Cavi isolati in XLPE: dispositivo, design, vantaggi, applicazioni

Attualmente, c'è un costante aumento della produzione e del consumo di cavi con isolamento XLPE nel mercato russo dei prodotti in cavo e filo. La designazione russa di questi cavi è XLPE, quella inglese è XLPE, quella tedesca è VPE e quella svedese è PEX.

Notiamo i principali vantaggi dei cavi con isolamento in XLPE (cavi XLPE) rispetto ai cavi con isolamento in carta impregnata (cavi BPI):

• a seconda delle condizioni di posa, la portata dei cavi XLPE è 1,2-1,3 volte superiore a causa della maggiore temperatura ammissibile a lungo termine,

• la resistenza termica dei cavi XLPE alle correnti di cortocircuito (SC) è maggiore a causa della temperatura limite più elevata, i guasti specifici dei cavi XLPE sono 10-15 volte inferiori a quelli dei cavi BPI,

• lunga durata del cavo XLPE (fornito dai produttori per più di 50 anni),

• condizioni più facili per l'installazione di cavi XLPE grazie a peso, diametro, raggio di curvatura inferiori, assenza di guaina pesante in piombo (o alluminio),

• I cavi XLPE possono essere posati a temperature negative (fino a -20°C) senza preriscaldamento grazie all'utilizzo di materiali polimerici per isolamento e guaina,

• l'assenza di componenti liquidi nella costruzione dei cavi XLPE riduce tempi e costi di installazione,

• I cavi XLPE sono estremamente rispettosi dell'ambiente grazie all'assenza di perdite d'olio e inquinamento ambientale in caso di guasto,

• l'igroscopicità degli elementi strutturali del cavo XLPE è molto inferiore a quella del cavo BPI, elevate proprietà dielettriche dell'isolamento,

• I cavi XLPE non hanno restrizioni sulla differenza di livello del percorso del cavo.

Riso. 1. Cavo isolato XLPE

La caratteristica principale dei cavi XLPE è il loro isolamento fondamentalmente nuovo: polietilene reticolato... Il polietilene come isolante è noto da molto tempo. Ma il polietilene termoplastico convenzionale presenta gravi inconvenienti, il principale dei quali è un netto deterioramento delle prestazioni a temperature vicine al punto di fusione. L'isolamento in polietilene termoplastico inizia a perdere forma, caratteristiche elettriche e meccaniche già ad una temperatura di 85°C.

L'isolamento in XLPE mantiene la sua forma, le sue caratteristiche elettriche e meccaniche anche a 130 °C.

Il termine «reticolazione» o «vulcanizzazione» si riferisce al trattamento del polietilene a livello molecolare. I reticoli che si formano nel processo di reticolazione tra macromolecole di polietilene creano una struttura tridimensionale che determina elevate caratteristiche elettriche e meccaniche del materiale, minore igroscopicità e un più ampio range di temperature di esercizio.

Nell'industria globale dei cavi, nella produzione di cavi elettrici vengono utilizzate due tecnologie di reticolazione, la principale differenza tra le quali è il reagente con cui avviene il processo di reticolazione del polietilene.

La tecnologia più comune è la reticolazione con il perossido, quando il polietilene viene reticolato con l'ausilio di sostanze chimiche speciali - perossidi in un ambiente di gas neutro a una certa temperatura e pressione.Questa tecnologia consente di ottenere un grado sufficiente di reticolazione collegamento lungo tutto lo spessore dell'isolante e per garantire l'assenza di inclusioni d'aria. Oltre alle buone proprietà dielettriche, ha anche un intervallo di temperatura di esercizio più ampio rispetto ad altri materiali isolanti per cavi ed eccellenti proprietà meccaniche. La tecnologia del perossido viene utilizzata nella produzione di cavi di media e alta tensione.

Meno comune è la reticolazione a resistenza zero, in cui al polietilene vengono aggiunti composti speciali (silani) per garantire la reticolazione a una temperatura inferiore. Il settore di applicazione di questa tecnologia più economica riguarda i cavi di bassa e media tensione.

Il primo produttore russo di cavi XLPE nel 1996 è stata la società di Mosca ABB Moskabel, che ha utilizzato la tecnologia di reticolazione del perossido. Nel 2003, JSC "Kamkabel" è diventato il primo produttore russo di cavi XLPE in polietilene reticolato silano.

Esistono due versioni di cavi XLPE: a tre conduttori e unipolare. I cavi XLPE sono generalmente prodotti in un design unipolare (Fig. 2).

Riso. 2.Vista esterna di un cavo XLPE unipolare: 1- conduttore tondo multifilare sigillato per il trasporto di corrente, 2- schermo lungo il nucleo in polietilene reticolato semiconduttore, 3- isolamento in polietilene reticolato, 4- schermo lungo l'isolamento di polietilene reticolato semiconduttore, 5 — strato di separazione costituito da nastro semiconduttore o nastro impermeabilizzante semiconduttore, 6 — schermatura di fili di rame fissati con nastro di rame, 7 — strato di separazione costituito da due nastri di carta crespata, tessuto gommato, nastro polimerico o nastro impermeabilizzante, 8 strati di separazione in alluminio-polietilene o nastro di mica, 9 strati di polietilene, PVC-plastica

Una caratteristica distintiva della versione a tre conduttori del cavo XLPE è la presenza di un riempitivo fase-fase estruso in polietilene o miscela plastica di polivinilcloruro (PVC).

L'utilizzo di cavi XLPE unipolari consente, innanzitutto, di garantire una maggiore affidabilità dell'alimentazione a causa di una netta riduzione della probabilità di cortocircuito fase-fase. La probabilità di distruzione simultanea in un punto dell'isolamento di due cavi unipolari strutturalmente non correlati (connettori o terminali) corrisponde alla probabilità di danneggiamento fase-fase di un bus con sbarre isolate, ad es. molto piccolo.

La probabilità di guasti a terra monofase con cavi unipolari isolati in XLPE è molto inferiore rispetto ai cavi tripolari BPI. Ciò è ottenuto sia dalla progettazione di cavi XLPE unipolari sia dalle proprietà dielettriche superiori dell'isolamento.

La versione unipolare dei cavi XLPE consente una sezione dei cavi che trasportano corrente fino a 800 mm. I cavi con una tale sezione trasversale possono competere con successo con le sbarre collettrici utilizzate nei sistemi di alimentazione delle imprese ad alta intensità energetica.

La schermatura degli elementi del cavo è necessaria per la compatibilità elettromagnetica del cavo con vari circuiti esterni e per garantire la simmetria del campo elettrico attorno all'anima del cavo e quindi per creare condizioni più favorevoli al funzionamento dell'isolamento. Gli schermi interni sono realizzati in plastica semiconduttiva, lo schermo esterno è costituito da fili e strisce di rame.

La guaina protettiva esterna protegge gli elementi interni del cavo dalla penetrazione dell'umidità e dai danni meccanici durante l'installazione e il funzionamento. Le guaine esterne dei cavi XLPE sono realizzate in polietilene ad alta resistenza o composto di PVC.

Riso. 3. Cavo con isolamento XLPE APvPg

Designazioni alfanumeriche convenzionali (marcatura) di cavi con isolamento XLPE:

• A - conduttore in alluminio, nessuna designazione - conduttore in rame,

• PV — materiale isolante — polietilene reticolato (vulcanizzato),

• P o V — involucro in polietilene o plastica PVC,

• y - scocca in polietilene rinforzato con spessore maggiorato,

• ng — guaina di composto di PVC a bassa infiammabilità,

• ngd — rivestimento in mescola di PVC a bassa emissione di fumi e gas,

• d - sigillatura longitudinale dello schermo con nastri impermeabili,

• 1 o 3 — il numero di fili con corrente,

• 50—800 sezione trasversale del filo che trasporta corrente, mm2,

• gzh-sigillatura del filo che trasporta corrente, 2 sezione trasversale 16-35 dello schermo, mm,

• 1-500 — tensione nominale, kV.

Esempio di designazione: cavo APvPg 1×240 / 35-10 con anima in alluminio (A), isolamento XLPE (Pv), guaina in polietilene (P), schermatura (g), solido (1), sezione del conduttore 240 mm. sezione 35 mm, tensione nominale 10 kV.