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Nov 24, 2023

Evoluzione degli accessori per cavi di media tensione

By Patrick O’Halloran, chief engineer condition monitoring at City Power,

Di Patrick O'Halloran, ingegnere capo del monitoraggio delle condizioni presso City Power, Johannesburg, Sud Africa

Gli accessori per cavi a media tensione (MT) sono cambiati rispetto ai cavi terminati e giuntati dei nostri nonni molti anni fa, evolvendosi per tenere il passo con i cambiamenti tecnologici nella progettazione di quadri e cavi. In Sud Africa i principali fattori trainanti che hanno cambiato gli accessori per cavi MT sono NRS 053/SABS 1332 e NRS 012 / SANS 876 e l'introduzione di quadri MT compatti. Questo articolo fornisce una panoramica dell'evoluzione delle terminazioni dei cavi MT e identifica le sfide che attendono l'industria sudafricana (resistenza al cambiamento, mancanza di competenze e mancata comprensione delle nuove tecnologie).

Inizialmente, le apparecchiature elettriche (quadri e trasformatori) erano progettate per avere cabine portacavi metalliche riempite di composto. Questo modo di terminare i cavi era tecnicamente buono, tranne che era molto difficile e pericoloso per il personale sul campo. I cavi MV isolati in carta (PILC) all'epoca avevano una struttura con cintura e collegamenti a terra puliti. La scatola dei cavi riempita di composto era progettata per non avere aria all'interno, quindi la dispersione superficiale non era una considerazione importante durante la progettazione del passacavo. Questo spiega perché le boccole delle scatole per cavi riempite di composto sono piccole rispetto alle boccole delle scatole per cavi riempite d'aria presenti nei quadri rivestiti in metallo e nei trasformatori esterni.

Le scatole dei composti venivano riempite con molti composti diversi, ma veniva utilizzato principalmente un composto da versare a caldo. Questo composto era difficile da gestire ed emetteva fumi nocivi se riscaldato prima del versamento. Le scatole riempite di composto erano realizzate con alloggiamento in metallo, con boccole in porcellana nel punto in cui i cavi uscivano dalla scatola di composto.

Alcuni inconvenienti dei box cavi riempiti di composto sono: è necessario il rabbocco del composto per garantire un adeguato isolamento (assenza di vuoti d'aria), lunghi tempi di installazione e guasti ai box cavi causano gravi danni in caso di rottura (il composto caldo che brucia potrebbe essere espulso). Tuttavia, sono ora disponibili composti di nuova tecnologia per colata a freddo, che sono rispettosi dell'ambiente, sicuri da installare e riaccessibili.

Con l'introduzione dei nastri, delle terminazioni termorestringenti e successivamente termoretraibili a freddo, le scatole riempite con composto sono state nel tempo sostituite con terminazioni isolate in aria. Questo tipo di terminazione dei cavi MT è utilizzata dal 95% del mercato sudafricano.

Sono stati introdotti cavi isolati in carta schermata per controllare le sollecitazioni elettriche all'interno dei progetti dei cavi, in particolare laddove erano richiesti valori nominali di tensione maggiori. Attualmente i cavi isolati in carta con design con cintura sono limitati a 12 kV. I cavi schermati isolati in carta sono normalmente classificati fino a 36 kV inclusi secondo SANS 97. Il design del cavo schermato fornisce prestazioni di terminazione del cavo MT migliorate, soprattutto laddove nei cavi con cintura la stampella è un'area ad alto stress.

Il cavo isolato in carta con design a cintura ha maggiori probabilità di presentare guasti alla stampella rispetto al cavo isolato in carta con design a schermo più recente in cui l'intera area della stampella è schermata. Ciò è dovuto alla resistività dei materiali e all'introduzione di aria tra conduttori isolati non schermati. Fare riferimento all'Immagine 3 per maggiori dettagli sulle differenze tra cinghia e cavo schermato MT isolato in carta.

Speciali tubi di controllo dello stress sono stati progettati per controllare l'elevato stress elettrico in corrispondenza del taglio dello schermo nelle terminazioni dei cavi MT isolati in aria.

Con l'introduzione dell'aria nelle cabine dei cavi, ora dobbiamo considerare le distanze superficiali, il tracciamento, l'erosione e le distanze libere (fase-fase e fase-terra). Queste considerazioni tecniche devono essere corrette se si vuole che una terminazione riempita d'aria duri più di 30 anni. Se vengono fornite proprietà di dispersione, tracciamento ed erosione e distanze d'aria inadeguate, la terminazione del cavo MT si guasterà prematuramente. Il guasto delle terminazioni dei cavi MT è pericoloso e causa lunghe interruzioni di alimentazione. L'immagine 5 mostra una tipica terminazione termorestringente isolata in aria da 11 kV con protezioni in mastice e nastro.

Le tendenze del mercato internazionale (che sono principalmente sistemi da 24 kV) richiedevano quadri sempre più piccoli. Ciò a sua volta equivale a ridurre gli spazi liberi delle sbarre collettrici e dei box cavi. L'aria è stato il primo mezzo isolante per le sbarre. Questo è stato sostituito con olio e con l'introduzione dell'isolamento SF6, le distanze tra le sbarre possono essere ridotte enormemente. Ciò ha costretto a ridurre le dimensioni del decoder via cavo. Insieme alla riduzione delle scatole dei cavi sono state ridotte anche le distanze tra le fasi e tra fase e terra. La riduzione degli spazi liberi ha richiesto nuove terminazioni dei cavi MT.