Problemas e Soluções para Conexões de Cabos em Unidades de Anel Principal Comum com Isolamento a Gás SF₆ de 10kV (Estilo Europeu)

Problemas e Medidas Correctivas para Conexões de Cabos em Unidades de Anel Principal Comum de Tanque (Estilo Europeu) de 10kV com Isolamento a Gás SF₆

Com o uso extensivo de linhas de cabos nas redes de distribuição urbanas, as Unidades de Anel Principal Comum de Tanque (RMUs) de 10kV com isolamento a gás SF₆ (estilo europeu) são amplamente adotadas como nós de rede devido às suas características de isolamento total, vedação completa, operação sem manutenção, tamanho compacto e instalação flexível. Essas RMUs comuns de tanque SF₆ estilo europeu são adequadas para áreas costeiras com ambientes húmidos e neblina salgada e oferecem alta confiabilidade operacional.

As falhas operacionais recentes de RMUs indicam que a maioria dos problemas decorre de problemas nos pontos de conexão entre os terminais das RMUs e os cabos de 10kV. Isto é particularmente verdadeiro para RMUs interiores e exteriores que lidam com correntes elevadas e cabos de seção grande. Quando ocorre uma falha, toda a RMU precisa ser desenergizada e substituída, e o conector T do cabo deve ser reinstalado. Isso impacta significativamente a confiabilidade do fornecimento de energia e resulta em perdas económicas substanciais.

A conexão entre os terminais das RMUs e os cabos de 10kV é um ponto fraco operacional crítico. Este artigo analisa os problemas existentes e propõe medidas correctivas.

1. Problemas com RMUs de Tanque Comum e Conexões de Cabos Trifásicos

Atualmente, as RMUs de 10kV com tanque comum SF₆ (estilo europeu) e seus conectores T de cabo associados são predominantemente marcas europeias. Estes são principalmente projetados para cabos monofásicos, que são mais fáceis de fixar e instalar, não impõem torque torsional aos terminais, garantem bom contacto entre o terminal e o bocal, e reduzem a probabilidade de falhas térmicas. Em contraste, a instalação de cabos trifásicos é significativamente mais complexa, levando a vários problemas ausentes nas instalações monofásicas:

1. Ponto de fixação do cabo trifásico é a blindagem externa: As fases individuais não podem ser fixadas independentemente. Mesmo após a conexão, o próprio peso do cabo ou forças externas podem transmitir torque torsional às secções dos terminais.
2. Alinhamento da sequência de fases requer torque: Durante a instalação de cabos trifásicos, o alinhamento da sequência de fases frequentemente exige a aplicação de torque antes da fixação. Após a instalação, a tensão interna proveniente deste torção gradualmente se libera, gerando um torque de restituição que atua sobre os terminais.
3. Altura limitada do compartimento do cabo: A altura compacta do compartimento do cabo das RMUs (projetado para cabos monofásicos) restringe o comprimento disponível de cada fase individual do núcleo do cabo.
4. Ajuste limitado após a terminação: Uma vez que o terminal do cabo é prensado, o comprimento de instalação é fixo. Com comprimentos de núcleos individuais mais curtos (devido a restrições de espaço) que são difíceis de dobrar, forçar o conector T na posição frequentemente requer a aplicação de forças excessivas de empurrar, puxar ou alavancar. Isso arrisca danificar os terminais ou causar mau contacto.

2. Medidas Correctivas

Para abordar os problemas acima mencionados, medidas correctivas podem ser implementadas em relação à própria RMU, aos conectores T, às práticas de instalação e à fundação civil da RMU.

2.1 Unidade de Anel Principal (RMU)

2.1.1 Aumentar Adequadamente a Altura do Compartimento do Cabo:
Os compartimentos de cabo das RMUs com tanque comum SF₆ são tipicamente pequenos (aprox. H: 600mm, L: 350mm). Isso é adequado para cabos monofásicos, mas torna muito difícil a instalação de conectores T, especialmente para cabos de seção grande (240mm² ou 300mm²), em cabos trifásicos. A manga trifurcada do conector T também precisa de espaço, deixando apenas ~400mm para os núcleos do cabo. Núcleos de seção grande são rígidos, e combinados com as restrições do local, alcançar a posição correta do conector T é desafiador.

• Solução: Embora as RMUs com tanque comum sejam padronizadas, a altura de instalação pode ser aumentada usando uma base de extensão. Elevar a altura do compartimento para ~800mm e garantir que a distância vertical do parafuso do cabo do terminal de alta tensão seja ≥750mm permite comprimentos de núcleos de ~600mm. Isso facilita a instalação correta do conector T. Basicamente, a base de extensão alonga os núcleos de fase única separados após a divisão do cabo trifásico, permitindo a conexão semelhante a cabos monofásicos.
• Vantagens: (1) Reduz significativamente o torque torsional nos terminais; (2) Aumenta a tolerância de instalação, minimizando a necessidade de força; reduz o risco de vazamento de gás; (3) Facilita o posicionamento correto dos terminais e cones de tensão.

2.1.2 Considerar a Condutividade dos Terminais durante a Seleção da RMU:
RMUs padrão de 630A frequentemente têm terminais de parafuso com diâmetro de tubo de cobre externo de 25mm e furo interno roscado para parafusos M16 (área condutora ~289,6mm²). A área de contacto real é frequentemente menor devido a tolerâncias de ajuste. Quando parafusos de aço inoxidável são usados (devido ao cobre macio), a condução depende apenas deste contacto final. Dentro do isolamento selado, a dissipação de calor é pobre. Se o contacto entre o terminal e o bocal for ruim sob correntes elevadas (>400A), ocorrem falhas térmicas.

• Solução: Para RMUs usando cabos de 240mm² ou 300mm² operando >400A, selecione modelos com terminais classificados para 800A (tubo de cobre externo Ø 32mm) para reduzir o risco de falhas térmicas.

2.1.3 Melhorar a Monitorização da Temperatura dos Terminais da RMU:
RMUs com tanque comum selado não podem ser abertas para inspeção. A termografia infravermelha padrão não pode medir as temperaturas das juntas. Adicionar portas de inspeção compromete a classificação IP.

• Solução:
• Verificações rotineiras: Sentir manualmente a temperatura do painel frontal do compartimento do cabo para detectar superaquecimento do conector T.
• Unidades críticas: Desenergizar periodicamente após a operação inicial de alta corrente para inspecionar as ligações por sinais de superaquecimento.
• Melhor prática (Tecnologia): Instalar sensores de temperatura diretamente nos terminais da RMU ou nos conectores T para monitorização de temperatura em tempo real.

2.2 Conector T do Cabo

2.2.1 Garantir a Qualidade dos Componentes Condutores:
A mudança para parafusos de aço inoxidável faz com que a condução dependa apenas do contacto final, aumentando as exigências na estrutura/qualidade do material do terminal. Problemas comuns encontrados:

Superfície de contacto do terminal muito estreita/buraco muito grande → área de contacto reduzida.

Qualidade do material do terminal ruim, revestimento irregular.

Incompatibilidade entre o cone do buraco do terminal e o parafuso de dupla extremidade → o terminal não pode contactar o bocal corretamente → condução apenas através do parafuso.

Arruela de cobre muito fina/pequena → não garante contacto paralelo entre o terminal e o bocal.

Todos levam a capacidade de corrente reduzida e risco de falhas térmicas.

• Solução: Especificar claramente os componentes condutores do conector T:
• Largura da superfície de contacto do terminal: 25mm ou 32mm (correspondente à área condutora do bocal).
• Material do terminal: Cobre T2 (>99,9% Cu, eletrolítico, moldado, anelado). Revestimento de estanho ou prata.
• Arruela: Grande superfície, ≥3mm de espessura para garantir bom contacto sob pressão.

2.2.2 Selecionar Conectores T de Material Macio para Facilitar a Instalação:
Conectores T de EPDM ou plástico/rubber rígido são duros/britáveis, difíceis de ajustar durante a instalação (especialmente núcleos grandes/cones de tensão/isolamento), e difíceis de verificar o posicionamento. Baixa elasticidade/força radial arrisca a separação de interface a longo prazo e tracking.

• Solução: Escolher conectores T de Borracha de Silicone para RMUs com tanque comum. Vantagens: Macio, elástico → fácil ajuste de posicionamento; Excelente força radial e uniformidade → boa vedação, previne tracking; Força mecânica suficiente para compartimentos de RMU.

2.3 Práticas de Instalação no Local

2.3.1 Fixar o Ponto de Entrada do Cabo:
Fixar o cabo trifásico entrando na RMU diretamente abaixo dos terminais de alta tensão usando um parafuso de cabo. Evitar entrada de cabo inclinada ou sem suporte. Cabos não fixados impõem forças torsionais/puxantes, potencialmente comprometendo a integridade do bocal/selo → vazamento de SF₆, rachaduras no bocal, falhas de alta tensão.

• Posicionar os núcleos verticalmente e simetricamente; minimizar a torção.
• Colocar a luva de ramificação e o parafuso de cabo o mais baixo possível (≥750mm de distância vertical dos terminais).
• Processo no local: Após puxar o cabo através da fundação para o compartimento, cortar qualquer extremidade do cabo danificada. Verificar a sequência de fases. Alinhar o ângulo de entrada do cabo para que os núcleos estejam retos em direção aos terminais. Se o ângulo for excessivo, retraer o cabo para a vala/poço, corrigir o ângulo, então reinserir e fixar firmemente. Dupla fixação: Onde possível, adicionar um segundo ponto de fixação (por exemplo, viga de fixação no poço de cabo abaixo) para fixar ainda mais a blindagem externa.

2.3.2 Separar e Preparar as Fases do Cabo:

1. Fixar a luva de ramificação do cabo usando um parafuso antes de aparar os comprimentos dos núcleos.
2. Alinhar a fase B com o bocal B.
3. Ligeiramente dobrar as fases A/C para fora na raiz antes de alinhá-las verticalmente com seus terminais.
4. Colocar o parafuso de terminação no bocal, pendurar o terminal solto nele.
5. Cortar as extremidades dos núcleos para o comprimento exato necessário após verificar o alinhamento.

• Crucial: Fixar o cabo antes da aparagem final. Falhar em fazer isso resulta em comprimentos de núcleos inconsistentes → tensão no bocal e mau contacto.
• Processo de Descascamento/Limpeza:
• Seguir exatamente as dimensões de descascamento do fabricante do conector T.
• Evitar danificar as camadas internas enquanto descasca as camadas externas.
• Absolutamente evitar arranhões longitudinais no isolamento do núcleo → previne o tracking interno.
• Usar papel de limpeza fornecido pelo fabricante. Evitar outros solventes como álcool industrial.
• Usar lubrificante à base de poliefteróide (compatível com borracha de silicone). Evitar graxa de silicone → dissolução mútua → ressecamento da interface → risco de tracking.

2.3.3 Instalação do Cone de Tensão:

• Garantir que o cone de tensão corresponda ao tamanho do cabo → ajuste de interferência correto. Muito apertado: instalação difícil, risco de rachadura. Muito solto: vedação ruim, risco de descarga superficial.
• Posicionar estritamente conforme as instruções do fabricante do conector T (posições relativas ao isolamento e ao núcleo do cabo afetam o controle de tensão/vedação). Tolerância mínima.
• Posicionar o cone de tensão na secção vertical do cabo, se possível → garante a melhor vedação.
• Prevenir objetos afiados de arranhar as superfícies de borracha de silicone.
• Aplicar uma camada uniforme de lubrificante compatível nas superfícies de interferência.

2.3.4 Garantir Área Suficiente de Contato do Condutor:
A ligação do condutor dentro da manga de isolamento é invisível/difícil de verificar. Deve-se garantir:

• A superfície do terminal é paralela à superfície condutora do bocal → minimiza a tensão no bocal.
• Contato excelente para prevenir aquecimento.
• Prensagem: Prensar o terminal ao núcleo conforme o procedimento. Garantir que a orientação da face do terminal seja paralela ao plano do bocal. Após a fechadura completa das matrizes de prensagem, manter a pressão por 10-15 segundos. Limar as superfícies. Limpar o terminal e o isolamento do núcleo.
• Ligação: Colocar o terminal no parafuso, empurrar o conector T para o bocal → garantir contato paralelo entre o terminal e o bocal antes de apertar.

2.3.5 Garantir Terra Conf