ITRM20110521A1 - Manicotto di rivestimento per giunti e terminali di cavi per linee elettriche - Google Patents

Description

“MANICOTTO DI RIVESTIMENTO PER GIUNTI E TERMINALI DI CAVI PER LINEE ELETTRICHEâ€

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un manicotto di rivestimento per giunti e terminali di cavi per il trasporto e la distribuzione dell’energia elettrica.

Più in particolare, l’invenzione si riferisce ad una struttura di un manicotto del tipo detto che viene montato su un giunto o su un terminale di cavo ed à ̈ configurato in modo ottimale da evitare che detto manicotto sottoposto a sollecitazioni meccaniche ed elettriche subisca deformazioni permanenti che ne inficino le caratteristiche fisiche ed elettriche.

I cavi per il trasporto o la distribuzione di energia elettrica a media e alta tensione dove il termine "media tensione" à ̈ usato con riferimento a una tensione tipicamente compresa tra circa 1 kV e circa 30 kV - generalmente comprendono, partendo radialmente dalla posizione più interna verso la posizione più esterna del cavo: un conduttore metallico, uno strato semiconduttore interno ( in materiale polimerico), uno strato isolante (in materiale polimerico), uno strato semiconduttore esterno (in materiale polimerico), uno schermo metallico - di solito in alluminio, piombo o in rame - e una guaina esterna di protezione polimerica.

Per la giunzione di cavi elettrici a media tensione vengono utilizzati dei manicotti tubolari, costituiti da una pluralità di elementi che servono per ripristinare localmente tutte le funzioni del cavo, in particolare le funzioni primarie. Tali funzioni primarie comprendono: la continuità elettrica del conduttore, l'isolamento del cavo, la continuità degli schermi semiconduttivi e metallici, l’ermeticità e la protezione meccanica esterna.

I manicotti per cavi elettrici a media e alta tensione sono manufatti composti da materiali elastomerici oppure termoplastici, a geometria di solido di rivoluzione. II giunto in generale à ̈ composto dai seguenti elementi principali aventi diverse caratteristiche elettriche: isolante del giunto, elettrodo di potenza (in materiale semi conduttivo), elettrodo di terra (in materiale semiconduttivo), schermo (in materiale semiconduttivo).

Inoltre a completare la giunzione di cavi elettrici sono presenti uno schermo metallico (per dare continuità agli schermi dei cavi), una guaina di materiale polimerico di protezione e tamponatura in materiale polimerico idrorepellente( ad es. mastice).

Le più recenti esecuzioni di manicotti per giunti e per terminali di cavi elettrici, preferibilmente utilizzati in applicazioni di media tensione, sono costituiti prevalentemente da componenti preformati che vengono messi in opera a caldo, o a freddo, indipendentemente dal tipo di isolamento del cavo.

Per il montaggio dei suddetti manicotti à ̈ prevista una prima fase di preparazione del cavo che prevede, a titolo esemplificativo e non esaustivo, le seguenti operazioni: la pulizia, il taglio e lo sguainamento, senza incorrere in incisioni degli isolanti che inducano la formazione di bolle d’aria che possono innescare scariche parziali. La successiva fase di montaggio prevede la posa in opera deH’accessorio con relativo ripristino delle connessioni elettriche. Ogni operazione prevede l’utilizzo dell’appropriata attrezzatura scelta in funzione del tipo di cavo in lavorazione.

Nella tecnica nota vengono utilizzate principalmente tre tipologie di manicotti: push on, termoretraibili e autoretraibili, questi ultimi detti anche colà shrink. Ogni tipologia di manicotto può essere applicato in un determinato intervallo di sezioni dei cavi elettrici.

I manicotti di tipo push on vengono calzati per interferenza di scorrimento sui cavi, coprono un intervallo limitato di sezioni di cavo e dipendono dalla forza dell’operatore per la loro installazione..

I manicotti termoretraibili sono costituiti in genere da materiale termoplastico realizzato per reticolazione, che fornisce ai manicotti stessi la proprietà di ritrarsi a seguito di riscaldamento con una fonte di calore, consentendone la contrazione sino a un diametro predeterminato, con possibilità di adattarsi a diverse geometrie del cavo. L’installazione del manicotto richiede la distribuzione costante della fonte di calore, onde evitare Γ alternarsi di zone surriscaldate e di zone fredde che pregiudicherebbe il funzionamento dell’accessorio.

I manicotti autoretraibili sono realizzati in gomma che, a titolo esemplificativo ma non esaustivo, può essere EPR, EPDM oppure silicone. In fase di produzione il manicotto viene espanso su di un supporto plastico o metallico, in grado di generare una costante pressione radiale, e che viene rimosso dall’ accessorio al momento dell’installazione sul cavo elettrico. L’asportazione del supporto permette la contrazione del manicotto e la sua installazione.

Detti manicotti sono caratterizzati da eccellenti prestazioni isolanti e di controllo del campo elettrico e sono impiegabili su una vasta gamma di cavi elettrici a media tensione, anche alle basse temperature, senza l’ausilio di utensili specifici o fonti di calore. Nella fase di installazione si possono generare dei micro difetti nella struttura dei materiali che riducono le prestazioni del manicotto rispetto a quelle previste in fase di produzione. Il decadimento meccanico induce un peggioramento delle caratteristiche elettriche.

Attualmente, sono noti diversi tipi di rivestimenti per manicotti di giunzione e terminali di cavi di linee elettriche, che sono realizzati con mescole di materiale polimerico reticolato.

Detti rivestimenti, dilatabili e contraibili, sono in generale costituiti da una pluralità di strati sovrapposti assemblati in cantiere o preassemblati in fabbrica dove in parte detti strati sono uniti per attrito e non per coesione macromolecolare.I rivestimenti di tipo noto differiscono tra loro nel numero e nel tipo di strati.

A titolo di esempio, un rivestimento di tipo noto à ̈ formato da tre strati tubolari sovrapposti per attrito, un primo strato interno, un secondo strato intermedio ed un terzo strato esterno, ciascuno dei quali à ̈ realizzato con mescole di materiale polimerico reticolato.

In particolare, lo strato interno à ̈ realizzato con un materiale avente costante dielettrica non inferiore a 5, lo strato intermedio à ̈ realizzato con materiale elettricamente isolante, e lo strato esterno à ̈ realizzato con materiale semiconduttivo.

Uno svantaggio di detto rivestimento noto à ̈ che, si ha che negli strati con materiale a bassa permittività si instaura una differenza di potenziale elevata (e quindi un valore di campo elettrico elevato), mentre negli strati con materiale ad alta permittività si instaura una differenza di potenziale bassa (e quindi un valore di campo elettrico basso); la sovrapposizione di un numero elevato di detti strati determina la probabilità che deH’aria venga intrappolata tra detti strati e che ci siano difetti di natura geometrica (disallineamenti), inficiando il funzionamento elettrico dei suddetti manicotti.

Un ulteriore svantaggio à ̈ dato dal fatto che più operazioni esegue Γ operatore per completare la giunzione, maggiore à ̈ il tempo di esecuzione, nonché la possibilità statistica di commettere errori.

Inoltre, un problema dei rivestimenti di tipo noto retraibili a caldo à ̈ rappresentato dal fatto che, in attesa di essere montati su un giunto o un terminale di cavo sono conservati in un magazzino in condizioni di assenza di qualsiasi sollecitazione meccanica, e quindi, senza energia elastica immagazzinata.

In alternativa, per quelli autoretraibili, gli strati tubolari sono calzati per interferenza e dilatati su opportuni supporti, in materiale plastico, e quindi con energia elastica immagazzinata così da essere pronti per l’utilizzo su un giunto o su un terminale di cavo.

Infatti, i rivestimenti noti autoretraibili, una volta montati su un giunto o su un terminale di cavo, sono sottoposti ad una sollecitazione meccanica per un tempo indefinito in quanto devono serrarsi elasticamente su detto terminale di cavo, ed il loro dimensionamento à ̈ progettato per evitare che sollecitazioni meccaniche ed elettriche applicate su di essi durante la vita del giunto e del terminale di cavo siano di entità tale da raggiungere nel tempo deformazioni permanenti meccaniche inaccettabili che inficiano la funzionalità dei manicotti stessi. Dal punto di vista elettrico, un manicotto e risolante del cavo sono sottoposti alle seguenti tensioni fisse: tensione del cavo in corrispondenza del lato interno dell’isolante del cavo (conduttore) e del lato esterno dell’elettrodo di potenza; tensione di massa in corrispondenza dell’ elettrodo di massa e del lato esterno dell’isolante del giunto (schermo).

All’ interno del manicotto si instaura un potenziale elettrico variabile da punto a punto e il relativo campo elettrico vettoriale (gradiente del potenziale). I valori del campo elettrico dipendono, oltre che dalla tensione del cavo e dalla geometria, dalle caratteristiche di permettività (costante dielettrica) dei materiali interessati.

Il fenomeno elettrico risulta analogo al fenomeno della conduzione termica nei materiali laddove si faccia corrispondere la differenza di potenziale elettrico con la differenza di temperatura e la permettività elettrica con la conducibilità termica. Il vettore flusso termico corrisponde al vettore campo elettrico.

Il valore del campo elettrico nel manicotto influisce sul funzionamento dell’accessorio e sulla sua idoneità in esercizio. In particolare, il campo elettrico deve assumere valori in ogni punto non superiori a quelli ammissibili per i materiali costituenti il manicotto al fine di non pregiudicare la sua durata in esercizio. I valori massimi di campo elettrico generalmente sono presenti, per i manufatti in questione, nelle zone dove il campo elettrico subisce una deflessione brusca, come ad esempio nelle parti curve dell 'elettrodo di potenza e dell'elettrodo di terra.

Lo stato dell’arte dispone di numerosi documenti brevettuali relativi a manicotti di rivestimento per giunti e terminali di cavi per linee elettriche; tra essi si citano i seguenti:

- WO 2007/074480 Al dal titolo “Joining method and related junction for electric cables, tubular covering sleeve for electric-cable junctions and process for manufacturing thà ̈ same†depositato in data 28.12.2005;

- JP 2009/100592 A dal titolo “Power cable joint†depositato in data 18.10.2007;

- US 2003/188885 Al dal titolo “Connection structure and connection member for electrical connection of power cables†depositato in data 27.11.2002;

- WO 00/01048 Al dal titolo “Pre-assembled electrical splice component†depositato in data 28.10.1998;

- FR 291 1441 Al dal titolo “Dispositif de protection pour cable electrique a isolation a base de papier impregne†depositato in data 16.01.2007;

- US 3816640 A dal titolo “Multitube cable splice assembly and method of making same†depositato in data 12.07.1973.

Allo stato dell’arte, nella normale progettazione di una giunzione, per l’isolante del manicotto si adotta usualmente un unico materiale. Ne deriva quindi che, per contenere il valore del campo elettrico entro limiti accettabili, si possa agire solamente sulla geometria del giunto, ovvero agire sullo spessore dell’isolante, sui raggi di curvatura dell’ elettrodo di potenza e dell'elettrodo di terra; questa tecnica in alcune situazioni, può risultare problematica dovendo soddisfare contemporaneamente altre prescrizioni progettuali.

Dal punto di vista meccanico, un manicotto à ̈ sottoposto ad una deformazione radiale imposta dovendo essere alloggiato con interferenza sul cavo (in esercizio) o in alcuni casi su un supporto (in stoccaggio prima del suo impiego). Tale deformazione genera uno stato tensionale in ogni punto del manicotto stesso. Inoltre, viene esercitata sul cavo una pressione che generalmente risulta variabile da punto a punto in funzione della conformazione geometrica del manicotto e dalle caratteristiche elastiche dei suoi componenti.

La pressione esercitata sul cavo riveste una rilevante importanza per il funzionamento elettrico dell'accessorio. Una carenza di tale pressione provoca inevitabilmente il malfunzionamento deH'accessorio con insorgenza di scariche elettriche parziali o addirittura ad una perforazione del dielettrico.

Inoltre anche le tensioni meccaniche nel manicotto devono risultare inferiori ai valori ammissibili di ciascun materiale componente.

Scopo della presente invenzione, pertanto, à ̈ quello di superare gli svantaggi della tecnica nota, fornendo un manicotto multistrato di rivestimento - per esempio a controllo geometrico di campo - per giunti o terminali di cavo in grado di avere la massima flessibilità e le migliori caratteristiche fisiche, meccaniche ed elettriche, scegliendo opportunamente il numero di strati, lo spessore di ciascuno di essi, ed i materiali costituenti detti strati, così da rendere il manicotto adattabile e fruibile in diverse condizioni operative.

Detto manicotto à ̈ caratterizzato da una suddivisione degli elementi essenziali che lo compongono, ciascuno in una pluralità di strati.

In particolare lo strato di materiale isolante à ̈ di tipo composito ovvero costituito da almeno due strati di cui almeno uno sullo stesso livello interposto tra l’elettrodo di potenza e ciascuno degli elettrodi di massa, e almeno uno disposto su di essi.

Questa struttura a strati del materiale isolante permette di modi diversi di produrre il manicotto e di fornire dunque una struttura alternativa allo strato isolante noto nello stato dell’arte.

Detti strati hanno caratteristiche di spessore limitato (dell'ordine di decimi di millimetro) e possono essere ciascuno costituiti con materiale avente diverse proprietà elettriche, meccaniche e chimiche.

Per la esecuzione del singolo strato sono utilizzati preferibilmente materiali di natura elastomerica e termoplastica reticolabili, e plastica.

1 suddetti strati sono dislocati nelle zone funzionali a formare il manicotto stampando e/o estrudendo gli strati in modo coassiale oppure avvolgendo tali strati ad elica in senso radiale e/o longitudinale.

Convenientemente la dislocazione degli strati, a formare il manicotto, può altresì essere ottenuta combinando l'estrusione coassiale con gli avvolgimenti ad elica. Tali strati possono quindi essere dislocati in direzione radiale, assiale o combinata secondo la convenienza in modo tale da formare il manicotto sopradetto in un unico corpo coeso.

E' quindi possibile la realizzazione di manicotti caratterizzati anche dal fatto di avere geometrie asimmetriche nelle direzioni radiali e/o longitudinali.

Dal punto di vista meccanico, mediante il manicotto oggetto della presente invenzione, Ã ̈ possibile convenientemente controllare la distribuzione della pressione esercitata dal manicotto sul cavo non solo agendo sulla geometria degli elementi funzionali ma anche operando sul numero di strati costituenti il manicotto, la loro localizzazione radiale e/o longitudinale, la tipologia di materiale del singolo strato e lo spessore del singolo strato.

Ciò comporta una maggiore libertà progettuale dal punto di vista meccanico del giunto.

Le tensioni meccaniche nel manicotto secondo l’invenzione, le quali devono risultare inferiori ai valori ammissibili di ciascun materiale componente, possono essere controllate in maniera selettiva e puntuale.

Dal punto di vista elettrico, con il manicotto secondo la presente invenzione, à ̈ possibile convenientemente controllare la distribuzione del campo elettrico non solo agendo sulla geometria degli elementi funzionali (spessore isolante, raggi di curvatura dell’elettrodo di potenza e dell'elettrodo di terra) ma anche operando sul numero di strati costituenti il manicotto, la loro localizzazione radiale e/o longitudinale, la permettività del materiale del singolo strato e lo spessore del singolo strato.

Ciò comporta una maggiore libertà progettuale dal punto di vista elettrico del giunto.

Con il manicotto secondo l’invenzione, la possibilità che dell’aria venga intrappolata negli strati à ̈ praticamente nulla in quanto gli strati aderiscono tra loro con adesione macromolecolare già in fase di produzione.

Il ritrovato, inoltre, essendo realizzato in fabbrica in strati a formare un unico corpo coeso, semplifica le operazioni di montaggio da parte dell'operatore finale sulla giunzione dei cavi, minimizzando così possibilità di errori.

Forma, pertanto, oggetto dell’invenzione un manicotto di rivestimento per giunti e terminali di cavi per linee elettriche, ciascuno di detti cavi del tipo comprendente una guaina esterna, uno schermo metallico, un semiconduttore ed un isolante primario, detto manicotto comprendendo in un’esecuzione preferita: - un elettrodo di potenza, posizionato al centro del manicotto in modo tale da andare a contatto sia con un connettore metallico che unisce due cavi per linee elettriche, che parzialmente con ciascuno di detti cavi,

- due elettrodi di terra o deflettori, ciascuno posizionato lateralmente rispetto a detto elettrodo di potenza,

detto elettrodo di potenza e detto elettrodi di terra essendo distanziati tra loro, - uno strato di materiale isolante, che ricopre detto elettrodo di potenza e ciascuno di detti elettrodi di terra,

- uno strato di materiale semiconduttore che ricopre detto strato di materiale isolante e che comprende almeno uno schermo metallico, detto strato di materiale semiconduttore ricoprendo una porzione di schermo metallico e parte del semiconduttore di un rispettivo cavo per linee elettriche, ed

- uno strato di protezione che riveste esternamente detto manicotto.

Detto strato di materiale semiconduttore può comprendere un primo strato semiconduttore ed un secondo strato semiconduttore tra i quali à ̈ interposto detto schermo metallico. In particolare, detto secondo strato semiconduttore può comprendere una pluralità di strati sovrapposti.

Detto strato di materiale isolante può comprendere una pluralità di strati in alternativa può comprendere un primo strato composto da una prima porzione ed una seconda porzione, ciascuna delle quali à ̈ interposta tra un elettrodo di terra e detto elettrodo di potenza, ed un secondo strato che à ̈ sovrapposto a detti elettrodi di terra, a detto elettrodo di potenza, ed a detto primo strato e secondo strato. Anche detto elettrodo di potenza e ciascuno di detti elettrodi di terra possono comprendere una pluralità di strati.

In una seconda esecuzione à ̈ possibile prevedere che gli strati che l’elettrodo di potenza, l’elettrodo di terra e lo strato di materiale isolante siano ciascuno costituiti da strati sovrapposti concentrici. Gli strati di detto materiale isolante a contatto con gli strati di detto elettrodo di potenza e di detti elettrodi di terra hanno una forma complementare rispetto a detti strati che compongono detto elettrodo di potenza e ciascuno di detti elettrodi di terra.

In una terza esecuzione à ̈ possibile prevedere che gli strati semiconduttori che compongono Γ elettrodo di potenza e gli elettrodi di terra siano alternati a gli strati sovrapposti dello strato isolante. Anche in questa alternativa, gli strati dello strato di materiale isolante a contatto con gli strati di detto elettrodo di potenza e di detti elettrodi di terra hanno una forma complementare rispetto a detti strati che compongono detto elettrodo di potenza e ciascuno detti elettrodi di terra. In particolare, gli strati che compongono detto strato di materiale isolante sono degli strati avvolti a spirale su se stessi e anche gli strati isolanti e quelli semiconduttori che compongono sia l’elettrodo di potenza che gli elettrodi di terra sono strati avvolti a spirale su stessi.

La distribuzione degli strati di materiali a spirale o a cerchi concentrici può' in alcuni casi essere caratterizzata da interruzioni volute degli strati in senso longitudinale e/o radiale in modo da governare in modo desiderato le proprietà' elettriche e meccaniche del manufatto.

E preferibile che lo spessore degli gli strati che compongono detto strato di materiale isolante e degli strati che compongono sia detto elettrodo di potenza che detti elettrodi di terra sia di almeno 0,lmm.

Lo strato di materiale isolante può comprendere ad esempio tredici strati.

Nella prima esecuzione preferita, il valore di permettività di ciascuno strato del materiale isolante può essere pari al valore di 2,8.

Nella seconda esecuzione, partendo dallo strato più interno fino a quello più esterno, il valore di permettività degli strati del materiale isolante, à ̈ pari al valore di 2,8 per il primo strato, al valore di 4 per il secondo strato, al valore di 8 per il terzo ed il quarto strato, al valore di 4 per il quinto strato, al valore di 2,8 per i restanti strati.

Nella terza esecuzione, sempre partendo dallo strato più interno fino a quello più esterno, il valore di permettività degli strati dello strato del materiale isolante à ̈ pari al valore di 10 per il primo strato, al valore di 2,8 per il secondo strato, al valore di 4 per il terzo e quarto strato, al valore di 2,8 per i restanti strati.

Secondo l'invenzione, lo strato di protezione del manicotto può comprendere almeno uno strato di materiale tale da comportarsi come uno strato di tamponatura all’umidità o di materiale tale da presentare un alta resistenza meccanica.

Ancora secondo Γ invenzione, il manicotto può comprendere ulteriormente primi strati di tamponatura all’umidità, ciascuno dei quali à ̈ posto ad una estremità di detto manicotto in modo tale da ricoprire rispettivamente una parte dello schermo metallico di ciascuno dei due cavi e parte della guaina esterna di ciascuno dei due cavi.

Ulteriormente secondo l’invenzione, il manicotto può comprendere secondi strati di tamponatura all’umidità, ciascuno dei quali à ̈ affiancato ad un primo strato di tamponatura aH’umidità.

La presente invenzione verrà ora descritta, a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo alcune esecuzioni preferite con particolare riferimento alle figure allegate, in cui:

la figura 1 à ̈ una sezione longitudinale di una prima esecuzione di un manicotto per giunti di media tensione, secondo l’invenzione nella sua forma dilatata su di un supporto plastico;

la figura 2 mostra le sezioni circolari, a-a’, b-b’ e c-c’ in corrispondenza dei punti a, b e c del manicotto di figura 1 ;

la figura 3 Ã ̈ una sezione longitudinale ingrandita del manicotto di fig. 1 non espanso su supporto;

la figura 4 Ã ̈ una sezione longitudinale ingrandita di una seconda esecuzione di un manicotto per giunti di media tensione non espanso su supporto;

la figura 5 Ã ̈ una sezione longitudinale ingrandita di una terza esecuzione di un manicotto per giunti di media tensione non espanso su suppporto;

la figura 6 à ̈ uno schema relativo alla sollecitazione elettrica dei materiali in determinati punti critici di un manicotto a controllo geometrico di campo;le figure 7-8 mostrano rispettivamente i dettagli relativi alla sollecitazione dei materiali in corrispondenza dell’elettrodo di terra e di potenza del manicotto.

Con particolare riferimento alle figura 1, si prevede un manicotto di rivestimento 1 retraibile a freddo raffigurato nella sua forma dilatata e posizionato su un supporto 18 previsto su una giunzione 11 di cavi di linee elettriche di media tensione, dove ciascun cavo comprende una guaina esterna 12, uno schermo metallico 13, un semiconduttore 14, un isolante primario 15, ed un conduttore 16 e dove detti due cavi sono uniti tra loro tramite un connettore metallico 17 posto sui conduttori 16 di detti due cavi.

Nella prima esecuzione illustrata in fig. 1 detto manicotto 1 comprende una pluralità di strati e di elementi posizionati in modo coassiale uno all’altro ed uniti tra di loro. In particolare il manicotto 1 comprende:

- un primo elemento 7 costituito da un elettrodo di potenza posizionato centralmente in modo da andare a contatto interamente con il connettore metallico 17 della giunzione 11 e parzialmente con ciascun cavo,

- un primo strato 6 composito di materiale isolante, composto a sua volta da un primo strato formato da due porzioni 6A e 6A’, giacenti su uno stesso piano (con una permetti vità elettrica di almeno 5) e affiancate a detto primo elemento 7 in modo tale che quest’ultimo risulti interposto tra di esse, e da un secondo strato 6B che à ̈ sovrapposto a detto primo elemento 7, nonché alle due porzioni 6A e 6A’, dove dette porzioni 6A e 6A’ vanno a contatto con la rispettiva porzione di isolante primario 15,

- un secondo elemento 4A ed un terzo elemento 4B costituiti rispettivamente da un elettrodo di terra o deflettore, ciascuno rispettivamente affiancato alla prima porzione 6A ed alla seconda porzione 6A’ del primo strato composito 6, e posto coassialmente ad una rispettiva porzione di estremità del secondo strato 6B dello stesso strato 6, dove ciascuno di detti strati ricopre una porzione di un rispettivo isolante primario 15 e parte del semiconduttore 14 del cavo,

- un secondo strato 5 di materiale semiconduttore, posizionato al di sopra di detto strato 6, comprendente a sua volta due strati di semiconduttore 5A e 5C ed interposto tra essi uno strato 5B fungente da schermo metallico il quale ricopre una porzione di schermo metallico 13 e parte del semiconduttore 14 di un rispettivo cavo.

- due elementi 3A e 3B di materiale tale da tamponare l’umidità, ciascuno posto ad una estremità del manicotto, in modo da coprire rispettivamente una parte dello schermo metallico, 5B del manicotto, parte dello schermo metallico 13 del cavo e parte della guaina esterna 12;

- un quarto strato esterno di rivestimento 10, preferibilmente isolante, che riveste i suddetti strati ed elementi.

Detto strato 5 di materiale semiconduttore può essere realizzato in un unico strato che comprende al suo interno uno schermo metallico.

Inoltre, lo strato di rivestimento 10 comprende un ulteriore quinto strato 2 che può essere di materiale tale da tamponare l’umidità o da presentare un alta resistenza meccanica.

In figura 2 vengono mostrate le sezioni circolari, a-a’, b-b’ e c-c’ in corrispondenza dei punti a, b e c del manicotto di figura 1 , mentre in fig. 3 à ̈ mostrata una porzione ingrandita del manicotto di fig. 1 rappresentata non espansa su di un supporto.

Una seconda esecuzione di un manicotto di rivestimento retraibile a freddo à ̈ mostrata in figura 4 rappresentata anch’essa non espansa su un supporto.

A differenza della prima esecuzione, gli elettrodi di potenza 7 e di terra 4A, 4B, di cui solo l’elettrodo 4A à ̈ visibile in figura, sono costituiti da una pluralità di strati sovrapposti.

Inoltre, a differenza della prima esecuzione, lo strato isolante 6 comprende una pluralità di strati isolanti sovrapposti, che rivestono detto elettrodo di potenza 7 e detti elettrodi di terra 4A e 4B. In particolare, ciascuno di detti strati isolanti che compone lo strato 6 à ̈ tale da essere complementare ad un corrispondente strato che compone detto elettrodo di potenza 7 e detti elettrodi di terra 4A e 4B. Ciò consente la regolazione fine delle caratteristiche elettriche dello strato 6 a contatto con gli elettrodi di potenza e di terra. I profili geometrici dell’ elettrodo di terra e dell’elettrodo di potenza sono complementari al profilo degli strati che compongono lo strato 6.

Una terza esecuzione del manicotto per giunti di media tensione à ̈ mostrato nella figura 5.

A differenza della seconda esecuzione lo strato 6 comprende una pluralità di strati avvolti a spirale su se stessi che mantengono il potenziale elettrico degli elettrodi di terra 4A e 4B e di potenza 7.

In particolare, secondo una caratteristica peculiare di tale esecuzione, l’elettrodo di potenza 7, così come quelli di terra 4A e 4B sono composti da una alternanza di strati di materiale isolante e di strati di materiale semiconduttore avvolti a spirale su stessi. Gli strati di materiale isolante di detto elettrodo di potenza e di detti elettrodi di terra sono complementari a quelli che compongono lo strato 6. A differenza della seconda esecuzione, lo strato 5C di materiale semiconduttore dello strato 5 comprende almeno due strati di semiconduttore.

Ulteriormente, il manicotto di detta terza esecuzione comprende due strati 8 di tamponatura all’umidità (di cui solo uno à ̈ mostrato in figura), posizionato alle estremità del manicotto 1.

Lo spessore degli strati che compongono lo strato 6 e lo spessore degli strati che compongono l’elettrodo di potenza e quelli di terra à ̈ di almeno 0,lmm.

La figura 6 riporta un modello funzionale semplificato del manicotto per illustrarne le proprietà elettriche, variando le caratteristiche dei materiali dello strato isolante 6 come illustrato in tabella 1.

In una prima alternativa à ̈ possibile adottare come isolante un unico materiale, mentre in una seconda alternativa à ̈ possibile adottare una soluzione multistrato per lo strato isolante 6 utilizzando per ciascun strato un materiale con carateristiche di permettività diverse dagli altri, che sono localizzate nella zona della raggiatura dell’eletrodo di potenza 7.

Nell’esempio che si descrive, risolante 6 à ̈ composto da tredici strati.

In detta prima alternativa, il valore di permettività di ciascuno strato à ̈ pari al valore di 2,8. 1 valori di contorno per il calcolo delle caratteristiche del manicoto prevedono inoltre l'imposizione di un valore di tensione da applicare al condutore, che per semplicità, in generale, à ̈ stato posto uguale a 1000 kV, mentre per il valore di terra, il valore di tensione à ̈ stato imposto uguale a 0 kV. Il valore del massimo gradiente relativo al campo elettrico, rilevato in determinati punti critici, i.e. in corrispondenza dell’estremità dell’elettrodo di terra 4A (figura 7) nel punto 4.1, ed in corrispondenza di due punti 7.1, 7.2 di una estremità dell’elettrodo di potenza 7 (figura 8), viene di seguito riportato nella tabella 1 (pagina seguente).

In una seconda alternativa, il valore di permettività degli strati dell’isolante 6, partendo dallo strato più interno fino a quello più esterno, à ̈ pari al valore di 2,8 per il primo strato, al valore di 4 per il secondo strato, al valore di 8 per il terzo ed il quarto strato, al valore di 4 per il quinto strato, al valore di 2,8 per i restanti strati dal sesto al tredicesimo.

In una terza alternativa il valore di permettività degli strati dell’isolante 6, partendo dallo strato più interno fino a quello più esterno, à ̈ pari al valore di 10 per il primo strato, al valore di 2,8 per il secondo strato, al valore di 4 per il terzo e quarto strato, al valore di 2,8 per i restanti strati dal quinto al tredicesimo.

In entrambi i casi, con riferimento alla seconda alternativa ed alla sua variante, i valori di contorno per il calcolo delle carateristiche del manicoto prevedono inoltre l'imposizione di un valore di tensione da applicare al condutore, che per semplicità, in generale, à ̈ stato posto uguale a 1000 kV, mentre per il valore di terra, il valore di tensione à ̈ stato imposto uguale a 0 kV.

Sempre con riferimento alla seconda alternativa ed alla sua variante, il valore del massimo gradiente relativo al campo elettrico, rilevato nei punti critici, i.e. in corrispondenza di un punto 4.1 di una estremità dell’elettrodo di terra 4A (figura 6), ed in corrispondenza di due punti 7.1 e 7.2 di una estremità dell’elettrodo di potenza 7 (figura 7), viene di seguito riportato nella tabella 1. TABELLA 1 Alternativa Fig. 7 Fig. 8

punto 4.1 punto 7.1 punto 7.2

kV/mm kV/mm kV/mm 1 144 206 217

2 75 139 154

3 128 170 163

Dai risultati riportati in tabella 1 si evidenzia come i valori di stress sulla struttura del manicotto 1 si abbassano in funzione di una conveniente dislocazione di strati con materiali di opportuno valore di permettività.

Vantaggiosamente, alla luce di quanto sopra esposto, Ã ̈ possibile progettare ex ante il manicotto con caratteristiche meccaniche ed elettriche che lo rendano adattabile e fruibile in diverse condizioni operative.

Ancora vantaggiosamente, il manicotto multistrato oggetto dell’ invenzione comprendente strati di materiale isolante alternati e strati di materiali ad alta costante dielettrica, consente di migliorare le prestazioni elettriche e meccaniche del manicotto durante l’esercizio su cavo e, nel caso si utilizzino soltanto materiali termoretraibili, si possono avere vantaggi durante l’installazione in campo.

Le prestazioni elettriche del manicotto dipendono e possono essere modificate dai seguenti fattori:

- valore di rigidità dielettrica del materiale isolante,

- valore di costante dielettrica del materiale HK

- utilizzo di uno o più materiali isolanti aventi differenti valori di rigidità dielettrica,

- utilizzo di uno o più materiali HK aventi differenti valori di costante dielettrica, - spessore degli strati di materiale isolante e materiale ad alta costante,

- utilizzo di uno schermo metallico compreso negli strati,

- utilizzo di materiali in grado di tamponare l’umidità.

Le prestazioni elettriche del manicotto dipendono altresì dai seguenti fattori: - numero di strati di materiale costituenti gli elettrodi di terra e di potenza, - caratteristiche elettriche del materiale utilizzato in ogni singolo strato degli elettrodi di terra e di potenza,

- posizionamento degli elettrodi nel manicotto e loro particolare configurazione spaziale.

Con riferimento alle prestazioni meccaniche del manicotto, queste dipendono dai singoli materiali utilizzati per la composizione gli strati, nonché dalla loro costante dielettrica, e sono valutabili dai diagrammi sforzi-deformazioni (stressstrain) dei singoli materiali.

Il controllo efficiente delle proprietà fisiche meccaniche ed elettriche della presente invenzione à ̈ ottenuto sfruttando la formazione di gradienti e campi vettoriali opportunamente governabili attraverso la scelta, il posizionamento e lo spessore dei materiali che compongono i diversi strati.

Un secondo vantaggio à ̈ dato dal fatto che scegliendo opportunamente materiali con determinati valori di modulo elastico, à ̈ possibile stabilire la pressione esercitata dalla dilatazione elastica del manicotto sul cavo anche in presenza di materiali che hanno una scarsa attitudine alle proprietà elastiche.

Un ulteriore vantaggio à ̈ rappresentato dal fatto che à ̈ possibile bilanciare le proprietà termiche dei materiali degli strati del manicotto per omogeneizzare e controllare il processo di termorestringimento del manicotto al fine di installare detto manicotto su un cavo.

La presente invenzione à ̈ stata descritta a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo sue forme preferite di esecuzione, ma à ̈ da intendersi che variazioni e/o modifiche potranno essere apportate dagli esperti del ramo senza per questo uscire dal relativo ambito di protezione, come definito dalle rivendicazioni allegate.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1) “Manicotto di rivestimento per giunti e terminali di cavi per linee elettriche†, comprendente i seguenti elementi tubolari e strati cilindrici, coassiali sovrapposti, dal più interno al più esterno: - un elettrodo di potenza (7), sovrapposto ad un rivestimento (1 B) del giunto e posizionato in zona mediana rispetto all’assà ̈ del manicotto, in corrispondenza di un connettore metallico (17) che unisce i conduttori (16) di detti cavi, tra due elettrodi di terra o deflettori (4A, 4B) aventi la medesima sezione di detto elettrodo di potenza (7) e in modo da formare con esso pozioni di una medesima superficie tubolare, - uno strato (6) di materiale isolante, - uno strato di materiale semiconduttore (5), costituito da almeno due strati (5A, 5C) tra i quali à ̈ interposto uno schermo metallico (5B), che ricopre una porzione dello schermo metallico (13) e del semiconduttore (14) di un rispettivo cavo per linee elettriche, - almeno uno strato di protezione (10) che riveste esternamente detto manicotto (1), caratterizzato dal fatto che lo strato (6) di materiale isolante à ̈ di tipo composito ovvero costituito da: - almeno un primo stato, più interno, comprendente almeno una prima porzione (6A) e almeno una seconda porzione (6A’), aventi la medesima sezione e longitudinalmente interposte rispetto all’asse del manicotto, rispettivamente tra gli elettrodi di terra (4A, 4B) e detto elettrodo di potenza (7), ed - almeno un secondo strato (6B).
2. 2) Manicotto secondo le rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che le porzioni (6A, 6A') dello strato composito isolante (6), l’elettrodo di potenza (7) e gli elettrodi di terra (4A, 4B), formano porzioni di uno stesso strato aventi reciproca lunghezza e forma complementare in modo da formare una superficie tubolare continua, il secondo strato (6B) essendo sovrapposto a detta superficie tubolare continua.
3. 3) Manicotto secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il materiale isolante (6), l’elettrodo di potenza (7) e ciascuno degli elettrodi di terra (4A, 4B), comprendono una pluralità di strati tubolari coassiali sovrapposti, o strati avvolti a spirale su se stessi.
4. 4) Manicotto secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che alcuni strati della pluralità di strati di materiale isolante (6) interposti tra alcuni degli strati dell’elettrodo di potenza (7) e degli elettrodi di terra (4A, 4B) formano porzioni di uno stesso strato aventi reciproca lunghezza e forma complementare in modo da formare superfici tubolari continue, coassiali, sovrapposte.
5. 5) Manicotto secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che alcuni strati della pluralità di strati di materiale isolante (6) interposti tra alcuni degli strati dell’elettrodo di potenza (7) e degli elettrodi di terra (4A, 4B) formano porzioni di uno stesso strato aventi reciproca lunghezza e forma complementare in modo da formare superfici tubolari continue alternate, avvolte a spirale su se stesse.
6. 6) Manicotto secondo le rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che la distribuzione della pluralità di strati tubolari coassiali sovrapposti o avvolti a spirale su se stessi à ̈ interrotta in senso longitudinale e/o radiale rispetto all’asse del manicotto.
7. 7) Manicotto secondo le rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che gli strati che compongono lo strato composito (6) di materiale isolante e gli strati che compongono sia detto elettrodo di potenza (7) che detti elettrodi di terra (4A, 4B) hanno uno spessore di almeno 0,lmm.
8. 8) Manicotto secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che lo strato di protezione (10) comprende almeno uno strato (2) di materiale con elevate capacità di resistenza meccanica e aH’umidità.
9. 9) Manicotto secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende almeno due elementi tubolari (3A) e (3B) di materiale con elevate capacità di resistenza aH’umidità, ciascuno posto ad una estremità del manicotto, in modo da coprire rispettivamente parte dello schermo metallico (5B) del manicotto, parte dello schermo metallico (13) del cavo e parte della guaina esterna (12).
10. 10) Manicotto secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che comprende almeno due elementi tubolari (8) di materiale con elevate capacità di resistenza all’umidità, ciascuno dei quali à ̈ affiancato a detti elementi (3A, 3B).
11. 11) Manicotto secondo ciascuna delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto di essere costituito da strati di materiali aventi costante dielettrica diversa a seconda delle necessità del progettista.
12. 12) Manicotto secondo ciascuna delle rivendicazioni precedenti in cui gli strati che lo compongono aderiscono per adesione macromolecolare in fase di produzione.