Dureza Shore pós-cura ≥ 85 Shore D.

(C) Reparo de Racha por Envelhecimento Térmico (Cabo Isolado XLPE)

• Reforço da Área de Racha

• Corte um entalhe em forma de V ao longo da direção da racha (profundidade 1/3 da espessura do invólucro, ângulo 60°), preencha com borracha de silicone resistente ao calor (classificação de temperatura ≥ 180°C, resistência ao rasgo ≥ 15 kN/m), alinhe com o raspador, cure à temperatura ambiente por 2 h.

• Enrole tecido de fibra de vidro (0,2 mm de espessura, 16×16 fios/cm), impregne com resina epóxi (conteúdo sólido ≥ 70%) para formar uma camada de reforço. Resistência à tração ≥ 200 MPa após cura.

• Otimização da Dissipação de Calor

• Instale dissipadores de calor de alumínio (1,5 mm de espessura, espaçamento de aletas 5 mm) externamente na seção de reparo, unidos ao invólucro com graxa térmica (condutividade térmica ≥ 1,5 W/(m·K)) para reduzir o aumento local de temperatura (≤ 5°C).

• Monitore a temperatura de operação com um termógrafo infravermelho, garantindo que a diferença de temperatura em relação à seção não danificada ≤ 2°C.

V. Controle de Qualidade e Padrões de Aceitação

(A) Teste de Parâmetros Chave

• Desempenho Elétrico: Resistência de isolamento do invólucro ≥ 1000 MΩ (megômetro 2500 V), descarga parcial ≤ 5 pC (na tensão 1,73U₀).

• Desempenho Mecânico: Resistência ao impacto da seção de reparo ≥ 10 J (a -30°C), raio de curvatura ≥ 20 vezes o diâmetro externo do cabo (sem deformação óbvia).

• Desempenho de Selagem: Após o teste de imersão (temperatura ambiente, 24 h), taxa de variação da corrente de fuga do invólucro ≤ 10%, sem bolhas ou entrada de água.

(B) Verificação de Confiança a Longo Prazo

• Teste de Envelhecimento Acelerado: Coloque a amostra de reparo em uma câmara de envelhecimento térmico (135°C × 1000 h), após a remoção, a retenção da resistência de isolamento ≥ 80%, a degradação da resistência à tração ≤ 20%.

• Teste de Enterro no Solo: Simule o ambiente de instalação real, profundidade de enterro 1 m, duração 1 ano, verifique a ausência de perfuração por corrosão ou falha de vedação.

VI. Regulamentos de Operação Segura

• Requisitos de Trabalho com Desligamento: Siga o procedimento "desligamento - teste de tensão - instalação de fio de aterramento" antes do reparo. Pendure placas de aviso "Não Fechar" nas terminações do cabo, estabeleça barreiras de segurança (distância ≥ 8 m) dentro do raio de trabalho.

• Gestão de Trabalhos com Calor: Ao usar tochas ou soldagem, equipe extintores de incêndio a pó seco (tipo ABC, capacidade ≥ 4 kg), limpe materiais inflamáveis dentro de 3 m, designe um supervisor dedicado.

Equipamentos de Proteção Individual (EPI): Use luvas isolantes (classificação 35 kV), óculos de proteção, roupas de trabalho resistentes a chamas. Use cinto de segurança (teste de carga estática 2205 N, sustentar 3 min sem romper) para trabalhos em altura (≥ 2 m).