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 sperimentato. 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 che i cavi di alimentazione a media tensione possono utilizzare, inclusi 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 con isolamento 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 idonee alle esigenze del cavo attuale. Pertanto, la buona esperienza iniziale non può essere considerata un buon esempio di funzionamento futuro del cavo. Negli ultimi anni, i cavi con isolamento in carta sono stati raramente utilizzati.
2.2.PVC
Il PVC è ancora utilizzato come materiale isolante per i 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 e oggi viene 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 a quella 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 miscelando 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 utile del cavo 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, chiamati 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 dell'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 di schermatura semiconduttivo viene estruso sulla superficie esterna del conduttore e dell'isolante per uniformare il campo elettrico e contenerlo nel nucleo isolato del cavo. Questo materiale contiene un nerofumo di grado ingegneristico che consente allo strato di schermatura del cavo di raggiungere una conduttività stabile entro l'intervallo richiesto.
Data di pubblicazione: 12 aprile 2024