Cavo elettrico isolato

Un cavo isolato porta la corrente elettrica lungo un conduttore metallico avvolto in un materiale che non conduce, così la corrente non può disperdersi nel suolo, nell'acqua o in un altro conduttore. Nel 1795 Francesc Salvà descrisse a Barcellona fili avvolti in carta spalmata di pece e riuniti in un cavo. Nel 1816 Francis Ronalds interrò un filo telegrafico dentro tubi di vetro nel suo giardino di Hammersmith. Oggi i cavi portano energia e segnali sotto le strade e sui fondali marini.

Che cos’è

Un filo nudo teso su pali può portare corrente perché l’aria secca lo isola. Un cavo che passa sottoterra, sott’acqua o dentro un muro ha bisogno di un isolamento proprio: uno strato che non conduce, attorno al conduttore, perché la corrente resti nel metallo e non si disperda nella terra, nell’acqua o in un conduttore vicino. Il conduttore è di solito di rame o di alluminio. Sopra l’isolante, i cavi posati nel terreno o in mare aggiungono una guaina che ferma l’acqua e un’armatura che resiste allo schiacciamento e ai colpi di vanga.

Ne esistono di molti tipi, dal sottile cordone flessibile di una lampada ai cavi grossi come un braccio che alimentano una città a decine di migliaia di volt. Un cavo può contenere un solo conduttore o più conduttori, ciascuno con il proprio isolante, sotto una guaina comune. La sezione si sceglie in base alla corrente da portare, l’isolante in base alla tensione da sopportare.

Come funziona

Ogni conduttore ha una certa resistenza, perciò la corrente lo scalda, tanto più quanto più è intensa. Un conduttore di sezione maggiore porta più corrente con lo stesso riscaldamento. L’isolante deve reggere quel calore per decenni: il polietilene reticolato dei cavi di energia attuali è previsto per 90 °C sul conduttore.

Un conduttore pieno e uno a corda della stessa sezione: quello a corda si piega molto più facilmente.

I conduttori grossi sono fatti di molti fili attorcigliati, che li rendono abbastanza flessibili da essere avvolti su una bobina e posati in una trincea. L’isolante separa il conduttore da tutto ciò che si trova a un’altra tensione, e il suo spessore cresce con la tensione per cui il cavo è costruito. Nei cavi di media e alta tensione il campo elettrico si concentrerebbe sugli spigoli dei fili e in ogni vuoto dell’isolante, finendo per consumarlo. Un sottile strato semiconduttore sul conduttore e un altro sopra l’isolante uniformano il campo, che attraversa così l’isolante in modo regolare.

L’acqua è nemica della maggior parte degli isolanti, e della carta più di tutti. Per decenni i cavi di energia isolati con carta impregnata d’olio sono stati chiusi in una guaina di piombo senza saldature. I fili d’acciaio avvolti sopra la guaina la proteggono da sassi e vanghe, e un rivestimento esterno, un tempo di iuta catramata e oggi di plastica, impedisce all’acciaio di arrugginire.

Un cavo è sicuro solo entro i suoi valori nominali e finché l’isolante è integro. Un isolante danneggiato può mettere in tensione la guaina o il terreno circostante, e un cavo sovraccaricato si scalda e può provocare un incendio. Prima di scavare, chiedete ai gestori le mappe delle reti interrate. Posare, giuntare o riparare cavi di energia è lavoro per elettricisti qualificati con materiale certificato.

Storia ed evoluzione

Nel dicembre 1795 Francesc Salvà presentò un telegrafo elettrico all’Accademia delle scienze di Barcellona. Ogni filo era avvolto in carta spalmata di pece e i fili erano legati insieme con altra carta in un unico cavo, che egli propose di posare sotto il mare. A Monaco di Baviera Samuel Thomas von Sömmerring costruì un telegrafo nel 1809, e per una dimostrazione nel 1810 ne fece correre i fili, rivestiti di una soluzione di caucciù e poi verniciati, intorno a un’intera casa. Nel 1812 Pavel Schilling fece esplodere mine di polvere al di là della Neva, presso San Pietroburgo, attraverso un cavo isolato posato nel fiume.

Ronalds posò ogni filo in un tubo di vetro, dentro una canaletta di legno interrata e foderata di pece.

Nel 1816 Francis Ronalds costruì un telegrafo elettrico nel giardino della casa di famiglia a Hammersmith, sul Tamigi. Dopo prove con fili tesi in aria, scavò una trincea lunga 160 metri e profonda 1,2 metri. Ogni conduttore correva in uno stretto tubo di vetro, i tubi poggiavano su piccoli tasselli in una canaletta di legno foderata di pece e le giunzioni tra i tubi erano coperte da manicotti di vetro sigillati con cera morbida. Tratti di questa linea, dissotterrati da proprietari successivi, sono conservati in musei.

Il telegrafo si diffuse negli anni Trenta e Quaranta dell’Ottocento, e un materiale del Sud-est asiatico rese possibili i cavi sott’acqua: la guttaperca, lattice essiccato di alberi del genere Palaquium, che si ammorbidisce in acqua calda, si modella attorno a un filo e torna a indurirsi raffreddandosi. Nel 1848 Werner Siemens posò un cavo attraverso il porto di Kiel, dopo aver ideato una pressa che modellava la guttaperca tiepida attorno al filo in un unico tratto senza giunture.

Un cavo telegrafico sottomarino degli anni Cinquanta dell’Ottocento: rame, guttaperca, canapa e armatura di fili di ferro.

Il primo cavo sotto la Manica, nel 1850, smise di funzionare poco dopo la posa. Nel 1851 i fratelli Jacob e John Brett ne posarono uno duraturo tra Dover e Calais, con due strati di guttaperca e un’armatura di fili di ferro. Il primo cavo transatlantico, del 1858, funzionò per circa un mese. Quello del 1865 si spezzò durante la posa; nel 1866 il Great Eastern ne posò uno nuovo che funzionò, poi recuperò l’estremità di quello del 1865 e lo completò.

I cavi di energia arrivarono con l’illuminazione elettrica. Per la centrale di Deptford, Sebastian Ziani de Ferranti progettò cavi per 10.000 volt fatti di due tubi di rame concentrici separati da strati di carta cerata. Entrarono in servizio nel 1890 e rimasero in uso fino al 1933. L’isolante di carta chiuso nel piombo divenne la regola per i cavi di energia interrati. Nel 1955 Frank Precopio e Alfred Gilbert, della General Electric, chiesero un brevetto sul polietilene reticolato con perossidi, e nel 1957 l’azienda ne chiese un altro per estruderlo sul filo come isolante. Il polietilene reticolato cominciò poi a sostituire la carta impregnata nei cavi interrati.