La guaina metallica di un cavo ad alta tensione non è semplicemente uno schermo avvolto attorno all'isolamento XLPE. Forma un confine elettrico attorno all'isolamento, partecipa ai calcoli della tensione indotta e delle perdite, trasporta una quota definita di corrente di guasto a terra, e collega il cavo ai giunti, terminazioni, caselle di collegamento, terre, e limitatori di tensione della guaina. Al comando- o costruzioni con rivestimento in alluminio, può anche fornire una barriera radiale contro l'umidità.
Questi doveri interagiscono. L'aumento dell'area metallica può migliorare la capacità di corrente di guasto e ridurre la resistenza, tuttavia, una resistenza inferiore può aumentare la perdita di corrente circolante in caso di collegamento su entrambe le estremità. Isolare una guaina può ridurre tale perdita, tuttavia crea requisiti di tensione permanente e protezione dai transitori. Una progettazione tecnicamente completa deve quindi verificare la stessa guaina sotto carico normale, colpa, transitorio, e le condizioni del percorso a lungo termine.
Cinque strati di cavi vengono spesso riuniti nella parola “schermo”.
Un cavo schermato ad alta tensione contiene diversi strati con funzioni diverse. Lo schermo del conduttore leviga l'interfaccia elettrica attorno al conduttore a trefolo. L'isolamento XLPE sopporta lo stress dielettrico principale. Lo schermo isolante crea un confine esterno controllato per tale isolamento. Lo schermo o guaina metallica si trova all'esterno dello schermo isolante e fornisce un percorso metallico elettricamente continuo. La sovraguaina polimerica protegge e, dove richiesto, isola elettricamente quello strato metallico dalla terra.
Questi strati non sono intercambiabili. Uno schermo isolante semiconduttivo controlla l'interfaccia di campo ma non sostituisce un percorso di guasto a terra metallico. Uno schermo in filo di rame può fornire continuità elettrica e una sezione trasversale configurabile, ma lo strato di filo da solo non costituisce una barriera d'acqua radiale continua. Una guaina di alluminio saldato o di piombo estruso può fornire una barriera metallica contro l'umidità, ma la selezione del materiale necessita ancora di meccanica, termico, corrosione, produzione, e controlli dell'interfaccia accessoria. Armatura, dove utilizzato, ha una funzione meccanica primaria e non può sostituire automaticamente il circuito della guaina progettata.
| Strato o componente | Ruolo del sistema primario | Domanda di progettazione che rimane |
|---|---|---|
| Schermo del conduttore. | Crea un'interfaccia elettrica liscia sul conduttore. | In che modo il sistema di estrusione controlla la geometria, pulizia, e compatibilità? |
| Schermo isolante. | Definisce il confine equipotenziale esterno dell'isolamento principale. | In che modo giunti e terminazioni ripristineranno quel confine?? |
| Schermo o guaina metallica. | Fornisce continuità metallica, connessione di legame, e il dazio corrente specificato. | Quale materiale, resistenza, zona, disposizione di legame, e si applicano obblighi di colpa? |
| Barriera metallica contro l'umidità, quando presente. | Limita l'ingresso radiale dell'umidità e può anche svolgere la funzione di guaina elettrica. | Come saranno le saldature, articolazioni, protezione dalla corrosione, flessione, e la fatica essere controllate? |
| Guaina polimerica. | Protegge il metallo e può isolarlo dalla terra per incollaggi speciali. | Quale integrità elettrica, meccanico, ambientale, e si applicano i controlli successivi all'installazione? |
Un progetto di guaina deve superare quattro diversi stati del sistema.
Una scheda tecnica che nomina solo “guaina di alluminio” o “schermo di filo di rame” lascia l’importante lavoro incompiuto. Il materiale e le dimensioni nominali descrivono lo strato fisico; non ne determinano le prestazioni nel sistema di cavi collegato.
Stato 1: il carico normale crea tensione e calore indotti.
La corrente del conduttore CA produce un flusso magnetico che collega la guaina metallica. La tensione indotta risultante dipende dalla corrente, frequenza, geometria del cavo, disposizione delle fasi, lunghezza della sezione, e conduttori vicini. L'accordo di vincolo decide cosa succede dopo.
Quando le guaine sono incollate su entrambe le estremità, il percorso chiuso può trasportare corrente circolante. Tale corrente produce ulteriori perdite e può ridurre la capacità di trasporto di corrente del cavo. CEI 60287-1-1 fornisce il quadro di calcolo per le perdite di conduttori e guaine in un singolo circuito. CEI 60287-1-2 affronta le perdite per correnti parassite per formazioni piatte definite a doppio circuito e distingue esplicitamente le guaine a punto singolo o incollate a croce dall'incollaggio su entrambe le estremità con corrente circolante significativa.
Stato 2: un guasto a terra divide la corrente tra più percorsi.
La guaina metallica può trasportare solo una parte della corrente di guasto a terra totale. La corrente può dividersi tra le guaine dei cavi, conduttori di terra, griglie di stazioni, percorsi metallici paralleli, e terra in base alle impedenze e al collegamento del sistema. La massima corrente di guasto prevedibile su un bus non corrisponde quindi automaticamente alla corrente assegnata alla guaina di un cavo.
CEI 60909-3 affronta le correnti parziali di cortocircuito attraverso la terra e include procedure per la distribuzione della corrente e i fattori di riduzione delle guaine o degli schermi metallici collegati a terra su entrambe le estremità. Dopo che sarà stabilita la divisione attuale, la guaina, legare i cavi, articolazioni, connessioni della casella di collegamento, e i conduttori di terra necessitano di controlli termici e meccanici per la sequenza di pulizia applicabile. CEI 60949 fornisce un metodo per la corrente di cortocircuito termicamente consentita che tiene conto del riscaldamento non adiabatico; non elimina la necessità di definire il materiale, condizioni iniziali e finali, durata, e il percorso attuale effettivo.
Stato 3: eventi di commutazione e fulmini testano il coordinamento dell'isolamento.
Un collegamento speciale consente deliberatamente a parti del sistema di guaina di funzionare al di sopra del potenziale di terra. La tensione permanente a frequenza industriale è solo una condizione. Eventi di commutazione, impulsi fulminei, guasti a terra, e le interazioni con le apparecchiature collegate possono imporre tensioni transitorie attraverso la guaina che seziona l'isolamento, la sovraguaina, isolamento della scatola di collegamento, e limitatori di tensione della guaina.
Un SVL non viene selezionato solo dalla tensione del sistema. La sua tensione continua, livello protettivo, comportamento di sovratensione temporanea, dovere energetico, lunghezza della connessione, predisposizione per la messa a terra, e il rapporto con l'isolamento protetto devono derivare dallo studio di coordinamento dell'isolamento. Un livello di protezione inferiore non è automaticamente più sicuro se la tensione normale o temporanea sovraccarica il limitatore. Una valutazione più alta non è automaticamente più sicura se non riesce a proteggere l'isolamento.
Stato 4: le condizioni del percorso sfidano la barriera per decenni.
Una guaina metallica può condividere compiti elettrici e ambientali. I sistemi con guaina in piombo e alluminio possono fornire protezione radiale dall'umidità quando la continuità e le guarnizioni accessorie rimangono intatte. I fili di rame possono definire un percorso di corrente di guasto e una connessione di collegamento, spesso con un foglio o un laminato separato dove è richiesta una barriera radiale.
Il percorso introduce quindi l'esposizione alla corrosione, movimento ciclico, flessione, vibrazione, acqua della baia congiunta, forze di trazione, dilatazione termica, e danni all'installazione. The outer covering becomes important because damage can expose the metal, compromise corrosion protection, or defeat an insulated-bonding scheme. CEI 60229 covers extruded oversheaths with a special protective function and includes electrical tests after installation. A main-insulation withstand result does not demonstrate that the oversheath remains intact.
Bonding changes the answer; it is not an accessory selected later.
Solid bonding, single-point bonding, and cross-bonding are circuit arrangements rather than quality grades. Solid bonding provides a continuous sheath-current path and generally limits standing voltage, but circulating loss can become material. L'incollaggio a punto singolo interrompe la circolazione continua in una sezione, mentre c'è tensione, continuità terrestre, isolamento della guaina, e la protezione transitoria necessitano di controllo. Il collegamento incrociato collega sezioni minori successive in modo che le tensioni indotte possano in gran parte annullarsi quando le lunghezze, geometria del cavo, relazioni di fase, e le connessioni rimangono adeguatamente bilanciate.
Una transizione di percorso può disturbare tale equilibrio. Cambiamenti dalla formazione trilobata a quella piatta, lunghezze diseguali della sezione minore, cambiamenti nell'ordine delle fasi, trasferimento congiunto, circuiti paralleli, oppure diverse costruzioni del cavo alterano il modello della tensione indotta. Il recente articolo di XWA su Disposizioni per il collegamento dello schermo dei cavi MT spiega le opzioni del circuito di base. A livello di trasmissione HV, gli stessi nomi richiedono un coordinamento dell'isolamento specifico del progetto, perdita, colpa, tensione di tocco, e modello di manutenzione.
TBC CIGRE 797 tratta i sistemi di cavi di trasmissione CA di livello pari o superiore 66 kV poiché richiede un sistema di collegamento della guaina progettato in modo unico. Il suo ambito unisce il cavo e gli accessori con i cavi di collegamento, caselle di collegamento, SVL, messa a terra, prove di installazione, e manutenzione. Questo confine del sistema è il motivo per cui la sezione trasversale del cavo da sola non può risolvere il progetto di collegamento.
La scelta del materiale segue la modalità di cedimento, non una gerarchia.
I fili di rame consentono di regolare la sezione metallica attorno allo schermo isolante e rimangono compatibili con la struttura del cavo flessibile. Potrebbe essere necessaria una soluzione separata di blocco dell'acqua o di laminato metallico quando il percorso richiede una barriera radiale. L'alluminio saldato può combinare la continuità metallica con una barriera continua all'umidità e una massa inferiore rispetto al piombo, mentre la qualità della saldatura, formando, protezione dalla corrosione, comportamento alla flessione, e la sigillatura degli accessori rimangono fondamentali. Il piombo estruso fornisce una barriera continua e un'utile resistenza chimica nei progetti idonei, ma aggiunge massa e richiede attenzione al supporto meccanico, deformazione ciclica, controlli ambientali, e metodi di giunzione compatibili.
Nessun nome del materiale dimostra la capacità di guasto. Resistività elettrica, area metallica effettiva, tolleranze costruttive, articolazioni, hardware di connessione, divisione attuale, durata del guasto, e la temperatura consentita è tutto ciò che conta. Nemmeno il nome del materiale dimostra la durabilità del percorso. Il metallo selezionato, sopraguaina, sistema di blocco dell'acqua, sigilli, metodo di installazione, e l'ambiente del suolo o del tunnel devono lavorare insieme.
Un singolo numero di corrente di guasto non è una specifica della guaina.
Una dichiarazione come "corrente di guasto per un secondo" rimane incompleta a meno che il documento non indichi se la corrente è il valore totale del sistema, corrente omopolare, ovvero la porzione destinata alla guaina metallica. È necessario anche il tipo di errore, disposizione di messa a terra, sequenza di cancellazione, contributo da entrambe le parti, percorsi paralleli, stato di legame, condizione di carico iniziale, e il trattamento del servizio ripetuto.
La sequenza di progettazione dovrebbe iniziare con i casi di guasto della rete e la divisione attuale. Dovrebbe quindi identificare il compito più severo della guaina e dei componenti di collegamento e verificare la capacità termica e le connessioni. Gli stessi casi regolano la revisione della tensione di contatto, aumento del potenziale terrestre, stress della sovraguaina, ed energia SVL. L'IEC ufficiale procedure di distribuzione della corrente fornire un riferimento neutrale per il problema della ripartizione della corrente senza fornire input specifici del progetto.
Il disegno finale dovrà unire la costruzione del cavo al circuito del percorso.
IL 64/110(123) Gamma di cavi kV E 76/132(145) Gamma di cavi kV mostrare il contesto di costruzione specifico della tensione. Una documentazione di progetto deve andare oltre unendo ogni sezione di cavo e accessorio al calcolo del collegamento.
La registrazione controllata dovrebbe identificare il materiale metallico, superficie nominale, base della resistenza longitudinale, barriera radiale, e dovere di sovraguaina. Dovrebbe anche correggere la formazione dei cavi, spaziatura, lunghezze delle sezioni, ordine delle fasi, connessioni di incollaggio, posizioni delle caselle di collegamento, collegamenti di terra, Dati SVL, e costruzione di piombo adesivo. Correnti operative, casi di colpa, tempi di sgombero, limiti di tensione permanente, casi transitori, base della tensione di contatto, prove di installazione, e l'accesso per la manutenzione completano la registrazione.
Il controllo decisivo è la coerenza. Il disegno del cavo, lunghezze di produzione, programma congiunto, diagramma della casella di collegamento, calcolo delle perdite, suddivisione della corrente di guasto, studio di coordinamento dell'isolamento, e il percorso realizzato deve descrivere lo stesso impianto elettrico. Se un record cambia, i calcoli e le interfacce interessati richiedono una revisione prima che la modifica diventi un'istruzione sul campo.