Cavo sotterraneo ad alta tensione: guida alla progettazione, selezione e installazione

Ogni progetto di linea sotterranea sembra iniziare con lo stesso dilemma: come inserire un circuito con capacità sufficiente in un percorso che non è mai stato progettato per una trincea per cavi. Un cavo sotterraneo ad alta tensione da 33 kV o 35 kV può risolvere questo problema, ma solo quando le dimensioni del conduttore, l'isolamento, la guaina e il metodo di installazione vengono selezionati come un unico sistema anziché come componenti separati. Questa guida spiega cosa rende un cavo ad alta tensione sotterraneo diverso da una linea aerea, in che modo le classi di tensione e l'isolamento influiscono sulle prestazioni e cosa controllare durante le specifiche e l'installazione.

Cosa conta come cavo sotterraneo ad alta tensione?

Il cavo sotterraneo ad alta tensione è un cavo assemblato in fabbrica che funziona con una tensione fase-fase superiore a 1 kV ed è destinato all'installazione sotterranea. In molte specifiche dei servizi pubblici, lo stesso termine copre i cavi da 6 kV a 35 kV perché condividono la stessa tecnologia di isolamento XLPE e sistemi accessori simili. Il cavo non è un unico conduttore; è una struttura a strati che include un conduttore a trefolo in rame o alluminio, uno schermo conduttore, un isolamento in polietilene reticolato, uno schermo isolante, uno schermo metallico e una guaina esterna.

Ogni strato svolge una funzione distinta. Gli schermi semiconduttori uniformano il campo elettrico e sopprimono le scariche parziali. Lo schermo metallico trasporta correnti capacitive e di guasto e fornisce schermatura. La guaina esterna mantiene l'umidità e i danni meccanici lontani dall'isolamento. Per un alimentatore di sottotrasmissione, XLPE è l'isolamento dominante perché può sostenere temperature continue del conduttore di 90 °C e temperature di cortocircuito fino a 250 °C.

Cavo di alimentazione isolato XLPE da 3,6/6 kV a 26/35kV Questo cavo XLPE a media tensione è adatto alle alimentazioni sotterranee in cui la resistenza all'umidità, al calore e allo stress meccanico è fondamentale. Il suo isolamento reticolato supporta il funzionamento continuo a 90°C ed è ampiamente utilizzato nelle reti urbane e nella distribuzione di energia industriale. Visualizza il prodotto →

Perché scegliere la metropolitana per i circuiti ad alta tensione?

L'installazione sotterranea viene scelta quando il diritto di precedenza è scarso, quando le linee aeree non sono accettabili dal punto di vista visivo o ambientale o quando il percorso passa sotto strade, fiumi, edifici o corridoi aeroportuali. Una volta interrato, il cavo è ampiamente protetto da fulmini, vento, ghiaccio e galoppo del conduttore. Ciò si traduce in meno interruzioni legate alle condizioni meteorologiche rispetto alle linee aeree.

I circuiti sotterranei presentano dei compromessi. Sono più costosi da costruire, più difficili da individuare dopo un guasto e più lenti da riparare. La dissipazione del calore è limitata anche dal terreno e dal terreno di riempimento. Un cavo che trasporta 600 A in aria libera potrebbe essere limitato a 450 A se sepolto in un terreno asciutto senza uno speciale rivestimento termico. Pertanto, la portata effettiva di un cavo sotterraneo ad alta tensione è determinata dall'ambiente di installazione e non solo dalla dimensione del conduttore.

Classi di tensione e applicazioni tipiche

La selezione della tensione è il primo passo nella specifica di un cavo. Per le reti di distribuzione sotterranee, le tensioni nominali comuni sono 6/1 kV, 12/20kV, 18/30kV e 26/35 kV. La tabella seguente riassume i ruoli tipici.

In termini pratici, un cavo da 6/1 kV potrebbe alimentare un grande edificio industriale, mentre un cavo da 26/35 kV potrebbe fornire energia a una sottostazione cittadina trafficata da un punto di fornitura di massa. Per gli ingegneri di progetto, è essenziale abbinare la tensione nominale del cavo alle condizioni di guasto a terra del sistema. Il valore U0, la tensione tra conduttore e schermo, deve coprire la durata massima di un singolo guasto linea-terra.

Cavo di alimentazione isolato XLPE da 0,6/1 kV per la distribuzione Questo cavo XLPE a bassa tensione è ideale per la fornitura di edifici, impianti industriali e interramento diretto. Offre una maggiore capacità di corrente e migliori prestazioni meccaniche rispetto alle alternative isolate in PVC, rendendolo una scelta pratica per le moderne reti di distribuzione. Visualizza il prodotto →

Dettagli costruttivi che influenzano la vita sotterranea

Una volta selezionato il livello di tensione, la progettazione fisica del cavo inizia ad avere importanza. Per il servizio sotterraneo meritano attenzione quattro dettagli costruttivi:

• Conduttore a trefolo compatto – riduce il diametro esterno e consente un raggio di curvatura più stretto.
• Isolamento XLPE tripla estrusione – applicato insieme al conduttore e agli schermi isolanti sulla stessa linea di estrusione, riducendo al minimo la contaminazione e i vuoti.
• Design dello schermo metallico – uno schermo in filo di rame è più facile da terminare e ha una migliore resistenza ai cortocircuiti rispetto al nastro di rame sottile.
• Materiale della guaina esterna – Il PE è duro e resistente all’umidità; Il PVC offre un comportamento ignifugo; nelle zone rurali o tropicali dove l'attacco biologico è a rischio sono necessari speciali composti antitermiti e antiroditori.

L'ingresso di acqua è una delle cause più comuni di guasto dei cavi sotterranei. L'umidità combinata con lo stress elettrico crea alberi acquatici nell'XLPE, che possono crescere nel corso degli anni e alla fine causare guasti. Questo è il motivo per cui molti servizi pubblici richiedono una barriera d'acqua radiale o almeno una guaina bloccata dall'acqua per i circuiti direttamente interrati.

Cavo di alimentazione resistente alle termiti e ai roditori Questo cavo è progettato con materiali di guaina ecologici per resistere ai danni biologici causati da termiti e roditori, garantendo affidabilità a lungo termine in ambienti difficili sotterranei o sopraelevati. Scegli tra protezione resistente alle termiti, ai roditori o combinata. Visualizza il prodotto →

Linee guida per l'installazione e la protezione

Anche ben costruito cavo sotterraneo ad alta tensione può guastarsi rapidamente se installato in modo errato. Le installazioni più affidabili seguono alcune pratiche di base:

• Posare il cavo in una fossa stabile con fondo liscio e schermato.
• Utilizzare materiale per la lettiera con bassa resistività termica, come sabbia o cemento magro.
• Mantenere il raggio di curvatura minimo richiesto negli occhielli di trazione e nei giunti.
• Limitare la tensione di trazione utilizzando una presa di trazione e dei rulli per cavi adeguati.
• Coprire il circuito con piastrelle protettive, nastro adesivo o entrambi.
• Registrare il percorso esatto e la profondità per gli scavi futuri.

Tali misure limitano lo stress meccanico, migliorano la dissipazione del calore e riducono la possibilità di danni dovuti a scavi eseguiti da terzi, che rimane la principale causa di guasti ai cavi sotterranei in molte reti.

Test e garanzia di qualità

Il test inizia in fabbrica e continua finché il cavo non viene alimentato. Per i cavi interrati ad alta tensione con isolamento XLPE, la gamma di test comprende prove di routine su ogni lunghezza di produzione, prove a campione su una piccola percentuale dell'ordine e prove di tipo che comprovano il progetto. La misurazione delle scariche parziali è particolarmente importante perché anche piccoli vuoti nell'isolamento possono provocare guasti durante il funzionamento.

Dopo l'installazione potrebbe essere necessario un test di tenuta VLF o CC. Il test VLF è preferito per i moderni cavi XLPE perché sollecita l'isolamento in un modo più vicino alle condizioni di servizio senza danneggiare il cavo audio. Le prove in cantiere spesso si estendono ai giunti e alle terminazioni, poiché questi accessori sono punti deboli comuni.

I proprietari e gli appaltatori dovrebbero richiedere risultati di test documentati e verificare che il produttore del cavo possieda la relativa certificazione. Di terze parti certificazione del prodotto e la certificazione di sistema come la ISO 9001 costituiscono un utile punto di partenza per valutare i fornitori.

Selezione del cavo e del fornitore giusti

La scelta di un cavo sotterraneo ad alta tensione è un esercizio di gestione del rischio. Il primo passo è raccogliere i parametri del sistema: tensione nominale, livello di guasto, carico previsto, temperatura ambiente del suolo, resistività termica e lunghezza del percorso. Quindi confronta le opzioni del materiale del conduttore: il rame aumenta la portata per lo stesso diametro ma aumenta i costi; l'alluminio è più leggero e meno costoso ma necessita di una sezione trasversale maggiore per la stessa portata.

Altri fattori includono il materiale della guaina, la presenza di strati che bloccano l'acqua, l'imballaggio del cavo, la lunghezza del tamburo e la capacità del produttore di fornire lunghi tratti continui per ridurre al minimo le giunzioni. Un cavo con un giunto in meno può ridurre i tempi di installazione e i futuri punti di guasto. Vuoi anche confermare che il fornitore possa fornire un file di tracciabilità completo: certificati dei materiali, rapporti sui test di routine e istruzioni di installazione.

La decisione di acquisto dovrebbe basarsi sul costo del ciclo di vita e sulle prestazioni tecniche, non solo sul prezzo iniziale. Per maggiori dettagli sui compromessi elettrici e meccanici, questa guida concisa a scelta del cavo di alimentazione copre i punti principali.

I circuiti affidabili dei cavi sotterranei ad alta tensione non sono creati da un singolo componente intelligente; nascono dall'interazione tra un design pulito del cavo, una produzione di alta qualità, una classe di tensione corretta e un'installazione controllata. Inizia con la tensione e il carico del sistema, quindi scegli l'isolamento e la guaina per il percorso e termina con i test e la documentazione che dimostrano che il cavo è pronto per l'uso. Bilanciando tutti questi fattori, i proprietari della rete possono realizzare alimentatori sotterranei che funzionano in sicurezza per decenni.