ITMI940995A1 - Terminale secco per cavo elettrico - Google Patents

Description

Descrizione dell'invenzione dal titolo:

"TERMINALE SECCO PER CAVO ELETTRICO"

La presente invenzione si riferisce ad un terminale per cavo elettrico e più precisamente ad un terminale per cavo elettrico destinato ad impiego all'aperto per tensioni fra 10 e 245 KV e oltre.

Sono noti terminali per esterno, ad esempio per collegare un cavo ad una linea elettrica aerea, comprendenti usualmente un involucro isolante provvisto di mezzi di collegamento ad un traliccio di supporto, al cui interno trova alloggiamento la porzione terminale di un cavo, privata del suo strato esterno di schermo e provvista di un elemento di controllo di campo, il cui conduttore si estende fino all’estremità dell'involucro isolante, per essere posto in collegamento con la linea aerea.

Secondo una tecnica nota, l'involucro isolante è costituito da un elemento in porcellana, a cui è affidato il compito di garantire l'isolamento tra la porzione terminale del conduttore del cavo, in tensione, e la struttura di supporto del terminale, collegata a terra, con estensione superficiale sufficiente a limitare il passaggio di corrente lungo la superficie esterna del terminale.

Come è noto, un cavo elettrico, del tipo ad isolante estruso, comprende principalmente un conduttore centrale, ad esempio costituito da una corda metallica, in rame o simili, rivestito da uno strato semiconduttivo, uno strato isolante, uno schermo, elettricamente collegato a terra, una guaina di protezione.

All'ingresso nel terminale il cavo è privato della guaina e dello schermo e sono usati elementi di controllo di campo per limitare i gradienti di campo elettrico in corrispondenza all'interruzione dello schermo stesso.

Per elementi di controllo di campo, in sé noti, si intende un corpo conduttivo opportunamente raggiato, detto usualmente elettrodo o deflettore, comunemente realizzato in materiale elastomerico semiconduttivo, inglobato in un corpo in materiale isolante, il tutto dimensionato per mantenere entro limiti accettabili il gradiente di campo elettrico, oppure un materiale avente permettività e conducibilità variabile in funzione del gradiente elettrico, ovvero ancora un sistema a condensatori.

In una forma di realizzazione nota da "New Prefabricated Accessories for 64-154 KV Crosslinked Polyethylene Cables" (Underground Transmission and Distribution Conference, 1974, pagg. 224-232), un terminale per esterno comprende, in particolare, una piastra di base, cui è vincolata la base di un corpo alettato in porcellana, alla cui estremità superiore è collegato, attraverso adatti mezzi di supporto e connessione, il conduttore del cavo; un elettrodo di terra ed un cono di controllo di campo, in materiale elastomerico, è forzato sulla superficie dell'isolamento del cavo entro un cilindro in resina epossidica, in corrispondenza al suo ingresso nel corpo alettato, mentre lo spazio libero all'interno del corpo alettato è riempito di olio isolante.

Tale olio isolante all'interno dell'involucro di porcellana ha lo scopo di eliminare l'aria, soggetta ad un possibile fenomeno di ionizzazione dove il campo elettrico è più elevato, con conseguente compromissione dell'integrità del terminale.

Tale terminale è montato in posizione verticale, con vincolo alla sua base ad una struttura di supporto.

Sono altresì noti terminali per cavi elettrici con isolante solido, ad esempio da "IEE Power Cables and Accessories 10 kV - 180 kV", Londra Novembre 1986, pagg. 238-241, in cui lo schermo semi-conduttivo di un cavo è rimosso per un certo tratto a partire dall’estremità del cavo; l'estremità dello schermo è coperta da una vernice conduttiva che si estende per un tratto dell'isolante del cavo su cui sono applicati tubi termoretraibili a controllo di campo, ad impedenza controllata. Detti tubi e la porzione scoperta dell'isolante del cavo sono quindi coperte da un tubo termoretraibile di materiale resistente all'ambiente esterno, inglobando un profilo isolante collocato in corrispondenza dell'estremità troncata dello schermo del cavo; più alette anulari termoretraibili sono quindi calzate sopra il tubo.

Tale terminale, essendo privo di elementi rigidi, in grado dì supportare sollecitazioni meccaniche in senso trasversale all'asse del conduttore, è sospeso, attraverso un isolatore, ad un telaio.

Un terminale di tipo cosiddetto "sintetico", dotato di mezzi di connessione superiori, atto cioè ad un montaggio di tipo "sospeso", è inoltre descritto in CIGRE' 1992, 21-201, con titolo "Synthetic Terminations for High Voltage Cables - Assessment of Service Life"; detta pubblicazione indica che un terminale di tipo "sintetico" risulta, tra l'altro, privo di rischi di esplosione o incendio in caso di scariche interne rispetto a terminali tradizionali in porcellana che contengono il fluido isolante.

E' ulteriormente noto il brevetto US 4.757.159· che descrive un terminale che comprende una porzione di cavo, con isolante scoperto, su cui è disposta una struttura multistrato di materiale isolante ad alta permettività, un materiale semiconduttore a coefficiente non lineare.

Per materiale isolante ad alta permettività si intende un materiale con costante dielettrica relativa all'aria superiore a circa 10.

Per tutta la lunghezza della porzione scoperta di isolante ed oltre l'estremità del nucleo conduttore del cavo si estende una armatura comprendente più aste rigide di resina epossidica rinforzata con fibre di vetro unidirezionali ed un tubo esterno di supporto e protezione. In questa soluzione, per impedire la presenza di sacche d'aria, si prevede di inserire un materiale riempitivo secco deformabile, in particolare un mastice, per riempire completamente tutti gli spazi liberi fra le aste, il tubo esterno e gli strati ad alta permittività. Le estremità delle aste e del tubo sono delimitate da due piastre isolanti provviste di apposite aperture di entrata e di uscita per il passaggio del cavo nel terminale.

Nella descrizione del brevetto si afferma che le aste di rinforzo in combinazione con le piastre isolanti conferiscono grande rigidità al terminale nonché resistenza a compressione, trazione e ai momenti flettenti.

Attorno a questa armatura e a contatto con la superficie esterna del tubo si applicano più alette coniche; sia il tubo sia le alette sono in elastomero.

I teminali per esterno secondo la tecnica nota posseggono quindi o una struttura flessionalmente rigida, come per nel caso di un elemento in porcellana o del complesso secondo il brevetto US 4.757-159. (sebbene nel caso di quest'ultimo la rigidità flessionale ottenibile sia di fatto limitata, essendo garantita da aste sostanzialmente indipendenti tra loro e di dimensioni limitate per motivi di ingombro), al cui interno è alloggiata l'estremità del cavo, fino a far sporgere il conduttore dello stesso all'estremità superiore, ovvero una struttura flessibile, calzata elasticamente sulla porzione di estremità del cavo.

Nel primo caso si rende necessario l'impiego di un riempitivo tra cavo e corpo del terminale, costituito da olio o da un particolare mastice, che deve essere applicato sul campo e può fuoruscire compromettendo l'integrità del terminale; nel secondo caso, la mancata rigidità flessionale del terminale impone il montaggio in configurazione sospesa, richiedendo una più complessa struttura di supporto e l'interposizione di un isolatore.

Sono altresì noti terminali per interno, cioè adatti per l'impiego in ambiente chiuso, la cui superficie esterna è prevista per operare in contatto con un gas o un olio dielettrico, come ad esempio illustrato in "Power Cables and Accessories 10 kV~500 kV", 23-25 Novembre 1993.

pag. 275. e in cui non è previsto alcun fluido isolante tra isolatore ed elemento a controllo di campo; quest'ultimo è vantaggiosamente realizzato mediante un manicotto elastomerico.

Tale terminale risulta particolarmente vantaggioso per l'applicazione, ma non si presta all'impiego all'esterno, in quanto, in presenza di aria ed eventualmente di agenti inquinanti depositati sulla superficie, non può offrire un sufficiente isolamento tra l'estremità scoperta, sotto tensione, e la zona collegata a terra, a càusa della ridotta lunghezza da esso posseduta.

Infatti, la lunghezza dell'isolatore non può essere prescelta liberamente, essendo legata a quella del manicotto a controllo di campo, che dovendo esercitare una pressione radiale su cavo ed isolatore per effetto della spinta assiale applicata al suo estremo, deve presentare una lunghezza contenuta e correlata al suo diametro esterno. Tale pressione radiale è dovuta, tra l'altro, alla conicità della superficie interna dell'isolatore e all'attrito esercitato tra questo ed il manicotto; per superfici più lunghe di 350 400 mm, con manicotti di diametro esterno di 200 300 mm, l'attrito esercitato tra le superfici a contatto di manicotto, cavo ed isolatore sarebbe tale da non garantire una sufficiente pressione alle interfacce, particolarmente durante i cicli termici del cavo, con carichi di spinta assiale sostenibili senza danni dai materiali elastomerici impiegati.

Un quadro riepilogativo delle soluzioni note per la realizzazione di terminali, sia per esterno, sia per interno, è inoltre riportato in CIGRE WG21-06, 15 Ottobre 1993. "Types of Accessories for HV Extruded Cables", in particolare da pag. 18 a pag. 34·

La Richiedente nel corso della sua sperimentazione si è posta il problema di realizzare un terminale per cavo elettrico, privo di involucro esterno in porcellana e olio isolante o di riempitivo deformabile all'interno di un involucro isolante come evidenziato nello stato dell'arte citato in precedenza, e ha ricercato contemporaneamente la realizzazione di un terminale in cui fosse possibile rispettare l'esigenza sia di mantenere il campo elettrico all'esterno dell'involucro isolante ad un valore compatibile con la rigidità dielettrica dell'aria, sia di determinare una linea di fuga fra l'estremo superiore del terminale ed il suo basamento a terra, tale da garantire una tenuta alle scariche superficiali.

La Richiedente ha pensato di realizzare un tale terminale facendo ricorso ad un elemento tubolare in materiale rigido provvisto con almeno una porzione tubolare conduttiva disposto attorno all'isolante del cavo in modo tale da rendere possibile, grazie alla rigidità dell'elemento tubolare, di supportare il cavo e le sollecitazioni laterali ad esso applicate fino ad un'altezza sufficiente a determinare una linea di fuga lungo l'involucro che garantisse una tenuta alle scariche superficiali e inoltre, grazie ad almeno una porzione tubolare conduttiva, la creazione di uno schermo al campo elettrico che verrebbe generato dal conduttore del cavo.

In particolare l’invenzione concerne un terminale per un cavo elettrico avente un conduttore, un isolante ed uno schermo, il quale terminale comprende:

un corpo esterno ad asse verticale, circondante almeno il conduttore di detto cavo;

una estremità inferiore di ingresso di detto cavo elettrico nel corpo esterno del terminale, comprendente mezzi di collegamento elettrico a terra di detto schermo del cavo,

mezzi a controllo di campo, associati a detto schermo del cavo, un codolo conduttore scoperto all'estremità superiore del terminale, in collegamento elettrico con detto conduttore del cavo,

un rivestimento esterno isolante alettato,

caratterizzato dal fatto che detto corpo esterno comprende:

un corpo di base, in materiale isolante, all'interno del quale sono alloggiati detti mezzi a controllo di campo, dotato di mezzi di vincolo meccanico ad una struttura di sostegno al suolo, un elemento tubolare, meccanicamente rigido ed elettricamente conduttivo, disposto attorno al conduttore ed esteso dal codolo alla zona delimitata dai detti mezzi a controllo di campo, meccanicamente collegato a detto corpo di base, detto elemento tubolare essendo almeno parzialmente ricoperto all'esterno da detto rivestimento isolante alettato;

mezzi di collegamento elettrico fra detto elemento tubolare conduttivo e detto codolo;

detto elemento tubolare conduttivo essendo al potenziale di detto codolo e determinando assenza di campo elettrico tra detto conduttore del cavo e la sua superficie interna.

In una forma di realizzazione detto elemento tubolare è costituito da un singolo tubo in materiale rigido conduttivo e, preferibilmente detto elemento tubolare è costituito da un singolo tubo metallico. In una forma alternativa di realizzazione detto elemento tubolare comprende una porzione tubolare in materiale dielettrico, a cui è solidalmente associata una porzione tubolare conduttiva.

Preferibilmente detta porzione tubolare è costituita da un prolungamento del corpo di base del terminale.

In una particolare realizzazione detta porzione tubolare conduttiva comprende un tubo metallico, oppure, in alternativa, detta porzione tubolare conduttiva comprende un rivestimento interno di detta porzione tubolare in vernice conduttiva.

In particolare, i detti mezzi di collegamento elettrico e meccanico fra il codolo e l'elemento tubolare conduttivo comprendono una piastra anulare vincolata a tenuta alla porzione tubolare, attraversata da detto codolo e meccanicamente vincolata ad esso, essendo presenti mezzi di tenuta tra codolo e piastra e mezzi conduttori di collegamento elettrico tra codolo e piastra.

In un aspetto della presente invenzione, i mezzi a controllo di campo all'interno del corpo di base si estendono per un'altezza prederminata, corrispondente ad un campo elettrico alla superficie esterna del corpo di base non superiore a 2,5 kV/mm e, preferibilmente, non superiore a 2 kV/mm.

In particolare, detto elemento tubolare conduttivo è elettricamente collegato, al suo estremo inferiore, ad una bussola conduttiva circondante l'estremità superiore di detti mezzi a controllo di campo. Preferibilmente il terminale comprende mezzi di protezione della superficie laterale esterna del corpo di base, elettricamente isolanti e resistenti alla traccia superficiale ( "tracking").

Più preferibilmente, detti mezzi di protezione comprendono un rivestimento in materiale elastomerico.

In una particolare forma di realizzazione, detto rivestimento in materiale elastomerico è solidale a detto rivestimento isolante alettato.

In alternativa detto rivestimento in materiale elastomerico è contiguo ed adiacente a detto rivestimento isolante alettato.

Preferibilmente detto rivestimento isolante alettato è un elemento longitudinalmente continuo almeno per l'estensione di detto elemento tubolare ed è vincolato ad esso in modo aderente.

In una particolare forma di realizzazione detto rivestimento isolante alettato comprende più anelli in materiale elastomerico elasticamente calzati su detta porzione tubolare.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi appariranno maggiormente dalla descrizione dettagliata di alcune forme di esecuzione preferita, ma non esclusiva, di un terminale per cavo elettrico secondo la presente invenzione.

Tale descrizione verrà fatta qui di seguito con riferimento agli uniti disegni, forniti a scopo indicativo e pertanto non limitativo, nei quali:

la figura 1 mostra una vista d'assieme di un terminale secondo l'invenzione;

la figura 2 mostra il terminale di figura 1 in sezione longitudinale secondo una prima forma preferenziale di realizzazione;

la figura 3 mostra una realizzazione preferenziale di un particolare di figura 2;

la figura 4 mostra in sezione longitudinale una seconda forma preferenziale di realizzazione;

la figura 5 mostra una realizzazione preferenziale di un particolare di figura 4;

la figura 6 mostra l'andamento delle superfici equipotenziali in un terminale secondo l'invenzione.

Secondo il presente trovato un terminale comprende un corpo di base in materiale isolante, al cui interno sono collocati mezzi isolanti a controllo di campo, il quale corpo di base si estende a formare un elemento tubolare rigido di altezza prefissata, provvisto di almeno una porzione tubolare conduttiva e con un rivestimento alettato in materiale elastomerico calzato sull'elemento tubolare rigido.

Tale elemento tubolare, provvisto di detta porzione tubolare conduttiva, svolge almeno due funzioni:

a) meccanica, in quanto essendo rigido sostiene la porzione di cavo nel terminale in posizione eretta e supporta le sollecitazioni trasversali ad essa applicate, ad esempio dal conduttore della linea aerea, dalla spinta del vento e simili, limitando l'inflessione laterale del terminale stesso.

b) elettrica, in quanto, avendo detta porzione tubolare conduttiva, al suo interno il campo elettrico è nullo e quindi il tratto di cavo in esso contenuto non è elettricamente sollecitato.

L'elemento tubolare provvisto con almeno una porzione tubolare conduttiva può essere realizzato secondo varie forme, tutte quante adatte a svolgere le citate funzioni.

Qui di seguito con l'espressione "elemento tubolare rigido provvisto con almeno una porzione tubolare conduttiva" si intende indicare tutte le soluzioni che comprendono un elemento tubolare rigido incorporante in sè una porzione tubolare conduttiva, essendo esso realizzato sia con un singolo pezzo con un unico materiale conduttivo, sia, in alternativa, con un elemento dielettrico associato ad una parte conduttiva ad esso solidale.

Si può avere, ad esempio un elemento tubolare in materiale rigido, ad esempio in materiale sintetico, termoplastico o termoindurente, accoppiato chimicamente o meccanicamente ad un tubo o ad uno strato in materiale conduttore o reso conduttore. L'unione dell'uno e dell'altro può essere ottenuta mediante adesione chimica, collanti o simili.

Nel seguito si descriveranno due esempi di terminale secondo l'invenzione, ciascuno avente una forma preferenziale dell'elemento tubolare provvisto con almeno una porzione tubolare conduttiva.

Come mostra la figura 1, un terminale 1 collega un cavo elettrico 2 ad alta tensione ad un conduttore aereo 3·

Negli esempi descritti il cavo è del tipo ad isolante estruso e trova impiego nel campo delle alte tensioni fino a 170 kV.

Sebbene nel seguito il terminale secondo l'invenzione sia specificamente descritto in combinazione con un cavo ad isolante estruso, esso trova anche vantaggiosa applicazione per cavi ad isolante stratificato, impregnati di olio o miscela isolante, per i vantaggi che esso presenta grazie alla rilevante riduzione della quantità di olio isolante all'interno del terminale da esso consentita, come rilevabile nel seguito, che limita il rischio di esplosione in caso di corto circuito interno rispetto ai tradizionali terminali in porcellana. Il terminale comprende, a partire da un estremo inferiore di ingresso verso,l'estremo superiore, un corpo di base 4, dotato di una porzione inferiore flangiata 4a, vincolata ad un traliccio di supporto 5 mediante mezzi a vite 5a o simili; un bocchettone metallico 6, ad esempio in rame, al cui interno è condotto il cavo elettrico 2 entrante nel terminale; un codolo conduttore 7* sporgente dall'estremo superiore del terminale, cui si collega il conduttore aereo 3. attraverso un relativo morsetto 8 o simili; un corpo tubolare 9. opportunamente alettato, che si estende sopra il corpo di base 4 Fino al codolo 7 ed assicura una opportuna distanza tra questo ed il traliccio 5· come descritto nel seguito.

Il corpo di base 4 ed il corpo alettato 9 possiedono caratteristiche tali da garantire l’isolamento tra il codolo 7. sotto tensione, ed il traliccio 5, collegato elettricamente a terra.

Nella figura 2 è rappresentato in sezione assiale un terminale per cavo elettrico secondo una prima forma preferenziale di realizzazione.

Il cavo 2, come è mostrato in figura 2, in corrispondenza del terminale è privato della sua guaina esterna 10, scoprendo la sua guaina interna 11, ad esempio in piombo, nel caso che si desideri garantire l’impermeabilità del cavo, oppure realizzata con fili o lamine di rame o simili, nel caso che l'isolante possa operare in presenza di umidità; sotto la guaina interna 11 è presente uno strato elastomerico semiconduttivo 12, a sua volta scoperto per un tratto.

Lo strato semiconduttivo 12 costituisce lo schermo del cavo, destinato a contenere il campo elettrico al suo interno.

Il bocchettone 6, collegato alla guaina interna 11 attraverso una saldatura 6a e dotato di opportuni mezzi di tenuta verso il corpo di base 4, di tipo noto, garantisce l’impermeabilità tra corpo di base 4 e cavo, quando richiesta, e realizza la messa a terra dello schermo e della guaina del cavo, attraverso un cavo di terra, non illustrato, collegato ad un occhiello 6b o simili.

Sotto lo strato di schermo 12 il cavo comprende uno strato isolante 13, che circonda il conduttore elettrico 14, ad esempio costituito da una corda di rame.

Oltre la troncatura dello strato semiconduttivo di schermo del cavo il conduttore, e l'isolante che lo circonda, si estende fino alla sommità del terminale.

Nella porzione superiore del terminale, come visibile in figura 2, il conduttore 14 sporge dallo strato isolante 13 e si collega elettricamente al codolo 7 con un morsetto metallico 15 deformabile a compressione.

Nella zona di ingresso del cavo nel corpo di base del terminale, in corrispondenza alla zona in cui si è asportato lo strato semiconduttivo 12 scoprendo l'isolante 13. è presente un elemento di controllo di campo 16, costituito da un manicotto prestampato comprendente un elemento in materiale elastomerico isolante 17 ed un deflettore di campo 18 in materiale elastomerico semiconduttivo.

La superficie esterna dell'elemento isolante-17 è sagomata a forma conica e viene spinta in pressione contro una corrispondente superficie conica all'interno del corpo di base 4, tramite un sistema elastico.

Ad esempio, come si vede in figura, tale sistema elastico è composto da molle 19 compresse fra un blocco 20 con superfice conica a contatto con una corrispondente superficie conica del deflettore 18 ed una piastra 21 ancorata all'estremità del corpo di base tramite viti 22. Le forze originate dalla compressione delle molle spingono il manicotto 16 contro le superfici entro cui è racchiuso, cosi da annullare la presenza di aria fra le parti a contatto e compensare eventuali variazioni dimensionali del materiali, ad esempio a seguito di escursioni termiche.

Preferenzialmente l'elemento isolante 17 è formato da una mescola EPR {elastomero a base di copolimero etilene-propilene, o terpolimero a base di etilene-propilene-diene) priva di cariche conduttive „e il deflettore di campo 18 è formato da una mescola a base di ÈPR resa conduttiva da cariche di nerofumo.

Il corpo di base 4 è realizzato in materiale isolante, come ad esempio resina epossidica, eventualmente caricata con fibre ad alta resistenza, polvere di silice o simili materiali, atti a conferire resistenza e stabilità dimensionale, ed è internamente cavo, formando la citata superficie conica che si accoppia con la superficie esterna dell'elemento isolante 17·

Entro il corpo di base 4 è alloggiata una bussola 23. in materiale metallico, che presenta una porzione inferiore 23a, con estremità opportunamente raggiata, estesa fino in corrispondenza dell'estremità superiore dell'elemento isolante 17 del manicotto 16, schermando elettricamente la sua estremità.

Nella forma di realizzazione di figura 2, il corpo tubolare 9 è costituito da una porzione tubolare conduttiva 24, in materiale metallico, collegata alla bussola 23·

Il vincolo fra la porzione tubolare conduttiva 24 e la bussola 23, e tra la bussola 23 ed il corpo di base 4, è tale da determinare nell'insieme una struttura resistente ai carichi trasmessi, sia in direzione verticale sia trasversale.

La porzione tubolare 24 si collega alla sua estremità superiore meccanicamente ed elettricamente con il codolo 7·

A tale scopo una piastra metallica 25, vincolata a tenuta all'estremità della porzione tubolare 24 mediante saldatura o simili, è inserita sul codolo 7 e ad esso vincolata, ad esempio mediante un sistema a premistoppa serrato.

Preferibilmente, la bussola 23 è realizzata in una lega di alluminio, per ottenere un coefficiente di dilatazione termica compatibile con quello del corpo di base 4 cui essa è rigidamente vincolata; la porzione tubolare 24 può essere saldata alla bussola 23, ed in tale caso è preferibilmente dello stesso materiale, o in materiale con esso compatibile; in alternativa la porzione tubolare 24 può essere vincolata meccanicamente alla bussola 23, ad esempio mediante accoppiamento filettato, ed in tale caso può essere realizzata in'un materiale conduttivo scelto in base a differenti specifiche esigenze, ad esempio acciaio.

Preferibilmente la piastra 25 è dello stesso materiale della porzione tubolare 24, particolarmente nel caso che sia vincolata ad essa mediante saldatura.

Il codolo 7 è a sua volta circondato da un anello di schermo 26, opportunamente dimensionato e ad esso collegato elettricamente, atto evitare scariche per "effetto corona" in corrispondenza a porzioni di conduttore ad elevata curvatura.

Nella forma realizzativa illustrata l'anello di schermo 26 è collegato alla piastra 25·

Secondo la soluzione particolare illustrata in figura 3. i mezzi di collegamento della piastra 25 al codolo 7 comprendono una guarnizione 27, serrata attraverso una ghiera filettata 28 impegnata sul prolungamento filettato 29 della piastra 25.

Il serraggio della ghiera 28 assicura per attrito il vincolo meccanico del codolo alla piastra 25; la connessione elettrica è assicurata, ad esempio, da un elemento conduttore 25a collegato alla piastra ed al codolo, schematicamente illustrato nelle figure.

La superficie esterna della porzione tubolare 24 è dotata di un rivestimento aderente 30, dotato di alettatura, il tutto formante il corpo alettato 9·

Il rivestimento 30 è realizzato con un materiale elastomerico isolante resistente all'ambiente esterno, in grado di non manifestare, nelle condizioni di impiego previste, il fenomeno del "tracking", o traccia superficiale.

Per "tracking" si intende, come definito nella norma IEC 1109 del 1992, una degradazione irreversibile della superficie del materiale isolante, con formazione di percorsi conduttivi anche in condizioni asciutte.

Un materiale adatto allo scopo può essere, ad esempio, una mescola a base di EPR {elastomero a base di copolimero etilene-propilene, o terpolimero a base di etilene-propilene-diene), oppure gomma siliconica.

Il rivestimento aderente 30 preferibilmente si estende a rivestire, almeno parzialmente, il corpo di base 4; preferibilmente il rivestimento 30 si prolunga fino a rivestire totalmente il corpo di base 4, mediante una sua porzione inferiore 31, dotata di alettature secondo le esigenze.

Tale prolungamento può essere realizzato in un sol pezzo, stampando la porzione 31 insieme al rivestimento 30 e calzando in modo forzato la porzione 31 stessa sopra il corpo di base 4, particolarmente se l'elemento tubolare 24 e la bussola 23 sono realizzati separatamente e collegati tra loro, ad esempio mediante un accoppiamento filettato.

In alternativa, tale prolungamento può essere ottenuto realizzando separatamente la porzione 31. solidale al corpo di base 4, ed il rivestimento 30, solidale all'elemento tubolare 24.

In tale realizzazione la porzione 31 può essere vincolata al rivestimento 30, a far corpo unico con esso, ad esempio mediante vulcanizzazione.

In alternativa (non illustrata), il collegamento tra la porzione 31 ed il rivestimento 30, quando separatamente realizzati, può essere ottenuto mediante un manicotto elastico, calzato per interferenza a sormontare la zona di giunzione tra la porzione 31 ed il rivestimento 30, in cui detta porzione 31 e rivestimento 30 sono affacciati.

Tale manicotto di giunzione può essere realizzato in materiale elastomerico, come EPR o gomma siliconica, di adeguate caratteristiche elettriche di isolamento e di resistenza al "tracking", e meccaniche per garantire una sufficiente pressione di contatto sui lembi del rivestimento 30 e del prolungamento 31, tale da eliminare possibili sacche d'aria in zone ad elevato campo elettrico, evitando il rischio di scariche elettriche.

Secondo un'altra soluzione, è possibile realizzare l'elemento tubolare 24 in acciaio ed estrudere su di esso un rivestimento in materiale elastomerico, calzando su di esso le alette.

In figura 4 si mostra una seconda forma preferenziale di realizzazione, riportando nel disegno del terminale gli stessi riferimenti numerici per le parti uguali al terminale di figura 2.

Come si vede in figura 4, in tale forma di realizzazione il corpo tubolare 9 è costituito dalla porzione tubolare 35 del corpo di base 4, prolungata fino alla sommità dell’isolatore, cioè sostanzialmente fino alla piastra 25; all'interno della porzione tubolare 35 è presente una porzione conduttiva, costituita da un tubo conduttore 36, che si estende fino a collegarsi elettricamente alla bussola conduttiva 23 ed eventualmente è ad essa meccanicamente collegata. Sull'intera superficie esterna del corpo di base è poi calzato il rivestimento isolante alettato 30·

La porzione tubolare 35 del corpo di base termina in prossimità della piastra 25, unitamente all'estremità del tubo conduttore 36, ed è meccanicamente collegata ad essa.

In tal modo, sia la porzione tubolare 35 del corpo di base 4 sia il tubo conduttore 36, in funzione dei loro spessori e delle loro rigidità rispettive, concorrono a formare la struttura autoportante del terminale, destinata a supportare il cavo in configurazione eretta ed a reggere le sollecitazioni esterne, ed in particolare le spinte trasversali.

Il tubo conduttore 36· realizzato in materiale metallico, come acciaio, rame o alluminio, ovvero in altro materiale conduttore, svolge la funzione di schermo elettrico attorno all'isolante del cavo, essendo in collegamento equipotenziale con la piastra 25 ed il codolo 7, a sua volta collegato al conduttore nudo 14 per deformazione a compressione del morsetto 15·

In tale forma di realizzazione è possibile dimensionare il tubo conduttore 36 ai soli fini elettrici (di schermo), attribuendo la resistenza meccanica del terminale, in particolare per quanto riguarda le sollecitazioni di flessione, alla sola porzione tubolare 35. ovvero ripartire tra tubo conduttore 36 e porzione tubolare 35 la resistenza richiesta, in base alle esigenze specifiche dell'applicazione.

In particolare, in relazione ai materiali conduttivi usati, è possibile ridurre lo spessore del tubo conduttivo a valori tali che tale tubo conduttivo svolga solamente la funzione di schermo elettrico lasciando la funzione di struttura portante alla porzione tubolare in materiale rigido.

Ad esempio, è possibile realizzare il tubo conduttore 36 mediante verniciatura dell'interno della porzione tubolare rigida con una vernice conduttiva o semiconduttiva, con ciò realizzando lo schermo richiesto.

In tale realizzazione, come illustra la figura 5. il collegamento meccanico alla sommità del terminale è realizzato tra piastra 23⁄4 e porzione tubolare 35. ad esempio attraverso mezzi a vite 35a o simili, secondo tipologie costruttive ben note nel settore; il tubo conduttore 36 è quindi posto in collegamento elettrico con la piastra 25 e con il codolo 7. con modalità appropriate ai materiali di specifica realizzazione.

A titolo di esempio, un terminale avente la configurazione di figura 2 e 4, per tensioni fino a 170 kV, ha una altezza complessiva {dal collegamento alla struttura di supporto 5 al codolo J) di circa 2000 mm, realizzando una linea di fuga, tra codolo e traliccio di supporto, di circa 58ΟΟ mm.

Per l'alloggiamento di un cavo con il massimo diametro di isolante per la classe 170 kV, il diametro interno libero dell'elemento tubolare 9 può essere scelto, preferibilmente, di almeno 100 mm.

Nella forma di realizzazione di figura 2, con corpo di base di circa 500 mm di altezza, lo spessore della parete del tubo 24, in lega di alluminio {avional bonificato), è di circa 8 mm.

Nella realizzazione secondo la figura 4, con analoghe dimensioni generali, il tubo conduttore 36 può essere realizzato con spessore minimo {qualche micron) mediante vernice conduttiva, e la porzione tubolare 35. in resina epossidica caricata con fibra di vetro o simili ha spessore di 25 mm.

Tale terminale, sia nella configurazione di figura 2 che in quella di figura 4, montato in posizione verticale e sottoposto ad una forza orizzontale di 250 kg, applicata al codolo 7. mostra una freccia di inflessione laterale di circa 10 mm; tale valore rientra nei limiti elastici dei materiali del terminale ed è pertanto in accordo con quanto prescritto dalla norma IEC 137 del 1984 (clausole 7. 28).

La freccia di inflessione rilevata, inoltre, è tale da non influire in modo significativo sulla distanza di rispetto di montaggio del terminale, che per l'esempio illustrato è dell'ordine di circa 1,5 m. Il terminale sopra descritto opera nel modo seguente.

Come è noto, un cavo elettrico, comprendente un conduttore, un isolante ed uno schermo coassialmente disposti, è sede di un campo elettrico tra il conduttore sotto tensione ed il suo schermo, collegato a terra, confinato all'interno dell'isolante; in corrispondenza al terminale tale campo deve passare dalla configurazione confinata all'interno del cavo ad una configurazione non confinata, tipica di un conduttore scoperto, e tale transizione deve avvenire in modo da evitare il manifestarsi di elevati valori locali di campo, che potrebbero essere causa di scariche.

In particolare, in corrispondenza all'interruzione dello schermo, cioè della troncatura dello strato semiconduttivo, il campo elettrico assumerebbe valori elevatissimi, insostenibili dai materiali impiegati in assenza di opportuni accorgimenti, a causa della grande curvatura assunta dallo schermo in tale zona.

11 deflettore di campo 18 ha pertanto lo scopo di consentire che il campo elettrico si distribuisca nell'elemento isolante 17 ed entro il corpo 4 (ed eventualmente nel suo rivestimento) in modo da avere sia all'interno dei vari materiali, sia alla superficie esterna di quest'ultimo, in contatto con l'aria, un valore di campo elettrico compatibile con la rigidità dielettrica dei materiali stessi e dell’aria; indicativamente, un valore accettabile di campo elettrico in aria è inferiore a 2,5 kV/mm e preferibilmente inferiore a 2 kV/mm. Il buon comportamento elettrico del manicotto 17 nel suo complesso, per i fini sopra indicati, richiede che le superfici di interfaccia tra l'isolante 13 del cavo ed il manicotto 17 e tra il manicotto 17 ed il corpo 4 siano prive di aria ed in compressione relativa, e permangano tali nel tempo, anche in presenza di escursioni termiche; le caratteristiche di tali manicotti sono note nell'arte, come in precedenza indicata, e non sono ulteriormente descritte.

In corrispondenza al manicotto 17 ed alla porzione di corpo di base ad esso circostante non si hanno zone d'aria che possano in gualche modo favorire l'insorgere di scariche elettriche in zone ad elevato potenziale.

Tale risultato è raggiunto in quanto le molle 19 del sistema elastico portano le superfici interna ed esterna del manicotto prestampato 16 in forte pressione di contatto sia con lo strato isolante 13 del conduttore che contro la supeficie conica interna del corpo di base 4. Inoltre, si mette in evidenza come sollecitazioni prodotte dal cavo, come peso, dilatazioni termiche e simili non vengano trasmesse al manicotto prestampato 16 ma al corpo di base isolante 4, cosi da non interferire con il corretto funzionamento del manicotto stesso.

In alternativa, in particolare per tensioni inferiori 0 uguali a 60 kV, il manicotto 17 può essere realizzato con un materiale a resistività variabile con la tensione, ben noti nel settore.

Il complesso costituito dal corpo di base 4 e dal manicotto elastico 17 costituisce una unità terminale, globalmente indicata con 37 nelle figure, che può essere dimensionata in lunghezza e diametro in modo da essere in grado di realizzare una efficace ripartizione del campo elettrico fino a valori accettabili al contatto con l'aria; tale unità, tuttavia, non possiede una lunghezza sufficiente a fornire un percorso superficiale adeguato a limitare la corrente verso terra ai valori comunemente accettabili, dell'ordine di qualche mA.

E' infatti necessario che tra il codolo 7. sotto tensione, ed il telaio di supporto 5, collegato a terra, sia realizzata una linea di fuga sufficiente a garantire la tenuta alle scariche superficiali nelle condizioni ambientali previste di impiego, tenendo in conto la tensione di lavoro, le condizioni di salinità dell'aria, l'inquinamento esistente e cosi via.

Le condizioni per la determinazione di tale linea di fuga sono specificate, ad esempio, nella pubblicazione 815 del 1986 della "International Electrotechnical Commission", dal titolo "Guide for thè selection of insulators in respect of polluted conditions".

Terminali aventi configurazione simile a quella dell'unità terminale 37. infatti, sono impiegati solo in ambiente segregato, in presenza di olio dielettrico o di un gas dielettrico, con rigidità dielettrica 5+10 volte maggiore di quella dell'aria, come descritto in "Power Cables and Accessories 10 kV-500 kV", 23-25 Novembre 1993. pag. 275. in precedenza citato, mentre non risultano impiegabili in aria alle tensioni di impiego previste per il terminale secondo la presente invenzione.

Per realizzare tale linea di fuga l'altezza complessiva del terminale deve essere pertanto incrementata fino ai valori richiesti, distanziando il codolo 7 dal telaio di supporto 5·

Come si può notare dagli esempi illustrati nelle figure 2 e 4, il cavo elettrico 2 presenta al di sopra dei mezzi a controllo di campo uno strato isolante 13 privo del relativo schermo semiconduttivo 12.

A causa dell'asportazione dello schermo semiconduttivo 12 il campo elettrico generato dal conduttore 14 avrebbe,,in talune zone alla superficie dell'isolante 13 un valore elevato, tale da superare il valore compatibile con la rigidità dielettrica dell'aria, e tale quindi da innescare scariche elettriche in presenza d'aria.

Mentre la tecnica nota, in analoga situazione, ricorreva a riempimenti con olio isolante o simili, la presente invenzione prevede una porzione tubolare conduttiva, individuata nell’esempio di figura 2 dal tubo conduttore 24 e nell'esempio di figura 4 dal tubo conduttore 36. in entrambi i casi collegata elettricamente al conduttore 14 e quindi al suo stesso potenziale, in modo tale che attraverso lo spazio 38 compreso tra la superficie esterna dell'isolante 13 e la superficie interna della porzione tubolare conduttiva (tubo 24 0 36), non si abbia gradiente di potenziale.

Come appare dalla figura 6, infatti, le superfici equipotenziali del campo elettrico, sostanzialmente parallele e cilindriche entro l’isolante del cavo (comprese tra conduttore 14, corrispondente alla superficie equipotenziale al 100% e schermo 12, collegato à terra, corrispondente alla superficie equipotenziale a 0%) , divergono in corrispondenza all'elemento a controllo di campo 17 e la loro distanza, proporzionale all'intensità del campo elettrico, decresce radialmente; pertanto, al fine di assicurare che, nelle zone in cui si ha presenza di aria, il campo sia ad un valore compatibile con la rigidità dielettrica dell'aria, si sceglie un opportuno diametro esterno del corpo 4.

In assenza dell'effetto di schermo dato dalla porzione tubolare conduttiva (24 o 36). si avrebbe un riavvicinamento delle superfici equipotenziali verso il conduttore del cavo, con un incremento dell'intensità del campo (proporzionale alla distanza tra le superfici equipotenziali) fino a valori non compatibili con la presenza di aria, in particolare nella zona compresa tra superficie dell'isolante del cavo e elemento tubolare 24.

L'effetto di schermo dato dall'elemento tubolare 24, invece, fa sì che il campo mantenga la sua configurazione pressoché cilindrica lungo il corpo del terminale e sia nullo nella zona compresa tra l'isolante del cavo e la porzione tubolare dell'isolatore.

Per tale motivo, la presenza di aria in tale spazio 38 non causa problemi di scariche elettriche all'interno del terminale, mentre al suo esterno i valori di campo sono mantenuti al di sotto delle condizioni critiche.

Nella forma di realizzazione di figura 2 il diametro desiderato è ottenuto selezionando l'adatta dimensione del tubo 24 e lo spessore del rivestimento alettato 30.

Nella forma di realizzazione di figura 4, è possibile dimensionare il diametro esterno del corpo di base 4 fino al diametro sufficiente a ridurre il campo elettrico sotto i valori sopra indicati e raccordare ad esso la porzione tubolare 35·

E' anche possibile sostituire il rivestimento alettato isolante 30. calzato esternamente alla porzione tubolare rigida, con una serie di alette elastomeriche 39. disposti in serie l'una dopo l'altra, come illustrato in figura 5. in condizioni di serraggio elastico sopra la superficie esterna della porzione tubolare 35 o, eventualmente, sopra un rivestimento elastomerico cilindrico della stessa porzione 35In questa soluzione, l'eventuale presenza di aria sulla superficie esterna della porzione tubolare 35. a causa di un imperfetto serraggio delle alette 39 contro la porzione 35 stessa {o il rivestimento elastomerico cilindrico sopra detto), ovvero alla giunzione fra aletta ed aletta, ad esempio come illustrato in figura 5 nella zona indicata con il riferimento 40, non è in grado di determinare scariche elettriche, essendo il campo elettrico in tale zona compatibile con la rigidità dell'aria.

Il terminale dell'invenzione presenta caratteristiche tali da evitare nel funzionamento l'insorgere di scariche elettriche superficiali lungo l'involucro isolante esterno tra il conduttore nudo collegato al codolo e il punto di messa a terra del terminale sul traliccio di sostegno.

Tali scariche superficiali secondo quanto noto ai tecnici del ramo erano evitate allungando, per terminali ad alta tensione, il percorso lungo la superficie dell'involucro esterno, e cioè ad esempio ricorrendo, come si è già indicato nella presentazione dello stato dell'arte, a involucri ed alette di porcellana, o simile materiale dielettrico, sagomati variamente per aumentare la resistenza al passaggio di corrente superficiale.

La struttura rigida autoportante in porcellana o simile materiale dielettrico dello stato dell'arte consentiva di estendere l'altezza del terminale e con essa il numero di alette in modo da allungare il percorso fra i due punti alla massima differenza di potenziale per evitare scariche elettriche, ma, essendo realizzata in materiale isolante e avente sostanzialmente il potenziale di terra, richiedeva l'impiego di un riempitivo, come olio isolante o riempitivo secco deformabile (mastice), tra la superficie interna dell'involucro e la superficie non schermata dell'isolante del cavo, oltre ai problemi tecnologici legati alle specifiche caratteristiche di questi materiali.

Il terminale dell'invenzione, come visibile negli esempi di figura 2 e 4, comprende rispettivamente un tubo conduttivo 24, metallico, oppure una porzione tubolare 35 in resina epossidica associata ad un tubo conduttivo 36. di metallo o vernice conduttiva.

Detti elementi rigidi a forma di tubo sono collegati meccanicamente tramite una piastra rigida al capocorda a cui è ancorato il conduttore nudo e sono rivestiti dal tubo alettato in materiale isolante.

Pertanto per mezzo di tali elementi tubolari rigidi ed elettricamente conduttivi è possibile, in relazione ai valori di tensione, alle condizioni ambientali e simili dell'applicazione prevista, scegliere la necessaria altezza del terminale e aumentare con l'altezza del terminale il numero di piatti isolanti dell'alettatura esterna, senza problemi di inflessioni laterali del terminale stesso, e nel contempo realizzare un terminale privo di riempimento fluido o pastoso.

Il complesso del terminale sopra descritto si presta vantaggiosamente ad una messa in opera in assenza di specifiche operazioni da eseguire sul campo, come riempimento con olio, gas o altri materiali riempitivi, e non presenta problemi di deterioramento nel tempo, come perdita di olio, gas o degradazione del materiale riempitivo, o pericoli di esplosione, pur offrendo le migliori caratteristiche meccaniche, che lo rendono adatto all'impiego in configurazione eretta autoportante. La struttura secondo l'invenzione, inoltre, si presta ad essere provata in fabbrica su un cavo campione, per evidenziare l'eventuale presenza di difetti intrinseci, e quindi smontata per l'impiego nella collocazione di destinazione.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1) Terminale (1) per un cavo elettrico avente un conduttore (2), un isolante (13) ed uno schermo (12), il quale terminale comprende: un corpo esterno ad asse verticale, circondante almeno il conduttore di detto cavo; una estremità inferiore di ingresso di detto cavo elettrico nel corpo esterno del terminale, comprendente mezzi (6b) di collegamento elettrico a terra di detto schermo del cavo, mezzi (16) a controllo di campo, associati a detto schermo del cavo, un codolo conduttore (7) scoperto all'estremità superiore del terminale, in collegamento elettrico con detto conduttore del cavo, un rivestimento esterno (30) isolante alettato, caratterizzato dal fatto che detto corpo esterno comprende: un corpo di base (4), in materiale isolante, all'interno del quale sono alloggiati detti mezzi a controllo di campo, dotato di mezzi di vincolo meccanico ad una struttura di sostegno al suolo (5). un elemento tubolare (24; 35, 36), meccanicamente rigido ed elettricamente conduttivo, disposto attorno al conduttore ed esteso dal codolo alla zona delimitata dai detti mezzi a controllo di campo, meccanicamente collegato a detto corpo di base, detto elemento tubolare essendo almeno parzialmente ricoperto all'esterno da detto rivestimento isolante alettato (30); mezzi di collegamento elettrico fra detto elemento tubolare conduttivo e detto codolo; detto elemento tubolare conduttivo essendo al potenziale di detto codolo e determinando assenza di campo elettrico tra detto conduttore del cavo e la sua superficie interna.
2. 2) Terminale per cavo elettrico come da rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto elemento tubolare è costituito da un singolo tubo (24) in materiale rigido conduttivo.
3. 3) Terminale per cavo elettrico come da rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto elemento tubolare è costituito da un singolo tubo (24) metallico.
4. 4) Terminale per cavo elettrico come da rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detto elemento tubolare comprende una porzione tubolare (35) in materiale dielettrico, a cui è solidalmente associata una porzione tubolare conduttiva (36).
5. 5) Terminale per cavo elettrico come da rivendicazione 4 caratterizzato dal fatto che detta porzione tubolare (35) è costituita da un prolungamento del corpo di base del terminale.
6. 6) Terminale come da rivendicazione 4 caratterizzato dal fatto che detta porzione tubolare conduttiva comprende un tubo metallico.
7. 7) Terminale come da rivendicazione 5 caratterizzato dal fatto che detta porzione tubolare conduttiva comprende un rivestimento interno di detta porzione tubolare (35) in vernice conduttiva. 8} Terminale come da rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che i detti mezzi di collegamento elettrico e meccanico fra il codolo e l'elemento tubolare conduttivo comprendono una piastra anulare (28) vincolata a tenuta alla porzione tubolare, attraversata da detto codolo e meccanicamente vincolata ad esso, essendo presenti mezzi di tenuta tra codolo e piastra e mezzi conduttori di collegamento elettrico tra codolo e piastra. 9) Terminale come da rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che i mezzi a controllo di campo all'interno del corpo di base si estendono per un'altezza prederminata, corrispondente ad un campo elettrico alla superficie esterna del corpo di base non superiore a 2,5 kV/mm. 10) Terminale come da rivendicazione 9 caratterizzato dal fatto che detta altezza prederminata corrisponde ad un campo elettrico alla superficie del corpo di base non superiore a 2 kV/mm. 11) Terminale secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detto elemento tubolare conduttivo è elettricamente collegato, al suo estremo inferiore, ad una bussola conduttiva circondante l'estremità superiore di detti mezzi a controllo di campo. 12) Terminale secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che comprende mezzi di protezione della superficie laterale esterna del corpo di base, elettricamente isolanti e resistenti alla traccia superficiale ("tracking"). 13) Terminale secondo la rivendicazione 12 caratterizzato dal fatto che detti mezzi di protezione comprendono un rivestimento in materiale elastomerico. 14) Terminale secondo la rivendicazione 13 caratterizzato dal fatto che detto rivestimento in materiale elastomerico è solidale a detto rivestimento isolante alettato. 15) Terminale secondo la rivendicazione 13 caratterizzato dal fatto che detto rivestimento in materiale elastomerico è contiguo ed adiacente a detto rivestimento isolante alettato. 16) Terminale per cavo elettrico come da rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto rivestimento isolante alettato è un elemento longitudinalmente continuo almeno per l'estensione di detto elemento tubolare ed è vincolato ad esso in modo aderente. 17) Terminale per cavo elettrico secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detto rivestimento isolante alettato è realizzato in materiale elastomerico. 18) Terminale per cavo elettrico come da rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto rivestimento isolante alettato comprende più anelli in materiale elastomerico elasticamente calzati su detta porzione tubolare.