ELEMENTI
DI
CAVI ELETTRICI PER ALTE E MEDIE TENSIONI
Componenti del gruppo:
Giuseppe
ARGENTIERI
O. Massimiliano BALESTRA
Giuseppe
SPINELLI
Ingegnere: D. Risi
CLASSE: 5a B / ELETTROTECNICA & AUTOMAZIONE
Francavilla Fontana, lì 09 Gennaio 1997
I.T.I.S. “E. Fermi” - Francavilla Fontana (BR)
Ribattitura a macchina digitale effettuata da: TAURISANO EMANUELE
IV A-ET a.s. 2003-2004
Francavilla Fontana, lì 27 Marzo 2004
1
INDICE
1. Generalità
3
2. Richiami teorici
4
3. Costituzione dei cavi
5
4. Sollecitazioni elettriche nell’interno dei cavi
7
5. Capacità di un cavo unipolare
9
6. Dimensionamento dei cavi
10
7. Cavi in carta impregnata
12
8. Cavi a olio fluido
17
9. Cavi a gas compresso
19
10. Cavi per medie tensioni
20
11. Caratteristiche elettriche dei cavi
27
12. Scelta del tipo di cavo
34
13. Cavi per alte tensioni continue
38
14. Accessori per cavi
42
15. Posa dei cavi
50
2
CAVI ELETTRICI
PER ALTE E MEDIE TENSIONI
1. Generalità.
Il cavo elettrico è costituito da un nucleo centrale formato
da uno o più conduttori di rame ricotto o d’alluminio semicrudo; il tatto è rivestito da uno strato di materiale isolante, a
sua volta ricoperto da una guaina protettiva.
Il nucleo centrale può essere costituito da un solo conduttore o da più conduttori di sezione più o meno grande a seconda
della flessibilità che si desidera conferire al cavo; esso serve a trasportare energia.
Lo strato isolante ha il compito di isolare i conduttori tra
loro e contro terra, mentre il rivestimento esterno serve per
proteggere lo strato isolante dall’umidità e da eventuali azioni meccaniche.
Il complesso dei conduttori costituenti il nucleo centrale e
il relativo isolante che li circonda si chiama anima del cavo.
I cavi possono essere unipolari o tripolari; nella designazione dei conduttori che formano un determinato cavo si usano
due numeri uniti dal segno di moltiplicazione. Il primo indica
il numero dei conduttori, il secondo la sezione di ogni conduttore in mm2. Così ad esempio 1 X 25 mm2, 2 X 10 mm2, 3 X 63 mm2,
per indicare rispettivamente il cavo unipolare dì 25 mm2, bipolare da 10 mm2 e tripolare da 63 mm2.
Inoltre un cavo da 3½ X 40 mm2, sta ad indicare un cavo con
quattro conduttori di cui 3 da 40 mm2 ed il quarto di metà sezione.
In pratica, col nome generico di cavo, s’intende qualsiasi
tipo di conduttore isolato, dai conduttori domestici a quelli
per impianti industriali e di alta tensione.
3
2. Richiami teorici.
Sia un cavo elementare unipolare costituito dal conduttore,
dall’isolante e dal rivestimento esterno di piombo, ossia un cavo senza armatura esterna metallica (fig. 104).
Consideriamo due casi, e precisamente: il conduttore è percorso da corrente continua, oppure da corrente alternata. Nel primo caso la corrente produce nell’interno del tubo di piombo un
campo d’induzione B che ha un valore
costante nel tempo, ossia:
Nel
secondo
caso
invece
il
campo
d’induzione B varia sinusoidalmente nel tempo. Tale variazione
dà luogo nello spessore del rivestimento ad un flusso variabile
che genera una f.e.m. indotta e quindi una corrente indotta
che, circolando nell’interno dello spessore di piombo, provoca
delle perdite per effetto Joule.
Pertanto, nel cavo unipolare senza armatura metallica, quando
è percorso da una corrente alternata, si ha una dissipazione di
energia che comporta un aumento della resistenza apparente del
cavo, ossia:
Se
la
potenza
dissipata
P
aumenta,
aumenta anche il valore della resistenza apparente. In sostanza la presenza
del piombo, agli effetti energetici, fa
aumentare
la
resistenza
del
cavo.
La
resistenza del cavo è quindi maggiore,
quando esso è percorso da corrente alternata. Tale aumento di resistenza è
4
però tollerabile per il fatto che l’induzione raggiunge valori
modesti, in quanto la permeabilità del piombo è quasi eguale a
quella dell’aria. Se il cavo è armato, la resistenza aumenta
moltissimo. Infatti, consideriamo un punto dell’armatura di acciaio che protegge la guaina di piombo, in esso il campo H sarà, con la stessa corrente, leggermente inferiore a quello che
si aveva nel caso del cavo con la sola guaina di piombo perché
la distanza del conduttore è aumentata da R a R + x (fig. 105),
mentre il valore dell’induzione sarà molto più grande a causa
del valore elevato della permeabilità dell’acciaio.
Avverrà quindi che nel cavo armato il fenomeno non è più trascurabile, come lo era senza armatura metallica, e quindi i cavi unipolari non possono essere armati con materiali magnetici.
Allo scopo di limitare le perdite si adottano per l’armatura
fili di acciaio zincato separati tra loro da fili di zinco allo
scopo di aumentare la riluttanza magnetica e diminuire quindi
l’induzione e le perdite.
I fili di acciaio zincato, del diametro di 1÷2 mm, vengono
disposti a elica, con inclinazione abbastanza forte, ossia con
passo grande, ma non eccessivo, per non far perdere al cavo la
necessaria flessibilità.
3. Costituzione dei cavi trifasi.
Intendiamo parlare in questo capitolo della costituzione dei
cavi per medie e alte tensioni.
Dopo quanto abbiamo esposto nel paragrafo precedente, i cavi
armati unipolari percorsi da corrente alternata sono di impiego
limitato, quindi per le correnti trifasi si impiegano cavi i
cui conduttori sono contenuti nella stessa armatura.
Un cavo trifase, di difficile costruzione, potrebbe essere
costituito da un conduttore centrale e da altri due conduttori
cavi conassici isolati tra loro. All’esterno di esso il campo
magnetico è nullo perché la somma delle tre correnti che li
5
percorrono è, in ogni istante nulla, come se si avesse un solo
conduttore non percorso da corrente.
I cavi trifasi oggi adottati sono rappresentati in figura 106: i tre conduttori sono contenuti nello stesso involucro.
Naturalmente
questa
soluzione
non
è
perfetta a causa della sua dissimmetria.
Infatti in questo caso si formano delle
componenti radiali del campo d’induzione
106.
B le cui linee si sviluppano quasi interamente nell’aria e quindi i fenomeni ac-
cennati nel caso del cavo unipolare sono, nel caso particolare,
molto ridotti e le perdite rimangono entro limiti accettabili.
Lo spessore isolante d è quello compreso tra due conduttori;
esso dovrà resistere alla tensione concatenata esistente tra i
conduttori. Lo spessore d/2 tra conduttore e guaina di piombo
dovrà resistere alla tensione stellata. Nel caso in cui una fase va a terra, la tensione tra gli altri due conduttori e la
guaina di piombo sale a quella concatenata. Ne segue che le
condizioni d’isolamento del cavo si aggravano perché lo spessore isolante è diventato la metà, ossia d/2.
Per far fronte alla messa a terra si mette, tra l’isolante e
la guaina di piombo la cintura di spessore eguale a quello esistente tra conduttore e superficie esterna dello strato isolante, ossia d/2; nella figura 107 si notano:
1. conduttore;
2. isolante dell’anima;
3. riempitivi;
4. cintura isolante;
5. tubo di piombo;
6. juta catramata;
107.
7. armatura metallica.
6
4. Sollecitazioni elettriche nell’interno dei cavi.
Nella costruzione dei cavi ha grande importanza la distribuzione delle sollecitazioni prodotte dal campo elettrico.
Occorrerà quindi predisporre le cose in modo che in ogni punto del cavo il gradiente di potenziale sia inferiore alla rigidità dielettrica dell’isolante.
Consideriamo allora un tratto l di un cavo unipolare (fig.
108). La forma è quella caratteristica di un condensatore cilindrico. Indichiamo con r il raggio del conduttore in mm e con
R quello interno dell’armatura in mm, con ε la costante dielettrica del materiale costituente l’isolante.
Se V è la tensione esistente tra il conduttore e la guaina
esterna coassiale con il conduttore e Q la carica, che si distribuisce sulle due facce del conduttore e dell’armatura, la
superficie di livello di raggio x compresa tra r e R sarà attraversata da un flusso di spostamento eguale a Q e pertanto in
detta superficie la densità sarà:
l’intensità del campo elettrico sulla superficie di raggio x
è:
(44)
Dalla (44) si nota che l’intensità del campo elettrico, o
gradiente di potenziale, varia in ragione inversa della distanza x.
7
Pertanto il gradiente massimo si verifica nel punto C di contatto tra il conduttore e l’isolante; è però facile dal punto
di vista costruttivo, far fronte a questo problema adoperando
sostanze a elevata rigidità dielettrica. Nel punto B inoltre si
manifesta il massimo gradiente tangenziale, che però risulta
piccolo.
La zona che desta maggiori preoccupazioni nei cavi trifasi è
quella relativa al contatto tra le anime
(punto A, fig. 109), in quanto in tale
zona si ha difficoltà a disporre l’isolante.
Rimangono,
così,
piccoli
spazi
vuoti
d’aria, che presenta una rigidità dielettrica minore, nei quali si verifiche109.
ranno delle scariche locali che dopo un
certo
tempo
portano
alla
scarica
di-
struttiva mettendo fuori servizio il cavo.
Per
ottenere
una
migliore
distribuzione
del
potenziale
nell’interno del cavo basta rendere conduttrici le superfici
esterne delle anime e quella interna della cintura mediante
strati di carta metallizzata che alterano l’andamento delle superfici equipotenziali che si avevano prima: nello spazio occupato dal riempitivo, il gradiente di potenziale risulta quindi nullo.
Nella figura 110 è schematizzato il cavo nel quale la superficie esterna delle
anime è metallizzata e lo stesso dicasi
per la superficie interna della cintura
isolante.
110.
La metallizzazione si ottiene con nastro d’alluminio o stagnola. Ne segue che
il cavo così costruito si comporta, dal punto di vista elettrostatico, come un cavo unipolare e ciascuna anima si può assimilare a un condensatore cilindrico.
8
Il campo elettrico risultante è soltanto radiale e ciò è molto importante, perché l’isolante costituito da carta è stratificato e resiste bene alle sollecitazioni con la propria rigidità dielettrica. Tale resistenza è maggiore in senso normale
alle fibre.
5. Capacità di un cavo unipolare.
La formula:
(45)
che mette in rilievo come varia il gradiente di potenziale al
variare delle distanze x, ci consente di calcolare la differenza di potenziale che si stabilisce tra la superficie di
livello di raggio x (fig. 108) e quella vicinissima dì raggio x
+ dx. Si avrà:
dv = F dx
e sostituendo a F il suo valore dato dalla (45) si ha:
Integrando tra i limiti r e R si ottiene:
dalla quale
(46)
ed essendo ε = εo • εr dove εo = 8,55 • 10-14 F/m e ricordando
che
sostituendo nella (46) si ha:
9
(47)
formula che esprime la capacità kilometrica di un cavo unipolare.
6. Dimensionamento dei cavi.
Abbiamo visto che l’intensità del campo elettrico F alla distanza x in funzione della tensione V esistente alle armature
del condensatore si può determinare con la formula:
quindi:
Passando ai logaritmi decimali e semplificando si ha:
che permette di calcolare il valore del gradiente di potenziale che sollecita il dielettrico alla distanza x dal centro.
Naturalmente il valore massimo di F si ha per x = r, ossia:
(48)
quindi il gradiente di potenziale massimo si verifica in
prossimità
dell’armatura
interna,
ossia
alla
conduttore.
Il valore minimo di F si ha per x = R, ossia:
(49)
10
superficie
del
cioè il gradiente minimo si ha nella zona adiacente la guaina
esterna. Supponendo ora V e R costanti, variando il raggio r
del conduttore il gradiente massimo varia. Esso, come si vede
dalla (48), tende all’infinito sia quando r tende a zero, sia
quando r tende a R. Ciò vuol dire che esisterà un valore di r
compreso tra 0 e R per il quale il gradiente di potenziale è
minimo.
Facendo la derivata della (49) ed eguagliando a zero sì trova
che:
quindi se i rapporti tra i raggi sono compresi nel rapporto
ora indicato, la sollecitazione prodotta dalla tensione V raggiunge il valore minimo.
Le due formule:
(50)
consentono il dimensionamento di un cavo unipolare per una
determinata tensione. In modo particolare la (50) è molto importante in quanto, stabilito il valore di FM in base alle qualità dielettriche dell’isolante, permette di calcolare il raggio r del conduttore, che risulta sempre, per un determinato
isolante, proporzionale alla tensione. Si può quindi concludere
che più alta è la tensione e più grande deve essere il raggio
dei conduttori.
Notiamo inoltre che la sezione corrisponde al raggio r che si
è ricavato come dianzi detto, non coincide in genere con quella
che si ottiene dal calcolo in base alla
perdita
di
potenza,
nel
senso
che
quest’ultima risulta maggiore.
Per
riportare
la
sezione
complessiva
dei conduttori al valore corrispondente
al rendimento massimo, si ricorre ai con11
duttori tubolari disposti a corona circolare sopra un’elica di
piattina d’acciaio (fig. 111).
7. Cavi in carta impregnata.
I cavi in carta impregnata sono i più comuni; possono essere
unipolari o tripolari e vengono usati per tensioni di esercizio
concatenate fino a 50÷60 kV.
Detto cavo è costituito da un nucleo centrale di conduttori
di rame o di alluminio avvolti a elica, ricoperto da un nastro
di carta avvolta pure essa a spirale nei due sensi, per uno
spessore che dipende dalla tensione di esercizio.
La carta usata per la costruzione dello spessore isolante deve essere fabbricata utilizzando esclusivamente cellulosa purissima, porosa e priva di colla.
L’anima
del
cavo,
così
costituita,
viene
successivamente
trattata con particolari sistemi allo scopo di eliminare nel
miglior modo possibile l’aria e l’umidità contenute nella carta. Viene poi imbevuta di una miscela formata a base di olii minerali e resine che, penetrando nella
carta,
la
impregna
completamente.
Infine l’anima così preparata viene
ricoperta da un mantello di piombo
(figg.
112
e
113)
necessario
per
proteggere il cavo dall’umidità no112.
civa per l’isolante.
113.
12
La miscela impregnante non presenta caratteristiche tali da
consentire l’uso di questi cavi per tensioni superiori ai 60
kV, in quanto l’esperienza ha dimostrato che durante il funzionamento, per effetto del calore prodotto dalla corrente che
passa nel conduttore, che dilata percettibilmente l’involucro
di piombo, la continuità liquida della miscela si rompe formando spazi vuoti piccolissimi in cui si trovano residui di gas
rarefatti, compromettendo così l’isolamento del cavo stesso.
La formazione di questi piccolissimi spazi privi di miscela
viene esaltata dal fatto dianzi accennato che il piombo costituente la guaina esterna è un materiale cedevole e non elastico
e quindi, una volta dilatata per effetto del calore prodotto
dalla corrente, non riprende più la posizione primitiva e conseguentemente la miscela isolante non ritorna al suo posto.
Naturalmente gli spazi vuoti contenenti gas ionizzabili, costituiscono dei punti deboli nell’isolante perché la loro rigidità dielettrica è minore di quella della miscela. Ne conseguono allora scariche locali, effluvi ecc., con conseguente perforazione dell’isolante: il cavo va fuori servizio.
Per proteggere il tubo di piombo dagli agenti chimici del
terreno e da eventuali azioni meccaniche esterne, lo si riveste
ulteriormente con involucri adatti allo scopo. Il rivestimento
esterno però dipende dalle condizioni di posa del cavo (posa in
cunicoli, in aria o sotto terra fuori dal contatto con l’aria
ecc.).
Se il cavo è multipolare, le diverse anime vengono avvolte
insieme a elica, mentre altra carta impregnata (riempitivi) viene usata per dare al cavo così ottenuto una forma rotonda, e
successivamente fasciato con una cintura di carta su cui si applica l’involucro di piombo.
Infine il cavo trifase così preparato può essere, a seconda
dei casi, ulteriormente rivestito con carta e tessili impregnanti, con armatura e nastri di ferro e con fili di ferro
(fig. 114).
13
114.
115.
Generalmente la sezione dei conduttori usata nei cavi è circolare; si usa anche il tipo settoriale che presenta il pregio
di avere un diametro minore, minori spazi da riempire e conseguentemente minore quantità di piombo per l’involucro esterno
(fig. 115).
Vi è inoltre il cavo schermato a campo elettrico radiale, conosciuto anche con il nome di cavo H, nel quale le anime sono
ricoperte da un nastro sottilissimo d’alluminio collegato elettricamente a terra (fig. 116). Simile al cavo H è il cavo tripolare con tre tubi di piombo, uno per ogni anima (fig. 117).
117.
116.
I cavi in carta impregnata presentano l’inconveniente di richiedere il montaggio orizzontale, in quanto con quello verticale la miscela isolante, per effetto del riscaldamento e del
14
peso proprio, tende a scendere in basso rendendo deficiente
l’isolamento all’estremità superiore.
Nei cavi in carta impregnata oltre al piombo come dianzi accennato, si possono avere rivestimenti protettivi, non sempre
necessari a seconda delle condizioni di posa. Questi rivestimenti possono essere di diverso tipo.
a) Rivestimento in carta e tessili impregnati.
Si realizza spalmando il tubo di piombo con una miscela densa
a base di bitume, privo di sostanze corrosive, o a base di catrame sopra la quale si avvolgono due o più strati di carta impregnata della stessa miscela. A questo strato si sovrappone
una fasciatura di sostanza tessile, come juta, canapa o altra
sostanza vegetale.
Talvolta questa fasciatura è doppia, costituita cioè da due
strati avvolti a spirale nei due sensi e viene egualmente spalmata con la miscela che ricopre il cavo in modo uniforme.
Superficialmente il cavo viene spalmato con calce e talco.
b) Rivestimento con armatura di ferro.
Questo tipo di rivestimento si adotta per la protezione meccanica dei cavi posati direttamente nel terreno.
La protezione comprende un primo strato di carta e miscela,
come in a), sopra la quale si pone un’imbottitura costituita da
una spirale di juta o canapa impregnata di miscela e quindi due
nastri di ferro avvolti nello stesso senso, uno sopra l’altro,
sempre spalmati di miscela. Infine la fasciatura esterna come
in a).
c) Rivestimento con armatura a fili di ferro.
È
usato
per
cavi
subacquei
ossia
per
cavi
che
l’esercizio vengono sottoposti a sforzi di trazione.
15
durante
Questo tipo di rivestimento si usa inoltre nei cavi unipolari, quando trasmettono corrente alternata, e ciò per limitare le perdite che si avrebbero con cavi a nastro di ferro.
In questi tipi di cavi la protezione esterna è analoga a
quella illustrata in b), quando al posto dei due nastri di ferro si mette uno strato di fili di ferro o di acciaio zincato,
avvolti a elica con leggera inclinazione, a contatto tra loro.
d) Rivestimento protettivo di tipo speciale.
Queste protezioni variano secondo le condizioni di installazione dei cavi. Comunque ricordiamo l’aldrey al posto del
ferro in armatura doppia.
Un
tipo
di
cavo
con
protezione
speciale
é
costituito
da
un’armatura a nastri di ferro con funzione di corazza, a cui è
sovrapposta una seconda armatura a fili di ferro con funzione
portante.
Nei cavi unipolari e tripolari sopradescritti, la sezione dei
conduttori generalmente usata è quella circolare. Si usa anche
il cavo settoriale che, come accennato, presenta il vantaggio
di presentare, a pari sezione, un diametro minore e quindi il
peso di piombo occorrente per il mantello anch’esso minore. Unico inconveniente è dovuto alla non uniforme distribuzione del
campo elettrico, quindi il suo impiego è limitato a tensioni
non superiori ai 15 kV.
I valori delle sezioni dei cavi unipolari raggiungono i 100
mm2 per tensioni fino a 2 kV, e 400 mm2 per tensioni fino a 60
KV. Per quelli tripolari le sezioni variano da 400 mm2 per tensioni fino a 2 kV e 240 mm2 per 35 kV.
Altro particolare importante è rappresentato dalla composizione e dalle caratteristiche fisiche e chimiche della miscela
impregnante. Si hanno oggi, infatti, cavi isolati in carta impregnata con miscela non migrante che consente, entro determinate temperature d’esercizio, la posa in senso verticale.
16
Le norme C.E.I., fascicolo 207, ed. 1965, forniscono le modalità di collaudo e le caratteristiche dei cavi isolati in carta
impregnata fino alla tensione di 60 kV.
8. Cavi a olio fluido.
I
cavi
a
olio
fluido
sotto
pressione
sono
stati
ideati
dall’ing. Emanuelli e se ne costruiscono per tensioni che possono raggiungere i 400 kV.
Essi, come i precedenti, possono essere unipolari o tripolari. Il cavo unipolare a olio fluido è costituito (fig. 118) da
una spirale d’acciaio o di rame che forma il canale necessario
per la circolazione dell’olio isolante.
Sopra la spirale d’acciaio poggiano i conduttori di rame, isolati
da uno strato di carta protetta da
un primo tubo di piombo di spessore
maggiore di quello dei cavi normali, dovendo questo resistere alla
pressione idrostatica dell’olio.
Il tubo di piombo in molti casi è
118.
rinforzato, o come si dice «blindato», mediante altri strati di tela,
nastri metallici, ancora tela e quindi un secondo tubo di piombo fasciato con altri due strati di tessili (fig. 119).
119.
17
Nel cavo tripolare, i conduttori delle tre anime, sono invece
costituiti da corde di rame spiroidali e tra le anime si trovano tre canali cilindrici per permettere il passaggio dell’olio
isolante (fig. 120).
120.
Questi cavi permanentemente impregnati di olio fluido alla
pressione di 1÷3 atmosfere possono lavorare con un gradiente
doppio di quello ammissibile nei cavi normali e con temperature
massime di servizio notevoli relativamente ai cavi normali. Ciò
consente di costruire cavi capaci di trasmettere grandi potenze
a tensioni e correnti elevate.
La grande superiorità del cavo a olio fluido è dovuta al fatto che in esso è impossibile la formazione degli spazi vuoti e
quindi i pericoli di ionizzazione corrosive che, come già ricordato più volte, limitano l’impiego dei cavi alle alte tensioni.
Il canale all’interno del conduttore nel cavo unipolare a olio fluido ha un diametro che può variare, a seconda dei casi,
da 10 a 17,5 mm. Si costruiscono cavi unipolari a olio fluido
per tensioni nominali di 60 – 120 – 150 – 220 e 400 KV.
Per quanto riguarda le massime intensità di corrente ammissibili in questi cavi, ricordiamo solo l’ordine di grandezza, per
i cavi unipolari e per quelli tripolari, in quanto la portata
18
in ampere dipende, oltre che dalla tensione e dalla potenza da
trasmettere, da altri elementi, come le condizioni di posa, ossia in aria o sotto terra, e dal periodo in cui la corrente
percorre il cavo, cioè se la corrente è costante o variabile.
Possono essere consultati i grafici di varie ditte costruttrici relativi alle portate dei cavi unipolari e tripolari posti sotto terra (entro cunicoli, gallerie ecc.). Da essi si nota facilmente l’importanza della temperatura.
9. Cavi a gas compresso.
Questi cavi sono analoghi a quelli in olio. In essi però, per
eliminare l’inconveniente determinato dagli spazi vuoti, si ricorre al gas, compresso, costituito generalmente da azoto alla
pressione, di circa 15 atmosfere.
L’azoto è un gas inerte non aggressivo e non corrosivo sotto
qualsiasi condizione di temperatura. È naturale, quindi i vuoti
lamentati non costituiscono più dei punti deboli, in quanto la
rigidità
dielettrica
di
un
gas
aumenta
moltissimo
con
l’aumentare della pressione.
Per quanto riguarda le realizzazioni costruttive ci limitiamo
soltanto a distinguere:
a) cavi a pressione interna di gas, detti anche «autocontenuti», nei quali la pressione viene esercitata dall’interno della
guaina del cavo che, come abbiamo visto, è rinforzato, dalla
blindatura;
b) cavi del tipo a «compressione» nei quali le tre anime isolate e sotto guaina vengono infilate in una tubazione di acciaio e messe in pressione dal gas a 15 atmosfere; questa pressione si dovrebbe trasmettere a ogni punto interno, il che praticamente non si verifica;
c) cavi tipo «oilostatic» nei quali le tre anime isolate e
impregnate ma senza guaina esterna, vengono infilate in una tubazione di acciaio che viene poi riempita di olio fluido sotto
19
la pressione di 15 atmosfere. Questo tipo di cavo viene considerato simile a quello prima visto, per il fatto che l’olio
contenuto nel tubo penetra nell’isolante.
I cavi a pressione di gas, specialmente quelli del tipo a
«compressione» sono tecnicamente inferiori ai cavi a olio fluido.
Infine nei cavi a gas compresso la pressione può produrre dilatazione nei mantelli di piombo, mentre la posa in opera può
eseguirsi senza tener conto dell’altimetria del terreno di posa.
Il cavo a gas è usato in Inghilterra. La portata di questi
cavi è leggermente inferiore, a parità di condizioni, a quelle
dei cavi in olio fluido (del 5÷6%).
10. Cavi per medie tensioni.
I cavi in carta impregnata sotto tubo di piombo hanno perduto
nel campo delle medie tensioni d’importanza in quanto in questi
ultimi anni sono sorti cavi isolati con gomme sintetiche di vari tipi, cavi isolati con cloruro di polivinile, cavi isolati
con polietilene, con materiali siliconici ecc.
In modo particolare si può osservare che questi nuovi materiali sintetici hanno consentito di ottenere delle guaine a base di neoprene o di cloruro di polivinile che hanno praticamente sostituito il piombo in diverse categorie di cavi, tanto che
oggi il piombo si usa esclusivamente nei casi in cui si richiede una impermeabilità assoluta e cioè nei cavi isolati con carta impregnata.
Sono, infatti, sorti in questi ultimi anni cavi isolati con
gomma sintetica al butile e quelli isolati con materiali termoplastici al cloruro di polivinile per tensioni fino a 15 kV.
Questi cavi, essendo isolati con materiali che non assorbono
umidità, non hanno la guaina di piombo e la loro protezione si
20
effettua con guaina in neoprene o in cloruro di polivinile che
presentano caratteristiche meccaniche e chimiche notevoli.
Importanti dal punto di vista tecnico ed economico sono i cavi per medie tensioni messi in commercio dalla Pirelli, come il
Butiltenax, il Sintenax, Biprene, Butilprene ecc.
Data l’importanza assunta da questi cavi nel campo delle medie tensioni, riportiamo qui di seguito le caratteristiche del
cavo Butiltenax per tensioni superiori a 1 kV e fino a 20÷25 kV
e descriviamo sinteticamente la sua costituzione e le sue caratteristiche, mentre le modalità d’impiego verranno riportate
nel paragrafo 12.
Questo tipo di cavo è costituito da un conduttore in corda di
rame stagnato rivestito, se destinato a funzionare a tensioni
di esercizio superiori a 3 kV, da un nastro semiconduttore il
cui scopo è quello di impedire la ionizzazione dell’aria che si
può trovare tra conduttore e isolante. Quest’ultimo è costituito da una mescola di gomma sintetica al butile, presenta una
forte resistenza all’umidità e consente una temperatura di esercizio di circa 85°C. Inoltre la gomma sintetica al butile
mantiene le sue proprietà nel tempo e con il caldo; come si dice, non invecchia. Le sue qualità meccaniche ed elettriche sono
ottime.
Il cavo è generalmente schermato con un sottile nastro di rame rosso avvolto ad elica, con lo scopo di annullare il campo
elettrico esterno e di proteggerlo contro le eventuali tensioni
di contatto.
I cavi Butiltenax possono essere unipolari e tripolari e lo
schermo può essere applicato su ogni conduttore oppure, nei cavi fino a 3 kV, lo schermo riveste le tre anime.
Infine abbiamo l’armatura, non sempre necessaria: la sua presenza dipende dalle condizioni di posa. Comunque essa è costituita da fili o nastri applicati all’esterno della guaina di
Sintenax, che non è altro che una mescola termoplastica.
21
Questi cavi vengono forniti in pezzature di 250 metri di lunghezza su bobine di legno e possono essere praticamente impiegati in tutte le applicazioni; tra l’altro possono sostituire i
conduttori di linee aree di lunghezza limitata, il che comporta
diversi vantaggi rispetto alle linee, come la mancanza di isolatori e armature, e nello stesso tempo garantisce la continuità di servizio per l’assenza di contatti accidentali.
Le caratteristiche di alcuni tipi di cavi per la distribuzione dell’energia a media tensione, per linee aeree o interrate,
dedotte dalla tabella UNEL 35011-72, unificati dall’ENEL sono
qui di seguito riportate. In questa tabella, per ogni tipo di
cavo, è indicato il significato delle sigle distintive per mezzo di lettere le quali hanno il seguente significato:
- conduttori: nessun simbolo per indicare il conduttore di
rame, A conduttore d’alluminio, R conduttore a corda rigida rotonda, S conduttore a corda rigida settoriale;
- isolamento: C carta impregnata, C1 carta impregnata con miscela non migrante, G2 gomma butilica, G5 gomma etilenpropilenica;
- composizione del cavo: nessun simbolo per indicare il cavo
unipolare, O anime riunite con o senza riempitivi per formare
un cavo rotondo;
- schermo: H carta metallizzata;
- rivestimenti protettivi: L guaina in lega di piombo, R
guaina in PVC.
Diamo qui di seguito alcuni esempi.
G5H1R/8 o G2H1R/8: cavi unipolari isolati con gomma etilenpropilenica o con gomma butilica, schermati, sotto guaina PVC,
grado isolamento 8, per media tensione (tabella UE 3325 A).
22
G5H1R/11 o G2H1R/11: cavi unipolari isolati con gomma etilenpropilenica o con gomma butilica, schermati, sotto guaina PVC,
grado isolamento 11, per media tensione (tabella UE 3325 B).
G5H1R/17 o G2H1R/17: cavi unipolari isolati con gomma etilenpropilenica o con gomma butilica, schermati, sotto guaina PVC,
grado isolamento 17, per media tensione (tabella UE 3325 C).
G5H1R/32: cavi unipolari isolati con gomma etilenpropilenica,
schermati, sotto guaina PVC, grado isolamento 32, per media
tensione (tabella UE 3320 A).
G5H1R/40: cavi unipolari in gomma etilenpropilenica, schermati, sotto guaina PVC, grado isolamento 40, per media tensione
(tabella UE 3320 B).
SCOLR/26: cavi tripolari con conduttori settorali isolati con
carta impregnata, sotto tubo di piombo e guaina PVC, grado isolamento 26, per media tensione (tabella UE 3204 A).
ASCOLR/26: cavi tripolari con conduttori settorali d’alluminio, isolati con carta impregnata, sotto tubo di piombo e guaina PVC, grado isolamento 26, per media tensione (tabella UE
3205 A).
CHLOR/32: cavi tripolari isolati con carta impregnata, schermati, a tre piombi sotto guaina PVC, grado isolamento 32, per,
media tensione (tabella UE 3254 A).
ASCHOLR/32:
cavi
tripolari
con
conduttori
settorali
d’alluminio isolati con carta, impregnata, schermati, sotto tubo di piombo e guaina PVC, grado isolamento 32, per media tensione (tabella UE 3254 B).
23
ACHLOR/32: cavi tripolari con conduttori d’alluminio, isolati
con carta impregnata, schermati, a tre piombi, sotto unica
guaina PVC, grado isolamento 32, per media tensione (tabella UE
3254 C).
SCOLR/36: cavi tripolari con conduttori settorali, isolati
con carta impregnata, sotto tubo di piombo e guaina PVC, grado
isolamento 36, per media tensione (tabella UE 3206 A).
ASCOLR/36: cavi tripolari con conduttori settorali d’alluminio, isolati con carta impregnata, sotto tubo di piombo e guaina PVC, grado isolamento 36, per media tensione (tabella UE
3207 A).
Le caratteristiche del tipo:
G5H1R/32 - G5H1R/40 - RCHLOR/32 - ASCOLR/26
sono riportate nelle tabelle seguenti.
121.
24
25
122.
26
123.
11. Caratteristiche elettriche dei cavi.
Le caratteristiche elettriche dei cavi, come quelle delle linee elettriche, sono:
•
resistenza equivalente specifica;
•
reattanza induttiva;
•
capacità equivalente;
•
conduttanza di dispersione.
Queste caratteristiche in pratica non si calcolano perché
vengono direttamente fornite da tabelle redatte dalle case costruttrici. Comunque esse dipendono in modo particolare dalla
lunghezza e da altri fattori, come la temperatura, la distanza
tra i conduttori ecc.
a) Resistenza equivalente specifica:
La resistenza equivalente specifica è quella che tiene conto
della perdita per effetto joule e delle perdite addizionali di
cui al paragrafo 1. La resistenza equivalente specifica aumenta
naturalmente a causa del riscaldamento del conduttore.
Senza entrare in particolari relativi al calcolo dell’aumento
di resistenza, i suoi valori sono riportati nelle tabelle XIV e
XV per i cavi unipolari e tripolari sotto piombo armati e con
conduttori di rame, tabelle rilevate da una rivista della Pirelli.
27
Le tabelle XVI e XVII forniscono i valori delle resistenze in
Ω/km, rispettivamente per cavi unipolari e tripolari, del cavo
Butiltenax, rilevate anche queste da una rivista della Pirelli.
b) Reattanza induttiva:
Questa, com’è noto, dipende dal valore dell’induttanza e dalla frequenza. Il valore dell’induttanza di un cavo si può calcolare con la stessa formula adoperata nel caso di linee elettriche aeree. Considerato che la distanza tra i conduttori di
un cavo è molto piccola, risalterà molto piccola pure la sua
induttanza e quindi la reattanza corrispondente. Però il suo
valore non è sempre trascurabile tanto che per alcune sezione è
superione alla resistenza.
I valori della reattanza in Ω/Km dei cavi unipolari e tripolari al piombo, con conduttori di rame, sono riportati nelle
stesse tabelle XIV e XV, mentre per quelli al Butiltenax i valori delle reattanze si ricavano dalle tabelle XVI e XVII.
c) Capacità equivalente:
Per la capacità dei cavi occorre distinguere i cavi unipolari
da quelli tripolari. Per i primi la capacità è naturalmente
quella esistente tra il conduttore e il mantello di piombo, il
cui valore si può calcolare con la formula già vista nel paragrafo 5.
I valori della capacità kilometrica dei cavi unipolari sono
circa 20÷30 volte più grandi di quelli delle linee aeree ad alta tensione. Per i cavi trifasi invece occorre considerare la
capacità C1 di un conduttore rispetto agli altri due conduttori
collegati al mantello di piombo e la capacità di esercizio Ce
in µF/km; che si ricava dalla formula :
28
mediante misura diretta. In questa formula Ic è la corrente
in ogni conduttore, f la frequenza e V la tensione concatenata
in volt.
Nei cavi trifasi, nei quali ogni conduttore è schermato con
carta metallizzata o con tubo di piombo, la capacità di servizio di ogni conduttore si ricava dalla:
nella quale V1 è la tensione tra il conduttore e il proprio
mantello di piombo. Per i cavi trifasi Ce è sempre maggiore di
C.
I valori delle capacità per unità di lunghezza è abbastanza
grande nei cavi, ma la reattanza capacitiva corrispondente è
piccola nel caso dei cavi a bassa e media tensione, in quanto
le lunghezze adottate in questi impianti sono molto modeste.
Gli stessi valori non sono più trascurabili quando si tratta di
impianti di trasporto per notevoli potenze a tensione elevata e
a distanza di qualche decina di chilometri.
Nei cavi in carta impregnata ad alta tensione le perdite di
energia dovute a isteresi dielettrica o a fenomeni di ionizzazione non sono trascurabili.
d) Conduttanza di dispersione:
Questo parametro, generalmente trascurabile, dipende dalla
resistenza d’isolamento del cavo.
È noto, infatti, che il dielettrico di un cavo alimentato a
tensione alternata diventa sede di fenomeni dissipativi dovuti
alla polarizzazione e ionizzazione del dielettrico. Comunque la
corrente attraverso l’isolante per conduttanza di dispersione è
sempre molto piccola.
29
30
31
32
33
12. Scelta del tipo di cavo.
La scelta del tipo di cavo da impiegare per un determinato
impianto ad alta e media tensione dipende in modo particolare
dalle condizioni di posa, dalla portata del cavo e dalla caduta
di tensione.
Il problema che si presenta in pratica è il seguente. Sono
noti:
- la tensione di esercizio;
- la potenza da trasmettere;
- la lunghezza della linea;
- le condizioni di posa.
Con questi dati e con altri che si possono ricavare facilmente da essi, si sceglie il grado d’isolamento, ossia lo spessore
isolante, la tensione di prova e la sezione del conduttore.
La tensione d’isolamento si sceglie in base alla tensione di
esercizio (norme C.E.L, 20-13 del 1965) nelle quali sono previste le tensioni nominali di esercizio e i rispettivi gradi
d’isolamento.
tensione (kV)
3
6
10
15
20
25
grado d’isolamento
8
11
17
24
32
40
Ricordiamo, prima di procedere, che la portata di un cavo è
rappresentata dal massimo valore della corrente che esso può
trasportare senza che la temperatura interna superi determinati
valori, che dipendono evidentemente dall’isolante. Pertanto la
portata di un cavo, oltre che dalla sezione del conduttore,
dalla natura e dalle dimensioni dell’isolante, dipende anche
dalle condizioni di posa.
(Posa in aria libera o sotto terra) determinate dalla natura
e dalla temperatura dell’ambiente in cui il cavo dovrà essere
posato.
34
Importante infatti è la differenza di temperatura, a regime
termico raggiunto, tra quella esistente alla superficie del
cavo e quella del mezzo che lo circonda.
Per determinare la sezione del conduttore, si determina dapprima la corrente massima che il cavo deve trasmettere in base
alla potenza e alla tensione d’esercizio e conosciute le condizioni di posa (posa in aria libera, entro gallerie, cunicoli, o
posa entro canalette o tubi interrati) utilizzando i grafici
I=f(S) forniti dalle ditte costruttrici, oppure dalle tabelle
si ricava subito la sezione S.
Così ad esempio, nel campo delle medie e alte tensioni, nelle
tabelle XIX - XX sono state riportate, per i moderni cavi Eprotenax, le portate di corrente in ampere, rispettivamente per un
cavo tripolare, per tre cavi unipolari in piano, per posa in
aria libera e per posa interrata.
In queste tabelle E0 rappresenta la tensione d’isolamento
verso terra, U la tensione nominale e Um la tensione nominale
massima, mentre A e B rappresentano le caratteristiche meccaniche della gomma isolante etilenpropilenica senza o con invecchiamento. Esistono inoltre tabelle, sempre per i cavi Eprotenax, che forniscono altre caratteristiche, come la resistenza,
la
capacità
ecc.,
e
tabelle
per
la
scelta
della
tensione
d’isolamento in funzione di quella di esercizio, tabelle che
debbono, all’occorrenza, essere richieste alla ditta Pirelli.
Una volta determinata la sezione, si deve verificare che
nelle condizioni previste non sia superata la massima caduta di
tensione.
La caduta di tensione si calcola, come nelle linee elettriche, in funzione della resistenza e della reattanza del conduttore e del fattore di potenza del carico, ossia con la formula approssimata:
35
Naturalmente occorre tener conto che spesso le portate così
determinate debbono essere opportunamente corrette nel caso che
le temperature del mezzo in cui verrà posato il cavo non siano
quelle stabilite. Anche i coefficienti di correzione vengono
forniti da apposite tabelle.
36
37
13. Cavi per alte tensioni continue
Accenniamo ora alle caratteristiche elettriche e meccaniche
dei cavi sotterranei e sottomarini, riferendoci alle caratteristiche già illustrate dei cavi a corrente alternata.
Rispetto ai cavi a corrente alternata, quelli a corrente continua presentano i seguenti vantaggi:
- il cavo a corrente continua presenta dimensioni minori con
evidente vantaggio economico;
- mancanza assoluta di corrente reattiva che nei cavi a corrente alternata è molto grande e, nel caso di lunghezza che superano qualche decina di chilometri, assolutamente proibitiva.
Inoltre, grazie alle sue minori dimensioni, il problema meccanico relativo alla posa in opera si semplifica specialmente
per i cavi sottomarini.
Per quanto riguarda le caratteristiche elettriche, la differenza sostanziale rispetto al cavo a corrente alternata si nota
nella distribuzione del campo elettrico nell’interno del dielettrico. Le sollecitazioni elettriche sono diverse perché non
vi sono effetti di capacità e inoltre, a pari tensione massima,
si può avere uno spessore isolante minore. Nel cavo a corrente
continua poi non si verificano le perdite nei rivestimenti metallici e nelle armature perché non esistono correnti indotte
continue.
Infine essi hanno, per quanto sopra detto, diametro relativamente piccolo e risultano meno costosi rispetto a quelli a
corrente alternata di eguale capacità di trasporto.
Dopo quanto sinteticamente accennato, illustriamo la costituzione di alcuni cavi adottati per la trasmissione in corrente
continua ad alta tensione.
38
a) Cavo di collegamento Sardegna-Corsica, Corsica-Italia
Questo collegamento è stato realizzato con due cavi sottomarini unipolari in parallelo tra loro. I conduttori sono di
rame con sezione di 420 mm2, isolati con carta preimpregnata
(isolamento solido), calcolati per una tensione nominale di 200
kV tra conduttore e guaina di piombo. Essi possono essere percorsi da una corrente di 750 A, ma in servizio normale sono
percorsi da 500 A ciascuno.
La sezione del conduttore è ellittica (fig. 124) allo scopo
di prefissare il tipo di deformazione geometrica che il cavo
può subire.
124.
Tale cavo, dimensionato in modo che il gradiente di potenziale non superi 25 kV/mm, è così costituito:
1. conduttore di rame con sezione di 420 mm2;
2. strato di carta semiconduttrice attorno al conduttore;
3. carta preimpregnata per l’isolamento, di spessore di 11,8
mm;
4. strato di carta metallizzata;
5. tela leggera metallizzata;
6. guaina di piombo di spessore di 2,55 mm;
7. guaina per la protezione del piombo contro le corrosioni
in arcotene;
39
8. nastro di tela;
9. strato di nastri d’acciaio anticorrosivo;
10. strato protettivo di juta;
11. armatura di fili di acciaio avvolti a elica con passo
lungo (29 fili del Ø di 6.4 mm).
I cavi sottomarini che attraversano le bocche di Bonifacio
non hanno giunti; quelli che attraversano il Tirreno hanno invece alcuni giunti speciali costruiti direttamente dal fabbricante.
I cavi posati sulle coste alle estremità dei cavi sottomarini, per il collegamento con le linee aree, sono rappresentati
in figura 125. Essi sono costituiti da:
125.
1. conduttore di piombo con sezione di 4058 mm2;
2. strato ai carta semiconduttrice attorno al conduttore;
3. carta isolante dello spessore di 12,8 mm;
4. strato di carta metallizzata;
5. tela leggera metallizzata;
6. guaina di piombo dello spessore di 2,8 mm;
7. guaina per la protezione del piombo contro le corrosioni
in arcotene, dello spessore di 3,75 mm;
8. nastro di stoffa gommata;
40
9. due nastri di acciaio;
10. fili di juta;
11. n. 41 fili di acciaio avvolti ad elica a passo lungo rivestiti di tessili trattati.
Il diametro esterno del cavo è di 97 mm, quello interno, ossia alla superficie del piombo, è di 71,9 mm.
b) Cavo di collegamento Francia-Inghilterra
Questo collegamento che attraversa la Manica per una lunghezza di 64 km, alla tensione di 200 kV, per trasportare 160 MW, è
stato effettuato con cavo costruito metà in Francia e metà in
Inghilterra.
La sezione del cavo francese é riportata in figura 126.
In essa si notano:
126.
1. conduttore in rame da 344 mm2;
2. strato di carbone bianco,dello spessore di 0,75 mm;
3. carta isolante dello spessore di 7,5 mm;
4. carta metallizzata dello spessore di 1 mm;
5. guaina di piombo dello spessore dì 2,5 mm;
6. guaina protettiva in arcotene dello spessore di 3 mm;
7. strato protettivo di Juta di 3,2 mm;
41
8. n. 24 fili di acciaio del diametro di 6 mm.
14. Accessori per cavi
I cavi vengono forniti dai costruttori avvolti su bobine di
legno, in tronchi di lunghezza adeguata al peso della bobina.
Nasce allora, durante la posa in opera, il problema delle giunzioni.
Per l’esecuzione di dette giunzioni si ricorre ai giunti, che
possono essere:
- giunti dritti;
- giunti di derivazione;
- terminali per interno e per esterno.
Giunti dritti
Il giunto dritto è costituito da due gusci di ghisa o di alluminio uniti tra loro mediante bulloni (fig. 127) nel cui interno si effettua il collegamento.
127.
42
Esso è munito alle due estremità di due collari per l’ingresso delle testate dei cavi da unire, munite di adeguati dispositivi che consentono una perfetta ermeticità.
Per effettuare la giunzione di due pezzi di cavo, si toglie
alle loro testate una parte dell’isolante per un tratto eguale
alla lunghezza del morsetto aumentata di 5÷10 mm, a seconda
della sezione del cavo (fig. 128). Successivamente le due estremità tronche del conduttore del cavo vengono infilate, una
per parte, nell’interno del morsetto di diametro appropriato
alla sezione del conduttore, morsetto preventivamente cosparso
nella parte interna di pasta per saldare.
128.
Eseguita questa operazione preliminare, le due estremità del
morsetto vengono tamponate con corda di amianto.
Si procede allora alla colata della lega stagno-piombo al
50%, attraverso una fessura longitudinale esistente sul morsetto. Effettuata la saldatura, dopo che questa si è rappresa,
si tolgono i tamponi d’amianto e si procede alla fasciatura del
morsetto e di parte del cavo coperto di carta, in modo da far
assumere alla giunzione una forma simile a quella di un sigaro.
Questa fasciatura viene successivamente ricoperta in parte da
altra fasciatura protettiva.
Eseguite le operazioni dianzi illustrate, si applica la muffola di ghisa fasciando il cavo con tela in corrispondenza dei
collari.
Si mette quindi della corda di Juta bitumata nell’apposita
sede allo scopo di creare un serraggio tale da non permettere
alcuna infiltrazione esterna dell’umidità. Infine, attraverso
43
l’apertura superiore si cola la miscela isolante avente caratteristiche adeguate al grado d’isolamento che si desidera ottenere e si lascia raffreddare. Si chiude quindi l’apertura con
il relativo tappo.
Il collegamento a terra tra il piombo e la muffola di ghisa
si effettua mediante dei bulloni appositamente predisposti. La
miscela adoperata per riempire il vano accessorio proteggendo
le estremità, le giunzioni e le derivazioni dei cavi, ha una
composizione chimica che non produce reazioni nocive con i metalli con i quali viene a contatto.
Tale miscela è costituita a base di asfalti e bitumi che alla
temperatura di esercizio del cavo si presentano duri; oppure è
costituita a base di olii e di altri ingredienti che alla temperatura
di
esercizio
del
cavo
si
presentano
relativamente
fluidi.
Nel caso di tensioni più elevate (20÷45 kV), allo scopo di
assicurare una maggiore ermeticità, si ricorre a una seconda
muffola (fig. 129) che può essere di piombo o di rame.
In tal caso si eseguono le operazioni sopra descritte riempiendo la muffola interna di miscela isolante e subito dopo
quella esterna.
129.
44
Muffole di derivazione
Le muffole di derivazione servono per derivare da un cavo una
presa; le giunzioni vengono eseguite con le stesse modalità illustrate nel caso di giunzioni semplici. In sostanza per i
giunti di derivazione vale quanto è stato detto per quelli
dritti, sia per quanto riguarda l’isolamento, sia per le protezioni.
La muffola interna di piombo, se esiste, e quella esterna di
ghisa hanno la forma a T.
I morsetti per il collegamento dei conduttori hanno pure una
forma a T per i cavi unipolari; per quelli tripolari si possono
avere morsetti che debbono essere disposti nel modo indicato in
figura 130.
Questa particolare disposizione consente un assestamento delle anime rispetto alle uscite, e inoltre permette una discreta
accessibilità a tutti i morsetti per poter eseguire le singole
giunzioni e i relativi isolamenti.
Terminali
Importanti sono pure i collegamenti delle estremità dei cavi
con i conduttori delle linee aeree: vengono eseguiti mediante
muffole particolari denominate terminali, che possono essere
per interno o per esterno a seconda che la giunzione tra linea
aerea e cavo viene eseguita in ambiente chiuso o all’aperto.
La differenza tra i due terminali dipenderà soltanto dall’isolamento che per il terminale per esterno dovrà avere uno
sviluppo maggiore per assicurare un isolamento e una ermeticità
adeguate.
Il terminale può essere unipolare o tripolare o anche quadripolare.
Nelle figure 131 e 132 sono rappresentati i terminali unipolari fino a 60 kV, per interno TSI e per esterno TSE, della Pirelli.
45
Sostanzialmente sono eguali, ma differiscono per il tipo di
isolatore.
130.
131.
132.
Un terminale unipolare è composto di:
1. un bocchettone metallico in lega leggera, chiamato trombetta, che nella parte superiore termina con una flangia
dello stesso materiale;
2. un dispositivo di fissaggio che porta sei fori; quattro di
essi servono per fissare il terminale mediante bulloni al
sostegno portaterminale;
3. un isolatore di materiale ceramico a smalto marrone;
46
4. un secondo dispositivo di fissaggio, smontabile e quindi
intercambiabile,
situato
nella
parte
inferiore
dell’isolatore, munito di due fori attraverso i quali passano due bulloni per ancorare l’isolatore al dispositivo
di cui al n° 2. Tra l’isolatore e la trombetta vi sono
guarnizioni in gomma per la tenuta e per la ripartizione
degli sforzi tra flangia metallica e isolatore;
5. cappellotto a serbatoio, pure in lega leggera, munito di
spia circolare in vetro per controllare il livello della
miscela, e di capocorda con viti in bronzo per collegare
il cavo al conduttore esterno.
Per infilare il cavo nell’interno del terminale occorre seguire con attenzione particolari istruzioni fornite dalla stessa Pirelli.
I terminali tripolari per interno fino a 15 kV, con cappellotto e serbatoio e riempimento di miscela fluida, possono essere, come quelli unipolari, per interno e per esterno.
Il terminale tripolare per interno (fig. 133) è composto di:
1. bocchettone metallico che viene saldato al mantello di
piombo del cavo;
2. cassa in ghisa verniciata, munita di dispositivo per fissarla al sostegno;
3. isolatori di materiale ceramico a smalto marrone, smontabili, che vengono fissati alla cassa di cui al n° 2 mediante flangie smontabili di lega leggera fusa sotto pressione in due metà, facilmente sostituibili;
4. cappellotto a serbatoio di lega leggera, munito di spia
circolare in vetro per il controllo del livello della miscela, per il solo isolatore centrale, eguale a quello
prima descritto per il terminale unipolare;
5. cappellotto di premistoppa per i due isolatori laterali
per l’uscita dei conduttori, costituito da una base, sem47
pre in lega leggera cementata all’isolatore, ranelle e dado, guarnizione di gomma per la tenuta e capocorda cilindrico di bronzo stagnato per collegare il conduttore esterno al cavo.
In figura 134 è rappresentato il terminale tripolare, sempre
per tensioni fino a 15 kV, per esterno. La differenza con quello prima descritto dipende dal tipo di isolatore.
Per tensioni superiori comprese tra 15 e 45 kV, i terminali
tripolari per interno e per esterno sono rappresentati nelle
figure 135 e 136. Essi differiscono da quelli per tensioni fino
a 15 kV prima descritti per il fatto che nei tre isolatori
l’uscita dei conduttori avviene mediante cappellotto a serbatoio.
48
133.
135.
49
134.
136.
15. Posa dei cavi
La posa dei cavi ha una grande importanza pratica in quanto
richiede anche l’installazione di giunti dritti, di giunti per
derivazioni e terminali, il cui numero dipenderà dalla lunghezza della linea e dal profilo altimetrico che si incontrerà lungo il percorso.
I cavi, in genere, a olio fluido e in carta impregnata, e
quelli per medie tensioni, come il Butiltenax, il Sintenax
ecc., possono essere posati in uno dei seguenti modi:
- sotto terra, direttamente o in canalette o entro tubi di
cemento;
- in cunicolo;
- in aria o in acqua.
Per i cavi a olio fluido la posa è più delicata perché occorre provvedere anche all’installazione degli accessori, che in
questo caso è molto delicata. Infatti, occorre predisporre le
cose in modo che durante la posa essi debbono sempre trovarsi,
per evitare pericolose infiltrazioni di aria e di umidità, a
una pressione interna superiore a quella esterna.
Inoltre, una volta completata l’installazione del cavo, altri
problemi sorgono in seguito, problemi che riguardano la regolazione e la sorveglianza delle pressioni nei serbatoi in modo
che il livello dell’olio segua, approssimativamente l’andamento
dei carichi.
Per quanto riguarda la manutenzione si ricorre a dispositivi
particolari per la segnalazione automatica delle fughe d’olio e
per la loro localizzazione.
Per gli altri tipi di cavi la posa in opera è più semplice,
per quanto le giunzioni debbano essere eseguite con particolare
attenzione da personale specializzato.
50
La posa in opera dei cavi entro cunicoli può essere orizzontale, fissati ai muri laterali, nel secondo si fissano mediante
staffe reggicavo.
Generalmente questo tipo di posa si effettua per i collegamenti tra centrali e stazioni di trasformazione.
La posa diretta sotto terra dei cavi è più economica e si ottiene scavando trincee profonde da 0,8 a 1 m e larghe da 0,4 a
0,6 m, sul fondo delle quali, dopo la formazione di un adatto
letto di sabbia, si adagia il cavo svolgendolo dalla bobina.
Posato il cavo, si ricopre ancora con sabbia per un certo
strato e sopra vengono posti mattoni di protezione.
La posa sottoterra dei cavi può essere eseguita mettendoli
entro canalette di cemento o in laterizio oppure entro tubi di
cemento.
Questi metodi offrono una buona protezione meccanica, ma risultano abbastanza costosi.
In ogni caso occorre predisporre ogni 150÷200 m, a seconda
delle necessità (gomiti, dislivelli ecc.), dei «pozzetti» di
dimensioni adeguate dai quali viene introdotto il cavo tirandolo dal pozzetto successivo.
Questo sforzo di trazione deve essere sopportato dai conduttori, e non dai rivestimenti protettivi, per evidenti ragioni.
È importante ricordare che nei cavi unipolari occorre collegare metallicamente i piombi tra loro. Questo collegamento deve
essere effettuato ad intervalli regolari e ciò allo scopo di
evitare la generazione tra i due mantelli di piombo di differenze di potenziale dovute a f.e.m. indotte dal flusso che si
concatena con il circuito chiuso costituito da due cavi di fase
diversa.
Ricordiamo infine che oggi sulla superficie del suolo, sotto
il quale è stato posto il cavo, si mettono delle piastrelle di
ghisa (segnacavo) che indicano la presenza della conduttura interrata.
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BIBLIOGRAFIA
Testo consultato:
G. Sacripanti ”Impianti elettrici” SANSONI.
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