Immagina questo scenario: in profondità sotto la superficie dell'oceano, un cavo di alimentazione ad alta tensione - come un'arteria vitale - collega i continenti, fornendo elettricità a milioni di case e aziende. Poi, improvvisamente, questa linea di vita critica si guasta a causa di impurità microscopiche, gettando le città nell'oscurità e causando turbolenze economiche. Le conseguenze sono gravi: riparare i cavi sottomarini è straordinariamente costoso e richiede molto tempo, con perdite che aumentano di ora in ora.

In questo mercato competitivo, come possono i produttori di cavi distinguersi e guadagnare la fiducia dei clienti garantendo al contempo una trasmissione di energia stabile? La risposta risiede in un principio intransigente: l'incessante ricerca della purezza del materiale isolante.

I cavi ad alta tensione, in particolare i cavi a media e alta tensione, funzionano come il cuore dei sistemi di distribuzione dell'energia. Il materiale isolante funge da strato protettivo, un componente di importanza fondamentale. Attualmente, il polietilene reticolato (XLPE) domina come principale materiale isolante per cavi a media e alta tensione.

Il polietilene reticolato (XLPE) è un materiale termoindurente derivato dal polietilene attraverso un processo di reticolazione. Sotto alta pressione e con perossidi organici, il polietilene si trasforma da un termoplastico in un materiale elastico, conferendo all'XLPE proprietà eccezionali che lo rendono ideale per l'isolamento dei cavi ad alta tensione:

• Minima perdita dielettrica: La bassa perdita dielettrica dell'XLPE significa meno dissipazione di energia durante la trasmissione, garantendo una maggiore efficienza.
• Proprietà elettriche superiori: Eccellente rigidità dielettrica, resistenza alla corona e resistenza all'arco consentono all'XLPE di resistere a campi ad alta tensione.
• Eccezionali proprietà fisiche: Elevata resistenza meccanica, resistenza al calore e resistenza alla corrosione chimica consentono un funzionamento affidabile in ambienti difficili.
• Deformazione termica e resistenza all'invecchiamento: L'XLPE mantiene prestazioni stabili anche a temperature elevate.
• Maggiore capacità di corrente: I cavi XLPE possono trasportare più corrente rispetto alle alternative convenzionali delle stesse dimensioni.
• Facilità di installazione: Leggeri e flessibili, i cavi XLPE semplificano l'installazione e riducono i tempi di costruzione.

Recentemente, Prysmian ha introdotto cavi innovativi che utilizzano elastomeri termoplastici ad alte prestazioni (HPTE). Pur eguagliando le prestazioni dell'XLPE, l'HPTE offre distinti vantaggi di produzione:

• Nessuna reticolazione richiesta: Elimina i sottoprodotti dal processo di reticolazione, rendendolo più ecologico.
• Riciclabilità: I cavi HPTE possono essere riutilizzati, riducendo gli sprechi.
• Cicli di produzione più brevi: Consente una risposta più rapida alle esigenze del mercato.
• Ingombro ridotto degli impianti: Richiede meno spazio di produzione, riducendo i costi.
• Compatibilità: Funziona perfettamente con i componenti di rete esistenti, facilitando gli aggiornamenti della rete.

Sia l'XLPE che l'HPTE fungono da "cuore" dei cavi ad alta tensione, salvaguardando l'affidabilità della trasmissione di energia.

Per i cavi ad alta e altissima tensione, la purezza del materiale isolante non è negoziabile. Una maggiore purezza è direttamente correlata a minori rischi di guasto. Anche un'impurità metallica di 50 micron può compromettere il prodotto finale, portando a costi di follow-up esorbitanti.

Considera un cavo sottomarino che funziona perfettamente per decenni, fino a quando una particella metallica microscopica innesca scariche parziali sotto stress elettrico. Nel tempo, queste scariche si intensificano, culminando in un guasto dell'isolamento e in un guasto catastrofico del cavo.

• Costi di riparazione astronomici: I guasti dei cavi sottomarini indotti dalla contaminazione possono causare settimane di inattività, con gravi conseguenze economiche e sociali.
• Impatto sulla produzione a livello industriale: Materiali contaminati o cavi difettosi che non superano i test di scarica interrompono l'efficienza produttiva e aumentano i costi.

I cavi ad altissima tensione sono sottoposti a rigorosi test di tenuta alla tensione a 2,5 volte la loro tensione nominale, un esame brutale dell'integrità dell'isolamento.

• Conseguenze del guasto: Le tipiche strutture di produzione subiscono 5-6 guasti annuali durante i test, ciascuno dei quali può costare €150.000 prima della consegna.
• Interruzioni della programmazione: I guasti ritardano le consegne, creando complicazioni contrattuali.
• Danneggiamento della reputazione: Giunzioni non approvate possono offuscare l'immagine di qualità dei produttori e innescare clausole penali.

Per garantire l'affidabilità dei cavi, gli standard di settore impongono severi requisiti di purezza:

• Gli standard dei cavi ad alta tensione spesso impongono l'esclusione di contaminanti superiori a 75 micron.
• Le linee guida AEIC richiedono che i progetti dei cavi durino almeno 40 anni, richiedendo un'ispezione di purezza del materiale al 100% - i test sui campioni non possono eliminare in modo affidabile tutti i contaminanti.

Solo un'ispezione completa garantisce che ogni metro soddisfi i più elevati standard di qualità.

Attualmente, i produttori di cavi utilizzano tipicamente filtri a maglia per catturare le impurità negli impasti di XLPE e HPTE prima che entrino nei cavi. Questi filtri, posizionati tra l'estrusore e la testa di reticolazione, devono affrontare sfide operative:

• Intasamento: Nel tempo, i filtri accumulano materiale bruciato o contaminanti eccessivi, causando picchi di pressione nell'estrusore.
• Interruzioni della produzione: Le frequenti sostituzioni dei filtri richiedono interruzioni della produzione e successive giunzioni.
• Rischi di giunzione: Le giunzioni realizzate manualmente rappresentano punti deboli critici, soprattutto nelle applicazioni sottomarine. I produttori mirano quindi a ridurre al minimo le giunzioni nei cavi lunghi.

I filtri intasati riducono la produttività, richiedendo soluzioni più affidabili per il rilevamento e la classificazione delle impurità.

Gli attuali sistemi di rilevamento delle particelle servono principalmente al monitoraggio di laboratorio o della linea di produzione. La maggior parte si basa sulla tecnologia ottica per rilevare i contaminanti superficiali, ma non è in grado di identificare le impurità interne.

Sebbene efficaci per i difetti superficiali in materiali trasparenti o traslucidi, le tecniche ottiche non possono penetrare le particelle per rilevare la contaminazione interna.

La capacità di penetrazione della tecnologia a raggi X consente il rilevamento dei difetti interni. Quando i raggi X attraversano i materiali, la loro attenuazione varia con la densità, lo spessore e la composizione atomica, consentendo un'identificazione precisa delle impurità.

I moderni sistemi di rilevamento combinano le tecnologie a raggi X e ottiche per un'assicurazione qualità online al 100%. Il software di elaborazione delle immagini identifica, classifica e rimuove automaticamente i contaminanti piccoli fino a 50 micron.

L'XLPE è costituito principalmente da carbonio (6 protoni), mentre i comuni contaminanti in acciaio contengono ferro (26 protoni). Questa differenza di 20 protoni crea un forte contrasto ai raggi X, consentendo un rilevamento preciso dei metalli.

La tecnologia avanzata delle telecamere e i sistemi di illuminazione acquisiscono il flusso di materiale a velocità industriali. Potenti algoritmi identificano quindi i difetti superficiali che superano le soglie predefinite.

Questo duplice approccio rileva sia i contaminanti interni che quelli superficiali, tra cui:

• Raggi X: metalli, inquinanti organici e disomogeneità (ad es. TiO2) in materiali trasparenti, colorati o semiconduttivi
• Ottico: difetti superficiali come macchie nere, particelle estranee e materiali diversi

Installati tra le tramogge di alimentazione (contenenti octabin, sacchi o silos) e le tramogge dell'estrusore, questi sistemi purificano i materiali tramite alimentazione a gravità prima dell'inizio dell'estrusione.

Oltre ai sistemi online, le soluzioni modulari offrono il rilevamento e l'analisi offline per pellet, scaglie e nastri, ideali per throughput più piccoli, campionamento o ispezione dei materiali in entrata.

• Rilevamento online: Rimozione delle impurità in tempo reale durante la produzione
• Rilevamento offline: Valutazione della qualità dei campioni

I sistemi implementano sensori a raggi X o ottici in base alle esigenze applicative, rilevando i contaminanti superiori a 50 micron durante la produzione o il campionamento.

Le apparecchiature di laboratorio a raggi X possono analizzare 3.000 pellet (200 ml) in pochi secondi, evidenziando otticamente i contaminanti per una facile rimozione, perfette per l'affinamento della qualità.

I produttori leader combinano sistemi online e offline per un'ottimizzazione completa del processo:

• Online: Rimozione rapida delle impurità sfuse
• Offline: Analisi dettagliata dei contaminanti rimossi

Questa interazione consente la tracciabilità della fonte di contaminazione attraverso la creazione di un database, prevenendo futuri problemi di qualità.

Questo esame sottolinea l'importanza critica della purezza di XLPE e HPTE per l'isolamento dei cavi a media e alta tensione. I moderni sistemi di controllo qualità rilevano e rimuovono i contaminanti prima dell'estrusione, sia che provengano dalle materie prime o che vengano introdotti durante la manipolazione.

Anche con i filtri tradizionali, questa tecnologia previene l'intasamento eliminando i pellet contaminati, prolungando le serie di produzione garantendo al contempo la sicurezza. La combinazione raggi X/ottica garantisce il controllo qualità al 100% rilevando sia i difetti interni che quelli superficiali.

L'analisi offline dei contaminanti rimossi migliora ulteriormente i processi di produzione attraverso il monitoraggio della purezza e l'analisi preventiva.

• Fondamento di qualità: Materiali ad alta purezza consentono cavi con isolamento superiore e affidabilità a lungo termine
• Efficienza dei costi: Elimina i costosi guasti ai test di scarica e aumenta l'efficienza della linea di produzione
• Differenziazione del mercato: La fornitura di cavi di alta qualità e alta affidabilità crea fiducia nei clienti e un vantaggio competitivo

Nel mondo ad alto rischio della trasmissione di energia sottomarina, la purezza non è solo una specifica, è il fattore di differenziazione definitivo.