Qual è la differenza tra un conduttore nudo e un conduttore rivestito?

I. Un concetto comunemente confuso

Nella selezione di cavi e conduttori, una serie di concetti viene spesso utilizzata in modo intercambiabile: conduttore nudo, conduttore rivestito e conduttore isolato.

Molti addetti agli acquisti e ai tecnici trattano il "conduttore coperto" e il "conduttore isolato" come la stessa cosa quando richiedono preventivi. Tuttavia, nelle definizioni standard dell’ingegneria elettrica, questi tre sono fondamentalmente diversi.

Scegliere quello sbagliato può comportare spese inutili o creare rischi per la sicurezza.

Chiariamo prima queste tre definizioni.

II. Definizioni standard: quali sono le differenze tra i tre?

Conduttore nudo– Materiale conduttivo senza alcun rivestimento o isolamento elettrico. È semplicemente un filo di metallo puro esposto all'aria.

Conduttore coperto – Coperto con materiale dielettrico, ma questo materiale non ha una rigidità dielettrica nominale. In altre parole, ha una "copertura", ma questa copertura non è progettata e certificata come isolante.

Conduttore isolato: ricoperto da un materiale dielettrico con un valore di rigidità dielettrica definito. Ha una classe di isolamento completa e può sopportare tensioni specifiche senza guasti.

Questa distinzione ha un impatto significativo sull'ingegneria pratica.

III. Conduttore nudo: la forma più semplice, ma non "pericolosa"
I conduttori nudi sono la forma più tradizionale e ampiamente utilizzata nelle linee di trasmissione aeree.

I tipi comuni di conduttori nudi includono:

ACSR (filo intrecciato di alluminio con anima in acciaio) – Il filo intrecciato di alluminio è avvolto attorno a un'anima di acciaio zincato, combinando alta conduttività ed elevata resistenza meccanica, rendendolo il pilastro della trasmissione ad alta tensione a lunga distanza. L'anima in acciaio sostiene la tensione meccanica, mentre il filo a trefolo in alluminio trasporta la corrente.

AAC (conduttore interamente in alluminio) – Leggero e altamente conduttivo, ma con bassa resistenza alla trazione, adatto solo per campate brevi o reti a bassa tensione.

AAAC (conduttore interamente in lega di alluminio) – Maggiore resistenza alla trazione e migliore resistenza alla corrosione rispetto all'AAC, senza la struttura complessa di un'anima in acciaio.

I conduttori in rame, con la più alta conduttività (circa 58 MS/m), sono stati in gran parte sostituiti dall'alluminio nella trasmissione ad alta tensione a causa del loro peso, dei costi elevati e della suscettibilità ai furti.

L'"isolamento" dei conduttori nudi è l'aria. L'aria viene utilizzata come mezzo isolante mantenendo sufficienti distanze fase-fase e fase-terra. Finché il distanziamento fisico è sufficiente, è sicuro.

IV. Conduttori coperti: una "pelle" sulla superficie, ma non un "isolamento"

Lo "strato di copertura" di un conduttore rivestito è un sottile strato di materiale dielettrico. Non ha una rigidità dielettrica nominale negli standard.

Cosa significa questo?

Vuol dire che non potete trattarlo come un vero cavo isolato, dando per scontato che possa toccare altri oggetti o essere messo a terra senza problemi.

Lo scopo principale della progettazione dei conduttori coperti non è "l'isolamento", ma piuttosto:

Riduzione dei cortocircuiti causati dal contatto con la vegetazione: un ramo di un albero che tocca un conduttore coperto non provoca necessariamente un guasto fase-fase immediato.

Riduzione del rischio di scosse elettriche per gli animali selvatici: lo strato di copertura fornisce una certa protezione quando animali come scoiattoli e serpenti entrano contemporaneamente in contatto sia con il conduttore coperto che con l'elettrodo di messa a terra.

Riduzione della frequenza dei guasti di linea: in determinate condizioni, lo strato di copertura può impedire che i guasti transitori si trasformino in guasti permanenti.

Il punto fondamentale è: le coperture non sono barriere di sicurezza.

Come sottolinea un rapporto tecnico dell'EPRI (Electric Power Research Institute): "La sicurezza viene talvolta citata come motivo per utilizzare conduttori coperti, ma questi sistemi non forniscono necessariamente un vantaggio in termini di sicurezza; per certi versi, la copertura è in realtà uno svantaggio".

V. Rischi nascosti dei conduttori coperti Questo potrebbe essere qualcosa di cui non ti sei reso conto prima: i conduttori coperti possono causare guasti più insidiosi e distruttivi rispetto ai conduttori scoperti.

Innanzitutto, i guasti sono più difficili da individuare.

Quando un conduttore nudo si guasta, di solito si tratta di un cortocircuito diretto, che produce un arco visibile e scatta. I dispositivi di protezione agiscono rapidamente e il guasto viene immediatamente isolato.

Diversa è la situazione con i conduttori coperti. Un piccolo difetto, come un foro stenopeico o una crepa nel rivestimento, può portare a un guasto ad alta impedenza. La corrente in questo tipo di guasto non è sufficientemente elevata da attivare i tradizionali dispositivi di protezione da sovracorrente, ma l'arco e il riscaldamento localizzato persistono. Il guasto può persistere per ore o addirittura giorni, peggiorando lentamente e infine trasformandosi in un guasto più grave.

In secondo luogo, il danno è nascosto dalla copertura.

I danni superficiali ai conduttori scoperti (corrosione, usura, fili rotti) possono essere rilevati mediante ispezione visiva. Il personale addetto alla manutenzione può vedere il problema da terra utilizzando un binocolo.

Il danno al conduttore rivestito si trova sotto lo strato di copertura. Anche le ispezioni professionali spesso non riescono a rilevare la corrosione interna del conduttore, i fili rotti o altri fenomeni di degrado. Un’analisi ha rivelato che oltre il 70% dei guasti sul campo nelle linee con conduttori coperti comportano guasti dell’isolamento dovuti all’esposizione ai raggi UV, all’abrasione meccanica o al contatto con animali, problemi che sarebbero molto più facili da rilevare e riparare su conduttori scoperti.

In terzo luogo, il rischio di incendio potrebbe essere maggiore.

Questa è una conclusione controintuitiva: un conduttore coperto caduto che tocca terra può rappresentare un rischio di incendio maggiore rispetto a un conduttore nudo.

Il motivo è che una messa a terra con conduttore nudo produce in genere un arco evidente e scintille, che in realtà "avvertirebbero" le persone vicine di stare lontane. Lo strato di copertura di un conduttore coperto sopprime l'arco, rendendolo meno evidente, ma la corrente di guasto esiste ancora e il continuo riscaldamento localizzato potrebbe accendere la vegetazione secca circostante.

Il Woolsey Wildfire del 2018 in California è un ottimo esempio. L'indagine ha stabilito che un tirante in acciaio è entrato in contatto con un conduttore coperto da 16 kV sotto tensione in condizioni di vento forte. Lo strato di copertura non è riuscito a prevenire la formazione di archi, provocando infine un incendio che ha bruciato quasi 97.000 acri e distrutto oltre 1.600 edifici.

VI. Quando scegliere conduttori nudi o conduttori coperti

Queste informazioni non intendono scoraggiarti dall'utilizzare conduttori coperti. I conduttori coperti hanno un chiaro valore in scenari specifici. La chiave è scegliere la soluzione giusta.

Scenari in cui sono preferiti i conduttori nudi:

Linee di trasmissione aeree ad alta tensione a lunga distanza (69 kV e superiori)

Linee facili da manutenere e ispezionare

Progetti sensibili ai costi (i conduttori nudi sono più economici)

Situazioni in cui le interruzioni dirette dell'alimentazione sono accettabili in caso di guasto

Scenari in cui dovrebbero essere considerati i conduttori coperti:

Aree con vegetazione fitta e frequenti faglie di contatto con i rami degli alberi
Aree con elevata attività faunistica e tassi elevati di guasti dovuti a scosse elettriche
Linee elettriche critiche con requisiti elevati di tolleranza ai guasti transitori
Linee in aree a rischio di incendio (che richiedono misure di protezione aggiuntive)

VII. Tre promemoria fondamentali per l'ingegneria

1. Conduttori coperti ≠ Conduttori isolati
Non dare per scontato che i conduttori coperti possano essere direttamente esposti ad altri oggetti o interrati sottoterra come cavi isolati. La rigidità dielettrica dello strato di copertura non è valutata e certificata. 1. Per una vera protezione dell'isolamento, scegliere conduttori isolati conformi agli standard (comeXLPEcavi isolati).

2. I conduttori coperti non devono ridurre i requisiti di distanza di sicurezza.

Il NESC richiede esplicitamente che i conduttori coperti siano trattati come conduttori nudi in termini di distanza di sicurezza. Non ridurre le distanze fase-fase o fase-terra semplicemente a causa di una copertura.

3. Se si utilizzano conduttori coperti, sono essenziali metodi di rilevamento appropriati.

I guasti nascosti nei conduttori coperti rappresentano un rischio reale. Le linee che utilizzano conduttori coperti dovrebbero essere dotate di metodi di rilevamento tempestivo dei guasti come il monitoraggio delle scariche parziali, l'imaging termico a infrarossi e i test a ultrasuoni. In caso contrario, i guasti potrebbero peggiorare lentamente e inosservati, portando infine a incidenti più gravi.

VIII. Riepilogo
La differenza fondamentale tra conduttori nudi e conduttori coperti sta nel fatto se lo strato di copertura ha una rigidità dielettrica nominale.

I conduttori nudi fanno affidamento sull'isolamento dell'aria; le loro modalità di guasto sono semplici e dirette, il che li rende facili da rilevare e mantenere.

I conduttori coperti hanno uno strato dielettrico sottile, che può ridurre i guasti transitori causati da fattori esterni, ma può anche nascondere danni, nascondere guasti e aumentare la difficoltà di rilevamento.

I conduttori isolati, invece, hanno una classe di isolamento completa e possono sopportare tensioni specifiche senza rompersi.

La chiave per le decisioni di selezione non è "quale è migliore", ma "quale è più adatto alle vostre condizioni applicative specifiche".

Se non sei sicuro se una linea debba utilizzare conduttori nudi o conduttori coperti, compila prima i seguenti parametri: livello di tensione, lunghezza della linea, ambiente del corridoio (densità di vegetazione, disponibilità di fauna selvatica), condizioni di manutenzione e tasso di guasto accettabile. Queste informazioni ti guideranno alla scelta corretta.