Cabos isolados de média – Será que vai falhar hoje?

Essa pergunta já tirou o sono de muitos gestores  de manutenção de redes isoladas, seja nas distribuidoras de energia, em grandes indústrias ou em parques eólicos e solar fotovoltaica.

É importante ter em mente que os cabos isolados obedecem às mesmas características de outros produtos industrializados, ou seja, apresentam uma curva de probabilidade de falhas ao longo do tempo, a chamada “curva da banheira”. Dependendo do estágio em que o cabo está, a probabilidade de falha será maior ou menor. Assim, é imprescindível conhecer esse estágio para elaborar a melhor estratégia de manutenção. 

 A curva da banheira é obtida pela superposição de três curvas: a que indica a probabilidade de falhas prematuras, a que indica a probabilidade de falhas devido à formação de defeitos ao longo da meia-vida e a curva que define a probabilidade de falha por desgaste natural/ envelhecimento.

Probabilidade de falhas em fase inicial de vida

A probabilidade para falhas no início da vida útil dos cabos é decorrente das características do processo produtivo, bem como dos procedimentos para transporte e instalação. 

Cabos isolados são comumente produzidos pelo processo de extrusão. Por melhor que seja esse processo, o material granulado é inserido na máquina extrusora e o processo, por si só, introduz defeitos nos cabos.

Para evitar que defeitos muito extensos ou críticos sejam formados durante o processo de produção, normas internacionais foram elaboradas para definir os requisitos técnicos mínimos dos cabos e quais ensaios devem ser submetidos para serem considerados aprovados, antes de serem comercializados e instalados.

Os cabos adquiridos serão transportados e, durante o transporte, poderão sofrer esforço mecânico. O esforço mecânico poderá produzir novos defeitos ou aumentar a extensão dos defeitos, previamente introduzidos durante o processo de fabricação. Os cabos serão novamente submetidos a esforço mecânico durante a instalação, sendo considerada uma etapa crítica, pois é comum que procedimentos inadequados causem problemas aos cabos.

Após o lançamento/instalação dos cabos os acessórios serão confeccionados. É possível afirmar que a grande maioria das falhas ocorre nos acessórios, por esse motivo, é muito importante que os acessórios sejam confeccionados por equipe amplamente capacitada, sendo observados todos os procedimentos indicados no manual dos fabricantes.

Probabilidade de falhas ao longo da meia-vida

Após a eliminação dos defeitos críticos iniciais nos cabos, geralmente, os ativos apresentam uma probabilidade aproximadamente constante de falhas por longo período. Essa probabilidade está associada à evolução de um defeito para uma condição crítica. Nessa fase, os processos de envelhecimento, que possuem dinâmica lenta, ainda não se tornaram significativos, de modo que a evolução de defeitos prévios domina a ocorrência de falhas. O número esperado de falhas, para o período, está novamente associado à qualidade dos cabos e ao histórico de instalação. Espera-se que cabos de melhor qualidade e instalados corretamente apresentem uma concentração de defeitos e extensão muito menores do que cabos de menor qualidade ou instalados de forma irregular. Assim, os resultados se traduzirão em um número reduzido de falhas.

Probabilidade de falhas devido ao envelhecimento e desgaste natural

Os cabos, assim como quaisquer outros produtos industrializados, sofrem com o envelhecimento natural e desgaste. Há principalmente dois tipos de processos dominantes, pelo qual ocorre o envelhecimento dos cabos: o crescimento de arborescências e o desgaste térmico dos polímeros. 

Arborescências de água (water trees) são formadas pelo efeito de difusão de água nos isolamentos, por conta dos efeitos da umidade ou de infiltrações de água nos cabos. As arborescências promovem a redução da rigidez dielétrica dos isolamentos, sendo tão maior a redução quanto a extensão das arborescências no sentido radial. 

Arborescências de água são classificadas em dois tipos: a “vented tree” e a ‘bow-tie tree”. As arborescências elétricas (electrical trees) são outro tipo de arborescência, mas de evolução muito mais rápida para falha. Arborescências elétricas podem ser formadas ao longo da vida útil dos cabos, a partir de arborescências de água ou de forma independente, devido a descolamentos de camadas, entre outros. Quando as condições permitem o aparecimento de descargas parciais, a região local sofre alterações químicas, que evoluem rapidamente em extensão. Nos isolamentos poliméricos a velocidade de evolução é extremamente rápida. Nos acessórios, pode ocorrer de modo lento ou rápido. A região defeituosa apresenta uma redução muito significativa na rigidez dielétrica do isolamento e se torna suscetível a falhas.

Já o processo de envelhecimento natural do polímero dos isolamentos ocorre durante a operação dos cabos que são submetidos a temperaturas elevadas e ciclos térmicos, que promovem a quebra de cadeias poliméricas e formação de radicais livres. Com a alteração química da composição dos materiais, estes perdem suas características otimizadas. Sua rigidez dielétrica reduz continuamente ao longo do tempo até que, em determinado momento, os defeitos latentes se tornam suficientes para promover falhas.

No próximo artigo vamos tratar de entender melhor esses fenômenos e como podemos mensurá-los para estabelecer a melhor estratégia de manutenção. Até lá!

Autor:

Por Daniel Bento, engenheiro eletricista com MBA em Finanças e certificação internacional em gerenciamento de projetos (PMP®). É membro do Cigré, onde representa o Brasil em dois grupos de trabalho sobre cabos isolados. Atua há mais de 25 anos com redes isoladas, tendo sido o responsável técnico por toda a rede de distribuição subterrânea da cidade de São Paulo. É diretor executivo da Baur do Brasil | www.baurdobrasil.com.br