Dove stanno gli strati
Un cavo a bassa tensione può andare direttamente da conduttore a isolamento a guaina. Un cavo di media tensione secondo IEC 60502-2 non può, perché la sollecitazione elettrica nel suo isolamento è molto più alta. La costruzione di riferimento della nostra pagina sui cavi di energia MT, un cavo 8.7/15 kV Cu/XLPE/CTS/PVC 3x95 mm2 da un catalogo di stabilimento partner, mostra l'ordine standard per ciascuna anima:
- Conduttore in rame compattato.
- Schermo sul conduttore: uno strato semiconduttivo estruso direttamente sul conduttore.
- Isolamento XLPE, 4,5 mm nel modello di riferimento.
- Schermo sull'isolamento: uno strato semiconduttivo estruso sopra l'isolamento.
- Schermo a nastro di rame, lo strato metallico messo a terra.
Le tre anime vengono poi cordate con riempitivi e un nastro legante sotto una guaina in PVC, circa 61 mm complessivi nel modello di riferimento. I due strati semiconduttivi sono il soggetto di questo articolo. Sono fatti di mescole cariche di nerofumo, quindi conducono, ma molto meno bene del metallo; da qui «semiconduttivo». Aggiungono poco al diametro e al peso, ma sono lì che avviene la gran parte dell'ingegneria elettrica di un cavo MT.
Cosa fa lo schermo sul conduttore
Un conduttore a corda non è un cilindro liscio. Anche un conduttore compattato ha piccoli rilievi dove i fili si incontrano. Se l'XLPE fosse estruso direttamente su di esso, il campo elettrico si concentrerebbe su ogni rilievo e in ogni minuscolo spazio tra corda e isolamento. In media tensione quelle concentrazioni bastano a ionizzare l'aria nei vuoti microscopici, che sono le scariche parziali, e le scariche parziali erodono lentamente l'isolamento.
Lo schermo sul conduttore riempie i rilievi e presenta all'isolamento una superficie conduttiva liscia e tonda. Poiché è al potenziale del conduttore e legato all'XLPE senza spazi, il campo parte da una superficie liscia e si diffonde uniformemente nell'isolamento. I conduttori compattati, trattati nell'articolo sui conduttori compattati, aiutano ulteriormente riducendo gli spazi che lo schermo deve riempire.
Cosa fa lo schermo sull'isolamento
Sul lato esterno dell'isolamento lo stesso problema compare al contrario. Lo schermo metallico è un nastro o fili, che non possono poggiare perfettamente sulla superficie dell'XLPE. Lo schermo sull'isolamento dà all'esterno dell'isolamento una superficie conduttiva liscia e continua, tenuta a potenziale di terra dallo schermo metallico che sta sopra. Il campo resta così confinato tra due superfici conduttive lisce e concentriche, la geometria ideale per un cavo.
Lo schermo sull'isolamento conta anche nelle giunzioni e nelle terminazioni. I montatori lo tagliano a un punto preciso e vi aggiungono il controllo della sollecitazione, perché la fine dello schermo è dove il campo lascia la geometria controllata del cavo. Gli schermi sull'isolamento si producono sia legati all'isolamento sia asportabili, cosa che facilita la preparazione in cantiere; il tipo deve corrispondere agli accessori usati dal progetto e va dichiarato sulla scheda tecnica.
Come si manifestano i problemi di qualità
| Difetto | Effetto | Come si rileva |
|---|---|---|
| Sporgenze di mescola semiconduttiva nell'XLPE | Concentrazione locale del campo | Prova delle scariche parziali; ispezione di sezioni su campione |
| Vuoto o spazio all'interfaccia schermo-isolamento | Scariche parziali nello spazio | Prova delle scariche parziali secondo IEC 60885-3 |
| Contaminazione nell'isolamento | Punto debole sotto sollecitazione | Prove di scariche parziali e di tensione; controllo mescola e processo |
| Spessore dell'isolamento disuniforme (eccentricità) | Sollecitazione maggiore sul lato sottile | Misura dello spessore dell'isolamento su campioni |
| Tipo di schermo sbagliato per gli accessori | Giunzioni difficili; guasti in cantiere | Verifica della scheda tecnica prima dell'ordine |
Le linee MT moderne estrudono di solito lo schermo sul conduttore, l'isolamento e lo schermo sull'isolamento insieme in un solo passaggio, così che le interfacce si formino senza contaminazione né aria. Uno stabilimento che applica gli strati in passaggi separati, o che gestisce male le mescole, lascia più facilmente difetti d'interfaccia. Il desk guarda la linea di estrusione e reticolazione, lo stoccaggio delle mescole e la prassi di sala pulita durante l'audit di stabilimento.
Alcuni difetti contano solo anni dopo. Una piccola sporgenza o contaminante che supera le prove di fabbrica può diventare il punto di partenza di una lenta degradazione in servizio, specialmente dove l'umidità raggiunge l'isolamento. Nel terreno bagnato, l'XLPE sotto sollecitazione elettrica può sviluppare i cosiddetti alberi d'acqua, fini percorsi ramificati che crescono dai difetti e indeboliscono l'isolamento nel tempo. Interfacce semiconduttive pulite riducono il numero dei punti di partenza, e dove un progetto prevede installazione in ambiente bagnato, le specifiche aggiungono spesso una barriera longitudinale o radiale all'acqua sotto la guaina. È una scelta di costruzione del progettista, trattata nell'articolo sulla barriera all'acqua; gli strati semiconduttivi da soli non tengono fuori l'acqua.
Le prove di routine che dimostrano gli strati
Secondo IEC 60502-2, ogni bobina MT finita passa per le prove di routine. Due sono direttamente legate agli strati semiconduttivi:
- Prova delle scariche parziali: misurata secondo IEC 60885-3, con una sensibilità di solito specificata di 10 pC o migliore a 1,73 U0. Una registrazione pulita mostra che schermi e isolamento sono privi di vuoti e sporgenze significativi.
- Prova di tensione: 3,5 U0 per 5 minuti secondo la prova di routine IEC 60502-2. Conferma che l'isolamento regge la sovrasollecitazione senza perforazione.
Le prove su campione verificano poi spessore dell'isolamento, eccentricità e, per l'XLPE, la prova di hot set della reticolazione, mentre il rapporto di prova di tipo copre prove elettriche e di invecchiamento più lunghe per la costruzione. L'articolo sulla prova delle scariche parziali spiega come si effettua e si legge la misura, e la pagina su prove e ispezioni elenca ciò che il desk raccoglie per ogni bobina.
Procurare cavo MT tenendo presente questo
Le classi di tensione della IEC 60502-2 vanno da 3.6/6 kV a 18/30 kV. Il catalogo dello stabilimento partner alla base della nostra pagina MT copre classi fino a 8.7/15 kV; le classi superiori si abbinano a stabilimenti con le linee di estrusione, le sale prove schermate e i rapporti di prova di tipo per esse. Per ogni ordine MT, il desk conferma:
- Classe di tensione e costruzione: conduttore, schermo sul conduttore, spessore XLPE, tipo di schermo sull'isolamento (legato o asportabile), schermo metallico e guaina.
- Copertura delle prove di tipo: un rapporto che copra la stessa classe di tensione e un intervallo di sezioni paragonabile.
- Registrazioni di routine per bobina: scariche parziali, prova di tensione e resistenza del conduttore.
- Accessori: che giunzioni e terminazioni previste per il progetto si adattino al tipo di schermo e alle dimensioni del cavo.
Il tempo di consegna del cavo MT dipende dalla prenotazione del rame, dagli slot di estrusione e dalle prove di routine, e si conferma per iscritto per ogni ordine; si veda la pagina su MOQ e tempi di consegna. Inviate il programma MT tramite il modulo di richiesta allegando i disegni o la specifica cavi del cliente.