La schermatura utilizzata nei cavi e nei fili elettrici si basa su due concetti completamente diversi: la schermatura elettromagnetica e la 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 di media e alta tensione.
1. Struttura e requisiti degli strati di schermatura del campo elettrico
La schermatura dei cavi di alimentazione comprende la schermatura del conduttore, la schermatura dell'isolamento e la schermatura metallica. Secondo le normative vigenti, 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 conduttore isolato o al conduttore multifilare del cavo. Per i cavi con isolamento in XLPE con una tensione nominale non inferiore a 3,6/6 kV e per i cavi con isolamento sottile in EPR con una tensione nominale non inferiore a 3,6/6 kV (o cavi con 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 interna semiconduttrice) deve essere non metallica, costituita da materiale semiconduttore estruso o da un nastro semiconduttore avvolto attorno al conduttore, seguito da uno strato semiconduttore estruso.
La schermatura isolante (schermatura semiconduttiva esterna) è costituita da uno strato semiconduttore non metallico estruso direttamente sulla superficie esterna di ciascun nucleo isolato, che può essere saldamente incollato all'isolamento o staccabile da esso. Gli strati semiconduttori interni ed esterni estrusi devono aderire saldamente all'isolamento, con interfacce lisce, senza evidenti segni di fili, bordi taglienti, 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 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 etilene-vinil acetato e altri additivi. Le particelle di nerofumo devono essere disperse uniformemente all'interno del polimero, senza agglomerazione o scarsa dispersione.
Lo spessore degli strati di schermatura semiconduttiva interna ed esterna 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 di schermatura semiconduttiva dovrebbe essere maggiore all'interno che all'esterno. In passato, la schermatura semiconduttiva esterna veniva realizzata leggermente più spessa di quella interna per prevenire graffi dovuti a un controllo inadeguato dell'abbassamento o perforazioni causate da nastri di rame eccessivamente duri. Ora, con il monitoraggio automatico online dell'abbassamento e l'utilizzo di nastri di rame ricotto morbido, lo strato di schermatura semiconduttiva interno dovrebbe essere realizzato leggermente più spesso o uguale allo spessore dello strato esterno. Per i cavi da 6–10–35 kV, lo spessore dello strato interno è generalmente di 0,5–0,6–0,8 mm.
(2) Schermatura metallica
I cavi con una tensione nominale superiore a 0,6/1 kV devono essere dotati di uno strato di schermatura metallica. Tale strato deve essere applicato a ciascun conduttore isolato o anima 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'utilizzo di sistemi a doppio circuito con messa a terra resistiva e correnti di cortocircuito più elevate, si utilizza comunemente la schermatura con filo di rame. Alcuni produttori incorporano i 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 resistiva, la maggior parte dei sistemi utilizza alimentatori a circuito singolo con messa a terra tramite bobina di soppressione dell'arco, che limitano al minimo la corrente di cortocircuito, consentendo quindi l'utilizzo di schermature con nastro di rame. Le fabbriche di cavi lavorano i nastri di rame rigido acquistati mediante taglio e ricottura per ottenere una certa elasticità e resistenza alla trazione (un nastro troppo duro graffierebbe lo strato isolante di schermatura, uno troppo morbido si sgualcirebbe) prima dell'uso. I nastri di rame morbido devono essere conformi alla norma GB/T11091-2005 "Nastro di rame per cavi".
La schermatura con nastro di rame deve essere costituita da un singolo strato di nastro di rame morbido sovrapposto o da due strati di nastro di rame morbido avvolto elicoidalmente con degli spazi vuoti. Il grado medio di sovrapposizione del nastro di rame deve essere pari al 15% della sua larghezza (valore nominale) e il grado minimo di sovrapposizione 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 generalmente compresa tra 30 e 35 mm.
La schermatura in filo di rame è realizzata con fili di rame morbido avvolti elicoidalmente, fissati con un avvolgimento controelicoidale di fili o nastri di rame. La sua resistenza deve soddisfare i requisiti della norma GB/T3956-2008 Conduttori per 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 trifase o direttamente sull'isolamento, sullo strato di schermatura semiconduttore esterno o su un'apposita guaina interna dei cavi unipolari. La distanza media tra i fili di rame adiacenti non deve superare i 4 mm. La distanza media G viene calcolata utilizzando la formula:
Dove:
D – diametro dell'anima 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 formati da fili intrecciati compattati. Durante l'estrusione dell'isolamento, possono formarsi spazi vuoti, bave e altre irregolarità superficiali tra la superficie del conduttore e lo strato isolante, causando una concentrazione del campo elettrico, con conseguenti scariche locali nell'intercapedine d'aria e scariche 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 ottimale con l'isolamento. Poiché lo strato semiconduttore e il conduttore si trovano allo stesso potenziale, anche in presenza di spazi vuoti tra di essi, non si genera alcun campo elettrico, prevenendo così le scariche parziali.
Analogamente, esistono degli spazi tra la superficie esterna dell'isolamento e la guaina metallica (o schermatura metallica), e maggiore è il livello di tensione, maggiore è la probabilità che si verifichi una scarica nell'intercapedine d'aria. Estrudendo uno strato semiconduttore (schermatura isolante) sulla superficie esterna dell'isolamento, si forma una superficie esterna equipotenziale 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: il trasporto di corrente capacitiva in condizioni normali, fungendo da percorso per la corrente di cortocircuito durante i guasti; il confinamento del campo elettrico all'interno dell'isolamento (riducendo le interferenze elettromagnetiche esterne) e la garanzia di un campo elettrico radiale uniforme; la funzione di conduttore neutro nei sistemi trifase a quattro fili per il trasporto di corrente sbilanciata; e la protezione radiale contro l'infiltrazione d'acqua.
Data di pubblicazione: 28 luglio 2025