La struttura del cavo sembra semplice, in realtà ogni suo componente ha il suo scopo importante, quindi ogni materiale dei componenti deve essere selezionato con cura durante la fabbricazione del cavo, in modo da garantire l'affidabilità del cavo realizzato con questi materiali durante il funzionamento.
1. Materiale conduttore
Storicamente, i materiali utilizzati per i conduttori dei cavi elettrici erano rame e alluminio. Anche il sodio è stato brevemente provato. Rame e alluminio hanno una migliore conduttività elettrica e la quantità di rame è relativamente minore a parità di corrente trasmessa, quindi il diametro esterno del conduttore in rame è inferiore a quello del conduttore in alluminio. Il prezzo dell'alluminio è significativamente inferiore a quello del rame. Inoltre, poiché la densità del rame è maggiore di quella dell'alluminio, anche a parità di portata di corrente, la sezione trasversale del conduttore in alluminio è maggiore di quella del conduttore in rame, ma il cavo con conduttore in alluminio è comunque più leggero del cavo con conduttore in rame.
2. Materiali isolanti
Esistono molti materiali isolanti utilizzabili per i cavi di alimentazione a media tensione, tra cui anche i materiali isolanti in carta impregnata tecnologicamente avanzati, utilizzati con successo da oltre 100 anni. Oggi, l'isolamento polimerico estruso è ampiamente accettato. I materiali isolanti polimerici estrusi includono PE (LDPE e HDPE), XLPE, WTR-XLPE ed EPR. Questi materiali sono sia termoplastici che termoindurenti. I materiali termoplastici si deformano con il calore, mentre i materiali termoindurenti mantengono la loro forma alle temperature di esercizio.
2.1 Isolamento in carta
All'inizio del loro funzionamento, i cavi isolati in carta sopportano solo un carico ridotto e sono relativamente ben manutenuti. Tuttavia, gli utilizzatori finali continuano a utilizzare i cavi con carichi sempre più elevati, e le condizioni d'uso originali non sono più adatte alle esigenze del cavo attuale, quindi la buona esperienza iniziale non può rappresentare un'adeguata garanzia di un funzionamento ottimale del cavo in futuro. Negli ultimi anni, i cavi isolati in carta sono stati raramente utilizzati.
2.2.PVC
Il PVC è ancora utilizzato come materiale isolante per cavi a bassa tensione da 1 kV e come materiale di rivestimento. Tuttavia, l'applicazione del PVC nell'isolamento dei cavi sta rapidamente venendo sostituita dall'XLPE, e l'applicazione nella guaina sta rapidamente venendo sostituita dal polietilene lineare a bassa densità (LLDPE), dal polietilene a media densità (MDPE) o dal polietilene ad alta densità (HDPE), mentre i cavi non in PVC presentano costi del ciclo di vita inferiori.
2.3. Polietilene (PE)
Il polietilene a bassa densità (LDPE) è stato sviluppato negli anni '30 ed è ora utilizzato come resina di base per materiali in polietilene reticolato (XLPE) e polietilene reticolato ad albero resistente all'acqua (WTR-XLPE). Allo stato termoplastico, la temperatura massima di esercizio del polietilene è di 75 °C, inferiore alla temperatura di esercizio dei cavi isolati in carta (80~90 °C). Questo problema è stato risolto con l'avvento del polietilene reticolato (XLPE), che può raggiungere o superare la temperatura di esercizio dei cavi isolati in carta.
2.4.Polietilene reticolato (XLPE)
L'XLPE è un materiale termoindurente ottenuto mescolando polietilene a bassa densità (LDPE) con un agente reticolante (come il perossido).
La temperatura massima di esercizio del conduttore del cavo isolato XLPE è di 90 °C, la prova di sovraccarico arriva fino a 140 °C e la temperatura di cortocircuito può raggiungere i 250 °C. XLPE ha eccellenti caratteristiche dielettriche e può essere utilizzato nell'intervallo di tensione da 600 V a 500 kV.
2.5. Albero resistente all'acqua Polietilene reticolato (WTR-XLPE)
Il fenomeno dell'albero d'acqua riduce la durata di vita dei cavi XLPE. Esistono molti modi per ridurre la crescita dell'albero d'acqua, ma uno dei più comunemente accettati è l'utilizzo di materiali isolanti appositamente progettati per inibire la crescita dell'albero d'acqua, denominati polietilene reticolato ad albero resistente all'acqua WTR-XLPE.
2.6. Gomma etilene propilene (EPR)
L'EPR è un materiale termoindurente composto da etilene, propilene (talvolta un terzo monomero) e il copolimero dei tre monomeri è chiamato gomma etilene-propilene-diene (EPDM). In un ampio intervallo di temperature, l'EPR rimane sempre morbido e presenta una buona resistenza alla corona. Tuttavia, la perdita dielettrica del materiale EPR è significativamente superiore a quella dell'XLPE e del WTR-XLPE.
3. Processo di vulcanizzazione dell'isolamento
Il processo di reticolazione è specifico per il polimero utilizzato. La produzione di polimeri reticolati inizia con una matrice polimerica, a cui vengono poi aggiunti stabilizzanti e reticolanti per formare una miscela. Il processo di reticolazione aggiunge ulteriori punti di connessione alla struttura molecolare. Una volta reticolata, la catena molecolare del polimero rimane elastica, ma non può essere completamente separata in un fuso fluido.
4. Schermatura dei conduttori e materiali isolanti di schermatura
Lo strato schermante semiconduttivo viene estruso sulla superficie esterna del conduttore e dell'isolamento per uniformare il campo elettrico e contenerlo nel nucleo isolato del cavo. Questo materiale contiene un nerofumo di grado ingegneristico per consentire allo strato schermante del cavo di raggiungere una conduttività stabile entro l'intervallo richiesto.
Data di pubblicazione: 12-04-2024