La schermatura utilizzata nei prodotti di fili e cavi si basa su due concetti completamente diversi: schermatura elettromagnetica e schermatura del campo elettrico. La schermatura elettromagnetica è progettata per impedire che i cavi che trasmettono segnali ad alta frequenza (come i cavi RF e i cavi elettronici) causino interferenze esterne o per bloccare le onde elettromagnetiche esterne che interferiscono con i cavi che trasmettono correnti deboli (come i cavi di segnale o di misura), nonché per ridurre la diafonia tra i fili. La schermatura del campo elettrico è progettata per bilanciare il forte campo elettrico sulla superficie del conduttore o sulla superficie isolante dei cavi di alimentazione a media e alta tensione.
1. Struttura e requisiti degli strati di schermatura del campo elettrico
La schermatura dei cavi di alimentazione include la schermatura dei conduttori, la schermatura dell'isolamento e la schermatura metallica. Secondo le norme pertinenti, i cavi con una tensione nominale superiore a 0,6/1 kV devono essere dotati di uno strato di schermatura metallica, che può essere applicato a ciascun nucleo isolato o al nucleo multipolare del cavo. Per i cavi isolati in XLPE con una tensione nominale non inferiore a 3,6/6 kV e i cavi a isolamento sottile in EPR con una tensione nominale non inferiore a 3,6/6 kV (o cavi a isolamento spesso con una tensione nominale non inferiore a 6/10 kV), sono inoltre richieste strutture di schermatura semiconduttive interne ed esterne.
(1) Schermatura del conduttore e schermatura dell'isolamento
La schermatura del conduttore (schermatura semiconduttiva interna) deve essere non metallica e costituita da materiale semiconduttivo estruso o da un nastro semiconduttivo avvolto attorno al conduttore, seguito da uno strato semiconduttivo estruso.
La schermatura isolante (schermatura semiconduttiva esterna) è uno strato semiconduttivo non metallico estruso direttamente sulla superficie esterna di ciascun nucleo isolato, che può essere saldamente incollato o staccato dall'isolante. Gli strati semiconduttivi estrusi, interno ed esterno, devono essere saldamente incollati all'isolante, con interfacce lisce, senza evidenti segni di trefoli e senza spigoli vivi, particelle, bruciature o graffi. La resistività prima e dopo l'invecchiamento non deve superare i 1000 Ω·m per lo strato di schermatura del conduttore e i 500 Ω·m per lo strato di schermatura dell'isolante.
I materiali di schermatura semiconduttivi interni ed esterni sono realizzati miscelando i corrispondenti materiali isolanti (come polietilene reticolato, gomma etilene-propilene, ecc.) con nerofumo, antiossidanti, copolimero di etilene-vinil acetato e altri additivi. Le particelle di nerofumo devono essere uniformemente disperse nel polimero, senza agglomerazione o scarsa dispersione.
Lo spessore degli strati schermanti semiconduttivi interni ed esterni aumenta con il livello di tensione. Poiché l'intensità del campo elettrico sullo strato isolante è maggiore all'interno e minore all'esterno, anche lo spessore degli strati schermanti semiconduttivi dovrebbe essere maggiore all'interno che all'esterno. In passato, lo spessore dello strato schermante semiconduttivo esterno veniva leggermente più spesso di quello interno per evitare graffi dovuti a un controllo inadeguato della flessione o forature causate da nastri di rame eccessivamente duri. Ora, con il monitoraggio automatico online della flessione e l'utilizzo di nastri di rame dolce ricotto, lo spessore dello strato schermante semiconduttivo interno dovrebbe essere leggermente più spesso o uguale a quello dello strato esterno. Per i cavi da 6–10–35 kV, lo spessore dello strato interno è generalmente compreso tra 0,5–0,6–0,8 mm.
(2) Schermatura metallica
I cavi con tensione nominale superiore a 0,6/1 kV devono essere dotati di uno strato di schermatura metallica. Lo strato di schermatura metallica deve essere applicato a ciascun nucleo isolato o nucleo del cavo. La schermatura metallica deve essere costituita da uno o più nastri metallici, trecce metalliche, strati concentrici di fili metallici o una combinazione di fili metallici e nastri metallici.
In Europa e in altri paesi sviluppati, a causa dell'uso di sistemi a doppio circuito con messa a terra tramite resistenza e correnti di cortocircuito più elevate, si utilizza comunemente la schermatura in filo di rame. Alcuni produttori incorporano fili di rame nella guaina di separazione o nella guaina esterna per ridurre il diametro del cavo. In Cina, ad eccezione di alcuni progetti chiave che utilizzano sistemi a doppio circuito con messa a terra tramite resistenza, la maggior parte dei sistemi utilizza alimentatori a circuito singolo con bobina di soppressione dell'arco e messa a terra, che limitano al minimo la corrente di cortocircuito, consentendo l'utilizzo di schermature in nastro di rame. Le fabbriche di cavi trattano i nastri di rame duro acquistati tramite taglio e ricottura per ottenere un certo allungamento e resistenza alla trazione (troppo duri graffieranno lo strato di schermatura isolante, troppo morbidi si raggrinziranno) prima dell'uso. I nastri di rame morbidi devono essere conformi alla norma GB/T11091-2005 "Nastro di rame per cavi".
La schermatura a nastro di rame deve essere costituita da uno strato di nastro di rame dolce sovrapposto o da due strati di nastro di rame dolce avvolti a spirale con spazi vuoti. Il tasso medio di sovrapposizione del nastro di rame deve essere pari al 15% della sua larghezza (valore nominale) e il tasso di sovrapposizione minimo non deve essere inferiore al 5%. Lo spessore nominale del nastro di rame deve essere di almeno 0,12 mm per i cavi unipolari e di almeno 0,10 mm per i cavi multipolari. Lo spessore minimo del nastro di rame non deve essere inferiore al 90% del valore nominale. A seconda del diametro esterno della schermatura isolante (≤25 mm o >25 mm), la larghezza del nastro di rame è solitamente di 30-35 mm.
La schermatura in filo di rame è realizzata con fili di rame dolce avvolti elicoidale, fissati con un avvolgimento controelicoidale di fili o nastri di rame. La sua resistenza deve soddisfare i requisiti della norma GB/T3956-2008 "Conduttori di cavi" e la sua sezione trasversale nominale deve essere determinata in base alla capacità di corrente di guasto. La schermatura in filo di rame può essere applicata sulla guaina interna dei cavi tripolari o direttamente sull'isolamento, sullo strato di schermatura semiconduttivo esterno o su un'adeguata guaina interna dei cavi unipolari. La distanza media tra fili di rame adiacenti non deve superare i 4 mm. La distanza media G si calcola utilizzando la formula:
Dove:
D – diametro del nucleo del cavo sotto la schermatura in filo di rame, in mm;
d – diametro del filo di rame, in mm;
n – numero di fili di rame.
2. Il ruolo degli strati di schermatura e la loro relazione con i livelli di tensione
(1) Ruolo della schermatura semiconduttiva interna ed esterna
I conduttori dei cavi sono generalmente costituiti da più fili intrecciati. Durante l'estrusione dell'isolamento, possono formarsi spazi vuoti, sbavature e altre irregolarità superficiali tra la superficie del conduttore e lo strato isolante, causando una concentrazione del campo elettrico, con conseguente scarica locale in aria e scarica ad albero, e riducendo le prestazioni dielettriche. L'estrusione di uno strato di materiale semiconduttore (schermatura del conduttore) sulla superficie del conduttore garantisce un contatto saldo con l'isolamento. Poiché lo strato semiconduttore e il conduttore sono allo stesso potenziale, anche in presenza di spazi vuoti tra di essi, non si verificherà alcuna azione del campo elettrico, prevenendo così le scariche parziali.
Analogamente, ci sono degli spazi tra la superficie isolante esterna e la guaina metallica (o schermatura metallica), e maggiore è il livello di tensione, maggiore è la probabilità che si verifichino scariche in aria. Estrudendo uno strato semiconduttivo (schermatura isolante) sulla superficie isolante esterna, si forma una superficie equipotenziale esterna con la guaina metallica, eliminando i campi elettrici negli spazi e prevenendo le scariche parziali.
(2) Ruolo della schermatura metallica
Le funzioni della schermatura metallica includono: trasportare corrente capacitiva in condizioni normali, fungere da percorso per la corrente di cortocircuito in caso di guasti; confinare il campo elettrico all'interno dell'isolamento (riducendo le interferenze elettromagnetiche esterne) e garantire un campo elettrico radiale uniforme; fungere da linea neutra nei sistemi trifase a quattro fili per trasportare corrente sbilanciata; e fornire protezione radiale contro l'acqua.
Data di pubblicazione: 28-lug-2025