Tipi di schermature per cavi MT definire come un cavo di media tensione controlla il campo elettrico attorno al suo isolamento e come il cavo fornisce un percorso metallico per la corrente di carica, corrente di guasto a terra, e messa a terra del sistema. Nel pratico design del cavo MT, lo schermo non è uno strato decorativo di rame. Fa parte del sistema di controllo dello stress elettrico. Nastro di rame, filo di rame, filo di rame più nastro, e i design della guaina metallica risolvono ciascuno diverse condizioni di progetto.
Potenza XWA & Il cavo considera lo schermo metallico come una delle decisioni di progettazione fondamentali nell'ingegneria dei cavi MT. La schermata corretta dipende dalla tensione nominale, corrente di cortocircuito, metodo di messa a terra, dimensione del conduttore, percorso di installazione, tempo di eliminazione dei guasti, requisito dell'armatura, e lo standard di progetto applicabile. UN 33 Alimentatore industriale kV, UN 11 Cavo di distribuzione kV, e un 35 Il percorso sotterraneo kV può sembrare simile dall'esterno, ma i requisiti dello schermo metallico possono essere diversi.
Lo schermo fa parte del sistema di isolamento del cavo
Il cavo di alimentazione a media tensione utilizza normalmente una struttura coordinata: conduttore, schermo conduttore, Isolamento XLPE, schermo isolante, schermo metallico, biancheria da letto, armatura se richiesta, e guaina esterna. Lo schermo del conduttore attenua il campo elettrico sulla superficie del conduttore. Lo schermo isolante crea un confine controllato attorno all'isolamento XLPE. Lo schermo metallico si trova all'esterno dello schermo isolante e fornisce uno strato conduttivo collegato a terra attraverso la progettazione del sistema.
Questa struttura è il motivo per cui la selezione dello schermo è vicina alla fase di progettazione elettrica, non solo alla fase dei costi dei materiali. Uno schermo metallico troppo piccolo potrebbe non corrispondere alla corrente di guasto a terra specificata. Uno schermo meccanicamente inadatto potrebbe danneggiarsi durante la movimentazione o l'installazione. Uno schermo non compatibile con il metodo di terminazione può creare difficoltà nella preparazione del sito. La stessa classe di tensione del cavo può richiedere diverse aree dello schermo con diverse impostazioni di protezione della rete.
Per XWA Cavo di alimentazione MT allineare, il design dello schermo viene normalmente rivisto insieme alla classe di tensione, materiale conduttore, spessore dell'isolamento, condizione di cortocircuito, metodo di posa, lunghezza del tamburo, e documentazione di prova. Per classi di tensione di progetto più elevate come 33Cavo kV, l'area dello schermo e la logica di messa a terra spesso diventano più importanti nella revisione delle specifiche. Il contesto standard più ampio è spiegato nell’articolo tecnico di XWA su CEI 60502-2 per cavi di media tensione.
Cosa fa effettivamente lo schermo metallico
Lo schermo metallico ha diverse funzioni. Primo, aiuta a mantenere la superficie esterna dello schermo isolante al potenziale di terra se correttamente messo a terra. Secondo, fornisce un percorso per la corrente di carica capacitiva durante il normale funzionamento. Terzo, può portare corrente di guasto a terra per il tempo di intervento della protezione. Quarto, supporta un sistema di accessori di cavi definito perché le terminazioni e le giunzioni devono collegare correttamente lo schermo.
Queste funzioni sono collegate ma non identiche. Uno schermo può essere elettricamente sufficientemente continuo per il controllo sul campo ma troppo piccolo per una corrente di guasto a terra specificata. Uno schermo può incontrare un'area di corrente di guasto ma richiede comunque un'attenta installazione perché i fili di rame possono allargarsi o deformarsi durante la preparazione. La revisione tecnica deve separare le funzioni richieste invece di trattare lo “schermo” come un singolo elemento generico.
| Funzione dello schermo | Significato ingegneristico | Informazioni di progettazione necessarie |
|---|---|---|
| Controllo del campo elettrico | Mantiene un confine esterno controllato del sistema di isolamento. | Classe di tensione, progettazione dello schermo isolante, metodo di terminazione. |
| Percorso della corrente di carica | Trasporta corrente capacitiva dal sistema di cavi durante il normale funzionamento. | Lunghezza del cavo, tensione del sistema, disposizione di messa a terra. |
| Percorso della corrente di guasto a terra | Trasporta la corrente di guasto specificata finché la protezione non elimina il guasto. | Corrente di guasto, durata del guasto, materiale e area dello schermo. |
| Collegamento accessori | Permette alle terminazioni e ai giunti di incollare correttamente lo schermo metallico. | Tipo di accessorio, forma dello schermo, spazio di installazione, metodo di legame. |
| Supporto per ispezione e test | Fornisce uno strato conduttivo definito per test e registrazioni di rilascio. | Controllo di continuità, configurazione del test di tensione, documentazione dei test di routine. |
Schermo in nastro di rame
Lo schermo in nastro di rame è una delle forme di schermo più familiari nei cavi MT. Un nastro di rame viene applicato elicoidalmente sullo schermo isolante. Crea uno strato metallico continuo con una buona copertura attorno al nucleo del cavo. Il nastro in rame è comune nei cavi MT a tre conduttori e in molti progetti di cavi di distribuzione perché è compatto, familiare alle squadre accessorie, ed efficace per il controllo del campo elettrico se opportunamente sovrapposti e incollati.
Il vantaggio ingegneristico del nastro di rame è la copertura. Il nastro può fornire una superficie metallica liscia e continua attorno all'isolamento schermato. È anche facile da riconoscere nei campioni sezionati e nell'ispezione di fabbrica. Tuttavia, lo schermo in nastro di rame non è automaticamente adatto ad ogni condizione di guasto a terra. Lo spessore del nastro, larghezza, sovrapposizione, e l'area metallica totale deve corrispondere ai requisiti del progetto. Se la specifica indica un valore di corrente di guasto, il design dello schermo non può essere scelto solo in base all'aspetto visivo.
Il nastro di rame può anche essere sensibile alla movimentazione meccanica se il cavo è progettato, flessione, o la preparazione degli accessori è scarsa. Il nastro deve rimanere continuo. Piegatura forte, spogliamento imprudente, o una tecnica di terminazione inadeguata può disturbare la connessione dello schermo. Per questo motivo, XWA esamina lo schermo in nastro di rame insieme al design dell'armatura, disegno della guaina, avvolgimento del tamburo, e compatibilità degli accessori.
Schermo in filo di rame
Lo schermo in filo di rame utilizza fili di rame applicati o disposti elicoidalmente attorno allo schermo isolante. Viene comunemente selezionato quando è necessaria una sezione trasversale metallica definita per la corrente di guasto a terra, legame, e continuità dello schermo. Rispetto al nastro, lo schermo del filo di rame può essere più semplice da specificare in base all'area totale del rame. Le descrizioni comuni dei progetti possono indicare un'area dello schermo come uno schermo di filo di rame definito di un millimetro quadrato, anche se il valore effettivo deve seguire il calcolo del progetto.
La schermatura in filo di rame è ampiamente utilizzata nei cavi MT unipolari e nei progetti in cui le considerazioni sulla tensione di collegamento e della guaina sono importanti. Fornisce un insieme visibile di conduttori che possono essere raccolti e collegati agli accessori. A seconda del design del cavo, la struttura può anche essere combinata con un nastro legante in rame o uno strato impermeabile.
La limitazione è che lo schermo metallico non crea la stessa superficie continua di uno strato di nastro intero a meno che non sia combinato con un altro strato. Spaziatura dei fili, conteggio dei fili, direzione, e gestire tutta la questione. Durante il lavoro di terminazione, gli schermi metallici devono essere rivestiti e collegati in modo pulito. Se i fili vengono tagliati corti, diffondersi in modo non uniforme, o legato male, il vantaggio progettuale può essere ridotto. Una specifica corretta dello schermo del filo di rame include quindi l'area richiesta, disposizione dei fili, aspettativa di legame, e metodo accessorio.
Filo di rame più nastro di rame
Alcuni progetti di cavi MT combinano filo di rame e nastro di rame. Questa disposizione può utilizzare l'area del filo per la capacità di corrente di guasto e la copertura del nastro per uno strato metallico più continuo. Il design combinato non è automaticamente superiore in ogni caso, ma può essere utile quando le specifiche richiedono sia l'area dello schermo che la copertura, o quando uno standard di progetto ha una costruzione combinata familiare.
Il design combinato aumenta anche il numero di dettagli da controllare. Dimensione del filo, conteggio dei fili, spessore del nastro, sovrapposizione del nastro, materiale che blocca l'acqua, e il diametro del cavo influenzano la produzione e l'installazione. Uno schermo combinato può aumentare il costo del materiale e il diametro del cavo. Può anche modificare il comportamento alla flessione e la preparazione degli accessori. XWA normalmente lo tratta come un progetto basato sulle specifiche, non come aggiornamento predefinito per ogni cavo MT.
Guaina metallica e altre forme di scudo
In alcuni sistemi via cavo, una guaina metallica come una lega di piombo o alluminio ondulato può fornire schermatura, barriera contro l'umidità, e funzioni di protezione meccanica. Questo è più comune nelle applicazioni speciali, percorsi sotterranei con requisiti più elevati, progetti di sottomarini, o sistemi di cavi in cui le prestazioni di barriera radiale all'acqua sono fondamentali. La guaina non è la stessa cosa di un semplice schermo in nastro di rame, e cambia il peso del cavo, prestazione di flessione, progettazione degli accessori, e metodo di gestione.
Le decisioni relative alla guaina metallica richiedono un'attenta revisione ingegneristica. Una guaina può migliorare la protezione dall'umidità e la continuità della schermatura, ma può aggiungere complessità di produzione e vincoli di installazione. Potrebbe richiedere giunti specializzati, legame, protezione dalla corrosione, e progettazione del percorso. Per cavi MT di distribuzione standard, il nastro di rame o lo schermo in filo di rame sono spesso più pratici. Per percorsi speciali, potrebbe rendersi necessaria la progettazione di una guaina metallica.
La selezione dello schermo non può ignorare il metodo di messa a terra
Lo schermo diventa elettricamente significativo solo quando vengono definite le modalità di messa a terra e collegamento equipotenziale del sistema. Incollaggio a punto singolo, legame di entrambe le estremità, legame incrociato, e la messa a terra diretta creano diverse condizioni di tensione della guaina e corrente circolante. Uno schermo adeguato per un metodo di incollaggio potrebbe non essere ideale per un altro. I percorsi lunghi dei cavi unipolari sono particolarmente sensibili perché la corrente circolante nella guaina può aumentare le perdite e il riscaldamento quando il collegamento non è progettato correttamente.
Per cavi di distribuzione tripolari, il design potrebbe essere più semplice, ma la messa a terra conta ancora. Gli schermi metallici devono collegarsi correttamente agli accessori e devono supportare la filosofia di protezione del sistema. Il produttore del cavo può progettare l'area dello schermo, ma il progettista del sistema definisce i requisiti di corrente di guasto e di collegamento equipotenziale. Il ruolo di XWA è quello di tradurre i requisiti di sistema dichiarati in una struttura di cavo realizzabile e in un record di rilascio.
Come l'IEC 60502-2 si adatta alle decisioni sullo schermo
CEI 60502-2 è comunemente indicato per cavi di alimentazione con isolamento estruso per tensioni nominali da 6 kV fino a 30 kV. Il contesto standard è importante perché inquadra le aspettative di costruzione e test per i cavi MT. Le specifiche del progetto possono anche aggiungere standard nazionali, requisiti di utilità, condizioni di ispezione da parte di terzi, o requisiti superiori di area dello schermo di cortocircuito. Lo standard pubblico di riferimento IECEE per CEI 60502-2 è utile per confermare la famiglia e l'ambito dello standard prima della revisione dettagliata del progetto.
Un riferimento standard da solo non completa la progettazione dello schermo. Il progetto deve ancora definire la dimensione del conduttore, tensione nominale, conteggio dei nuclei, costruzione dello schermo, zona metallica, armatura, guaina, comportamento della fiamma, requisito del blocco dell'acqua, e documentazione di prova. Se una specifica riporta solo "cavo MT secondo IEC 60502-2" senza area dello schermo o requisito di corrente di guasto, il team di ingegneri deve chiarire se la costruzione standard è sufficiente o se il sistema richiede una specifica capacità di schermo metallico.
Area dello schermo e corrente di guasto a terra
L'area metallica dello schermo deve essere controllata rispetto alla corrente di guasto a terra e alla durata in cui si prevede che lo schermo porti corrente di guasto. Il calcolo dipende dal materiale, ipotesi di temperatura iniziale e finale, formula del cortocircuito adiabatico, e tempo di eliminazione della protezione. Un nastro di rame con sezione trasversale piccola può essere adatto per il controllo sul campo ma non sufficiente per un elevato fabbisogno di corrente di guasto. Quando lo studio sulla protezione lo richiede, potrebbe essere necessaria una schermatura in filo di rame con un'area totale di rame maggiore.
Questo punto spesso determina la differenza tra un cavo di distribuzione ordinario e un cavo MT specifico del progetto. Se la protezione del sistema elimina rapidamente i guasti, l'area dello schermo richiesta potrebbe essere inferiore. Se la corrente di guasto è elevata o il tempo di eliminazione è più lungo, lo schermo deve essere aumentato. Il cavo risultante potrebbe diventare più grande, più pesante, e più costoso. Quel costo non è decorativo; è legato alla sicurezza del sistema e alle prestazioni in caso di guasto.
| Condizione del progetto | Implicazione dello schermo | Punto di revisione della fabbrica |
|---|---|---|
| Cavo corto in una rete di distribuzione compatta | Lo schermo standard in nastro di rame può essere sufficiente quando le specifiche lo consentono. | Conferma la classe di tensione, standard, e requisiti dei test di routine. |
| Alimentatore unipolare lungo | La progettazione dello schermo in filo di rame e del collegamento potrebbe richiedere una revisione più approfondita. | Controlla l'area dello schermo, tensione di guaina, metodo di legame, ed effetto termico. |
| Corrente di guasto a terra elevata | Potrebbe essere necessaria un'area dello schermo metallico più grande. | Confermare la corrente di guasto e il tempo di eliminazione prima della produzione. |
| Percorso sotterraneo con stress meccanico | La scelta dello schermo deve essere coordinata con l'armatura e il fodero. | Rivedere la flessione, tirando, biancheria da letto, armatura, e continuità dello schermo. |
| Percorso di installazione sensibile all'acqua | Il blocco dell'acqua e la barriera metallica possono influenzare il design dello schermo. | Controllare il blocco longitudinale dell'acqua, disegno della guaina, e metodo accessorio. |
In che modo il design dello schermo influisce sugli accessori dei cavi
Le terminazioni ed i giunti devono collegare correttamente lo schermo metallico. Questo è il motivo per cui la forma dello schermo influisce sul lavoro del sito anche se è nascosta sotto la guaina. Lo schermo in nastro di rame deve essere esposto e incollato senza danneggiare lo schermo isolante. La schermatura in filo di rame deve essere raccolta, vestito, e collegato con lunghezza sufficiente e stabilità meccanica. I progetti combinati di filo e nastro devono seguire il metodo di preparazione del produttore dell'accessorio.
Se il design dell'accessorio è sconosciuto, un design dello schermo che sembra tecnicamente forte può comunque creare difficoltà di installazione. Diametro del cavo, forma dello schermo, armatura, spessore della guaina, e lo spazio di piegatura influenza la scelta degli accessori. Il file di progettazione del cavo dovrebbe quindi includere dettagli costruttivi sufficienti per l'abbinamento degli accessori. XWA lo mantiene nella fase di revisione ingegneristica poiché una preparazione errata degli accessori può danneggiare un cavo MT altrimenti corretto.
Controlli di fabbrica per la qualità dello schermo metallico
Il controllo di qualità in fabbrica dello schermo inizia prima del test finale del cavo. Il team di produzione controlla le condizioni del materiale, applicazione del nastro, disposizione dei fili, sovrapposizione, tensione, posizione dello strato, e continuità. Dopo che il cavo è stato completato, i test di routine e i registri delle ispezioni supportano il rilascio. In alcuni progetti, la dissezione del campione o i controlli dimensionali possono essere utilizzati per verificare i dettagli costruttivi.
La schermata è rilevante anche per i test ad alta tensione e la revisione delle scariche parziali. Una connessione stabile dello schermo metallico supporta un circuito di prova definito. Una scarsa continuità dello schermo o una preparazione incauta delle estremità possono creare errori di test. Questo è il motivo per cui la gestione dello schermo appare sia nell'ispezione della produzione che nella preparazione dei test di laboratorio.
| Controlla l'oggetto | Motivo | Prove visibili nel file di rilascio |
|---|---|---|
| Materiale e dimensioni dello schermo | Conferma l'area metallica e la costruzione richieste. | Distinta materiali, registro della produzione, o scheda tecnica. |
| Sovrapposizione del nastro o disposizione dei fili | Supporta la continuità e il controllo stabile del campo. | Registrazione del processo e ispezione del campione ove richiesto. |
| Continuità dello schermo | Conferma che il percorso metallico non è interrotto. | Registro di ispezione o nota di prova a seconda dei requisiti del progetto. |
| Compatibilità con armatura e fodero | Previene danni allo strato durante la produzione e l'installazione. | Disegno costruttivo e verifica dimensionale finale. |
| Preparazione fine prova | Riduce le false scariche o i risultati instabili dei test ad alta tensione. | Registro dei test di routine e nota di rilascio del laboratorio. |
Errori tipici nelle specifiche dello schermo MV
Errore uno: specificando solo la classe di tensione. La sola classe di tensione non definisce l'area dello schermo. È inoltre necessario conoscere i requisiti relativi alla corrente di guasto e al metodo di messa a terra.
Errore due: considerare il nastro di rame e il filo di rame come intercambiabili. Entrambi sono schermi metallici, ma differiscono nella copertura, area della sezione trasversale, preparazione dell'incollaggio, e comportamento meccanico.
Errore tre: aggiunta di armature senza rivedere l'accesso allo schermo. L'armatura migliora la protezione meccanica, ma lo schermo necessita ancora di un'adeguata continuità, legame, e preparazione alla cessazione.
Errore quattro: ignorando la compatibilità degli accessori. I giunti e le terminazioni dei cavi devono corrispondere al diametro del cavo, forma dello schermo, armatura, guaina, e metodo di stripping.
Errore cinque: omettendo la durata del cortocircuito. La corrente di guasto senza tempo di ripristino è incompleta. Il calcolo dell'area dello schermo dipende da entrambi.
Dati tecnici necessari a XWA per la progettazione dello schermo MV
Per un cavo MT con requisiti di schermatura definiti, XWA normalmente esamina i seguenti dati prima di confermare la costruzione finale:
- Tensione nominale, ad esempio 6/10 kV, 8.7/15 kV, 12/20 kV, 18/30 kV, O 26/35 kV.
- Materiale conduttore, dimensione del conduttore, classe del conduttore, e numero di core.
- Tipo di schermo: nastro di rame, filo di rame, filo di rame più nastro, o guaina metallica.
- Area richiesta dello schermo metallico o corrente di guasto a terra e durata.
- Metodo di messa a terra o di collegamento laddove noto.
- Requisito dell'armatura, materiale della guaina, requisito del blocco dell'acqua, e percorso di installazione.
- Norma applicabile, come l'IEC 60502-2 o una specifica di utilità del progetto.
- Prova di routine, prova del campione, ispezione di terzi, e requisiti del documento di rilascio.
- Lunghezza del tamburo, metodo di imballaggio, porto di destinazione, e condizioni di conservazione.
Questi dettagli rendono tracciabile la decisione sullo schermo. Riducono inoltre il rischio che un cavo sia elettricamente idoneo in generale ma incompleto per una specifica condizione di guasto della rete. XWA può quindi preparare una proposta di costruzione, scheda tecnica, e rilasciare la documentazione che corrisponde ai requisiti di progetto dichiarati.
Conclusione ingegneristica
Il design dello schermo del cavo MT deve essere scelto in base alla funzione, non per abitudine. Il nastro in rame fornisce una copertura familiare e una struttura compatta. Il filo di rame fornisce un percorso più chiaro verso l'area metallica specificata e il collegamento. Il filo di rame più il nastro possono combinare area e copertura quando le specifiche lo richiedono. I design della guaina metallica risolvono una schermatura speciale, umidità, e condizioni di protezione, ma aggiungono complessità.
La schermata corretta dipende dalla classe di tensione, corrente di guasto, tempo di compensazione, lunghezza del cavo, metodo di messa a terra, ambiente di installazione, progettazione degli accessori, e documentazione di prova. Per XWA Potenza & Cavo, ciò rende lo schermo metallico una parte centrale dell'ingegneria dei cavi MT piuttosto che una piccola opzione materiale nascosta sotto la guaina.
Domande frequenti
Lo schermo in nastro di rame è sufficiente per ogni cavo MT?
NO. Il nastro in rame può essere adatto a molti progetti di cavi MT, ma l'area dello schermo deve corrispondere al requisito di corrente di guasto del progetto in cui lo schermo trasporta corrente di guasto a terra.
Qual è la differenza principale tra il nastro di rame e lo schermo in filo di rame?
Il nastro in rame fornisce una copertura continua attorno al nucleo, mentre lo schermo in filo di rame è più semplice da definire in base all'area metallica totale ed è spesso utile laddove la capacità di corrente di guasto e il collegamento sono fattori centrali di progettazione.
L'armatura sostituisce lo schermo metallico?
NO. L'armatura è principalmente una protezione meccanica e può anche avere implicazioni di legame, ma non sostituisce le funzioni di schermo isolante e di schermo metallico nella progettazione dei cavi MT.
Perché il metodo di messa a terra influisce sulla selezione dello schermo?
La messa a terra e il collegamento determinano la corrente dello schermo, tensione di guaina, corrente circolante, e comportamento difettoso. Queste condizioni influenzano l'area dello schermo metallico e le prestazioni termiche del cavo.
Quali informazioni sono necessarie per confermare il design dello schermo MV?
I dati essenziali includono la tensione nominale, dimensione del conduttore, conteggio dei nuclei, tipo di schermo, area dello schermo richiesta o corrente di guasto e durata, metodo di legame, standard, armatura, guaina, e percorso di installazione.