Cosa rende i cavi sottomarini di media tensione diversi dagli altri tipi
I cavi sottomarini di media tensione sono appositamente progettati per la trasmissione di energia subacquea. Rispetto ai cavi terrestri standard, i cavi sottomarini devono resistere alla pressione idrostatica, alla corrosione, all’impatto meccanico e all’esposizione a lungo termine all’umidità.
I cavi sottomarini MT sono generalmente progettati con struttura unipolare o tripolare a seconda dei requisiti di installazione e delle condizioni del progetto.
Caratteristiche strutturali chiave
I cavi sottomarini di media tensione comprendono solitamente i seguenti strati:
Conduttore (rame o alluminio, classe 2 o conduttore compatto secondo IEC 60228)
Schermo del conduttore
Isolamento XLPE (tipo ritardante dell'albero dell'acqua)
Schermo isolante
Schermo metallico (fili di rame o nastro di rame)
Strati longitudinali di blocco dell'acqua
Barriera radiale all'acqua (guaina in piombo o guaina corrugata in alluminio)
Strato di biancheria da letto
Armatura singola o doppia in filo d'acciaio
Strato di servizio esterno (PE o PP)
Ogni strato ha uno scopo tecnico specifico, garantendo affidabilità elettrica e protezione meccanica in condizioni sottomarine.
Design a tre core e single-core
I cavi sottomarini tripolari sono comunemente utilizzati per i sistemi di distribuzione trifase di media tensione. Questa configurazione riduce la complessità dell'installazione ed è adatta per applicazioni vicino alla costa o su percorsi più brevi.
Per valori di corrente più elevati o distanze di trasmissione più lunghe, i cavi sottomarini unipolari installati in formazione a trifoglio sono spesso preferiti a causa della migliore dissipazione termica e della ridotta interazione elettromagnetica.
Selezione dell'isolamento
L'XLPE ritardante dell'albero dell'acqua è il materiale isolante più comunemente utilizzato per i cavi sottomarini MT. Offre:
Elevata rigidità dielettrica
Eccellenti prestazioni termiche
Lunga durata
Buona resistenza all'invecchiamento dell'albero acquatico
L'isolamento EPR può essere utilizzato laddove è richiesta una maggiore flessibilità, ma l'XLPE rimane la scelta dominante per la maggior parte delle applicazioni di energia sottomarina.
Sistema di protezione dell'acqua
A differenza dei cavi terrestri, i cavi sottomarini richiedono una protezione dall’acqua multistrato:
Blocco longitudinale dell'acqua (nastri o polvere rigonfianti dell'acqua)
Barriera radiale all'acqua (guaina in piombo o guaina corrugata in alluminio)
Servizio esterno per un'ulteriore protezione ambientale
Questa struttura impedisce la penetrazione dell'umidità e garantisce affidabilità operativa a lungo termine.
Protezione meccanica
L'armatura in filo di acciaio fornisce resistenza alla trazione per le operazioni di posa e protegge da danni meccanici esterni come ancore, attrezzi da pesca o abrasione del fondale marino.
La doppia armatura viene spesso utilizzata in acque poco profonde o in zone ad alto rischio.
Confronto isolamento: TR-XLPE vs EPR
I cavi sottomarini di media tensione utilizzano principalmente due sistemi di isolamento: TR-XLPE (Polietilene reticolato resistente agli alberi) ed EPR (Gomma etilene propilene).
Entrambi i materiali sono adatti per ambienti sottomarini se combinati con adeguati sistemi di blocco dell'acqua.
Tipo di isolamento |
Vantaggi |
Considerazioni |
TR-XLPE |
Basse perdite dielettriche, elevata rigidità dielettrica, eccellenti prestazioni termiche, forte resistenza all'invecchiamento dell'albero acquatico |
Flessibilità leggermente inferiore rispetto all'EPR |
EPR |
Maggiore flessibilità, buona resistenza alle sollecitazioni meccaniche, buone prestazioni dielettriche |
Perdite dielettriche maggiori rispetto a XLPE |
Nella progettazione moderna dei cavi sottomarini MT, TR-XLPE è ampiamente adottato grazie alle sue minori perdite dielettriche e alle eccellenti prestazioni di invecchiamento a lungo termine.
È importante notare che la protezione dall'ingresso di acqua è ottenuta attraverso appositi sistemi di blocco dell'acqua e guaine metalliche piuttosto che tramite il solo materiale isolante.
Materiali conduttori
I cavi sottomarini di media tensione possono utilizzare conduttori in rame o alluminio, a seconda delle esigenze del progetto.
Conduttori in rame
Maggiore conduttività elettrica
Sezione trasversale del conduttore più piccola per la stessa corrente nominale
Maggiore resistenza alla trazione
Adatto per applicazioni ad alta corrente
Conduttori in alluminio
Densità inferiore (peso più leggero)
Conveniente per la trasmissione a lunga distanza
Comunemente utilizzato nell'esportazione di parchi eolici offshore e nei cavi array
La scelta tra rame e alluminio dipende da:
Valutazione attuale
Condizioni di installazione
Limitazioni sul peso del cavo
Considerazioni sul bilancio
Specifiche tecniche del progetto
Una corretta progettazione del connettore e pratiche di installazione garantiscono prestazioni affidabili per entrambi i tipi di conduttore.
Sistema di blocco dell'acqua e di armatura
I cavi sottomarini richiedono una protezione completa dall'acqua per garantire affidabilità a lungo termine sotto pressione idrostatica.
La protezione dall’acqua nei cavi sottomarini MT viene generalmente ottenuta attraverso:
Blocco longitudinale dell'acqua
Previene la migrazione dell'acqua lungo l'asse del cavo in caso di danneggiamento della guaina.
I metodi comuni includono:
Nastri rigonfiabili in acqua
Polvere bloccante l'acqua
Filati rigonfiabili in acqua
Cordoni gonfi
Questi materiali si espandono a contatto con l'acqua e sigillano l'area danneggiata.
Barriera d'acqua radiale
Impedisce la penetrazione dell'acqua dall'esterno all'interno del cavo.
Le barriere d'acqua radiali sono tipicamente costituite da:
Questi strati metallici garantiscono una completa impermeabilità radiale e resistenza alla corrosione.
Sistema di armatura
L'armatura fornisce resistenza meccanica e protezione esterna.
Le funzioni includono:
Resistenza alla trazione durante le operazioni di posa
Resistenza all'abrasione del fondale marino
Protezione contro le attività di pesca e le ancore
Resistenza agli urti e allo schiacciamento
Tipi di armature:
La doppia armatura è comunemente usata in acque poco profonde o in zone ad alto rischio.
Costruzione di cavi sottomarini (MV)
I cavi sottomarini di media tensione sono sistemi ingegnerizzati multistrato. Ogni strato svolge una specifica funzione elettrica o meccanica.
Strato |
Funzione Tecnica |
Conduttore |
Conduttore in rame o alluminio (IEC 60228), trasporta la corrente nominale |
Schermo del conduttore |
Strato semiconduttivo che controlla la distribuzione del campo elettrico ed elimina la concentrazione dello stress |
Isolamento |
Isolamento TR-XLPE o EPR che fornisce rigidità dielettrica e capacità di resistenza alla tensione |
Schermo isolante |
Strato semiconduttivo che garantisce un campo elettrico uniforme e un'interfaccia con lo schermo metallico |
Schermo metallico |
Fili o nastri di rame che forniscono il percorso della corrente di guasto e la schermatura elettromagnetica |
Strato che blocca l'acqua |
Previene la migrazione longitudinale dell'acqua |
Barriera d'acqua radiale |
Guaina in piombo o guaina corrugata in alluminio che garantisce la tenuta radiale |
Strato di biancheria da letto |
Fornisce separazione meccanica e protezione prima dell'armatura |
Armatura |
Armatura in filo di acciaio che fornisce resistenza alla trazione e protezione meccanica |
Servizio esterno |
Strato esterno in HDPE o PP per la protezione dell'ambiente |
Ulteriori considerazioni strutturali
I cavi sottomarini in genere incorporano strati strutturali e protettivi aggiuntivi rispetto ai cavi terrestri per resistere:
In alcuni progetti, i cavi elettrici sottomarini possono integrare unità in fibra ottica per scopi di comunicazione e monitoraggio.
I diametri esterni dei cavi variano a seconda del livello di tensione, delle dimensioni del conduttore e del tipo di armatura e possono superare i 50 mm per le applicazioni MT.
Elementi di protezione nei cavi sottomarini di media tensione
I cavi sottomarini richiedono sistemi di protezione completi per garantire una lunga durata in ambienti marini.
Elemento protettivo |
Funzione Tecnica |
Sistema di isolamento |
TR-XLPE o EPR che forniscono rigidità dielettrica e prestazioni termiche |
Schermo metallico |
Fornisce il percorso della corrente di guasto e la schermatura elettromagnetica |
Blocco longitudinale dell'acqua |
Previene la migrazione dell'acqua lungo la lunghezza del cavo |
Barriera d'acqua radiale |
Guaina in piombo o guaina corrugata in alluminio che garantisce la tenuta radiale |
Strato di biancheria da letto |
Separazione meccanica prima dell'armatura |
Armatura |
Armatura in filo di acciaio che fornisce resistenza alla trazione e protezione meccanica esterna |
Servizio esterno |
Strato esterno in HDPE che fornisce protezione ambientale e dall'abrasione |
La protezione dei cavi sottomarini è significativamente più robusta rispetto alla costruzione dei cavi terrestri standard a causa del duro ambiente marino.
Tecnologia di produzione e giunzione
I cavi sottomarini sono prodotti utilizzando processi di estrusione e reticolazione controllati per garantire una qualità di isolamento uniforme.
I giunti di fabbrica (FJ) o i giunti vulcanizzati di fabbrica (FVJ) vengono utilizzati per collegare lunghezze di produzione lunghe. Queste articolazioni mantengono:
Integrità elettrica
Resistenza meccanica
Tenuta all'acqua
Le procedure di unione tipicamente includono:
Saldatura del conduttore
Ricostruzione dello schermo conduttore
Reticolazione dell'isolamento XLPE
Ripristino dello schermo isolante
Riapplicazione di guaine metalliche e barriere d'acqua
Prove elettriche di routine in conformità agli standard IEC
Controllo qualità e test
La garanzia della qualità è fondamentale nella produzione di cavi sottomarini. La produzione segue rigorose procedure di ispezione e test in conformità con gli standard IEC come IEC 60502-2 (per cavi MT).
I test in genere includono:
Misura della resistenza del conduttore
Test di scarica parziale (PD).
Test di resistenza alla tensione CA
Test di integrità della guaina
Controllo dimensionale
Ispezione a raggi X di guaine metalliche saldate o giunti di fabbrica
I cavi sottomarini sono sottoposti a controlli di qualità più severi rispetto ai cavi terrestri a causa della loro limitata accessibilità dopo l'installazione.
Confronto: cavi sottomarini vs cavi terrestri
Aspetto |
Cavi sottomarini |
Cavi terrestri |
Ambiente di progettazione |
Progettato per condizioni marine e subacquee |
Progettato per installazione terrestre |
Processo di produzione |
Include sistemi di blocco dell'acqua, guaine metalliche, armature pesanti |
Tipicamente nessuna barriera d'acqua radiale |
Resistenza meccanica |
Progettato per carichi di trazione elevati durante la posa |
Requisiti di trazione limitati |
Installazione |
Posa con navi posacavi a tensione controllata |
Installato in trincee o condotti |
Armatura |
Armatura in filo d'acciaio singola o doppia a seconda delle condizioni del fondale |
Spesso senza armatura o leggermente corazzato |
Requisiti prestazionali in ambienti sottomarini
Pressione idrostatica e profondità
La pressione idrostatica aumenta di circa 0,1 MPa ogni 10 metri di profondità dell'acqua. I cavi sottomarini devono mantenere l'integrità strutturale e le prestazioni elettriche sotto queste pressioni esterne.
Le barriere d'acqua radiali e la robusta armatura garantiscono affidabilità a lungo termine anche a profondità significative.
Flessibilità e resistenza meccanica
I cavi sottomarini devono bilanciare flessibilità e resistenza meccanica per resistere:
Flessione di installazione durante la posa
Irregolarità del fondale marino
Dilatazione termica durante il funzionamento
Aggressione meccanica esterna
Una corretta progettazione del cavo garantisce la conformità con il raggio di curvatura minimo e i requisiti di carico di trazione massimo consentito.
Resistenza ambientale
Gli ambienti marini espongono i cavi a:
Il rivestimento esterno in HDPE e l'armatura resistente alla corrosione proteggono il sistema di cavi per una lunga durata.
Protezione dalla corrosione dei cavi sottomarini
I cavi elettrici sottomarini operano in ambienti marini aggressivi dove l'acqua salata, la pressione idrostatica e l'impatto meccanico possono compromettere gravemente la durata. Pertanto, la protezione dalla corrosione e la progettazione del blocco dell'acqua sono fondamentali per l'affidabilità a lungo termine.
Un tipico cavo di alimentazione sottomarino include i seguenti elementi protettivi:
1. Barriera metallica per l'acqua
I cavi sottomarini sono solitamente dotati di una barriera metallica continua contro l'acqua, come ad esempio:
Questo livello fornisce:
A differenza degli strati tessili, la guaina metallica costituisce la barriera primaria che impedisce la penetrazione dell'acqua nel sistema isolante.
2. Blocco dell'acqua radiale e longitudinale
Per impedire la migrazione dell'acqua lungo la lunghezza del cavo in caso di danni esterni, i cavi sottomarini incorporano:
Ciò garantisce che eventuali danni locali non portino a guasti progressivi lungo il cavo.
3. Guaina esterna
La guaina esterna è generalmente realizzata in polietilene ad alta densità (HDPE) o materiali simili di tipo marino. Fornisce:
Eccellente resistenza alla corrosione dell'acqua di mare
Elevata resistenza meccanica
Resistenza all'abrasione durante la posa e al contatto con il fondale marino
Il filato di polipropilene può essere applicato come strato protettivo aggiuntivo, ma non costituisce la barriera primaria contro la corrosione.
4. Armatura in filo di acciaio
L'armatura in filo di acciaio zincato fornisce:
Resistenza alla trazione per l'installazione
Protezione meccanica contro gli urti e le attività di pesca
Resistenza alle sollecitazioni meccaniche esterne
A seconda della profondità di installazione e delle condizioni del fondale marino, i cavi possono utilizzare:
Nelle applicazioni in acque profonde, il design dell'armatura è ottimizzato per bilanciare peso e prestazioni a trazione.
5. Protezione catodica (specifica del progetto)
I sistemi di protezione catodica sono generalmente utilizzati per condotte offshore e grandi strutture in acciaio.
Per i cavi sottomarini, la resistenza alla corrosione si ottiene principalmente attraverso:
La protezione catodica può essere presa in considerazione in progetti specifici, ma non è una caratteristica standard di tutti i cavi sottomarini.
Con un'adeguata progettazione strutturale, materiali di alta qualità e metodi di installazione corretti, i cavi elettrici sottomarini possono raggiungere una durata di servizio di 25-40 anni o più in ambienti offshore difficili.
Applicazioni di cavi sottomarini
I cavi elettrici sottomarini vengono utilizzati laddove non sono possibili linee aeree o cavi terrestri sotterranei.
Sono ampiamente applicati in:
Collegamenti alla rete dei parchi eolici offshore
Trasmissione di potenza tra le isole
Progetti di interconnessione trans marittima
Piattaforme offshore di petrolio e gas
Infrastrutture marine e strutture sottomarine
Questi cavi sono progettati per funzionare con:
Alta pressione idrostatica
Forti correnti oceaniche
Movimento del fondale marino
Esposizione a lungo termine all'acqua salata
Un'adeguata indagine del percorso, una valutazione della profondità di sepoltura e una progettazione della protezione sono essenziali per garantire l'affidabilità del sistema a lungo termine.
Importanza della conformità agli standard internazionali
La conformità agli standard IEC riconosciuti a livello internazionale garantisce che i cavi elettrici sottomarini soddisfino severi requisiti di prestazioni elettriche, resistenza meccanica e affidabilità a lungo termine.
Ciascuno standard svolge un ruolo specifico:
La norma IEC 60228 garantisce la qualità del conduttore e l'efficienza elettrica.
Gli standard IEC 60502/60840/62067 definiscono la struttura di isolamento, le prove di tipo e i requisiti di prestazione della tensione.
La norma IEC 60229 garantisce l'integrità della guaina esterna e la protezione contro l'ingresso di umidità.
La norma IEC 60287 garantisce calcoli accurati della corrente nominale per prevenire il surriscaldamento.
La norma IEC 60853 definisce le prestazioni in condizioni di carico ciclico e di emergenza.
La norma IEC 60092 supporta la conformità ai requisiti elettrici offshore e marini.
Rispettando questi standard, i sistemi di cavi sottomarini ottengono:
Maggiore sicurezza operativa
Durata di servizio estesa
Costi di manutenzione ridotti
Miglioramento dell’approvazione e della bancabilità dei progetti
Prestazioni affidabili in ambienti marini difficili
Domande frequenti
Cosa differenzia i cavi sottomarini da quelli terrestri?
I cavi sottomarini hanno più strati dei cavi terrestri. Questi strati tengono lontana l'acqua e impediscono agli animali marini di danneggiare il cavo. Inoltre proteggono il cavo dalla forte pressione sotto il mare. I cavi terrestri non necessitano di tutti questi strati. I cavi sottomarini utilizzano materiali speciali per prevenire ruggine e danni.
È possibile utilizzare normali cavi di media tensione sott'acqua?
No, non è possibile utilizzare cavi normali sott'acqua. I cavi normali non bloccano l'acqua né hanno un'armatura resistente. Si romperanno velocemente se messi sott'acqua. Scegli sempre cavi realizzati per uso sottomarino.
Quanto durano i cavi sottomarini di media tensione?
La maggior parte dei cavi sottomarini dura tra i 25 e i 40 anni. Una buona installazione li aiuta a durare più a lungo. I materiali resistenti li fanno durare più anni. Dovresti controllare spesso il cavo per mantenerlo al sicuro.
Perché alcuni cavi sottomarini utilizzano l'alluminio anziché il rame?
L'alluminio rende il cavo più leggero del rame. Questo aiuta quando si mettono i cavi in acque profonde. Il rame è migliore per trasportare l'elettricità, ma è più pesante e costa di più.
