Cavi di alimentazione ad alta e altissima tensione: fattori di progettazione chiave e ultime innovazioni nei materiali

Il mondo si sta muovendo rapidamente verso un'energia più pulita e reti elettriche moderne. Con l'investimento di molti Paesi in energie rinnovabili e in sistemi di trasmissione più ampi, la domanda di cavi elettrici ad alta e altissima tensione (AT) è in crescita. Questi cavi costituiscono la base per la trasmissione ad alta capacità e a lunga distanza. Senza di essi, città e industrie non sarebbero in grado di ricevere facilmente l'elettricità da parchi eolici, centrali solari o progetti idroelettrici distanti.

Cavi ad alta tensione vs. cavi ad altissima tensione

Per comprenderne l'importanza, è utile capire la differenza tra cavi ad alta tensione (AT) e cavi ad altissima tensione (EHV). I cavi ad alta tensione vengono utilizzati principalmente per la trasmissione di energia elettrica tra regioni e città diverse. Possono inviare una forte corrente elettrica a media distanza.

I cavi ad altissima tensione sono sostanzialmente più avanzati. Possono gestire livelli di potenza molto più elevati. Ecco perché vengono utilizzati per la trasmissione a lunga distanza e ad alta capacità. I ​​cavi EHV sono spesso utilizzati in progetti interregionali o in cavi sottomarini che collegano l'energia elettrica tra paesi.

Fattori chiave di progettazione

I cavi ad alta e altissima tensione hanno un'architettura complessa. È necessario scegliere con cura ogni componente del cavo per ottenere le migliori prestazioni, sicurezza e convenienza.

Struttura del conduttore

Il conduttore è il cuore del cavo. Di solito è realizzato in rame o alluminio. Il rame è noto per essere il miglior conduttore di elettricità, ma è più pesante e costoso. L'alluminio è più leggero ed economico, ma richiede una sezione maggiore per trasportare la stessa corrente.

Gli ingegneri spesso prendono decisioni in base alle esigenze tecniche e finanziarie del progetto. Le qualità meccaniche ed elettriche del conduttore devono essere sufficientemente resistenti da sopportare le sollecitazioni durante l'installazione e il funzionamento di cavi di grandi dimensioni.

Materiali isolanti

L'isolamento è ciò che protegge il conduttore da guasti. Il materiale più comune è l'XLPE, o polietilene reticolato. L'XLPE offre numerosi vantaggi, come l'elevata resistenza al calore e le eccellenti prestazioni elettriche. Altri tipi di isolamento includono la carta impregnata di gas o olio, sebbene oggi siano meno comuni.

XLPE è diventato la scelta principale in tutto il mondo perché garantisce efficienza, durata e, cosa più importante, è più facile da installare.

Schermatura e rivestimento

Lo schermo e la guaina esterna sono i due strati più importanti. La schermatura metallica aiuta a mantenere stabile il campo elettrico all'interno del filo, riducendo il rischio di guasti. La guaina esterna protegge da acqua, ruggine e altri tipi di danni, come quelli meccanici.

In molti progetti, la guaina esterna deve essere in grado di resistere agli agenti chimici e alle intemperie, soprattutto nel caso di cavi che passano sott'acqua o sottoterra.

Stabilità meccanica e termica

Quando trasportano grandi quantità di energia, i cavi si surriscaldano e si dilatano. I progettisti devono controllare la dilatazione termica e assicurarsi che il cavo possa resistere a queste sollecitazioni. Allo stesso tempo, il cavo deve soddisfare i requisiti di resistenza meccanica durante la posa, sia in acque profonde che in gallerie sotterranee urbane.

Innovazioni nei materiali

I materiali per cavi hanno fatto grandi progressi negli ultimi anni. Queste nuove idee stanno cambiando il modo in cui i cavi ad alta e altissima tensione saranno realizzati in futuro.

Per ridurre la perdita dielettrica e aumentare la resistenza alla tensione, è stato realizzato l'XLPE ad alte prestazioni. Questo rende i cavi più performanti e duraturi su lunghe distanze. Un altro campo interessante è l'isolamento nanocomposito. Aggiungendo particelle di dimensioni nanometriche al materiale, i produttori possono creare un isolamento con una maggiore resistenza all'invecchiamento e al calore.

C'è anche una spinta verso materiali di rivestimento ecocompatibili. I design moderni utilizzano composti a bassa emissione di fumi, privi di alogeni, ignifughi e riciclabili. Questi materiali sono più sicuri per le persone e più rispettosi dell'ambiente.

Produzione e controllo qualità

Il processo di produzione dei cavi ad alta e altissima tensione non è così semplice. È fondamentale che i processi di estrusione e reticolazione siano eseguiti a regola d'arte, perché anche un piccolo errore può causare un guasto sul campo. Ecco perché il controllo qualità è così importante e prevede test di scarica parziale e di tenuta alla tensione.

Standard internazionali come IEC, GB e IEEE contribuiscono a regolamentare il processo produttivo. Questi standard garantiscono che i cavi soddisfino le esigenze globali.

Casi di applicazione

I cavi ad alta tensione (AT) e ad altissima tensione (EHV) hanno svolto un ruolo fondamentale in molti progetti. Ad esempio, i progetti di trasmissione ad altissima tensione (UHV) della Cina sono tra i più grandi al mondo. Hanno dimostrato che i cavi ad altissima tensione (EHV) possono trasportare energia rinnovabile da luoghi lontani alle grandi città.

I cavi sottomarini collegano le reti elettriche tra i paesi, contribuendo a tenere sotto controllo domanda e offerta. Inoltre, le reti sotterranee ad alta tensione nelle città vengono potenziate per soddisfare la crescente domanda senza alterare l'aspetto del territorio.

Tendenze future

La ricerca sui cavi superconduttori e sui nuovi materiali isolanti continuerà in futuro. Con la crescente diffusione delle energie rinnovabili, crescerà anche la necessità di cavi ad alta e altissima tensione affidabili. Il settore si orienterà verso sistemi di cavi più intelligenti e connessi grazie al monitoraggio digitale e alla tecnologia delle reti intelligenti.

Conclusione

I cavi ad alta e altissima tensione sono più che semplici fili. Sono fondamentali per la transizione energetica mondiale e per rendere le reti elettriche più forti, più pulite e più intelligenti. La concorrenza continuerà a basarsi sull'innovazione dei materiali, poiché i nuovi design renderanno le cose più efficienti, più sicure e più sostenibili.