Tipi di cavi utilizzati nei tunnel della metropolitana: una guida completa alla selezione per i progetti metropolitani

Un tunnel della metropolitana è uno dei luoghi più difficili in cui installare un cavo elettrico. Lo spazio è ristretto, l'atmosfera è umida e spesso chimicamente aggressiva, l'accesso per la manutenzione è limitato a poche ore di notte e un singolo guasto durante l'orario di servizio può lasciare migliaia di passeggeri sotto terra. Inoltre, i tunnel vibrano, trasportano correnti vaganti di trazione e devono rimanere percorribili per l'evacuazione in caso di incendio.

Ecco perché nessun progetto metropolitano è realizzato con un unico “cavo tunnel”. Una linea moderna utilizza più famiglie di cavi contemporaneamente: cavi di distribuzione a media tensione, cavi di trazione CC, ausiliari a bassa tensione cavi di alimentazione , cavi di controllo e segnalazione, cavi resistenti al fuoco per circuiti di sicurezza e cavi di comunicazione come cavi coassiali radianti. Le sezioni seguenti spiegano cosa fa ciascun tipo e quali proprietà determinano se appartiene a una specifica del tunnel.

Perché la selezione del cavo tunnel è diversa

Prima di confrontare i prodotti, è utile comprendere le condizioni che un tunnel impone a ogni cavo installato al suo interno.

• Comportamento del fuoco e del fumo. I cavi sono tra i maggiori carichi di carburante in un tunnel, quindi la propagazione della fiamma, il rilascio di calore, la densità del fumo e l'emissione di gas acidi sono considerati criteri di progettazione primari piuttosto che extra opzionali.
• Umidità e acque sotterranee. Molti tunnel si trovano sotto la falda freatica e i percorsi dei cavi spesso attraversano zone di drenaggio dove l’acqua è presente per decenni.
• Spazio limitato. La spaziatura delle staffe, il raggio di curvatura e il carico del vassoio sono tutti ridotti, il che favorisce cavi con caratteristiche di installazione prevedibili e testate.
• Vibrazione e movimento. Le vibrazioni continue del treno e la respirazione del tunnel richiedono conduttori flessibili e tacchetti correttamente distanziati.
• Correnti vaganti e interferenze. Le correnti di ritorno della trazione e gli azionamenti a frequenza variabile creano rumore elettrico, quindi le pratiche di schermatura e messa a terra sono importanti tanto quanto il cavo stesso.
• Lunga durata. La durata di progettazione è in genere compresa tra 30 e 50 anni con quasi nessuna possibilità di ricollegare un cavo, quindi le prestazioni invecchiate superano il costo iniziale.

Le specifiche della metropolitana si basano quindi su una serie di standard familiari: IEC 60502-2 per cavi di media tensione, IEC 60332-1 e IEC 60332-3 per la propagazione della fiamma, IEC 60331 per l'integrità del circuito sotto incendio, IEC 60754 per gas acido alogeno e IEC 61034 per la densità del fumo. Una scheda tecnica dovrebbe essere letta in base ai risultati dei test, non al linguaggio del marketing.

I principali tipi di cavi utilizzati nei tunnel della metropolitana

La tabella seguente riassume i tipi di cavi normalmente presenti lungo il percorso di un tunnel della metropolitana, insieme al servizio svolto da ciascuno. L'elenco è organizzato per funzione, perché due cavi con la stessa tensione possono svolgere lavori sotterranei molto diversi.

Una singola sezione del tunnel può contenere tutte e otto le famiglie. I gruppi che richiedono la specifica più attenta sono descritti di seguito.

Cavi Distribuzione Media Tensione e Trazione DC

Cavi di distribuzione isolati in XLPE

Le sottostazioni di trazione sono solitamente distanziate tra loro di uno o due chilometri e collegate alla rete pubblica tramite un anello di media tensione. Questi circuiti ad anello e di alimentazione sono quasi sempre cavi isolati XLPE con tensione compresa tra 3,6/6 kV e 26/35 kV, posati come cavi unipolari a forma di trifoglio o come cavi tripolari con uno schermo metallico comune. Lo schermo trasporta la corrente di guasto a terra e controlla il campo elettrico, quindi la sua sezione trasversale deve essere specificata piuttosto che presunta.

Cavi di alimentazione per trazione CC

La seconda grande famiglia di potenze alimenta le rotaie. I sistemi a terza rotaia funzionano tipicamente a 750 V CC, mentre i sistemi a linea aerea di contatto funzionano comunemente a 1500 V CC. Si tratta normalmente di cavi unipolari con schermi in rame pesante o conduttori concentrici, scelti principalmente per limitare la corrosione da correnti vaganti dei rivestimenti delle gallerie, delle armature e delle carpenterie interrate. L'isolamento è solitamente XLPE, con guaina a basso contenuto di fumi e senza alogeni ovunque l'operatore richieda una riduzione del fumo in caso di emergenza.

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Cavi di Controllo, Segnalazione e Comunicazione

Cavi di controllo

Cavi di controllo operate the equipment that keeps a tunnel habitable: ventilation fans, drainage pumps, platform screen doors, lighting contactors and switchgear. They are multi-core, generally rated 450/750 V, with PVC, cross-linked polyolefin or LSZH insulation. Where variable-frequency drives are involved, a braided or foil screen is added to contain switching noise.

Cavi strumentazione e segnale schermati

I cavi schermati per strumentazione trasportano segnali di misurazione e controllo di basso livello tra sensori, unità di monitoraggio e stazioni esterne SCADA. La costruzione abituale è costituita da doppini intrecciati con schermi individuali e complessivi più un filo di drenaggio, con tensione nominale di 300/500 V. Lo schermo è lì per tenere lontane le interferenze piuttosto che per trasportare corrente di guasto e deve essere collegato a terra solo a un'estremità per evitare correnti circolanti lungo il tunnel.

Cavo coassiale radiante

I segnali radio non viaggiano lontano lungo le curve del tunnel, quindi le metropolitane utilizzano un cavo coassiale radiante, spesso chiamato cavo di alimentazione che perde, montato lungo la parete del tunnel. Il conduttore esterno scanalato consente al cavo di agire come una lunga antenna, fornendo una copertura continua per le comunicazioni treno-terra e i servizi radio di emergenza.

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Cavi Resistenti al Fuoco e Ritardanti di Fiamma

Ignifugo e resistente al fuoco non sono la stessa cosa. Un cavo ignifugo resiste alla propagazione della fiamma, verificato dalla norma IEC 60332-1 per un cavo singolo e dalla norma IEC 60332-3 per un fascio verticale, ma non è tenuto a continuare a funzionare durante un incendio. Un cavo resistente al fuoco aggiunge una barriera di nastro di mica attorno al conduttore in modo che il circuito continui a funzionare per un periodo definito, comunemente 30, 60 o 120 minuti se testato secondo IEC 60331. Per questo motivo l'illuminazione di emergenza, i ventilatori per l'estrazione del fumo, le pompe antincendio, gli ascensori di evacuazione e le comunicazioni in galleria sono normalmente cablati con cavo resistente al fuoco.

Il fumo è l’altra metà dell’equazione. I composti a basso contenuto di fumi e privi di alogeni limitano il gas acido alogeno alla norma IEC 60754 e la densità del fumo alla norma IEC 61034, il che mantiene utilizzabili le vie di fuga e l'accesso antincendio. Se stai valutando questi gradi per un percorso specifico, la nostra panoramica di tre principi per la scelta dei cavi ignifughi è un utile punto di partenza.

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Protezione contro acqua, roditori e danni meccanici

La prestazione al fuoco è solo una parte delle specifiche. I tunnel combinano aria umida, acqua di drenaggio, attività dei roditori e stress meccanico costante, quindi gli strati esterni del cavo svolgono un vero lavoro:

• Nastri water-blocking o polvere rigonfiabile negli interstizi dei conduttori, per percorsi sotto falda freatica.
• Armatura in nastro o filo di acciaio in cui i cavi sono interrati nell'inverter o esposti agli urti.
• Guaina resistente alle termiti e ai roditori in tunnel che attraversano terreno, vecchi riempimenti o talee vegetate.
• La corretta spaziatura dei tasselli e la sigillatura antifuoco ad ogni attraversamento della parete, in modo che l'incendio del cavo non possa diffondersi tra le sezioni.

Una lista di controllo delle specifiche per i progetti di tunnel

Quando prepari una pianificazione dei cavi per un tunnel della metropolitana, esamina i seguenti punti prima di rilasciare la richiesta:

1. Circuiti separati per funzione: potenza di trazione, potenza ausiliaria, controllo, segnale e comunicazione.
2. Confermare la classe di tensione, il materiale del conduttore e la sezione trasversale dello schermo richiesti dallo studio sulla messa a terra e sulle correnti vaganti.
3. Indicare le prestazioni antincendio necessarie per ciascun circuito: ritardante di fiamma, resistente al fuoco con tempo di integrità del circuito o entrambi.
4. Specificare i limiti di fumo e gas acidi, ad esempio IEC 61034 e IEC 60754, per tutti i cavi nelle aree occupate.
5. Definire la protezione ambientale: blocco dell'acqua, armatura, resistenza ai roditori.
6. Controllare il raggio di curvatura e la spaziatura dei tasselli rispetto alla sezione trasversale effettiva del tunnel e alla disposizione delle staffe.
7. Richiedi rapporti di prova di tipo e certificazione di parte terza, non solo una descrizione a catalogo.

Scelta di un partner per i cavi per i lavori in galleria

Il cavo tunnel è un impegno a lungo termine ed è vantaggioso acquistarlo da un produttore che comprende i profili di utilizzo metropolitano piuttosto che da uno che si limita a indicare una tensione. Il nostro base produttiva a Guanlin, Yixing , conosciuta nel settore come China Cable City, produce cavi elettrici, per apparecchiature, aerei e speciali dal 1998, con le costruzioni di media tensione, di controllo, resistenti al fuoco e di transito ferroviario che i progetti di tunnel tipicamente richiedono. I sistemi di gestione della qualità, dell'ambiente, della salute sul lavoro, dell'energia e della proprietà intellettuale sono certificati secondo gli standard ISO e i prodotti sono dotati di approvazioni di terze parti, inclusa la certificazione TUV, che è importante quando una specifica deve essere difesa durante la revisione della progettazione.

Se stai assemblando una pianificazione dei cavi per un tunnel della metropolitana, inviaci l'elenco dei circuiti e i requisiti di prestazione antincendio. Ti aiuteremo ad abbinare ogni percorso a un tipo di cavo che funziona in servizio, non solo sulla carta.