Collasso Termico nei Giunti dei Cavi di Media Tensione dovuto a Rilassamento Meccanico e Cicli di Carico
Analisi tecnica del collasso termico nei giunti di media tensione (XLPE/EPR) dovuto a rilassamento meccanico dei connettori e cicli di carico sotto IEC 60502-4.
Fisica del collasso termico nei giunti dei cavi di media tensione
Un giunto per cavi di media tensione è un componente critico la cui integrità dipende da un perfetto equilibrio tra sollecitazioni meccaniche, termiche ed elettriche. Quando un cavo XLPE o EPR trasporta una corrente variabile, subisce un'espansione e una contrazione termica ciclica. Se il connettore metallico interno (sia a compressione che con bullone a rottura) presenta un'elevata resistenza di contatto iniziale a causa di un'installazione errata o di un rilassamento meccanico, inizia un processo di degradazione termica accelerata.
La dissipazione di potenza sul connettore è governata dalla resistenza di contatto ohmica, che consiste nella resistenza di costrizione e nella resistenza del film di ossido superficiale. La potenza dissipata localmente è espressa come:
All'aumentare della temperatura locale, la pressione di contatto diminuisce a causa del creep meccanico del metallo del connettore, che a sua volta aumenta la resistenza di contatto. Questo ciclo di feedback positivo termico-meccanico porta inevitabilmente alla perforazione dell'isolamento dielettrico circostante.
Meccanismi di degradazione dell'isolamento polimerico
L'aumento di temperatura localizzato influisce direttamente sul corpo elastomerico del giunto (silicone o EPDM). Una volta superata la temperatura massima di progetto dell'XLPE per cortocircuito (250 °C) o anche per sovraccarico continuo (130 °C), il polimero subisce depolimerizzazione e perdita di rigidità dielettrica. La permittività relativa e il fattore di perdita (tan δ) aumentano in modo non lineare, elevando le perdite dielettriche e accelerando la scarica distruttiva.
| Parametro fisico | Valore nominale (XLPE) | Condizione di degradazione / guasto |
|---|---|---|
| Temperatura di funzionamento continuo (°C) | 90 °C | > 105 °C (Riduzione accelerata della vita utile) |
| Temperatura di sovraccarico transitorio (°C) | 130 °C | > 150 °C (Grave deformazione plastica) |
| Resistenza di contatto del connettore (μΩ) | < 10 μΩ | > 150 μΩ (Inizio del collasso termico) |
| Rigidità dielettrica del corpo (kV/mm) | > 20 kV/mm | < 5 kV/mm (Perforazione imminente) |
Conformità normativa: IEC 60502-4 e IEEE 404
Le norme internazionali richiedono che i giunti installati nei sistemi di potenza siano conformi a rigorosi test di tipo. La norma IEC 60502-4 specifica prove di cicli di carico termico in cui il gruppo cavo-giunto viene sottoposto a cicli di riscaldamento indotti dalla corrente fino a raggiungere la temperatura massima del conduttore più 5 °C sotto tensione di esercizio. D'altra parta, la norma IEEE 404 dettaglia i requisiti per i giunti di cavi estrusi, richiedendo prove di tensione di tenuta a frequenza industriale, tensione impulsiva e scariche parziali per convalidare la stabilità termica ed elettrica della connessione.
Mitigazione e analisi della portata con Vexten
Per prevenire guasti catastrofici nei giunti di media tensione, è imperativo eseguire un calcolo preciso della portata dei conduttori e dei fattori di declassamento dovuti al raggruppamento e alla resistenza termica del terreno secondo le norme di riferimento. La suite di ingegneria Vexten dispone di un potente modulo di Conduttori e Portata basato sugli standard NEC 310 e IEC 60287. Questo strumento consente di verificare la capacità di trasporto di corrente continua dei cavi e di valutare l'impatto delle condizioni di installazione sotterranea sulla temperatura di funzionamento del conduttore, aiutando i progettisti a evitare sovraccarichi termici che accelerano il rilassamento meccanico nelle connessioni di media tensione.