Cavi elettrici ad alta tensione: come scegliere l'isolamento e la tensione nominale

Un cavo XLPE da 26/35 kV non sostituisce un cavo PVC da 0,6/1 kV. Quando le specifiche di un progetto richiedono un alimentatore di media tensione, l'isolamento o la dimensione errata del conduttore possono produrre un surriscaldamento prolungato, un guasto prematuro e una sostituzione non pianificata del cavo. Consideriamo un carico di 20 MVA a 35 kV: la corrente di linea è di circa 330 A. Un conduttore di rame da 150 mm² con isolamento XLPE può trasportare quella corrente nell'aria, ma lo stesso conduttore di alluminio necessiterebbe di una sezione maggiore per soddisfare la stessa portata. La prima domanda non è "quale marca" ma "quale costruzione" per quanto riguarda la tensione operativa effettiva, il carico ambientale e il metodo di installazione. Questa guida si concentra sui cavi elettrici ad alta tensione nella gamma di media tensione (fino a 35 kV) e offre criteri pratici di selezione che possono essere utilizzati da ingegneri e responsabili degli acquisti.

Cosa significa "alta tensione" nei cavi di alimentazione?

Negli standard internazionali, la bassa tensione solitamente copre fino a 1 kV, la media tensione va da 1 kV a 35 kV e l'alta tensione inizia sopra 35 kV. Tuttavia, nella pratica industriale e dei servizi pubblici, il termine "cavo di alimentazione ad alta tensione" viene spesso utilizzato per qualsiasi cavo superiore a 1 kV che serve circuiti di distribuzione o trasmissione. Per questo articolo ci concentriamo sulla gamma da 1,8/3 kV a 26/35 kV, che copre la maggior parte delle reti di media tensione industriali e di pubblica utilità. I sistemi a tensione più elevata (66 kV e oltre) si basano su diverse progettazioni di cavi, ma la logica di selezione fondamentale rimane simile. Comprendere la classe di tensione è essenziale perché determina lo spessore dell'isolamento, il design della schermatura e il metodo di prova. Un cavo da 26/35 kV ha un diametro esterno circa doppio di quello di un cavo da 8,7/15 kV per la stessa dimensione del conduttore, che influisce sul raggio di curvatura e sulla larghezza della trincea.

Dettagli costruttivi chiave da ispezionare

Un cavo di alimentazione ad alta tensione è composto da quattro strati distinti: conduttore, schermo conduttore, isolante e schermo isolante, seguiti da uno schermo metallico e una guaina esterna. Ogni strato ha una funzione definita. Il conduttore deve avere una resistenza che soddisfi la norma IEC 60228 classe 1 o classe 2. Lo schermo del conduttore e lo schermo isolante attenuano il campo elettrico e impediscono scariche parziali. Lo schermo metallico funge sia da percorso di ritorno per le correnti di guasto che da schermo elettromagnetico. La guaina esterna può essere in PVC, PE o un composto ignifugo, a seconda delle condizioni di installazione. Prestare attenzione al materiale del conduttore: il rame offre una resistenza CC inferiore a parità di sezione, mentre l'alluminio riduce peso e costi. In un cavo da 26/35 kV, sono comuni sezioni trasversali da 50 mm² a 300 mm² e devono essere applicati fattori di declassamento quando i cavi vengono raggruppati, interrati o installati in ambienti caldi. Gli schermi semiconduttivi devono essere estrusi e fissati saldamente all'isolamento, altrimenti si formano dei vuoti e le scariche parziali finiranno per erodere l'isolamento.

Isolamento XLPE vs PVC per media e alta tensione

Il materiale isolante determina lo stress termico ed elettrico che un cavo può sopportare. XLPE (polietilene reticolato) è la scelta predefinita per i cavi elettrici di media e alta tensione perché può sostenere una temperatura continua del conduttore di 90°C e una temperatura di emergenza fino a 130°C. Il PVC, d'altro canto, è solitamente limitato a una temperatura continua di 70°C. Per i circuiti da 0,6/1 kV, il PVC rimane economico, ma per i circuiti da 26/35 kV, l'XLPE è quasi standard. La tabella 1 confronta le caratteristiche principali. Sul campo, la scelta tra questi materiali è spesso la prima decisione che influisce sul confronto tra isolamento XLPE e PVC .

Selezione della tensione nominale: 8,7/15 kV e 26/35 kV

I valori di tensione sono scritti come U ₀ /U, dove U ₀ è la tensione concatenata e U è la tensione concatenata. Per un cavo da 26/35 kV, U ₀ è 26 kV e U è 35 kV. In pratica, un cavo XLPE da 26/35 kV viene utilizzato per la distribuzione di energia dalle sottostazioni da 35 kV, mentre i cavi da 8,7/15 kV servono alimentatori industriali interni e i cavi da 12/20 kV sono comuni nelle reti di distribuzione urbana. La selezione di una tensione nominale superiore alla tensione nominale del sistema non migliora necessariamente l'affidabilità; può aumentare i costi e ridurre la flessibilità. La classificazione corretta è quella che corrisponde alla tensione operativa massima del sistema e alla configurazione della messa a terra neutra. Ad esempio, un sistema con una tensione nominale di 35 kV e un neutro effettivamente messo a terra può essere servito da un cavo da 26/35 kV, mentre un sistema con neutro senza messa a terra o isolato può richiedere un livello di isolamento più elevato. Verificare quindi sempre con il progettista il livello di isolamento.

Scelta della giusta sezione trasversale del conduttore

La scelta della sezione trasversale del conduttore dipende dall'equilibrio tra portata, caduta di tensione e capacità di cortocircuito. La portata è limitata dalla temperatura massima del conduttore, che è 90°C per XLPE. Un conduttore di rame da 150 mm² in aria ha una portata di circa 360 A a 90°C, ma se sepolto nel terreno a 25°C con una resistività termica di 1,2 K·m/W, la portata può scendere sotto i 300 A. La caduta di tensione deve essere controllata per lunghi percorsi; una caduta di tensione dell'1% a 35 kV consente solitamente una lunghezza del cavo maggiore rispetto a 0,6/1 kV. In caso di cortocircuiti, il conduttore non deve superare la temperatura massima consentita durante il tempo di eliminazione del guasto. Una guida standard afferma che i conduttori in rame possono sopportare una densità di corrente di cortocircuito di circa 100 A/mm² per 1 secondo sotto isolamento XLPE. Questi calcoli determinano la sezione trasversale minima e l'approvvigionamento non dovrebbe mai accettare un conduttore più sottile senza un calcolo termico documentato.

Dove vengono utilizzati cavi di alimentazione ad alta tensione

I cavi elettrici ad alta tensione si trovano ovunque l'energia elettrica debba spostarsi a distanza. Le reti pubbliche utilizzano cavi XLPE da 26/35 kV per collegare sottostazioni e trasformatori step-down.

Cavo di alimentazione isolato XLPE per distribuzione di media e alta tensione Questo cavo in polietilene reticolato è adatto a reti urbane, impianti industriali e infrastrutture. Il suo isolamento avanzato migliora l'invecchiamento e la resistenza ambientale, rendendolo una scelta affidabile per una trasmissione affidabile della potenza su lunghe distanze. Visualizza il prodotto →

Gli impianti industriali installano cavi da 8,7/15 kV per alimentare motori di grandi dimensioni e quadri di distribuzione dell'energia. I sistemi di trasporto ferroviario utilizzano cavi di alimentazione dedicati per alimentare le sottostazioni di trazione.

Cavo di alimentazione senza alogeni a bassa emissione di fumi per il trasporto ferroviario urbano Progettato per sistemi metropolitani e ferroviari leggeri, questo cavo da 35 kV offre proprietà ritardanti di fiamma e protezione contro termiti e roditori. Soddisfa i severi requisiti di sicurezza per gli ambienti sotterranei e ferroviari, supportando una potenza di trazione affidabile. Visualizza il prodotto →

Anche i progetti di energia rinnovabile si basano su questi cavi: un parco solare può utilizzare cavi fotovoltaici per raccogliere corrente continua dai pannelli e alimentare un inverter centrale.

Cavo fotovoltaico per la trasmissione CC di energia solare Progettato per i pannelli solari, questo cavo resiste ai raggi UV, agli agenti atmosferici e all'ozono. Il conduttore in rame stagnato e l'isolamento LSZH garantiscono prestazioni stabili in condizioni esterne, contribuendo all'efficienza a lungo termine dei sistemi di energia rinnovabile. Visualizza il prodotto →

Considerazioni sulla qualità e sui test

Un cavo di alimentazione ad alta tensione affidabile deve essere testato prima di lasciare la fabbrica. I test di routine includono la misurazione della resistenza del conduttore, il test di scarica parziale alla tensione dichiarata, il test di resistenza di isolamento e il test di tenuta alla tensione alla frequenza di rete. Per i cavi da 26/35 kV, la prova di scarica parziale non deve mostrare alcuna scarica locale superiore al limite specificato. Inoltre, test a campione verificano le dimensioni, lo spessore dell'isolamento e le proprietà meccaniche. I test di accettazione in sito comportano tipicamente un test in corrente continua ad alta tensione o un test in corrente alternata risonante, a seconda del sistema di cavi. Insistere per ricevere i rapporti di prova per ogni bobina. Verificare inoltre che la fabbrica disponga della certificazione richiesta, come ISO 9001 e certificazioni di prodotto per il mercato di destinazione.

Considerazioni pratiche sull'acquisto

Al momento dell'acquisto cavi di alimentazione ad alta tensione , inventariare le seguenti variabili: lunghezza del cavo, dimensione del cilindro di consegna, raggio di curvatura richiesto, profondità di installazione e temperatura ambiente. Per l'interramento diretto, utilizzare cavi con doppia armatura in nastro di acciaio o uno strato di armatura metallica. Per le passerelle o i tunnel è necessaria una guaina ignifuga per ridurre la propagazione del fuoco. Il raggio di curvatura è spesso specificato come da 12 a 15 volte il diametro esterno del cavo per XLPE. Sporcizia, umidità e danni meccanici sono le tre cause più comuni di guasto prematuro dei cavi di media tensione. Inoltre, confrontare i fattori di declassamento termico per percorsi diversi. Un cambiamento nelle condizioni di installazione dall'aria al suolo può ridurre la portata del 20-30%. Ricorda che il costo totale di proprietà include il cavo, l'installazione e il costo di un guasto, quindi scegli un fornitore in grado di fornire una documentazione di test affidabile e di qualità costante.

La scelta di un cavo di alimentazione ad alta tensione è una decisione ingegneristica basata sulla tensione del sistema, sul materiale isolante, sulle dimensioni del conduttore e sull'ambiente di installazione. Iniziare con le specifiche, quindi convalidare la capacità di test e il track record del fornitore. Un produttore di cavi affidabile con certificazione ISO 9001 e TÜV può fornire la documentazione necessaria e la coerenza per progetti di servizi pubblici, industriali e rinnovabili. Il nostro team produce cavi elettrici di media e alta tensione dal 1998 e accogliamo con favore le vostre domande tecniche. Scopri di più sul nostro background di produzione .