La conclusione è: sì, ma a determinate condizioni.

Chi lavora nell'ingegneria elettrica si è probabilmente imbattuto in questo dilemma: se c'è acqua nel canale dei cavi, è accettabile immergere direttamente i cavi XLPE? La posa sottomarina richiede un'impermeabilizzazione aggiuntiva?

La risposta è: i cavi XLPE hanno un certo grado di resistenza all'acqua, ma la loro capacità di essere immersi per lunghi periodi dipende dal loro design strutturale e dal livello di protezione.

Il materiale isolante XLPE è di per sé suscettibile ai danni causati dall'acqua?

L'XLPE (polietilene reticolato) può essere utilizzato in ambienti umidi grazie alla sua struttura molecolare. Mentre il limite di temperatura superiore per il polietilene ordinario è di circa 70°C, l'XLPE forma una struttura reticolare tridimensionale attraverso la reticolazione chimica, aumentandone significativamente la cristallinità. Questa struttura densa riduce notevolmente il tasso di penetrazione delle molecole d'acqua. Al 95% di umidità relativa, l'XLPE assorbe solo una frazione dell'acqua rispetto al PE ordinario.

In altre parole, lo strato isolante XLPE stesso ha un tasso di assorbimento dell'acqua molto basso, il che lo rende molto più affidabile del PVC in normali ambienti umidi.

Tuttavia, "basso assorbimento d'acqua" non significa "nessun assorbimento d'acqua". Le molecole d'acqua diffondono e penetrano lentamente nello strato isolante. Dati di laboratorio mostrano che i cavi XLPE immersi in acqua pura a 25°C per 30 giorni possono subire una diminuzione della resistenza di isolamento a un decimo o anche meno del loro valore originale; se l'acqua contiene sale, la diminuzione può superare il 90%. Ciò dimostra che il materiale isolante stesso non può resistere all'immersione prolungata in acqua.

L'impermeabilizzazione dei cavi non si basa sullo strato isolante, ma su una "struttura a tre strati".

Molte persone hanno un'idea sbagliata: che più denso è lo strato isolante, più è impermeabile. In realtà, l'impermeabilizzazione dei cavi è un progetto sistematico, con circa tre linee di difesa dall'interno verso l'esterno:

La prima linea: barriera all'acqua del conduttore. L'acqua che si infiltra negli interstizi del conduttore è il problema più fastidioso. I cavi impermeabili di alta gamma riempiono gli interstizi del conduttore con pasta o filato bloccante dell'acqua, che si espande a contatto con l'acqua per sigillare gli interstizi.

La seconda linea: strato radiale bloccante dell'acqua. Un nastro bloccante dell'acqua viene avvolto all'esterno dello strato isolante, anch'esso basato sul principio dell'espansione dell'acqua. Alcuni produttori estrudono un nastro composito alluminio-plastica attorno allo strato isolante, più una guaina in polietilene, utilizzando la fusione a caldo ad alta temperatura per legarli completamente insieme, formando una barriera fisica.

La terza e più forte linea: la guaina metallica. Per i cavi ad alta tensione (ad esempio, 69kV e superiori), viene applicata direttamente una guaina metallica, come una guaina in alluminio pressata a caldo, una guaina in piombo o una guaina in alluminio ondulato saldato. Il metallo è completamente impermeabile all'acqua, quindi la capacità di impermeabilizzazione radiale di questo tipo di cavo è "assoluta".

Diversi livelli di tensione hanno requisiti di impermeabilizzazione molto diversi. Le soluzioni di impermeabilizzazione per cavi a bassa tensione (ad esempio, 600V o 1kV) sono completamente diverse da quelle per cavi ad alta tensione.

Cavi a bassa e media tensione: Generalmente, una guaina esterna in HDPE estrusa più nastro bloccante dell'acqua è sufficiente. Le guaine in HDPE hanno una densità superiore a 0,94 g/cm³, con una struttura molecolare strettamente impacchettata e un coefficiente di permeabilità al vapore acqueo molto basso. Molti cavi per pompe sommerse e cavi per pozzi profondi utilizzano questa struttura, specificamente progettata per l'immersione a lungo termine in acqua.

Cavi ad alta e altissima tensione: È obbligatoria una guaina metallica. Le guaine in alluminio e le guaine in piombo forniscono una sigillatura completa. Molti cavi sottomarini all'estero utilizzano isolamento XLPE con una struttura a guaina metallica, comunemente vista in progetti come il parco eolico del Mare del Nord.

Dati di test reali ti dicono: Quanto tempo può durare un cavo XLPE ben impermeabilizzato dopo l'immersione?

La teoria è una cosa, ma i dati effettivi sono più convincenti.

Un test di ingegneria subacquea: Cavi con isolamento XLPE hanno funzionato continuamente per 5 anni in 3 metri d'acqua senza un degrado significativo delle prestazioni di isolamento o un aumento delle perdite dielettriche dovute all'umidità.

Un incidente di infiltrazione d'acqua in un tunnel della metropolitana: Un cavo con struttura radiale bloccante dell'acqua ha mantenuto oltre il 90% della sua resistenza di isolamento iniziale dopo essere stato accidentalmente sommerso per 24 ore.

Test di invecchiamento accelerato: La ricerca SINTEF mostra che i cavi XLPE essenzialmente non sviluppano alberi d'acqua quando l'umidità relativa è inferiore al 70%; per i sistemi con doppie guaine, potrebbero essere necessari oltre 50 anni affinché l'umidità relativa dello strato isolante raggiunga il 70%.

D'altra parte: In un parcheggio sotterraneo residenziale, dopo 36 ore di allagamento, la resistenza di isolamento di un cavo trifase è scesa da 2000 MΩ a 2,3 MΩ. Qual è la differenza? Molto probabilmente, è dovuta a un'impermeabilizzazione insufficiente.

Gli "alberi d'acqua" sono il peggior nemico dei cavi XLPE quando sono sommersi. Quando si discute della questione dell'immersione dei cavi XLPE, l'"invecchiamento da alberi d'acqua" è inevitabile. Questo è un fenomeno di degrado microscopico nell'isolamento XLPE causato dagli effetti combinati di umidità e campo elettrico.

Il processo di formazione degli alberi d'acqua è approssimativamente il seguente: L'umidità penetra nello strato isolante attraverso difetti nella guaina. Sotto l'influenza di un campo elettrico, le molecole d'acqua si combinano con impurità nel materiale isolante per formare un microambiente acido. Quindi, il campo elettrico guida la migrazione ionica, causando la rottura delle catene molecolari e formando piccoli pori, che si espandono lentamente in canali dendritici di alberi d'acqua.

Una volta formato un albero d'acqua, la resistenza dell'isolamento diminuisce significativamente: la rigidità dielettrica del canale dell'albero d'acqua è solo un decimo o un quinto di quella dell'XLPE normale. Se l'albero d'acqua continua a svilupparsi, potrebbe trasformarsi in un albero elettrico sotto sovratensione, portando infine al cedimento dell'isolamento.

L'impatto degli alberi d'acqua sulla durata dei cavi è molto reale: i cavi XLPE progettati per una durata di 30-40 anni quando non sono immersi in acqua possono vedere la loro durata ridotta a 5-10 anni se immersi per lunghi periodi; se l'acqua contiene sale o sostanze acide, la durata può essere anche inferiore a 3 anni.

Pertanto, l'impermeabilizzazione e la resistenza all'umidità non servono solo a prevenire cortocircuiti, ma anche a garantire la durata dei cavi.

In quali scenari i cavi XLPE possono essere immersi in acqua in sicurezza?

Cavi per pompe sommerse e cavi per pozzi profondi: Questi cavi sono progettati per l'immersione prolungata in acqua. L'isolamento XLPE combinato con guaina in HDPE o armatura in nastro d'acciaio è perfettamente adeguato. Esiste persino una categoria dedicata di "cavi XLPE sommergibili" sul mercato internazionale, utilizzati in sistemi di drenaggio, pompe per liquami e pompe per pozzi profondi.

Cavi sottomarini: I cavi sottomarini rappresentano l'apice delle applicazioni impermeabili XLPE. Cavi sottomarini isolati XLPE da 500kV sono stati utilizzati con successo a profondità di 200 metri all'estero. Tuttavia, i cavi sottomarini hanno guaine metalliche specializzate e design resistenti alla corrosione, che non possono essere sostituiti direttamente da cavi XLPE ordinari.

Interramento e accumulo d'acqua nei canali dei cavi: Dipende dal prodotto specifico. I cavi di alimentazione XLPE ordinari vanno generalmente bene per immersioni occasionali di breve durata, ma l'immersione prolungata non è raccomandata. Nella scelta, cercare classificazioni di impermeabilità IPX7 o superiori secondo IEC 60529, o prodotti etichettati "bloccanti dell'acqua" o "sommergibili".

Consigli pratici per la posa dei cavi

Anche se si utilizzano cavi impermeabili, ci sono ancora alcuni dettagli a cui prestare attenzione durante la costruzione in cantiere: Le giunzioni sono il punto più debole: non importa quanto sia ben impermeabilizzato il cavo stesso, è inutile se le giunzioni non sono sigillate correttamente. È necessaria una guaina esterna impermeabile prefabbricata riempita di sigillante per ottenere una protezione IP68.

Evitare l'immersione prolungata dei cavi: i canali dei cavi dovrebbero avere fori di drenaggio e i canaletti per cavi dovrebbero avere coperture antipioggia; questi sono requisiti di base.

Acquistare cavi secondo gli standard internazionali: IEC 60502-2 (cavi isolati estrusi con tensioni nominali da 1kV a 30kV), IEEE 404 (standard per giunzioni di cavi) e AEIC CS8 (cavi XLPE a media e alta tensione) hanno tutti requisiti specifici per la resistenza all'umidità. Un cavo impermeabile qualificato dovrebbe superare test di pressione per immersione e test di permeabilità all'acqua.

Riepilogo
I cavi in polietilene reticolato possono essere sommersi in acqua? Sì, ma dipende dal tipo.

Cavi di alimentazione XLPE ordinari: L'immersione occasionale e di breve durata in acqua è accettabile, ma l'immersione prolungata non è raccomandata.

Cavi XLPE impermeabili: Questi cavi presentano una struttura bloccante dell'acqua, una guaina in HDPE o una guaina metallica, specificamente progettati per resistere ad ambienti di immersione in acqua. Usali con fiducia.

Due punti chiave da considerare: primo, l'estensione della struttura impermeabile del cavo; secondo, la qualità della sigillatura delle giunzioni.

Infine, un avvertimento: la prevenzione è molto più importante della riparazione quando l'acqua entra nei cavi. Una volta che gli alberi d'acqua si formano nell'isolamento, le prestazioni del cavo sono irreversibili. L'asciugatura rimuove solo l'acqua libera, ma il danno microscopico lasciato dagli alberi d'acqua non può essere riparato. Pertanto, nella scelta dei cavi, non guardare solo al prezzo; considera anche la classificazione di impermeabilità e la configurazione strutturale.