Cabo de energia - Power cable

Um cabo de alimentação é um cabo elétrico , um conjunto de um ou mais condutores elétricos , geralmente mantidos juntos por uma bainha geral. O conjunto é usado para transmissão de energia elétrica . Os cabos de alimentação podem ser instalados como fiação permanente dentro de edifícios, enterrados no solo, passar por cima ou expostos. Os cabos de alimentação que são agrupados dentro de revestimento termoplástico e que devem ser executados dentro de um edifício são conhecidos como NM-B (cabo de edifício revestido não metálico).

Um cabo de alimentação USB-C .

Cabos de alimentação flexíveis são usados ​​para dispositivos portáteis, ferramentas móveis e máquinas.

História

O primeiro sistema de distribuição de energia desenvolvido por Thomas Edison em 1882 na cidade de Nova York usava barras de cobre , envolvidas em juta e colocadas em tubos rígidos preenchidos com um composto betuminoso . Embora a borracha vulcanizada tenha sido patenteada por Charles Goodyear em 1844, ela não foi aplicada ao isolamento de cabos até a década de 1880, quando foi usada para circuitos de iluminação. O cabo isolado com borracha foi usado para circuitos de 11.000 volts em 1897 instalado para o projeto de energia das Cataratas do Niágara .

Os cabos de média tensão isolados com papel impregnados em massa eram comercialmente práticos em 1895. Durante a Segunda Guerra Mundial, várias variedades de isolamento de borracha sintética e polietileno foram aplicadas aos cabos.

A construção residencial e de escritórios típica na América do Norte passou por várias tecnologias:

• Fios descalços e cobertos de tecido instalados com grampos
• Fiação de maçaneta e tubo , 1880-1930, usando pano saturado de asfalto ou posterior isolamento de borracha
• Cabo blindado, conhecido pela marca registrada genérica "BX" - bainha de aço flexível com dois condutores isolados de borracha revestidos de tecido - introduzido em 1906, mas mais caro do que os condutores simples abertos
• Fios isolados de borracha com jaquetas de tecido de algodão tecido (geralmente impregnado com alcatrão), enchimento de papel encerado - lançado em 1922
• O cabo moderno isolado de PVC de dois ou três fios + aterrado (por exemplo, NM-B), conhecido pelo nome comercial "Romex", foi inventado no início dos anos 1920
• O fio de alumínio foi usado nas décadas de 1960 e 1970 como um substituto barato para o cobre e ainda é usado hoje, mas agora é considerado inseguro, sem instalação adequada, devido à corrosão, maciez e deslizamento da conexão.
• O amianto foi usado como um isolador (eletricidade) em alguns fios de tecido entre os anos 1920 e 1970.
• Cabo Teck , um cabo blindado com revestimento de PVC

Construção

Os cabos de alimentação modernos vêm em uma variedade de tamanhos, materiais e tipos, cada um especialmente adaptado para seu uso. Grandes condutores isolados também são às vezes chamados de cabos de alimentação na indústria.

Os cabos consistem em três componentes principais: condutores, isolamento, capa protetora. A composição dos cabos individuais varia de acordo com a aplicação. A construção e o material são determinados por três fatores principais:

• Tensão de trabalho, determinando a espessura do isolamento;
• Capacidade de condução de corrente, determinando o tamanho da seção transversal do (s) condutor (es);
• Condições ambientais como temperatura, água, exposição a produtos químicos ou à luz do sol e impacto mecânico, determinando a forma e a composição da capa externa do cabo.

Os cabos para enterramento direto ou para instalações expostas também podem incluir armadura de metal na forma de fios enrolados em espiral ao redor do cabo ou uma fita corrugada enrolada em torno dele. A armadura pode ser feita de aço ou alumínio e, embora conectada ao aterramento, não se destina a transportar corrente durante a operação normal. Cabos de energia elétrica às vezes são instalados em canais , incluindo conduítes elétricos e bandejas de cabos, que podem conter um ou mais condutores. Quando se destina a ser usado no interior de um edifício, o cabo de construção não metálico com bainha (NM-B) consiste em dois ou mais condutores de fio (mais um condutor de ligação à terra) encerrados dentro de uma bainha de isolamento termoplástico resistente ao calor. Ele tem vantagens sobre o cabo de construção blindado porque é mais leve, mais fácil de manusear e seu revestimento é mais fácil de trabalhar.

Os cabos de alimentação usam condutores trançados de cobre ou alumínio , embora pequenos cabos de alimentação possam usar condutores sólidos em tamanhos de até 1/0. ( Para uma discussão detalhada sobre cabos de cobre, consulte: Fio e cabo de cobre . ). O cabo pode incluir condutores não isolados usados ​​para o neutro do circuito ou para conexão de aterramento. O condutor de aterramento conecta o gabinete / chassi do equipamento ao aterramento para proteção contra choque elétrico. Essas versões não isoladas são conhecidas como condutores desencapados ou condutores desencapados estanhados. A montagem geral pode ser redonda ou plana. Fios de enchimento não condutores podem ser adicionados ao conjunto para manter sua forma. Os materiais de enchimento podem ser feitos em versões não higroscópicas, se necessário para a aplicação.

Cabos de energia para fins especiais para aplicações aéreas geralmente são ligados a uma liga de alta resistência, ACSR ou mensageiro de solda de alumínio. Este cabo é denominado cabo aéreo ou cabo aéreo pré-montado (PAC). O PAC pode ser pedido sem revestimento, no entanto, isso é menos comum nos últimos anos devido ao baixo custo adicional de fornecimento de uma camisa polimérica. Para aplicações verticais, o cabo pode incluir fios de armadura no topo da jaqueta, aço ou Kevlar . Os fios da armadura são presos a placas de suporte periodicamente para ajudar a suportar o peso do cabo. Uma placa de suporte pode ser incluída em cada andar do edifício, torre ou estrutura. Esse cabo seria chamado de cabo riser blindado. Para transições verticais mais curtas (talvez 30-150 pés), um cabo não blindado pode ser usado em conjunto com garras de cesta (Kellum) ou mesmo plugues de duto especialmente projetados.

A especificação do material para a capa do cabo geralmente leva em consideração a resistência à água, óleo, luz solar, condições subterrâneas, vapores químicos, impacto, fogo ou altas temperaturas. Em aplicações da indústria nuclear, o cabo pode ter requisitos especiais para resistência à radiação ionizante. Os materiais do cabo para uma aplicação de transporte podem ser especificados para não produzirem grandes quantidades de fumaça se queimados (baixa fumaça zero halogênio). Os cabos destinados a enterramento direto devem considerar os danos de aterro ou escavações. Jaquetas de HDPE ou polipropileno são comuns para esse uso. Os cabos destinados ao metrô (abóbadas subterrâneas) podem considerar o óleo, a resistência ao fogo ou a baixa fumaça como uma prioridade. Poucos cabos hoje em dia ainda empregam uma bainha geral de chumbo. No entanto, alguns utilitários ainda podem instalar cabos revestidos com chumbo com isolamento de papel nos circuitos de distribuição. Os cabos de transmissão ou submarinos são mais propensos a usar bainhas de chumbo. No entanto, o chumbo está em declínio e poucos fabricantes existem hoje para produzir esses itens. Quando os cabos devem passar onde estão expostos a danos mecânicos (locais industriais), eles podem ser protegidos com fita de aço flexível ou armadura de fio, que também pode ser coberta por uma capa resistente à água.

Um cabo híbrido pode incluir condutores para sinais de controle ou também pode incluir fibras ópticas para dados.

Tensões mais altas

Para circuitos operando em ou acima de 2.000 volts entre os condutores, uma blindagem condutiva envolverá o isolamento do condutor. Isso equaliza o estresse elétrico no isolamento do cabo. Esta técnica foi patenteada por Martin Hochstadter em 1916; o escudo é às vezes chamado de escudo Hochstadter. Além da blindagem de isolamento semicondutor ("semicon"), também haverá uma blindagem do condutor. A blindagem do condutor pode ser semicondutora ou não condutora. Porém, apenas uma empresa de cabeamento produz blindagens condutoras não condutoras. A finalidade da blindagem do condutor é semelhante à blindagem de isolamento: é um preenchimento de vazios e equalizador de tensão de tensão.

Para drenar a tensão parasita, uma blindagem metálica será colocada sobre o "semicon". Essa blindagem tem o objetivo de "tornar seguro" o cabo puxando a tensão na parte externa do isolamento até zero (ou pelo menos abaixo do limite OSHA de 50 volts). Essa blindagem metálica pode consistir em uma fita fina de cobre, fios de drenagem concêntricos, tiras planas, bainha de chumbo ou outros designs. As blindagens metálicas de um cabo são conectadas ao aterramento nas extremidades do cabo e, possivelmente, em locais ao longo do comprimento, se o aumento da tensão durante as falhas for perigoso. O aterramento multiponto é a forma mais comum de aterrar a blindagem do cabo. Algumas aplicações especiais requerem quebras de blindagem para limitar as correntes circulantes durante as operações normais do circuito. Os circuitos com quebras de blindagem podem ser aterrados em um ou vários pontos. Situações especiais de engenharia podem exigir ligação cruzada.

Cabos cheios de líquido ou gás ainda são empregados em sistemas de distribuição e transmissão hoje. Cabos de 10 kV ou mais podem ser isolados com óleo e papel, e são executados em tubo rígido de aço, alumínio semi-rígido ou revestimento de chumbo. Para tensões mais altas, o óleo pode ser mantido sob pressão para evitar a formação de vazios que permitiriam descargas parciais dentro do isolamento do cabo.

Um cabo de alta tensão projetado para 400 kV. O grande condutor no centro carrega a corrente, os condutores menores no exterior atuam como uma blindagem para equalizar a tensão de tensão na espessa camada de isolamento de polietileno.

Os cabos cheios de líquido são conhecidos por uma vida útil extremamente longa, com quase nenhuma interrupção. Infelizmente, vazamentos de óleo para o solo e corpos d'água são de grande preocupação e manter uma frota das estações de bombeamento necessárias é uma vantagem no orçamento O + M da maioria das concessionárias de energia. Cabos tipo tubo são freqüentemente convertidos em circuito de isolamento sólido no final de sua vida útil, apesar de uma vida útil esperada mais curta.

Os cabos de alta tensão modernos usam polietileno ou outros polímeros, incluindo XLPE para isolamento. Eles exigem técnicas especiais de junção e terminação, consulte Cabo de alta tensão .

Flexibilidade de cabos (classe de trançamento)

Todos os cabos elétricos são um tanto flexíveis, permitindo que sejam enviados para locais de instalação enrolados em bobinas, tambores ou bobinas manuais. A flexibilidade é um fator importante na determinação da classe de torção apropriada do cabo, pois afeta diretamente o raio de curvatura mínimo. Os cabos de alimentação geralmente são trançados da classe A, B ou C. Essas classes permitem que o cabo seja treinado para uma posição de instalação final onde o cabo geralmente não será perturbado. As classes A, B e C oferecem mais durabilidade, especialmente ao puxar cabos, e geralmente são mais baratas. As concessionárias de energia geralmente solicitam fios trançados Classe B para aplicações de tensão primária e secundária. Às vezes, um cabo de média tensão com condutor sólido pode ser usado quando a flexibilidade não é uma preocupação, mas o baixo custo e o bloqueio de água são priorizados.

Aplicações que requerem que um cabo seja movido repetidamente, como para equipamentos portáteis, são usados ​​cabos mais flexíveis chamados "cordões" ou "flex" (classe de trançamento GM). Cordas flexíveis contêm condutores trançados finos, torção da corda ou feixe trançado. Eles apresentam jaquetas gerais com quantidades adequadas de materiais de enchimento para melhorar sua flexibilidade, treinabilidade e durabilidade. Cabos de alimentação flexíveis para serviço pesado, como os que alimentam uma máquina de corte de face de mina, são cuidadosamente projetados - sua vida útil é medida em semanas. Cabos de força muito flexíveis são usados ​​em máquinas automatizadas, robótica e máquinas-ferramentas. Consulte o cabo de alimentação e o cabo de extensão para obter mais descrições dos cabos de alimentação flexíveis. Outros tipos de cabo flexível incluem cabo de par trançado , extensível, coaxial , blindado e de comunicação.

Um cabo de raios X é um tipo especial de cabo flexível de alta tensão .

Veja também

Referências