Cavi di alimentazione ad alta tensione con isolamento in carta piombata e pressacavi

I cavi elettrici sono destinati alla trasmissione e distribuzione di energia elettrica sul territorio e alla sua alimentazione con collettori di corrente.

Sebbene i cavi siano più costosi da installare rispetto alle linee aeree, vengono sempre più utilizzati come soluzione preferita. Oggi i cavi ad alta tensione vengono utilizzati principalmente a livelli di tensione di 380 kV, 110 kV, 35 kV, 20 kV, 10 kV e 400 V.

Mentre oggi vengono prodotti quasi solo cavi con isolamento in plastica e Guaina in XLPE, il classico cavo ad alta tensione è il cosiddetto cavo di carta.

I cavi XLPE hanno iniziato a essere posati su larga scala prima degli anni '80, anche se in alcuni paesi questo processo è iniziato più tardi. Una caratteristica particolarmente notevole di questo livello di tensione è l'enorme varietà di tipi di cavi polimerici alternativi.

Cavi di alimentazione isolati in carta (a sinistra) vs. cavo XLPE

Cavi energia con isolamento in carta impregnata

I cavi di piombo isolati in carta hanno quasi la stessa struttura di base per livelli di tensione da 400 V a 35 kV.Sono stati utilizzati per la trasmissione di potenza sin dall'introduzione dei primi sistemi di alimentazione alla fine del XIX secolo.

Cavo di alimentazione corazzato con guaina di piombo del XX secolo

Per tensioni di esercizio fino a 35 kV inclusi, tali cavi sono realizzati con isolamento di carta per cavi impregnata di colofonia in una guaina e armatura di piombo, a seconda delle condizioni di posa.

Cavi e fili posati su navi utilizzate nell'industria mineraria e manifatturiera e in agricoltura sono realizzati principalmente con isolamento in gomma o plastica in un tubo flessibile in gomma o PVC.

I cavi di alimentazione si distinguono per il numero di conduttori: uno, due, tre e quattro conduttori. I conduttori possono essere a filo singolo o multifilo e di forma rotonda, settoriale, segmentata e ovale.

Come accennato in precedenza, alla fine del XIX secolo apparve un cavo a tre fili con una tensione fino a 6 kV. All'inizio era un cavo con fili di rame tondi, uno spesso strato di isolamento impregnato di carta sui fili e lo stesso spessore con uno strato di isolamento comune (cintura) sui fili isolati intrecciati insieme, cioè sotto un piombo guaina.

Un esempio di cavo in piombo in una pubblicità della Kabelwerke Brugg del 1927.

Posa di un cavo da 30 kV in Germania nel 1928.

Lo sviluppo del cavo di alimentazione va sulla falsariga di aumentare la tensione di lavoro del cavo e l'affidabilità del suo funzionamento, ma non aumentando ulteriormente lo spessore dello strato isolante, ma migliorando la qualità e migliorando l'uso del cavo isolante materiale nel cavo.

Il miglioramento degli indicatori economici del cavo, i.e.soprattutto la riduzione del suo prezzo è determinata dal risparmio di materie prime dovuto al loro migliore utilizzo e al miglioramento del processo tecnologico (riduzione del ciclo produttivo, riduzione degli scarti e degli scarti di produzione).

Negli anni '20, i conduttori tondi nei cavi di alimentazione multipolari furono sostituiti da conduttori di segmenti e settori, poiché il livello di produzione di cavi era aumentato così tanto che divenne possibile produrre cavi di alimentazione affidabili con conduttori non tondi fino a 10 kV inclusi .

Il tipo principale di cavo di alimentazione in carta impregnata è il cavo di settore.

Questo cavo presenta uno strato isolante su ogni conduttore (isolamento di fase) e uno strato isolante comune sui tre conduttori isolati intrecciati tra loro (isolamento a cinghia).Tale cavo è chiamato cavo con isolamento a cinghia o, a seconda del tipo di campo elettrico in esso, un cavo con campo non radiale e dal tipo di impregnazione - cavo con impregnazione viscosa.

Per designare un cavo di questo tipo, vengono utilizzati simboli (marchi) a seconda del tipo di schermatura e copertura esterna, ad esempio:

• SG - cavo senza armatura e cappucci sopra il cavo,
• CA - uno strato di asfalto viene applicato alla guaina di piombo,
• SB - sopra il piombo c'è un'armatura di due strisce di acciaio e una copertura di filo di cavo impregnato di bitume (iuta),
• SBG - come il design precedente ma senza rivestimento in iuta sul paraurti,
• OP e SK — cavo con un'armatura di fili piatti o tondi.

La prima lettera del marchio indica la presenza di un guscio e l'ultima indica il tipo di coperture protettive.

Per risparmiare piombo riducendo il diametro nei cavi elettrici multipolari (due, tre e quattro conduttori), i conduttori del cavo non sono tondi, ma a forma di settore o segmento.

Un cavo a tre conduttori con conduttori settoriali ha un diametro inferiore di circa il 15% rispetto a un cavo con conduttori tondi della stessa sezione. Il risparmio di piombo derivante dall'introduzione dei conduttori settoriali nei cavi a tre conduttori è stimabile in media del 20%.

I conduttori di un cavo trifase possono avere la forma di un ovale che si avvicina a un'ellisse. Il vantaggio di questa forma della vena è che la vena ovale non ha spigoli vivi come la vena del settore.

L'uso di conduttori ovali nei cavi ad alta tensione da 35 kV può fornire una certa compensazione per i cambiamenti termici nella composizione impregnante nello strato isolante del cavo e quindi migliorare la qualità del cavo.

I principali materiali isolanti da cui viene realizzato lo strato isolante del cavo di alimentazione nella fabbrica di cavi sono la carta per cavi e il composto di lettura.

L'impregnazione dello strato di carta del cavo viene effettuata per sostituire l'aria nella carta e tra gli strati di nastri di carta con olio minerale o qualche altro composto impregnante più forte nella connessione elettrica.

Il ruolo della carta non è solo quello di trattenere il composto impregnante. La presenza di carta nello strato isolante del cavo consente di ottenere uno strato isolante il cui carico di rottura è circa 3 volte superiore al carico di rottura della miscela impregnante.

La carta per cavi utilizzata per la produzione dello strato isolante dei cavi di potenza deve avere determinate proprietà meccaniche che garantiscano una stretta sovrapposizione delle strisce di carta sull'anima del cavo, proprietà fisiche necessarie per la corretta esecuzione del processo di impregnazione, e non deve contenere impurità, che riducono le proprietà elettriche della carta dopo l'impregnazione.

La costruzione del cavo 20 e 35 kV con isolamento a nastro non può fornire sufficiente affidabilità in esercizio, principalmente a causa della presenza di componenti di gradiente tangenziale nell'isolamento del cavo causate dalla non radialità del campo elettrico.

A questa tensione è applicata una struttura con tre vene di piombo attorcigliate in una comune striscia di armatura, convenzionalmente designata con il marchio OSB. Questo progetto fu proposto per la prima volta nel 1923 da A. Yakovlev e S. M. Bragin.

I cavi ad alta tensione per tensioni superiori a 20 kV sono sempre stati prodotti come cavo unipolare, cioè con un campo elettrico radiale, poiché in questo caso l'affidabilità del cavo ad alta tensione è di particolare importanza.

Per 110 e 220 kV vengono utilizzati principalmente cavi riempiti d'olio la cui caratteristica principale è che l'isolamento in carta di questo cavo è impregnato di olio minerale a bassa viscosità, che può facilmente spostarsi lungo il cavo lungo l'anima cava centrale sotto l'influenza della sovrappressione creata nel cavo.

Quando la temperatura del cavo cambia, l'olio che si muove liberamente consente di compensare con l'ausilio di apparecchiature di potenza le variazioni di temperatura del volume nello strato isolante, che nel cavo con impregnazione viscosa portano alla formazione di vuoti e distruzione.

La presenza di un'anima cava consente di asciugare e alimentare il cavo in produzione in modo che praticamente non rimangano bolle e inclusioni di gas.

In produzione, il cavo viene avvolto su un tamburo e collegato a uno speciale serbatoio dell'olio sotto una certa pressione positiva. Grazie a questo dispositivo, nel cavo non si formano inclusioni di gas, anche con notevoli sbalzi di temperatura.

Cavo moderno OSB-35 3×120 per tensione 35 kV

Guarnizioni per cavi

Sono forniti capicorda e connettori per consentire il collegamento dei cavi ad altre apparecchiature o tra di loro.

Poiché i cavi hanno una lunghezza limitata, sono necessari raccordi di collegamento, i cosiddetti pressacavi. Il compito del decoder è collegare tra loro le due estremità del cavo.

Una dimostrazione di un collegamento in cavo da 30 kV dal Museo di Lipsia che, una volta aperto, mostra come funziona un tale collegamento in cavo:

Il collegamento diretto del filo di alluminio è saldato e lavorato con una lima di alluminio. Nel caso di fili di rame, vengono posizionati i cosiddetti manicotti di saldatura, anime del cavo e saldati.

I conduttori di metallo nudo sono avvolti a mano con carta oleata larga da 10 a 30 mm fino a quando lo spessore dell'isolamento è 2,5 volte lo spessore dell'isolamento del cavo.

Prima dell'avvolgimento, la miscela di cavi e la carta devono essere riscaldate a 130 gradi in modo che l'umidità possa evaporare. Per questo sono state utilizzate stufe a carbone aperte. Naturalmente, questo era possibile solo all'aperto.

Per evitare che l'umidità penetri nelle boccole, viene utilizzata una boccola interna fabbricata in fabbrica di piombo o acciaio zincato per collegare le guaine di piombo e saldarle saldamente.

Poco prima della fine del processo di saldatura, il composto per cavi viene versato nel foro per evitare sacche d'aria.

Quando si esegue il processo di impregnazione del cavo di alimentazione, è necessario adottare tutte le misure per far evaporare l'umidità residua nello strato isolante prima dell'impregnazione. e impregnare l'intero strato isolante del cavo nel modo più completo possibile, riducendo al minimo le inclusioni d'aria che possono formarsi nello strato isolante durante i sussurri NS.

Il composto impregnante deve essere sottoposto a periodica pulizia da impurità meccaniche, trattamento sottovuoto per rimuovere l'umidità accumulata durante l'impregnazione del cavo e degasaggio per rimuovere i gas (aria) in esso disciolti.

Prima che il cosiddetto "manicotto interno di piombo" sia racchiuso in un involucro di acciaio fuso e riempito con isolante in resina, è necessario realizzare collegamenti metallici tra il rinforzo in nastro di acciaio e la guaina di piombo.

Dopo il raffreddamento per almeno 3 ore, la presa installata può essere utilizzata per un tempo molto lungo (30 anni o più).

Per ulteriori informazioni sul dispositivo e sulla tecnologia per l'installazione di guarnizioni per cavi per cavi di alimentazione, vedere qui:Connettori del cavo di alimentazione