Guida ai cavi ad alta tensione: selezione, test e installazione di cavi XLPE da 66-110 kV

Due linee da 110 kV nella stessa trincea, che trasportano lo stesso carico attraverso lo stesso conduttore di rame da 630 mm². Uno funziona ancora con il carico di base dopo venticinque anni. L'altro è stato scavato al settimo anno, dopo due guasti congiunti e letture di scariche parziali che non hanno mai superato del tutto il limite di accettabilità. Nessuno ha incolpato il rame. La differenza si riduceva a tre fattori: gli strati semiconduttori estrusi, la barriera contro l'umidità avvolta sullo schermo isolante e se i giunti erano assemblati in un'area controllata della fabbrica o in una fossa umida e polverosa.

Le sezioni seguenti illustrano la logica di progettazione, i numeri di accettazione, l'origine effettiva dei guasti e come è possibile costruire una sequenza di selezione in modo che sopravviva sia a una revisione tecnica che a una richiesta di garanzia.

Cosa rende effettivamente un cavo ad alta tensione

La classe di tensione è una dichiarazione di progettazione, non un'etichetta di marketing. Un cavo ad alta tensione è scritto come U0/U (Um) — ad esempio 64/110 (123) kV — dove U0 è la tensione fase-terra attorno alla quale è costruito l'isolamento, U è il valore nominale fase-fase e Um è la tensione di sistema più alta che il cavo deve tollerare continuamente. Confondere U0 con U è uno degli errori di gara più comuni e rimuove silenziosamente un'intera classe di isolamento dal progetto.

Dove gli standard dividono

La norma CEI 60840 copre i cavi di alimentazione con isolamento estruso da 30 kV (Um = 36 kV) fino a 150 kV (Um = 170 kV). La norma CEI 62067 subentra da 150 kV a 500 kV. In pratica, i cavi di classe 66 kV, 110 kV e 132 kV vivono all'interno dello standard IEC 60840, lavorando insieme agli equivalenti nazionali come GB/T 22078 in Cina e AEIC CS9 in Nord America. Quando una specifica cita solo "cavo HV" senza nominare l'edizione standard, i criteri di accettazione non sono definiti, così come lo è il piano di test.

Isolamento: XLPE ha preso il sopravvento

Il polietilene reticolato ha sostituito la carta impregnata in massa e i modelli riempiti di olio per tre ragioni pratiche: una temperatura continua del conduttore di 90 °C, un limite di 250 °C per un servizio di cortocircuito fino a cinque secondi e perdite dielettriche sufficientemente basse da avere importanza solo su tirature molto lunghe. L'XLPE tollera anche giunti prestampati, eliminando gran parte dei rischi sul campo. Il suo punto debole è la sensibilità. Una sporgenza o un'irregolarità di poche decine di micron sull'interfaccia del semiconduttore può innescare una scarica che cresce silenziosamente per anni.

La geometria conta tanto quanto i materiali. Un cavo unipolare da 64/110 kV a 630 mm² ha un diametro esterno vicino a 95 mm e il raggio di curvatura minimo è tipicamente da 15 a 20 volte quel diametro. La tensione di trazione è solitamente limitata a circa 50 N/mm² per la sezione trasversale del conduttore in rame e più vicina a 30 N/mm² per l'alluminio. Le indagini sui percorsi che ignorano questi dati producono il tipo di rilavorazione più costosa, perché il cavo viene danneggiato molto prima che venga messo sotto tensione. Quando abbiamo costruito la nostra capacità di cavi di alimentazione XLPE classe 110 kV , il monitoraggio online dell'eccentricità e del diametro è stato specificato proprio per questo motivo: l'eccentricità che si sposta durante l'estrusione è invisibile una volta spedito il tamburo.

Cavo di alimentazione isolato in polietilene reticolato da 66-110 kV Nome prodotto: cavo elettrico isolato in polietilene reticolato da 66-110 kV Visualizza il prodotto →

Lettura dei numeri per classe di tensione

Il modo più veloce per individuare un preventivo per un cavo HV sottospecificato è confrontarlo con la classe che dichiara di soddisfare. La tabella seguente elenca le cifre che un revisore tecnico dovrebbe aspettarsi di vedere documentate.

Da dove provengono effettivamente i guasti ai cavi HV

I rapporti sugli errori degli operatori continuano a puntare allo stesso schema. Il tamburo per cavi raramente è l’anello più debole; di solito lo è l'interfaccia tra il cavo e tutto ciò che lo circonda. La distribuzione seguente è un presupposto di pianificazione utile per l'allocazione del budget tra materiale e supervisione.

Leggi quel grafico come un'istruzione di spesa. Il denaro spostato da uno sconto marginale sul cavo alla giunzione supervisionata, all’assemblaggio con umidità controllata, alla protezione del percorso e ai test di messa in servizio acquista molta più affidabilità per unità di valuta di quanto potrà mai fare un prezzo di acquisto inferiore.

Come si divide la domanda di cavi ad alta tensione in base all'applicazione

Ogni fetta porta la propria pressione progettuale. La trasmissione urbana è guidata dallo spazio dei condotti e degli alloggiamenti dei giunti, motivo per cui vincono i diametri più piccoli e i giunti prefabbricati in fabbrica. I progetti rinnovabili spingono per cicli di consegna più brevi e alimentatori standardizzati da 66 kV e 110 kV. I sistemi ferroviari come l'alimentazione elettrica dei tram necessitano di margini termici ridotti nei tunnel e di un'elevata tolleranza per ripetuti cortocircuiti. La stessa disciplina di isolamento si applica a nuove applicazioni dei cavi energia , dove i circuiti lato CC e lato inverter soddisfano requisiti dielettrici comparabili a livelli di tensione molto più bassi.

Cavo di alimentazione isolato XLPE da 10 kV per l'ingegneria del sistema di alimentazione del tram Nome prodotto: cavo di alimentazione isolato XLPE da 10 kV per l'ingegneria del sistema di alimentazione del tram Visualizza il prodotto →

Una sequenza di selezione in sei fasi che sopravvive all’audit

Se eseguiti in ordine, questi passaggi producono una specifica che può essere difesa in una revisione del progetto, in un test di accettazione in fabbrica e in una richiesta di garanzia.

La maggior parte dei progetti non necessita della classe di tensione più alta disponibile; hanno bisogno della classe che corrisponde al sistema, fornita con prove. Un cavo XLPE classe 6/35 kV adeguatamente specificato e testato avrà ogni volta prestazioni migliori di un cavo sovradimensionato con documentazione incompleta.

Cavo di alimentazione isolato in polietilene reticolato da 6-35 kV Nome prodotto: cavo elettrico isolato in polietilene reticolato da 6-35 kV Visualizza il prodotto →

Manutenzione, monitoraggio e documentazione cartacea di conformità

Una volta messo sotto tensione, un circuito ad alta tensione viene monitorato anziché ispezionato. Il set di strumenti standard include:

• Rilevamento acustico e termico distribuito lungo il percorso, che converte il cavo nel proprio sensore di valutazione e rileva l'attività di scavo di terzi.
• Monitoraggio online delle scariche parziali in corrispondenza di giunti e terminazioni, dove l'attività di scarica appare mesi prima di un guasto.
• Ispezione periodica dei limitatori di tensione della guaina, delle scatole di collegamento e delle connessioni di massa, poiché i guasti di circolazione della guaina aumentano le perdite prima di generare allarmi.
• Una revisione della valutazione termica ogni volta che cambiano i modelli di carico, le condizioni del terreno o le fonti di calore adiacenti lungo il corridoio.

La conformità è altrettanto pratica. Conservare i certificati di prova dei fusti, i rapporti delle prove di tipo con dati testimoniati sulle scariche parziali, i registri di allungamento a caldo e reticolazione e la tracciabilità dei lotti di materiale in un unico file legato al percorso del cavo. La gestione della qualità, la gestione ambientale e le certificazioni in materia di salute e sicurezza sul lavoro forniscono il quadro, ma è il fascicolo di progetto ciò che risolve una controversia. Un cavo è valido quanto lo è la sua documentazione il giorno in cui viene presentata una richiesta di garanzia.

L'alimentatore da 110 kV che sopravvive trent'anni non è quello con il rame più spesso. È quello le cui interfacce dei semiconduttori sono state controllate durante l’estrusione, il cui schermo ha tenuto lontana l’umidità dall’isolamento e i cui giunti sono stati assemblati da mani esperte nelle giuste condizioni – con dati di test per dimostrarlo. Specifica queste cose in fase di gara e il resto del costo del ciclo di vita si prenderà cura di se stesso.