L'elettricità è una forza potente che deve essere controllata con precisione. Al centro di ogni cavo, dalla più piccola linea dati al collegamento di trasmissione ad altissima tensione, si trova un componente critico, spesso invisibile: l'isolamento. Il suo unico scopo è quello di fungere da barriera perfetta e controllata. Deve impedire il flusso di corrente elettrica tra i conduttori o verso terra, resistendo allo stesso tempo a immense sollecitazioni elettriche, termiche e meccaniche. Senza un isolamento efficace, i cavi andrebbero in cortocircuito, perderebbero energia e diventerebbero pericolosi. La scienza dei materiali isolanti è, quindi, la scienza fondamentale dell'ingegneria dei cavi moderna, determinando la tensione nominale, l'efficienza, la durata e l'ambiente operativo sicuro di un cavo.
La funzione principale: rigidità dielettrica e oltre
L'isolamento è definito dalla sua rigidità dielettrica, ovvero la capacità di resistere a un campo elettrico senza rompersi (generare archi elettrici). Ma questo è solo l'inizio. Un isolamento ad alte prestazioni deve soddisfare una serie complessa di requisiti:
Elevata resistività elettrica: Per ridurre al minimo la corrente di dispersione e la perdita di energia.
Bassa costante dielettrica e tangente di perdita: Per garantire una trasmissione efficiente del segnale nei cavi di comunicazione e ridurre al minimo la generazione di calore nei cavi di alimentazione, soprattutto ad alte frequenze o tensioni.
Stabilità termica: Per mantenere tutte le sue proprietà in un ampio intervallo di temperature di esercizio, dall'avviamento a freddo alle condizioni di sovraccarico.
Integrità meccanica: Essere sufficientemente flessibili per l'installazione ma sufficientemente robusti da resistere all'abrasione, allo schiacciamento e al taglio.
Resistenza ambientale: Per resistere all'esposizione all'umidità, alle sostanze chimiche, all'ozono e (per alcuni materiali) alle radiazioni senza degradarsi.
Evoluzione dei materiali: dai polimeri naturali a quelli ingegnerizzati
La storia dell'isolamento dei cavi è una storia di progressi nella scienza dei materiali.
Primi isolatori: Gomma e carta impregnata d'olio sono state standard per decenni. La carta, utilizzata nei cavi PILC (isolati in carta e ricoperti di piombo), offriva buone proprietà elettriche, ma era igroscopica e richiedeva una guaina ermetica in piombo.
La rivoluzione termoplastica:Il cloruro di polivinile (PVC) è diventato onnipresente nei cavi a bassa tensione grazie al suo buon equilibrio tra proprietà elettriche, ignifugazione (dovuta al cloro), flessibilità e basso costo. Il polietilene (PE) offriva proprietà dielettriche superiori per i cavi di comunicazione.
La rivoluzione dei termoindurenti: La scoperta della reticolazione ha trasformato il settore. Creando legami molecolari tra le catene polimeriche, i materiali hanno acquisito una rete tridimensionale permanente.
Polietilene reticolato (XLPE): L'isolamento dominante per cavi elettrici di media e alta tensione oggi. La reticolazione aumenta la temperatura massima di esercizio del PE da ~70 °C a 90 °C, migliorando notevolmente la resistenza a sovraccarichi e cortocircuiti e aumentando la resistenza alle cricche da stress ambientale. È più leggero e facile da installare rispetto ai vecchi sistemi basati su carta.
Gomma etilene propilene (EPR/EPDM): Un altro termoindurente, apprezzato per la sua eccezionale flessibilità, resistenza termica e resistenza all'umidità e al tracciamento. Comunemente utilizzato in cavi portatili, cavi per applicazioni minerarie e applicazioni che richiedono elevata flessibilità.
Isolatori specializzati per impieghi estremi
Per le applicazioni più impegnative vengono impiegati materiali avanzati:
Gomma siliconica: Offre straordinarie prestazioni ad alta temperatura (fino a 180 °C), eccellente flessibilità e ignifugo con bassa tossicità dei fumi. Utilizzato in aree ad alta temperatura, cablaggi navali e alcuni cavi resistenti al fuoco.
Fluoropolimeri (FEP, PFA): La scelta migliore per ambienti estremi, con temperature di esercizio molto elevate, inerzia chimica pressoché universale ed eccellenti proprietà elettriche. Utilizzato in cavi aerospaziali, militari e per dati ad alte prestazioni.
Isolamento minerale (ossido di magnesio - MgO): Utilizzato nei cavi MI (isolamento minerale). L'MgO è una polvere completamente inorganica che offre un'eccezionale resistenza al fuoco (può resistere a temperature fino a 1000 °C) e mantiene l'integrità dielettrica in caso di incendio, rendendolo ideale per circuiti critici per la sicurezza della vita.
Il nemico invisibile: scarico parziale e accumulo di acqua
Anche il miglior isolamento può deteriorarsi nel tempo a causa di fenomeni microscopici.
Scarica parziale (DP): Nei cavi di media/alta tensione, minuscole cavità d'aria o impurità all'interno dell'isolamento possono subire guasti elettrici localizzati, creando micro-scintille. Questa PD erode lentamente ma inesorabilmente l'isolamento dall'interno verso l'esterno, come minuscole termiti elettriche, portando infine al guasto completo. Il moderno XLPE viene prodotto in condizioni di estrema pulizia per essere privo di PD.
Alberi acquatici: In presenza di umidità e di un campo elettrico, microcanali simili a dendriti possono crescere lentamente all'interno dell'isolamento in PE e persino in XLPE. Questi "alberi d'acqua" aumentano le perdite dielettriche e possono diventare precursori di "alberi elettrici", portando a guasti. Questo è un motivo fondamentale per l'adozione di robuste barriere antiumidità nella progettazione dei cavi.
Test e garanzia della qualità: dimostrare la barriera
L'integrità dell'isolamento viene verificata attraverso rigorosi test:
Test Hi-Pot (alto potenziale): Applica una tensione significativamente superiore a quella nominale per verificare la presenza di guasti immediati o di correnti di dispersione eccessive.
Test di scarica parziale: Misura l'entità di qualsiasi attività PD interna, assicurando che l'isolamento sia privo di vuoti o contaminanti dannosi.
Test del fattore di dissipazione/tan delta: Misura le perdite dielettriche all'interno dell'isolamento. Un valore tan delta crescente indica invecchiamento, contaminazione o presenza di alghe.
Test di resistenza di isolamento (IR): Un controllo fondamentale per rilevare la presenza di contaminazione grossolana o infiltrazioni di umidità.
L'isolamento del cavo è il"vuoto ingegnerizzatod"—il non conduttore progettato con precisione che rende possibile una conduzione sicura ed efficiente. Il suo sviluppo da semplici materiali naturali a sofisticati polimeri reticolati e fluorurati rispecchia il progresso dell'intera società elettrificata. La scelta del materiale isolante è la prima e più critica decisione nel definire la capacità di un cavo, determinandone la classe di tensione, l'ambiente operativo e la durata prevista. In un ruolo invisibile ma essenziale, l'isolamento rappresenta il guardiano che ci consente di sfruttare e dirigere la potenza dell'elettricità con sicurezza e sicurezza.
>>>>>>>La gamma competitiva di prodotti del Gruppo Ruiyang comprende:
Cavo di alimentazione isolato XLPE LV e HV
Cavo di alimentazione isolato in PVC
Cavo ignifugo a basso contenuto di alogeni e a bassa emissione di fumi
Cavo resistente al fuoco
Cavo in lega di alluminio
Cavo flessibile per pneumatici
Cavo aereo
Cavo di controllo
Cavo in gomma siliconica
