Dove vengono generalmente utilizzati i cavi resistenti alle alte temperature?

Forni industriali e fornaci: applicazioni principali per i cavi resistenti alle alte temperature

Richieste termiche negli ambienti di riscaldamento ad uso continuo

Il calore intenso presente all'interno dei forni e dei forni da cottura industriali mette alla prova i cavi standard, richiedendo materiali in grado di resistere a temperature superiori ai 500 gradi Celsius senza cedere. Considerate ciò che accade in contesti reali come gli impianti ceramici, le fonderie metalliche e le vetrerie: i cavi in questi ambienti devono sopportare il calore rovente irradiato da materiali fusi, cicli continui di riscaldamento e raffreddamento dovuti all'avvio e all'arresto delle macchine, nonché varie particelle abrasive di polvere e, talvolta, sostanze chimiche aggressive presenti nell'ambiente. I comuni cavi con rivestimento in plastica non sono adatti a tali condizioni: si degradano rapidamente, diventano fragili, sviluppano crepe sull'isolamento e, infine, causano cortocircuiti che portano l'intero processo produttivo al completo arresto. Pensate, ad esempio, alle fonderie di alluminio, dove i cavi devono resistere a temperature prossime agli 800 gradi, proprio accanto alle grandi celle elettrolitiche. È per questo motivo che i cavi resistenti alle alte temperature sono fondamentali per garantire trasmissioni di segnale chiare e un corretto flusso di energia in questi processi estremamente impegnativi. Questi cavi speciali continuano a funzionare anche in condizioni di elevata temperatura perché sono rivestiti con materiali come gomma siliconica o fluoropolimeri avanzati, anziché con plastiche comuni, che semplicemente non riescono a sopportare lo stesso tipo di sollecitazione.

Cavi a isolamento minerale (MI) per un funzionamento stabile a temperature superiori a 1000 °C

Quando si tratta di applicazioni ad alta temperatura superiori a 1000 gradi Celsius, i cavi con isolamento minerale stabiliscono lo standard per le prestazioni. Questi cavi presentano conduttori in rame circondati da un isolamento in ossido di magnesio altamente compatto, che ne conferisce numerosi vantaggi. Essi resistono naturalmente all’ossidazione, non rilasciano alogeni nocivi quando esposti al calore e soddisfano rigorosi standard di resistenza al fuoco secondo la certificazione IEC 60331. La struttura è completamente stagna all’ingresso di umidità, rendendo questi cavi ideali per spazi ristretti all’interno dei forni, dove è comune l’accumulo di vapore, come avviene negli impianti industriali per il trattamento termico. I produttori di ceramiche che utilizzano forni a tunnel ritengono particolarmente preziosi i cavi MI, poiché sono in grado di trasmettere segnali provenienti da sensori attraverso zone raggiungenti temperature fino a 1100 gradi Celsius per periodi prolungati senza degradarsi. Rapporti del settore indicano che gli impianti che passano ai cavi MI registrano spesso una riduzione delle spese di manutenzione pari a circa il 40 percento nel tempo, rispetto ad altri tipi di cavi privi di isolamento minerale.

Generazione di energia: garantire l'affidabilità di turbine, reattori e sistemi di eccitazione

Reti di sensori in turbine a gas e nelle zone di contenimento nucleare

Gli impianti di produzione di energia dipendono fortemente da sistemi di sensori che operano in condizioni di calore estremamente elevate. Si pensi, ad esempio, ai canali di scarico delle turbine a gas, dove le temperature possono superare ampiamente i 500 gradi Celsius, oppure all’interno dei reattori nucleari, dove le aree di contenimento possono raggiungere circa 400 °C quando esposte alle radiazioni. I cavi utilizzati in tali situazioni devono mantenere chiari i segnali per consentire il monitoraggio di vibrazioni, variazioni di pressione e fluttuazioni di temperatura, senza subire guasti. Ciò contribuisce a prevenire incidenti gravi in futuro. I cavi a isolamento minerale rivestiti in rame rappresentano un buon esempio. Essi funzionano in modo affidabile a temperature prossime ai 1000 °C in quelle zone particolarmente calde degli scarichi, permettendo agli operatori di verificare lo sforzo cui sono sottoposte le pale della turbina durante i periodi di funzionamento intensivo. Per le applicazioni nucleari, esistono versioni speciali di questi cavi resistenti ai danni provocati dalle radiazioni, garantendo così un monitoraggio accurato dei livelli del refrigerante nonostante l’esposizione combinata a elevate temperature e radiazioni. Uno studio recente, denominato Power Reliability Report, ha evidenziato che le centrali elettriche che impiegano cavi di qualità superiore hanno registrato una riduzione di circa il 38% degli arresti improvvisi. Si tratta di un risultato particolarmente significativo per garantire un flusso di elettricità costante e continuo sulla rete.

Bilanciare flessibilità e resistenza al fuoco nei cavi di eccitazione del generatore

I sistemi di eccitazione che gestiscono i campi magnetici nei generatori richiedono cavi speciali in grado di sopportare un'esposizione continua al calore intorno ai 200–250 gradi Celsius nelle vicinanze degli avvolgimenti. Questi cavi devono inoltre resistere a oli, liquidi refrigeranti e sollecitazioni fisiche nel tempo. Nella progettazione di tali sistemi, gli ingegneri tengono conto di diversi fattori importanti. In primo luogo, i cavi devono possedere una flessibilità sufficiente per essere inseriti negli spazi ristretti interni ai generatori idroelettrici. In secondo luogo, devono essere dotati di materiali isolanti resistenti al fuoco, come il nastro ceramico-siliceo, conforme a norme quali la IEC 60331-1. In terzo luogo, devono sopportare tensioni superiori a 15 chilovolt in presenza di brusche variazioni della domanda elettrica. Molte installazioni più recenti utilizzano ormai materiali isolanti in ETFE. Questo tipo di materiale mantiene ottime proprietà elettriche anche a 150 gradi Celsius e consente una capacità di piegatura pari a circa il doppio rispetto alle opzioni rigide tradizionali. La maggiore flessibilità contribuisce a prevenire la formazione di crepe nell’isolamento durante i cicli ripetuti di riscaldamento e raffreddamento, uno dei principali motivi per cui i vecchi impianti elettrici vanno incontro a guasti nel tempo.

Aerospaziale e aviazione: soddisfare standard estremi di temperatura e di certificazione

Cablatura in prossimità del motore a reazione e requisiti di conformità FAA/EASA

I cavi elettrici installati nelle vicinanze delle zone in cui i motori a getto bruciano carburante devono resistere a temperature ambientali superiori a 600 gradi Celsius. Ciò significa che devono sopportare temperature estreme, mantenere la propria integrità strutturale e garantire prestazioni eccellenti in termini di infiammabilità, emissione di fumo e tossicità. La maggior parte dei cavi utilizzati in queste zone ad alta temperatura è realizzata con isolamento minerale oppure rivestita con guaine in fluoropolimeri di altissima purezza. Questi materiali sono stati sottoposti ripetutamente a test ed è stato dimostrato che conservano intatte le proprie caratteristiche elettriche anche dopo innumerevoli cicli di riscaldamento e raffreddamento. Le normative dell’FAA e dell’EASA non sono facoltative per questi componenti: i cavi devono superare prove di combustione verticale della durata minima di 60 secondi, emettere una quantità estremamente ridotta di fumo durante la combustione e produrre quasi nessuna sostanza tossica in caso d’incendio. Il processo di certificazione prevede la dimostrazione delle prestazioni di tali cavi in una vasta gamma di condizioni estreme simulate in laboratorio, compreso il funzionamento in partenza da temperature di congelamento fino al funzionamento continuo a temperature roventi. Qualsiasi installazione che non rispetti questi standard potrebbe letteralmente mettere a terra un’intera flotta aerea. Per questo motivo, gli ingegneri ricercano sempre materiali in grado di soddisfare contemporaneamente entrambi i requisiti: rispondere alle esigenze termiche e conformarsi alle rigorose norme di sicurezza aeronautica.

Produzione di veicoli elettrici: cavi resistenti alle alte temperature nella gestione termica

Le auto elettriche generano molto calore nelle loro parti ad alta tensione, come i pacchi batteria, i motori di trazione e le prese per la ricarica rapida. Ciò crea punti caldi intorno ai 150 gradi Celsius o superiori in determinate aree. I normali cavi non sono adatti a queste temperature estreme: l’isolamento può degradarsi, possono verificarsi scintille e, nel caso peggiore, si possono innescare pericolose situazioni di runaway termico. È qui che entrano in gioco i cavi resistenti alle alte temperature. Questi cavi speciali utilizzano materiali come la gomma siliconica o i fluoropolimeri, in grado di resistere a cicli ripetuti di riscaldamento e raffreddamento, nonché all’usura e ai prodotti chimici. Garantiscono un funzionamento affidabile in punti critici dell’intero veicolo, inclusi i sistemi di gestione della batteria, i collegamenti agli inverter e quei fondamentali cavi di fase del motore, dove qualsiasi guasto metterebbe a rischio la sicurezza del conducente o comprometterebbe completamente le prestazioni. Senza necessità di sistemi di raffreddamento aggiuntivi, questi cavi contribuiscono anche a risparmiare spazio e a ridurre il peso complessivo. Con normative come la UN ECE R100 e la ISO 6469 che diventano sempre più stringenti in materia di requisiti di protezione termica per i veicoli elettrici, i costruttori automobilistici stanno ora integrando questi cavi specializzati fin dalla progettazione dei loro ultimi modelli.