La struttura del cavo può sembrare semplice, ma in realtà ogni suo componente ha una funzione specifica e importante; pertanto, il materiale di ciascun componente deve essere accuratamente selezionato durante la produzione, al fine di garantire l'affidabilità del cavo realizzato con tali materiali durante il funzionamento.
1. Materiale conduttore
Storicamente, i materiali utilizzati per i conduttori dei cavi di alimentazione erano rame e alluminio. Anche il sodio è stato brevemente sperimentato. Il rame e l'alluminio hanno una migliore conduttività elettrica e, poiché la quantità di rame necessaria per trasmettere la stessa corrente è relativamente inferiore, il diametro esterno del conduttore in rame è più piccolo di 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 capacità di trasporto di corrente, la sezione trasversale del conduttore in alluminio è maggiore di quella del conduttore in rame, ma il cavo con conduttore in alluminio risulta comunque più leggero di quello con conduttore in rame.
2. Materiali isolanti
Esistono numerosi materiali isolanti utilizzabili nei cavi di media tensione, tra cui i materiali isolanti in carta impregnata, tecnologicamente consolidati e impiegati con successo da oltre 100 anni. Oggi, l'isolamento in polimeri estrusi è ampiamente diffuso. Tra i materiali isolanti in polimeri estrusi si annoverano 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 con isolamento in carta trasportano solo carichi ridotti e sono relativamente ben mantenuti. Tuttavia, con il passare del tempo, gli utenti di energia elettrica hanno continuato a sottoporre i cavi a carichi sempre più elevati, rendendo le condizioni di utilizzo iniziali non più adatte alle esigenze attuali. Di conseguenza, la buona esperienza iniziale non è più garanzia di un funzionamento altrettanto buono in futuro. Negli ultimi anni, l'utilizzo dei cavi con isolamento in carta è diventato sempre più raro.
2.2.PVC
Il PVC è ancora utilizzato come materiale isolante per cavi a bassa tensione da 1 kV e anche come materiale di rivestimento. Tuttavia, l'impiego del PVC nell'isolamento dei cavi sta venendo rapidamente sostituito dal XLPE, mentre l'utilizzo del PVC nelle guaine sta lasciando il posto al polietilene lineare a bassa densità (LLDPE), al polietilene a media densità (MDPE) o al polietilene ad alta densità (HDPE). Inoltre, 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 base per il polietilene reticolato (XLPE) e il polietilene reticolato idrorepellente (WTR-XLPE). Allo stato termoplastico, la temperatura massima di esercizio del polietilene è di 75 °C, inferiore alla temperatura di esercizio dei cavi con isolamento 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 con isolamento in carta.
2.4.Polietilene reticolato (XLPE)
Il XLPE è un materiale termoindurente ottenuto miscelando polietilene a bassa densità (LDPE) con un agente reticolante (come il perossido).
La temperatura massima di esercizio del conduttore del cavo isolato in XLPE è di 90 °C, la prova di sovraccarico arriva fino a 140 °C e la temperatura di cortocircuito può raggiungere i 250 °C. L'XLPE possiede 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 in XLPE. Esistono molti modi per ridurre la crescita degli alberi d'acqua, ma uno dei più comunemente accettati è l'utilizzo di materiali isolanti appositamente progettati per inibire tale fenomeno, come il polietilene reticolato resistente all'acqua (WTR-XLPE).
2.6. Gomma etilene-propilene (EPR)
L'EPR è un materiale termoindurente composto da etilene, propilene (a volte con 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 all'effetto corona. Tuttavia, la perdita dielettrica del materiale EPR è significativamente superiore a quella del 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 un polimero matrice a cui vengono poi aggiunti stabilizzanti e agenti 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 scissa in uno stato fuso fluido.
4. Schermatura dei conduttori e materiali isolanti di schermatura
Lo strato di schermatura semiconduttore viene estruso sulla superficie esterna del conduttore e dell'isolamento per uniformare il campo elettrico e contenerlo all'interno del nucleo isolato del cavo. Questo materiale contiene nerofumo di qualità ingegneristica per consentire allo strato di schermatura del cavo di raggiungere una conduttività stabile entro l'intervallo richiesto.
Data di pubblicazione: 12 aprile 2024